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)明涉及一種用于醫(yī)療領(lǐng)域的超聲波診斷裝置，具體地涉及一種信道減少技術(shù)。
背景技術(shù)：
出于診斷活體(病人)的疾病的目的在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)使用超聲波診斷裝置。更具體地，超聲波診斷裝置向活體發(fā)送超聲波脈沖，并從那里接收反射波，基于由接收的反射波獲得的接收信號形成超聲波圖像。典型的超聲波診斷裝置包括設(shè)備本體(主單元)和連接到設(shè)備本體的探測器(探測單元)。探測器通常包括探頭、電纜和連接器。
探頭內(nèi)的陣列傳感器(傳感器陣列)由多個傳感器元件構(gòu)成。近來的趨勢是由多個元件形成陣列傳感器。使超聲波的二維掃描形成三維空間的多種2D陣列傳感器被投入實際的應(yīng)用。其中有的2D陣列傳感器包括幾千個傳感器元件。
當(dāng)單獨地為形成陣列傳感器的每個傳感器元件提供信號線時，大量的信號線必須連接到作為整體的陣列傳感器。在這樣的結(jié)構(gòu)中，從探頭延伸的探測器電纜(包裹多根信號線的電纜)的直徑變得非常大，在探測器電纜末端的連接器的端子(針)的數(shù)量也被增加。此外，由于必須為每個傳感器元件提供發(fā)射機和接收機，所以發(fā)射機部分和接收機部分將增大電路的規(guī)模。因此，隨著含有多個傳感器元件的陣列傳感器的發(fā)展，一直存在著減小探測器電纜的直徑和信道的數(shù)量(發(fā)射機和接收機的數(shù)量)的需求。
日本專利公開申請案No.2001-104303中公開了一種結(jié)構(gòu)，其中多個傳感器元件固定地連接到一個單個共同的信號線上(見該申請的圖2和4)。日本專利公開申請案No.2001-276064中公開了一種結(jié)構(gòu)，其中在各級中提供兩個相位調(diào)整及求和電路(或射束形成電路)。日本專利公開的申請案No.Hei 9-322896的圖6中公開了將2D陣列傳感器固定地設(shè)置成多個組，該多個組連接多個第一射束形成器，并在多個第一射束形成器的隨后一級提供多個第二射束形成器。然而，這些文件都沒有說明將2D陣列傳感器上的每個子陣列動態(tài)地設(shè)置成多個組，或者使用這些組的每組來執(zhí)行信道減少。美國專利No.5832923公開了在2D陣列傳感器上定義多個2D子陣列，并且在每個子陣列上定義多個組。然而，在此專利中，在多個組中形成每組的傳感器元件的數(shù)量是相同的。因此，此文件沒有說明按照射束方向改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供一種超聲波診斷裝置，其應(yīng)用了新的且較好的關(guān)于信道減少的方法。
本發(fā)明也有利地提供一種使用細的探測器電纜的超聲波診斷裝置。
本發(fā)明也能有利地減少降低超聲波圖像質(zhì)量的旁瓣。
(1)按照本發(fā)明一個方面的一種超聲波診斷裝置包括(a)陣列傳感器，由被分成多個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成，(b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件設(shè)置多個組，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，(c)一個發(fā)射機部分，用于將多個發(fā)射信號送至對每個子陣列設(shè)置的多個組，以及(d)接收機部分，用于處理對應(yīng)于對每個子陣列設(shè)置的多個組的多個組接收信號。
使用上述的結(jié)構(gòu)，對陣列傳感器定義多個子陣列，并對每個子陣列定義多個組。當(dāng)多個傳感器元件形成某一組時，這些傳感器元件應(yīng)用一個共同的發(fā)射信號。此外，當(dāng)多個傳感器元件形成一組時，多個傳感器元件輸出的多個接收信號被組合，由此形成一個組接收信號。因此，能夠減少發(fā)射機部分(發(fā)射裝置)產(chǎn)生的發(fā)射信號的數(shù)量和接收機部分(接收裝置)將要處理的接收信號的數(shù)量。換言之，能夠簡單地實現(xiàn)信道減少。
陣列傳感器上的子陣列的圖形可被固定地限定或是動態(tài)可變的。每一組由多個傳感器元件正常地形成。然而，在多個組中可存在由單個傳感器元件構(gòu)成的一組。最好是按照射束形成條件(例如，射束掃描方向和必需的射束剖面圖)自適應(yīng)地改變多個組的形式(分組模式)。在此情況下，最好是自適應(yīng)地設(shè)置形成一組的傳感器元件的數(shù)量。較佳地，陣列傳感器是2D陣列傳感器，且每個子陣列是2D子陣列。接收機部分可由子部分和主部分構(gòu)成。類似地，發(fā)射機部分可由子部分和主部分構(gòu)成。每個子陣列內(nèi)所有的傳感器元件都可用作有效的傳感器元件(即，實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收的傳感器元件)，或者可為全部或部分的子陣列定義一個或多個無效的傳感器元件(即，不能實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收的傳感器元件)。
