專利名稱：基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲技術(shù)，尤其涉及醫(yī)療超聲成像中的數(shù)字信號處理，特別是涉及超聲接收過程中波束合成的方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診斷中廣泛使用超聲波成像技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)之一是波束合成處理。現(xiàn)有技術(shù)的波束合成器包括模擬的和數(shù)字的，數(shù)字波束合成器在精確性、穩(wěn)定性和靈活性方面優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬波束合成器。隨著數(shù)字器件的性能提高和成本降低，數(shù)字波束合成正逐漸取代模擬波束合成。數(shù)字波束合成的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)字延時，它可以用兩種方法來實現(xiàn)一種是外采樣延時，通過控制各通道A/D變換采樣時鐘的相位來實現(xiàn)細(xì)延時，通過控制延時存儲器的讀地址以實現(xiàn)粗延時。這種方法的缺陷是系統(tǒng)需要一個高頻時鐘來動態(tài)改變各A/D變換采樣時鐘的相位，從而使延時精度受到數(shù)字器件速度的限制。另一種方法是內(nèi)插值延時，可令各通道A/D變換的采樣時鐘同相位，用插值器實現(xiàn)細(xì)延時，通過控制延時存儲器的讀地址來實現(xiàn)粗延時。集二種方法的優(yōu)越性在于，數(shù)字器件內(nèi)部時鐘不要求用高頻率，只須與采樣時鐘同頻即可；若采樣時鐘頻率提高n倍，則采用M相插值器后延時精度可提高n×M倍。
美國專利US5,345,426和US5,544,128都提出了內(nèi)插值波束合成的低成本方案，但都存在暫態(tài)輸出，從而使波束合成的質(zhì)量受到影響。我公司曾提交一項發(fā)明專利申請，基于線性插值的波束合成器及其合成方法(專利申請?zhí)枮?2134632.1)，解決了暫態(tài)輸出的問題。但其存在不足之處是線性插值器在使用高頻探頭的超聲診斷系統(tǒng)中有著先天性缺陷，即高頻回波信號通過線性插值器后會產(chǎn)生無可避免的失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法及裝置，可以低成本、高延時精度、無暫態(tài)輸出和低失真地實現(xiàn)醫(yī)療超聲成像中的波束合成。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提供一種基于基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，包括步驟
a.探頭各陣元接收來自目標(biāo)的回波，所產(chǎn)生的信號分別進(jìn)入該探頭陣元所連接的信號接收處理通道；b.在各通道中，來自探頭陣元的信號先被放大，再被以統(tǒng)一的采樣速率數(shù)字化；c.各通道中的通道處理器含串接的粗延時部分電路及零陷對準(zhǔn)插值濾波器，其將對信號進(jìn)行延時處理通道處理控制器產(chǎn)生送往粗延時部分電路的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器，用于鎖存器的觸發(fā)時鐘；d.數(shù)字化后的回波信號被送入各自的通道處理器，先送往其粗延時部分電路的輸入端；f.由粗延時部分電路輸出的信號進(jìn)入零陷對準(zhǔn)插值濾波器進(jìn)行如下處理該信號分兩路，其一經(jīng)乘法器與來自通道處理控制器的系數(shù)A相乘后送往加法器，另一經(jīng)鎖存器后送往乘法器與來自通道處理控制器的系數(shù)B相乘后送往所述加法器；該加法器的輸出即為數(shù)字化后的回波信號在該通道中經(jīng)延時加權(quán)處理后信號；g.將各通道輸出的上述處理后信號送往加法器組，進(jìn)行兩兩求和運算，最終得到波束合成信號。
尤其是，還包括步驟e.通道處理控制器按以下方法產(chǎn)生插值系數(shù)A和B其內(nèi)部存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器分別在讀控制器的作用下輸出各通道所需的變跡系數(shù)和插值系數(shù)，所述變跡系數(shù)和插值系數(shù)經(jīng)過乘法器相乘形成插值變跡系數(shù)A和B，各通道的所述插值變跡系數(shù)A和B分別存儲到相應(yīng)的插值變跡系數(shù)存儲器中并由其輸出往零陷對準(zhǔn)插值濾波器；此外，所述粗延時部分電路包含延時存儲器、寫地址計數(shù)器及粗延時計數(shù)器；所述步驟c中起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號作用于之的方式為所上述信號輸往粗延時計數(shù)器，使之在回波信號送達(dá)延時存儲器之前加載起始粗延時數(shù)據(jù)并在讀使能信號有效后開始計數(shù)，該粗延時計數(shù)器的輸出送往所述延時存儲器作讀地址信號。所述步驟d還包括寫地址計數(shù)器的輸出送往延時存儲器作數(shù)據(jù)寫入控制信號，使回波信號被送達(dá)所述延時存儲器的輸入端后，所有通道的所述延時存儲器同時接收數(shù)字化后的回波信號。