專利名稱：超聲波診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波診斷裝置，并且，特別地涉及一種用于使用陣列傳感器 (tansducer)形成超聲波束的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知通過(guò)二維地布置多個(gè)傳感器元件而構(gòu)成二維陣列傳感器。例如，二維陣列傳 感器由幾千個(gè)電控的傳感器元件組成。通過(guò)該二維陣列傳感器，二維地掃描超聲波束并且 三維地收集回波數(shù)據(jù)。當(dāng)控制作為二維陣列傳感器的一部分的多個(gè)傳感器元件時(shí)，如果為每個(gè)傳感器元 件獨(dú)立地提供信號(hào)線，則信號(hào)線的數(shù)量等于傳感器元件的總數(shù)量；例如，整個(gè)二維陣列傳感 器將需要幾千條信號(hào)線。當(dāng)采用幾千條信號(hào)線時(shí)，設(shè)備主體和連接貯存?zhèn)鞲衅髟奶筋^ 的探頭線纜會(huì)變厚，并且在探頭線纜和設(shè)備主體間的連接部分處的連接器的銷子的數(shù)量也 變大。不能忽略用于發(fā)射/接收系統(tǒng)的電路尺寸的增加?？紤]到這些情況，已提出用于減 少連接多個(gè)傳感器元件和設(shè)備主體的信號(hào)線的數(shù)量(通道數(shù)量)的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)1 (JP2008-514335A)公開了一種技術(shù)，其中二維陣列傳感器被分 成多個(gè)子陣列，例如在每個(gè)子陣列中的9個(gè)(沿縱向的3個(gè)X沿橫向的3個(gè))傳感器元件 的接收信號(hào)被延遲相加，以將每個(gè)子陣列的信號(hào)合并成探頭側(cè)的一個(gè)信號(hào)，然后將這一個(gè) 信號(hào)線連接到設(shè)備主體上。使用這種結(jié)構(gòu)，通道的數(shù)量能被顯著地減少到例如1/9。為將子陣列信號(hào)合并成一個(gè)信號(hào)，需要用于例如從屬于子陣列的9個(gè)傳感器元件 中的每個(gè)的延遲量信息，并且將該信息從設(shè)備主體提供給探頭。當(dāng)根據(jù)波束的轉(zhuǎn)向角度和 焦距深度來(lái)調(diào)整延遲量時(shí)，從設(shè)備主體提供給探頭的信息量變得很大。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)移幾千個(gè) 傳感器元件的延遲量時(shí)，將需要幾十微秒的轉(zhuǎn)移時(shí)間，這可產(chǎn)生諸如幀頻降低的其他問(wèn)題。專利文獻(xiàn)2(JP2000_33087A)公開了一種使用控制以使得焦距深度固定在無(wú)窮大 并且只考慮波束轉(zhuǎn)向來(lái)簡(jiǎn)化延遲控制并且減少信息量的技術(shù)。然而，當(dāng)簡(jiǎn)單地將焦距深度 設(shè)定成無(wú)窮大時(shí)，可能會(huì)降低波束等的會(huì)聚并且減小波束成形精度，從而導(dǎo)致圖像分辨率 等的減小。在這些情況下，本發(fā)明人已研究且開發(fā)出一種在抑制延遲處理的信息量增加的同 時(shí)保持波束成形精度的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在上述研究和開發(fā)過(guò)程中構(gòu)思的，而且本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于為使用陣列傳 感器形成超聲波束而提供一種改進(jìn)的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種超聲波診斷裝置，包括陣列傳感器，其包括多 個(gè)傳感器元件且被分成多個(gè)子陣列；以及子陣列處理器，其對(duì)每個(gè)子陣列基于為從屬于子 陣列的多個(gè)傳感器元件中的每個(gè)限定了延遲量的延遲模式執(zhí)行與子陣列相應(yīng)的延遲處理， 其中陣列傳感器被分割成多個(gè)傳感器區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于該傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式。對(duì)于上述構(gòu)造的超聲波診斷裝置，由于對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于該傳感器區(qū) 域的多個(gè)子陣列設(shè)定了共同的延遲模式，因此與為多個(gè)子陣列中的每個(gè)設(shè)定單獨(dú)的延遲模 式的情況相比，能減少與延遲模式有關(guān)的信息量。