較佳地，組設(shè)置部分包括一個開關(guān)電路，該開關(guān)電路在接收時對每組的多個接收信號進行求和以執(zhí)行接收信道減少，并在發(fā)射時并行地輸出相同的發(fā)射信號至每組的多個傳感器元件以執(zhí)行發(fā)射信道減少。
較佳地，該開關(guān)電路是開關(guān)矩陣電路，其使用多個組信號線選擇地連接每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件。該開關(guān)矩陣電路將每個子陣列內(nèi)的每個傳感器元件連接至從多個組信號線中選擇的組信號線上，并且該開關(guān)矩陣電路能夠?qū)⑺钄?shù)量的傳感器元件連接至每個組信號線。使用此結(jié)構(gòu)，多個組信號線大體由數(shù)量與每個子陣列上設(shè)置的組的數(shù)量相同的信號線形成。較佳地，開關(guān)矩陣電路具有大量的開關(guān)，其分別位于多個組信號線與多個傳感器元件延伸的多個信號線之間的交叉點處。使用這些開關(guān)的開/關(guān)操作能夠執(zhí)行分組。
較佳地，開關(guān)矩陣電路按照射束形成條件改變連接到每個組信號線的傳感器元件的數(shù)量。較佳地，按照射束形成條件將形成每個子陣列的多個傳感器元件分成多個有效的傳感器元件和一個或多個無效的傳感器元件，并且多個有效的傳感器元件與多個組信號線連接。較佳地，還設(shè)有按照形成每組的傳感器元件的數(shù)量對每個組接收信號執(zhí)行加權(quán)的裝置。
較佳地，陣列傳感器和組設(shè)置部分設(shè)置在探頭中。較佳地，在探頭內(nèi)還設(shè)有發(fā)射機部分。使用此結(jié)構(gòu)，能夠減少形成探測器電纜的多個信號線的數(shù)量。
較佳地，接收機部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個子相位調(diào)整及求和電路，每個子相位調(diào)整及求和電路對于多個組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號，還包括至少一個主相位調(diào)整及求和電路，對于從多個子相位調(diào)整及求和電路輸出的多個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
使用上述的結(jié)構(gòu)，在對每個子陣列執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程之后，對于多個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。如上所述，通過包括分組、子相位調(diào)整及求和及主相位調(diào)整及求和的多級逐步地減少信號的數(shù)量，最終，對于一個接收射束獲得一個信號(主相位調(diào)整及求和信號)。此處，相位調(diào)整及求和過程(或射束形成過程)是指多個信號的每一個信號首先被相位調(diào)整(延遲)然后總信號被加在一起的過程。
較佳地，陣列傳感器、組設(shè)置部分和多個子相位調(diào)整及求和電路設(shè)置在探頭內(nèi)。使用此結(jié)構(gòu)，能夠進一步減少形成探測器電纜的信號線的數(shù)量。
較佳地，接收機部分還包括多個主相位調(diào)整及求和電路，所以一個接收過程能夠同時形成多個接收射束。多個接收射束的同時形成能增加幀頻和容積率。即使當(dāng)形成多個接收射束時，在多個接收射束中能夠共享各個子相位調(diào)整及求和電路或類似電路。
較佳地，組設(shè)置部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個開關(guān)電路，每個開關(guān)電路將每個子陣列中的m個傳感器元件分成n(1＜n＜m)組。此處，子陣列內(nèi)傳感器元件的數(shù)量m(或子陣列內(nèi)有效傳感器元件的數(shù)量m)、每個子陣列的組的數(shù)量n和下面將說明的子陣列的數(shù)量k是具有1＜n＜m關(guān)系的整數(shù)，且k是2或更大。
較佳地，組設(shè)置部分按照作為射束形成條件給出的射束掃描條件動態(tài)地改變每個子陣列的組設(shè)置模式。較佳地，組設(shè)置模式的改變包括形成每一組的傳感器元件的數(shù)量的改變和每組的形狀的改變。較佳地，組設(shè)置模式的改變還包括改變每個陣列中是否包括一個或多個無效的傳感器元件。