所述步驟e中還包括所述通道處理控制器內(nèi)部至少有一聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器存儲著各通道初始延時參數(shù)和不同掃描深度下動態(tài)聚焦參數(shù)，該模塊的輸出送往并控制細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器，使之產(chǎn)生N路輸出分別送往所述N個插值變跡系數(shù)存儲器，從而使各插值變跡系數(shù)存儲器中的系數(shù)A和B被選擇輸出；在接收聚焦延時的動態(tài)調(diào)整過程中，通道處理控制器在波束合成過程中隨著掃描深度的增加動態(tài)讀出聚焦參數(shù)，據(jù)此參數(shù)使由細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器的M路輸出組成的S代碼每當(dāng)需要調(diào)整時就自減1，以對起始延時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，達(dá)到動態(tài)聚焦的目的，當(dāng)S為0且需要調(diào)整時，S變?yōu)镸-1，同時通過輸出無效的讀使能信號使粗延時計數(shù)器停加一拍，零陷對準(zhǔn)插值器的鎖存器也停工一拍；其中M為插值相數(shù)，N為接收數(shù)字回波信號的通道數(shù)；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法高延時精度、無暫態(tài)輸出實現(xiàn)波束合成的同時，對高頻回波信號引入的失真低。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案還包括，設(shè)計制造一種基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，包括至少兩個接收數(shù)字回波信號的通道處理器、相應(yīng)數(shù)量的加法器和至少一個通道處理控制器；所述通道處理器含依次串接的粗延時部分電路及零陷對準(zhǔn)插值濾波器；所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器包括串行連接的鎖存器與乘法器1支路，其與乘法器2支路兩路并行連接加法器，所述乘法器1及乘法器2還分別連接來自通道處理控制器的系數(shù)A和B信號；所述通道處理控制器還產(chǎn)生送往各通道粗延時部分電路的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器內(nèi)的鎖存器，用于觸發(fā)時鐘；所述各通道加法器的輸出送往加法器組兩兩合并，最后一級加法器輸出合成后的波束信號，尤其是，所述通道處理控制器包括存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器及其讀控制器，所述變跡參數(shù)存儲器和插值參數(shù)存儲器的輸出端并行連接乘法器，所述乘法器的輸出端并接N個插值變跡系數(shù)存儲器，由此輸出系數(shù)A和B信號；所述通道處理控制器還包括存儲著初始延時參數(shù)和不同掃描深度下各通道動態(tài)聚焦參數(shù)的聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器，其后級并接細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器、起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器、粗延時讀使能產(chǎn)生器，所述細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器的N路輸出分別連接所述N個插值變跡系數(shù)存儲器，所述起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器產(chǎn)生并輸出所述起始粗延時數(shù)據(jù)和加載信號，所述粗延時讀使能產(chǎn)生器產(chǎn)生并輸出所述讀使能信號；所述粗延時部分電路包含延時存儲器、寫地址計數(shù)器及粗延時計數(shù)器；所述粗延時計數(shù)器連接來自通道處理控制器的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，其輸出送往所述延時存儲器作讀地址信號；所述寫地址計數(shù)器的輸出送往延時存儲器作數(shù)據(jù)寫入控制信號。
用FPGA實現(xiàn)上述方法和電路，在取得很好處理效果的同時，較少成本。


圖1是一個超聲波成像裝置的構(gòu)成方框2是波束合成器框3是通道處理器框4是通道處理控制器框圖具體實施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明波束合成器及其合成方法。
如圖1所示的超聲成像診斷系統(tǒng)，包括用于向受測機體發(fā)射超聲波并接收目標(biāo)回波的各探頭陣元；用于放大各探頭陣元輸出回波的各通道放大器；用于把各通道放大器的模擬信號輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的各通道A/D變換器；用于完成對各通道A/D變換器輸出數(shù)字信號進(jìn)行聚焦延時、加權(quán)處理并求和的波束合成器；用于檢測和接收合成波束的檢測器，其輸出通過D.S.C.，即數(shù)字掃描變換器，送顯示器顯示。