另外，由于對(duì)應(yīng)于多個(gè)傳感器區(qū)域中的每 個(gè)來(lái)設(shè)定延遲模式，因此與為整個(gè)陣列傳感器設(shè)定共同的延遲模式的情況相比，能提高諸 如波束的會(huì)聚的波束成形精度。通過(guò)本發(fā)明，提供一種用于使用陣列傳感器形成超聲波束的改進(jìn)的技術(shù)。例如，由 于對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于該傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定了共同的延遲模式，因此 與為多個(gè)子陣列中的每個(gè)設(shè)定單獨(dú)的延遲模式的情況相比，能減少與延遲模式有關(guān)的信息 量。另外，由于設(shè)定了與多個(gè)傳感器區(qū)域中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的延遲模式，因此與為整個(gè)陣列傳 感器設(shè)定共同的延遲模式的情況相比，能提高諸如波束的會(huì)聚的波束成形精度。


圖1為示出本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的超聲波診斷裝置的2D陣列傳感器的圖；圖2為用于說(shuō)明次延遲量和主延遲量的圖；圖3為示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的超聲波診斷裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖4為示出與波束成形精度有關(guān)的比較結(jié)果的圖；圖5為示出傳感器區(qū)域的多種分割模式的圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。圖1為示出本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的超聲波診斷裝置的二維(2D)陣列傳感器 10的圖。2D陣列傳感器10通過(guò)二維地布置多個(gè)傳感器元件形成。例如，沿縱向和橫向二 維地布置多個(gè)傳感器元件，并且2D陣列傳感器10的傳感器表面形成為如圖1所示的正方 形。可選擇地，多個(gè)傳感器元件可以二維地布置為圓形，使得2D陣列傳感器10的傳感器表 面形成為圓形。2D陣列傳感器10被分成多個(gè)子陣列。在圖1中，由虛線以網(wǎng)格狀分開的多個(gè)正 方形中的每個(gè)代表子陣列。圖1以放大方式示出四個(gè)子陣列SA1-SA4作為有代表性的子陣 列。每個(gè)子陣列包括多個(gè)傳感器元件。例如，每個(gè)子陣列包括9個(gè)傳感器元件。在圖1中， 以網(wǎng)格狀布置在SA1-SA4中的每個(gè)子陣列中的9個(gè)正方形代表9個(gè)傳感器元件。另外，2D陣列傳感器10被分割成多個(gè)傳感器區(qū)域。在圖1中，由點(diǎn)劃線狀的χ軸 和y軸分割的(I)-(IV)的四個(gè)區(qū)域(象限)代表四個(gè)傳感器區(qū)域。在圖1中，傳感器區(qū)域 (I)-(IV)中的每個(gè)包括25個(gè)子陣列。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖1僅示例了用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例的一種構(gòu)造，并且在每個(gè)子陣列中的傳感器元件的數(shù)目和在每個(gè)傳感器區(qū)域中的子陣列 的數(shù)目不限于在圖1的示例性構(gòu)造中的那些。2D陣列傳感器10的多個(gè)傳感器元件為電子控制的，并且，以該配置，二維地掃描 超聲波束并且三維地收集回波數(shù)據(jù)。在電子控制中，設(shè)定與每個(gè)傳感器元件相應(yīng)的延遲量 (延遲時(shí)間)。例如，將用與每個(gè)傳感器元件相應(yīng)的延遲量進(jìn)行延遲的發(fā)射信號(hào)提供給傳感 器元件，并通過(guò)2D陣列傳感器10的多個(gè)傳感器元件形成發(fā)射波束。另外，例如，在將與每個(gè)傳感器元件相應(yīng)的延遲量的延遲處理應(yīng)用于從傳感器元件獲得的接收信號(hào)后，將2D陣 列傳感器10的多個(gè)傳感器元件的接收信號(hào)相加，以沿著接收波束形成接收信號(hào)。在本實(shí)施例中，對(duì)每個(gè)子陣列，基于為從屬于子陣列的多個(gè)傳感器元件中的每個(gè) 限定了延遲量的延遲模式來(lái)執(zhí)行與每個(gè)子陣列相應(yīng)的延遲處理。另外，對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域， 為從屬于該傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式。