組設(shè)置部分(或組設(shè)置裝置)較佳地由諸如多路復(fù)用器和開關(guān)矩陣的開關(guān)電路形成。依靠多個信號線的電連接，在組設(shè)置部分的組單元上，來自多個傳感器元件的多個接收信號被簡單地相加(有線的相加)。然而，如果需要，可以執(zhí)行加權(quán)相加或類似加法。
(2)按照本發(fā)明另一方面的一種超聲波診斷裝置包括(a)探頭，(b)陣列傳感器，其在探頭內(nèi)由被分成k(1＜k)個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成，(c)組設(shè)置部分，其設(shè)置在探頭內(nèi)，用于按照射束形成條件對于每個子陣列內(nèi)的m個傳感器元件設(shè)置n個組，其中1＜n＜m，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，(d)發(fā)射機電路，該發(fā)射機電路的數(shù)量是k，是對應(yīng)探頭內(nèi)k個子陣列提供的，每個發(fā)射機電路將n個發(fā)射信號送至為對應(yīng)的子陣列設(shè)置的n個組，以及(e)子相位調(diào)整及求和電路，該子相位調(diào)整及求和電路的數(shù)量是k，是對應(yīng)探頭內(nèi)k個子陣列提供的，每個子相位調(diào)整及求和電路對于n組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號。
較佳地，還提供一個或多個主相位調(diào)整及求和電路，對于k個子相位調(diào)整及求和電路輸出的k個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。較佳地，組設(shè)置部分在接收時對形成一個組的多個傳感器元件輸出的多個接收信號求和以產(chǎn)生組接收信號，并在發(fā)射時并行地輸出相同的發(fā)射信號至形成該組的多個傳感器元件。較佳地，組設(shè)置部分包括開關(guān)矩陣電路，該開關(guān)矩陣電路能夠使用一個組信號線連接所需數(shù)量的傳感器元件。
(3)按照本發(fā)明另一方面的一種超聲波診斷裝置包括(A)用作探頭的第一單元，以及(B)經(jīng)過探測器電纜連接到第一單元的第二單元，該第一單元包括(a)陣列傳感器，由被分成多個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成，(b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對于每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件設(shè)置多個組，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，該第二單元包括(c)發(fā)射機部分，用于經(jīng)過探測器電纜將多組的發(fā)射信號送至組設(shè)置部分，以及(d)接收機部分，用于處理經(jīng)過探測器電纜來自組設(shè)置部分的多組的組接收信號。
使用上述結(jié)構(gòu)，對陣列傳感器定義多個子陣列，并對每個子陣列定義多個組。當(dāng)多個傳感器元件形成某一組時，這些傳感器元件應(yīng)用一個共同的發(fā)射信號。此外，當(dāng)多個傳感器元件形成一組時，多個傳感器元件輸出的多個接收信號被組合，由此形成一個組接收信號。因此，能夠減少發(fā)射機部分產(chǎn)生的發(fā)射信號的數(shù)量和接收機部分將要處理的接收信號的數(shù)量。換言之，能夠簡單地實現(xiàn)信道減少。通過按照射束形成條件改變形成每一組的傳感器元件的數(shù)量，能夠形成較佳的超聲波射束。按照射束形成條件在每個子陣列中能夠定義一個或多個無效的傳感器元件。
第二單元相當(dāng)于探測器電纜的連接器和設(shè)備本體，或相當(dāng)于設(shè)備本體。在前述情況，可在連接器中設(shè)置發(fā)射機部分的一部分或整體、或接收機部分的一部分或整體。
較佳地，接收機部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個子相位調(diào)整及求和電路，每個子相位調(diào)整及求和電路對于一組輸入其中的組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號，還包括一個主相位調(diào)整及求和電路，對于從多個子相位調(diào)整及求和電路輸出的多個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