圖2為以上所述波束合成器的框圖。該波束合成器包括至少一個通道處理控制器1，由它輸出下列控制信號及數(shù)據(jù)信號送往各個通道處理器2變跡插值系數(shù)A、B，初始粗延時T和加載信號LD和讀使能信號REN。所述通道處理器2接收各自的數(shù)字回波信號ECHO，完成延時聚焦和變跡加權(quán)后，其輸出送往后端加法器3兩兩合并。圖示以四波束接收通道(接收數(shù)字回波信號的通道數(shù)N等于4)為例，采用3個加法器構(gòu)成兩級級連，最后一級加法器輸出合成后的波束信號。
所述通道處理器2的框圖如圖3所示，包括依次串聯(lián)的粗延時部分電路21及零陷對準(zhǔn)插值濾波器22，分別對輸入信號進(jìn)行粗延時和細(xì)延時及加權(quán)處理；所述粗延時部分電路21包含延時存儲器211、寫地址計數(shù)器212及粗延時計數(shù)器213；所述粗延時計數(shù)器213接收來自通道處理控制器1的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，在數(shù)字回波信號到來前，加載起始粗延時數(shù)據(jù)并在讀使能信號有效時開始計數(shù)，其輸出送往所述延時存儲器211作讀地址信號；所述寫地址計數(shù)器212的輸出送往延時存儲器211作數(shù)據(jù)寫入控制信號；所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器22包括串行連接的鎖存器222與乘法器223支路，其與乘法器221支路兩路并行連接加法器224，所述乘法器221及乘法器223還分別連接來自通道處理控制器1的系數(shù)A和B信號；所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器內(nèi)的鎖存器222還連接來自通道處理控制器1的讀使能信號，作其觸發(fā)時鐘用。從加法器224輸出的即為經(jīng)延時聚焦和變跡加權(quán)后的回波信號。
所述延時存儲器211具有雙口RAM結(jié)構(gòu)，一個寫地址及數(shù)據(jù)口，一個讀地址及數(shù)據(jù)口，其深度由所需最大延時量決定，讀寫時鐘都為射頻采樣時鐘。系統(tǒng)通過粗延時計數(shù)器213對雙口RAM進(jìn)行讀操作以實現(xiàn)粗延時，該粗延時精度等于射頻采樣間隔時間T。所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器22采用M相2×M階FIR(Finite Impulse Response有限脈沖沖擊響應(yīng))濾波器，輸入補零序列帶來的頻譜存在M-1個特定的頻率點上，零陷對準(zhǔn)濾波器在這幾個頻點有足夠大的衰減，從而用較低的階數(shù)提供較大的阻帶衰減；其提供的細(xì)延時由來自通道處理控制器1的系數(shù)A、B及讀使能信號決定，延時精度等于射頻采樣間隔時間T除以插值相數(shù)M。
所述通道處理控制器的框圖如圖4所示。通道處理控制器包括存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器11、存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器及其讀控制器12、存儲著初始延時參數(shù)和不同深度下各通道動態(tài)聚焦參數(shù)的聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器13，所述變跡參數(shù)存儲器11和插值參數(shù)存儲器12的輸出并行連接乘法器18，所述乘法器18的輸出端并接N個插值變跡系數(shù)存儲器17，其產(chǎn)生并輸出各通道的變跡插值系數(shù)A、B；所述聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器13的輸出端并接細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器16、起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器15和粗延時讀使能產(chǎn)生器14，所述起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器15產(chǎn)生并輸出各通道的初始粗延時數(shù)據(jù)T及加載信號LD，粗延時讀使能產(chǎn)生器14產(chǎn)生并輸出各通道的讀使能信號REN，細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器16的N路輸出分別連接所述N個插值變跡系數(shù)存儲器17，使各通道的系數(shù)A、B被選擇輸出。所述存儲的不同掃描深度下的插值參數(shù)，是依零陷對準(zhǔn)插值濾波器22的頻響特性而設(shè)計。
通道處理控制器1內(nèi)還可以包括至少一個控制器，所述變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器11、插值參數(shù)存儲器及其讀控制器12和聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器13中的各讀控制器，可以是獨立的控制器，也可以分別是通道處理控制器1內(nèi)同一所述控制器的子控制器部分；該控制器可直接或通過聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器13間接，控制細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器16、起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器15、粗延時讀使能產(chǎn)生器14。因描述可清，該結(jié)構(gòu)未在圖4中加以標(biāo)示。