例如，由于在圖1中示出的子陣列SAl和SA2從屬于相同的傳感器區(qū)域(傳感器 區(qū)域(IV))，因此為子陣列SAl和子陣列SA2設(shè)定共同的延遲模式。在圖1中，分配給子陣 列SAl和SA2中的傳感器元件的字母表示用于該傳感器元件的延遲量，相同的字母表示相 同的延遲量。子陣列SAl中的字母的布置模式和子陣列SA2中的字母的布置模式彼此一致。 換句話說(shuō)，用于子陣列SAl中的多個(gè)傳感器元件的延遲量的布置模式和用于子陣列SA2中 的多個(gè)傳感器元件的延遲量的布置模式彼此一致。類似地，由于在圖1中示出的子陣列SA3和SA4從屬于相同的傳感器區(qū)域(傳感 器區(qū)域(III))，因此為子陣列SA3和SA4設(shè)定共同的延遲模式。在每個(gè)傳感器區(qū)域中設(shè)定共同的延遲模式時(shí)，虛擬平面與多個(gè)傳感器區(qū)域中的每 個(gè)相互關(guān)聯(lián)，并且，對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，基于相關(guān)的虛擬平面設(shè)定共同的延遲模式。用于2D陣列傳感器10的多個(gè)傳感器元件的延遲時(shí)間τ的二次近似等式能被分 成取決于轉(zhuǎn)向的項(xiàng)S和取決于焦距的項(xiàng)F。延遲時(shí)間τ能表示成如下的坐標(biāo)χ和y的二次 函數(shù)。[等式1]Tc = S-F(1)S = xsin θ x+ycos θ xsin θ y (2)F = (x2+y2"S2) /2f(3)這里，c表示聲速，θ χ表示沿χ方向的轉(zhuǎn)向角，θ y表示沿y方向的轉(zhuǎn)向角，以及f 表示焦距(深度)。當(dāng)焦距f無(wú)窮大時(shí)，取決于焦距的項(xiàng)F變?yōu)?(F = 0)，并且τ c表示成 如下的只取決于轉(zhuǎn)向的項(xiàng)S。[等式2]το= α χ+ β y (4)α = sin θ χ, β = cos θ xsin θ y換句話說(shuō)，τ c變?yōu)槠矫娴木€性方程。平面沿χ方向和y方向的斜率是α和β， 其為已知的且與轉(zhuǎn)向有關(guān)。由于該函數(shù)為線性函數(shù)，因此在傳感器元件間的延遲時(shí)間之差 與斜率α和β成恒比，并且在2D陣列傳感器10中的所有子陣列的延遲模式設(shè)定成彼此 完全相同。然而，在這種情況下，焦距f無(wú)窮大。下面，對(duì)于焦距f為有限的情況，在二次型中類似的取決于焦距的項(xiàng)F也與如下列 的平面等式近似。[等式3]F = a^+bj [i = 1 4](5)這里，對(duì)于取決于焦距的項(xiàng)F，為每個(gè)傳感器區(qū)域確定斜率 和Iv下標(biāo)i表示傳 感器區(qū)域(例如，圖1中的I-IV)的數(shù)字1-4。當(dāng)?shù)仁?5)的平面等式被用于取決于焦距的項(xiàng)F時(shí)，僅通過(guò)取決于轉(zhuǎn)向的項(xiàng)S以等式(4)表示的τ c能被展開如下。[等式4]το= α χ+ β y- (a^+biy) = ( α -& ) χ+ ( β Hoi) y [i = 1 4] (6)在等式(6)中，為i = 1 4中的每個(gè)，就是說(shuō)，為每個(gè)傳感器區(qū)域，確定平面的線 性方程。因此，用于多個(gè)子陣列的延遲模式在每個(gè)傳感器區(qū)域變得完全相同。在等式(5)中，必須為每個(gè)傳感器區(qū)域確定平面的斜率 和、。例如，能通過(guò)以 使用等式(3)和(5)的最小二乘法設(shè)定回歸平面來(lái)確定斜率％和、。在這種情況下，當(dāng)在 每個(gè)傳感器元件區(qū)域中的傳感器元件的數(shù)目為N時(shí)，斜率 和h能由下列等式計(jì)算出。[等式5]
「00461 「00471
權(quán)利要求
一種超聲波診斷裝置，包括陣列傳感器，其包括多個(gè)傳感器元件且被分成多個(gè)子陣列；以及子陣列處理器，其對(duì)每個(gè)所述子陣列基于為從屬于所述子陣列的多個(gè)傳感器元件中的每個(gè)限定了延遲量的延遲模式來(lái)執(zhí)行與所述子陣列相應(yīng)的延遲處理，其中所述陣列傳感器被分割成多個(gè)傳感器區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)所述傳感器區(qū)域，為從屬于該傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中虛擬平面與多個(gè)傳感器區(qū)域中的每個(gè)相關(guān)，并且，對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，基于與所述傳感 