本發(fā)明通過適當(dāng)提高A/D采樣率，例如提高到兩倍以上的Nyquist采樣率，采用零陷對準(zhǔn)的插值器實現(xiàn)了數(shù)字化波束合成器，其波束合成方法的最佳實現(xiàn)步驟包括a.探頭各陣元接收來自目標(biāo)的回波，所產(chǎn)生的信號分別進(jìn)入該探頭陣元所連接的信號接收處理通道；
b.在各通道中，來自探頭陣元的信號先被放大，再被以統(tǒng)一的采樣速率數(shù)字化；c.通道處理控制器1產(chǎn)生送往所有通道中粗延時部分電路21的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號輸往所述粗延時計數(shù)器213，使之在回波信號送達(dá)延時存儲器211之前加載起始粗延時數(shù)據(jù)并在讀使能信號有效后開始計數(shù)；粗延時計數(shù)器213的輸出送往所述延時存儲器211作讀地址信號；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器22，內(nèi)的鎖存器222，用于鎖存器222的觸發(fā)時鐘；d.數(shù)字化后的回波信號被送入各自的通道處理器2，先送往其粗延時部分電路21的輸入端；粗延時部分電路21的寫地址計數(shù)器212輸出送往延時存儲器211的數(shù)據(jù)寫入控制信號，使所有通道的延時存儲器211同時接收數(shù)字化后的回波信號；e.通道處理控制器1內(nèi)部的變跡參數(shù)存儲器11和插值參數(shù)存儲器12分別產(chǎn)生各通道所需的變跡系數(shù)和插值系數(shù)，所述變跡系數(shù)和插值系數(shù)經(jīng)過乘法器18相乘形成插值變跡系數(shù)A和B，各通道的所述插值變跡系數(shù)A和B分別存儲到相應(yīng)的插值變跡系數(shù)存儲器17中；聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器模塊13控制其連接的細(xì)延時計數(shù)器16，使之產(chǎn)生N路輸出分別送往所述N個插值變跡系數(shù)存儲器17，使得其中各通道的系數(shù)A和B被選擇輸出往零陷對準(zhǔn)插值濾波器22；f.由粗延時部分電路21輸出的信號進(jìn)入零陷對準(zhǔn)插值濾波器22進(jìn)行如下處理該信號分兩路，其一經(jīng)乘法器221與來自通道處理控制器1的系數(shù)A相乘后送往加法器224，另一經(jīng)鎖存器222后送往乘法器223與來自通道處理控制器1的系數(shù)B相乘后送往所述加法器224；該加法器224的輸出即為數(shù)字化后的回波信號在該通道中經(jīng)延時加權(quán)處理后信號；g.在接收聚焦延時的動態(tài)調(diào)整過程中，上述e步驟還包括下述處理聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器13存儲著初始延時參數(shù)和不同掃描深度下各通道的動態(tài)聚焦參數(shù)，通道處理控制器1在接收回波到來前讀出初始延時，在波束合成過程中隨著掃描深度的增加動態(tài)讀出聚焦參數(shù)，據(jù)此參數(shù)使由細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器16的N路輸出組成的S代碼每當(dāng)需要調(diào)整時就自減1，以對起始延時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，達(dá)到動態(tài)聚焦的目的；當(dāng)S為0且需要調(diào)整時，S變?yōu)镸-1，同時通過輸出無效的讀使能信號使粗延時計數(shù)器213停加一拍，零陷對準(zhǔn)插值器的鎖存器222也停工一拍；h.將上述f步驟中各通道輸出的上述處理后的信號送往加法器組3，進(jìn)行兩兩求和運算，最終得到波束合成信號。
采用此方法的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，包括至少兩個通道處理器2、相應(yīng)數(shù)量的加法器3和至少一個通道處理控制器1，具有如圖2至4的基本結(jié)構(gòu)。所述部分或全部功能器件和模塊，可用FPGA(Field Programmable Gate-Array現(xiàn)場可編程門陣列)編程實現(xiàn)，嵌入系統(tǒng)，只占用較少的系統(tǒng)資源；或者依托于操作系統(tǒng)以軟件方式實現(xiàn)，均可達(dá)到較低實現(xiàn)成本。所述方法和裝置已經(jīng)經(jīng)過本公司的全數(shù)字黑白B超及便攜式黑白B超使用驗證。
權(quán)利要求
1.一種基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，包括至少兩個接收數(shù)字回波信號的通道處理器(2)、相應(yīng)數(shù)量的加法器(3)和至少一個通道處理控制器(1)；所述通道處理器(2)含依次串接的粗延時部分電路(21)及零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)；所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)包括串行連接的鎖存器(222)與乘法器(223)支路，其與乘法器(221)支路兩路并行連接加法器(224)，所述乘法器(221)及乘法器(223)還分別連接來自通道處理控制器(1)的系數(shù)A和B信號；所述通道處理控制器(1)還產(chǎn)生送往各通道粗延時部分電路(21)的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)內(nèi)的鎖存器(222)，用于觸發(fā)時鐘；所述各通道加法器(224)的輸出送往加法器組(3)兩兩合并，最后一級加法器(3)輸出合成后的波束信號，其特征在于所述通道處理控制器(1)包括存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器(11)和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器及其讀控制器(12)，所述變跡參數(shù)存儲器(11)和插值參數(shù)存儲器(12)的輸出端并行連接乘法器(18)，所述乘法器(18)的輸出端并接N個插值變跡系數(shù)存儲器(17)，由此輸出系數(shù)A和B信號；其中N為接收數(shù)字回波信號的通道數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)采用M相2×M階FIR濾波器，輸入補零序列帶來的頻譜存在M-1個特定的頻率點上，零陷對準(zhǔn)濾波器在這幾個頻點上有較大的衰減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述通道處理控制器(1)還包括存儲著初始延時參數(shù)和不同掃描深度下各通道動態(tài)聚焦參數(shù)的聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)，其后級并接細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器(16)、起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器(15)、粗延時讀使能產(chǎn)生器(14)；所述細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器(16)的N路輸出分別連接所述N個插值變跡系數(shù)存儲器(17)；所述起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器(15)產(chǎn)生并輸出各通道所述起始粗延時數(shù)據(jù)和加載信號；所述粗延時讀使能產(chǎn)生器(14)產(chǎn)生并輸出各通道所述讀使能信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器(11)、插值參數(shù)存儲器及其讀控制器(12)和聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)中的各讀控制器，分別是通道處理控制器(1)內(nèi)同一控制器的子控制器部分；該控制器可直接或通過聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)間接控制細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器(16)、起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器(15)、粗延時讀使能產(chǎn)生器(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述粗延時部分電路(21)包含延時存儲器(211)、寫地址計數(shù)器(212)及粗延時計數(shù)器(213)；所述粗延時計數(shù)器(213)連接來自通道處理控制器(1)的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，其輸出送往所述延時存儲器(213)作讀地址信號；所述寫地址計數(shù)器(212)的輸出送往延時存儲器(211)作數(shù)據(jù)寫入控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述延時存儲器(211)具有雙口RAM結(jié)構(gòu)，一個寫地址及數(shù)據(jù)口，一個讀地址及數(shù)據(jù)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到3、5、6所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成器，其特征在于所述部分或全部功能器件和模塊，或者用FPGA編程實現(xiàn)，或者依托操作系統(tǒng)以軟件實現(xiàn)。