器區(qū)域相關(guān)的虛擬平面來(lái)設(shè)定共同的延遲模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波診斷裝置，其中將波束轉(zhuǎn)向角分配給多個(gè)傳感器區(qū)域中的每個(gè)，并且，對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，所述虛擬平 面根據(jù)分配的波束轉(zhuǎn)向角而相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于所述傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式，并 且為多個(gè)所述子陣列中的每個(gè)設(shè)定單獨(dú)的主延遲量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波診斷裝置，其中對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于所述傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式，并 且為多個(gè)子陣列中的每個(gè)設(shè)定單獨(dú)的主延遲量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波診斷裝置，其中對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于所述傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式，并 且為多個(gè)子陣列中的每個(gè)設(shè)定單獨(dú)的主延遲量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其中基于為多個(gè)子陣列中的每個(gè)設(shè)定的單獨(dú)的主延遲量來(lái)控制波束深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中所述陣列傳感器為包括二維地布置的多個(gè)傳感器元件的二維陣列傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其中所述陣列傳感器為包括二維地布置的多個(gè)傳感器元件的二維陣列傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其中所述陣列傳感器為包括二維地布置的多個(gè)傳感器元件的二維陣列傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波診斷裝置，其中所述二維陣列傳感器通過(guò)從傳感器表面的中心放射地延伸出的虛擬邊界線被分割成 多個(gè)傳感器區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波診斷裝置，其中所述二維陣列傳感器通過(guò)被設(shè)定成圍繞所述傳感器表面的中心的虛擬邊界線被分割 成多個(gè)傳感器區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波診斷裝置，其中所述二維陣列傳感器被分割成三個(gè)或更多個(gè)傳感器區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波診斷裝置，其中所述二維陣列傳感器被分割成三個(gè)或更多個(gè)傳感器區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲波診斷裝置，其中 所述二維陣列傳感器被分割成三個(gè)或更多個(gè)傳感器區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波診斷裝置。2D陣列傳感器(10)被分成多個(gè)子陣列。以放大方式示出從SA1至SA4的四個(gè)有代表性的子陣列。另外，2D陣列傳感器(10)被分割成多個(gè)傳感器區(qū)域。被點(diǎn)劃線分割的(I)-(IV)四個(gè)區(qū)域表示四個(gè)傳感器區(qū)域。對(duì)每個(gè)子陣列，基于為從屬于子陣列的多個(gè)傳感器元件中的每個(gè)限定了延遲量的延遲模式來(lái)執(zhí)行與子陣列相應(yīng)的延遲處理。在該處理過(guò)程中，對(duì)每個(gè)傳感器區(qū)域，為從屬于傳感器區(qū)域的多個(gè)子陣列設(shè)定共同的延遲模式。例如，由于子陣列SA1和SA2從屬于相同的傳感器區(qū)域(IV)，因此為子陣列SA1和SA2設(shè)定共同的延遲模式。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101961249SQ20101023456
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者曹景文 申請(qǐng)人:阿洛卡株式會(huì)社