8.一種基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，包括步驟a.探頭各陣元接收來自目標(biāo)的回波，所產(chǎn)生的信號分別進(jìn)入該探頭陣元所連接的信號接收處理通道；b.在各通道中，來自探頭陣元的信號先被放大，再被以統(tǒng)一的采樣速率數(shù)字化；c.各通道中的通道處理器(2)含串接的粗延時部分電路(21)及零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)，其將對信號進(jìn)行延時處理通道處理控制器(1)產(chǎn)生送往粗延時部分電路(21)的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)，用于鎖存器(222)的觸發(fā)時鐘；d.數(shù)字化后的回波信號被送入各自的通道處理器(2)，先送往其粗延時部分電路(21)的輸入端；f.由粗延時部分電路(21)輸出的信號進(jìn)入零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)進(jìn)行如下處理該信號分兩路，其一經(jīng)乘法器(221)與來自通道處理控制器(1)的系數(shù)A相乘后送往加法器(224)，另一經(jīng)鎖存器(222)后送往乘法器(223)與來自通道處理控制器(1)的系數(shù)B相乘后送往所述加法器(224)；該加法器(224)的輸出即為數(shù)字化后的回波信號在該通道中經(jīng)延時加權(quán)處理后信號；g.將各通道輸出的上述處理后信號送往加法器組(3)，進(jìn)行兩兩求和運算，最終得到波束合成信號；其特征在于，在上述步驟d之后、f之前，還包括步驟e.通道處理控制器(1)按以下方法產(chǎn)生插值系數(shù)A和B其內(nèi)部存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器(11)和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器(12)分別在讀控制器的作用下輸出各通道所需的變跡系數(shù)和插值系數(shù)，所述變跡系數(shù)和插值系數(shù)經(jīng)過乘法器(18)相乘形成插值變跡系數(shù)A和B，各通道的所述插值變跡系數(shù)A和B分別存儲到相應(yīng)的插值變跡系數(shù)存儲器(17)中并由其輸出往零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述插值參數(shù)存儲器(12)中存儲的不同掃描深度下的插值參數(shù)，是依所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)的頻響特性而設(shè)計。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述粗延時部分電路(21)包含延時存儲器(211)、寫地址計數(shù)器(212)及粗延時計數(shù)器(213)；所述步驟c中起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號作用于之的方式為所上述信號輸往粗延時計數(shù)器(213)，使之在回波信號送達(dá)延時存儲器(211)之前加載起始粗延時數(shù)據(jù)并在讀使能信號有效后開始計數(shù)，該粗延時計數(shù)器(213)的輸出送往所述延時存儲器(211)作讀地址信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述延時存儲器(211)具有雙口RAM結(jié)構(gòu)，一個寫地址及數(shù)據(jù)口，一個讀地址及數(shù)據(jù)口，其深度由所需最大延時量決定，讀寫時鐘都為射頻采樣時鐘，該延時存儲器(211)提供的粗延時精度等于射頻采樣間隔時間T。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、10所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述步驟d還包括寫地址計數(shù)器(212)的輸出送往延時存儲器(211)作數(shù)據(jù)寫入控制信號，使回波信號被送達(dá)所述延時存儲器(211)的輸入端后，所有通道的所述延時存儲器(211)同時接收數(shù)字化后的回波信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述步驟c中送往各通道粗延時部分電路(21)的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號依此產(chǎn)生所述通道處理控制器(1)內(nèi)部至少有一聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)存儲著各通道初始延時參數(shù)和不同掃描深度下動態(tài)聚焦參數(shù)，各通道的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號由該所述模塊(13)控制其連接的起始粗延時及加載信號產(chǎn)生器(15)產(chǎn)生并輸出，各通道的讀使能信號由該所述模塊(13)控制其連接的粗延時讀使能產(chǎn)生器(14)產(chǎn)生并輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述步驟e中還包括所述通道處理控制器(1)內(nèi)部至少有一聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)存儲著各通道初始延時參數(shù)和不同掃描深度下動態(tài)聚焦參數(shù)，該模塊的輸出還送往并控制細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器(16)，使之產(chǎn)生N路輸出分別送往所述N個插值變跡系數(shù)存儲器(17)，從而使各插值變跡系數(shù)存儲器(17)中的系數(shù)A和B被選擇輸出；其中N為接收數(shù)字回波信號的通道數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8、10、13、14所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于在接收聚焦延時的動態(tài)調(diào)整過程中，所述步驟e還包括所述通道處理控制器(1)內(nèi)部至少有一聚焦及初始延時參數(shù)存儲器及其讀控制器(13)存儲著各通道初始延時參數(shù)和不同掃描深度下動態(tài)聚焦參數(shù)，通道處理控制器(1)在接收回波到來前由此讀出初始延時，在波束合成過程中隨著掃描深度的增加動態(tài)讀出聚焦參數(shù)，據(jù)此參數(shù)使由細(xì)延時系數(shù)產(chǎn)生器(16)的N路輸出組成的S代碼每當(dāng)需要調(diào)整時就自減1，以對起始延時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，達(dá)到動態(tài)聚焦的目的；當(dāng)S為0且需要調(diào)整時，S變?yōu)镸-1，同時通過輸出無效的讀使能信號使粗延時計數(shù)器(213)停加一拍，零陷對準(zhǔn)插值器的鎖存器(222)也停工一拍；其中M為濾波器插值相數(shù)，N為接收回波信號的通道數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，其特征在于所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)提供的細(xì)延時由來自于通道處理控制器(1)的系數(shù)A、B及讀使能信號決定，其延時精度等于射頻采樣間隔時間T除以插值相數(shù)M。
17.一種超聲診斷系統(tǒng)，包括用于向受測機體發(fā)射超聲波并接收目標(biāo)回波的各探頭陣元；用于放大各探頭陣元所輸出回波的各通道放大器；用于把備通道放大器的模擬信號輸出轉(zhuǎn)換乘數(shù)字信號的各通道A/D變換器；用于完成對各通道A/D變換器所輸出數(shù)字信號進(jìn)行聚焦延時、加權(quán)處理并求和的波束合成器。用于檢測和接收合成波束的檢測器，其輸出通過D.S.C變換送顯示器顯示；所述波束合成器包括若干個接收數(shù)字回波信號的通道處理器(2)、若干個加法器(3)和至少一個通道處理控制器(1)；所述通道處理器(2)含依次串接的粗延時部分電路(21)及零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)；所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)包括串行連接的鎖存器(222)與乘法器(223)支路，其與乘法器(221)支路兩路并行連接加法器(224)，所述乘法器(221)及乘法器(223)還分別連接來自通道處理控制器(1)的系數(shù)A和B信號；所述通道處理控制器(1)還產(chǎn)生送往各通道粗延時部分電路(21)的起始粗延時數(shù)據(jù)、加載信號及讀使能信號，作粗延時控制；所述讀使能信號同時還送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)內(nèi)的鎖存器(222)，用于觸發(fā)時鐘；所述各通道加法器(224)的輸出送往加法器組(3)兩兩合并，最后一級加法器(3)輸出合成后的波束信號，其特征在于所述通道處理控制器(1)包括存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器(11)和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器及其讀控制器(12)，所述變跡參數(shù)存儲器(11)和插值參數(shù)存儲器(12)的輸出端并行連接乘法器(18)，所述乘法器(18)的輸出端并接N個插值變跡系數(shù)存儲器(17)，由此輸出系數(shù)A和B信號；其中N為接收數(shù)字回波信號的通道數(shù)。
全文摘要
一種基于零陷對準(zhǔn)插值的波束合成方法，各接收通道內(nèi)的數(shù)字回波信號同時進(jìn)入各自的粗延時部分電路(21)，經(jīng)粗延時后送往零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)，其輸出兩兩相加得到合成波束。上述處理過程中，通道處理控制器(1)內(nèi)存儲不同掃描深度下變跡參數(shù)的變跡參數(shù)存儲器及其讀控制器(11)和存儲不同掃描深度下插值參數(shù)的插值參數(shù)存儲器及其讀控制器(12)產(chǎn)生變跡參數(shù)和插值參數(shù)，二者相乘產(chǎn)生的各通道插值變跡系數(shù)被選擇輸出往所述零陷對準(zhǔn)插值濾波器(22)；在接收聚焦延時動態(tài)調(diào)整時，所述通道處理控制器(1)同時還通過其產(chǎn)生的讀使能信號的變化控制各通道處理器(2)的暫態(tài)輸出。采用所述方法的波束合成器，具有低成本、高延時精度、無暫態(tài)輸出和低失真優(yōu)勢。
文檔編號G10K11/26GK1593347SQ20041002775
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者胡勤軍, 楊波 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司