使用上述的結(jié)構(gòu)，在對每個子陣列執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程之后，對多個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。如上所述，通過包括分組、子相位調(diào)整及求和及主相位調(diào)整及求和的多級逐步地減少信號的數(shù)量，最終，對于一個接收射束獲得一個信號(主相位調(diào)整及求和信號)。
較佳地，第二單元包括電纜連接器和設(shè)備本體，在電纜連接器中至少含有多個子相位調(diào)整及求和電路。較佳地，在電纜連接器內(nèi)還提供發(fā)射機部分。當(dāng)在電纜連接器內(nèi)執(zhí)行子相位調(diào)整及求和并產(chǎn)生發(fā)射信號時，通過把該電纜連接器連接至設(shè)備本體中的探測器連接部分，在傳統(tǒng)的超聲波診斷裝置中執(zhí)行三維超聲波診斷也是可行的。
較佳地，第二單元包括設(shè)備本體，在該設(shè)備本體內(nèi)設(shè)置發(fā)射機部分和接收機部分。
較佳地，組設(shè)置部分包括多個開關(guān)電路，用于將每個子陣列中的m個傳感器元件分成n組，其中1＜n＜m。此處，形成子陣列的傳感器元件的數(shù)量m、每個子陣列的組的數(shù)量n和下面將說明的子陣列的數(shù)量k是具有1＜n＜m關(guān)系的整數(shù)，且k是2或更大。
較佳地，m個傳感器元件的每一個都是有效的傳感器元件，按照射束形成條件，除了m個有效的傳感器元件之外，每個子陣列還包括一或多個無效的傳感器元件。
較佳地，在第一單元與第二單元之間，發(fā)射信號作為電壓信號被發(fā)射，且接收信號作為電流信號被發(fā)射。發(fā)射信號可以是大約100伏的信號或者是大約幾伏至幾十伏的低壓型信號。在后面的情況，由于每個傳感器元件最好是低阻抗類型，所以在陣列傳感器的制造中使用了，例如，分層法。當(dāng)接收信號是電流信號時，能夠消除或減小由信號線的電容導(dǎo)致的信號衰減和頻率特性下降的問題?？梢栽谛盘柧€的兩端提供雙向的傳輸電路(輸入—輸出電路)，或者在信號線位于設(shè)備本體的一端提供。
較佳地，每個子相位調(diào)整及求和電路都是含有延遲線的模擬相位調(diào)整及求和電路。較佳地，每個子相位調(diào)整及求和電路都是數(shù)字相位調(diào)整及求和電路。較佳地，每個子相位調(diào)整及求和電路都是含有CCD的相位調(diào)整及求和電路。
(4)按照本發(fā)明另一方面的一種超聲波診斷裝置包括(A)用作探頭的第一單元，以及(B)經(jīng)過一組信號線連接到第一單元的第二單元，該第一單元包括(a)陣列傳感器，由被分成k(1＜k)個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成，(b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對于每個子陣列內(nèi)的m個傳感器元件設(shè)置n個組，此處1＜n＜m，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，以及第二單元包括(c)發(fā)射機部分，用于經(jīng)過該組信號線將k組的發(fā)射信號送至該組設(shè)置部分，以及(d)接收機部分，用于處理經(jīng)過該組信號線來自組設(shè)置部分的k組的組接收信號，其中(e)每組發(fā)射信號由n個發(fā)射信號組成，(f)每組的組接收信號由n個組接收信號組成。


下面基于附圖進一步詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，圖中圖1為本發(fā)明的超聲波診斷裝置的第一實施方案的方框圖；圖2為圖1的子發(fā)射機/接收機部分的示例結(jié)構(gòu)的電路圖；圖3示出了陣列傳感器與子陣列之間的相互關(guān)系；圖4示出了關(guān)于子陣列的分組模式的第一示例；圖5示出了關(guān)于子陣列的分組模式的第二示例；
圖6示出了關(guān)于子陣列的分組模式的第三示例；圖7的圖示用于說明主延遲(主延遲量)與子延遲(子延遲量)之間的相互關(guān)系；圖8示出了對于一個發(fā)射束同時形成16個接收射束的狀態(tài)；圖9示出了發(fā)射束地址與每個子陣列確定的操作條件之間的相互關(guān)系；圖10示出了發(fā)射束地址與每個接收射束的一組主延遲量之間的相互關(guān)系；圖11示出了本發(fā)明的超聲波診斷裝置的第二實施方案的方框圖；圖12示出了本發(fā)明的超聲波診斷裝置的第三實施方案的方框圖；圖13示出了信道減少單元和發(fā)射/接收模塊的第一示例結(jié)構(gòu)；圖14示出了信道減少單元和發(fā)射/接收模塊的第二示例結(jié)構(gòu)；圖15示出了信道減少單元和發(fā)射/接收模塊的第三示例結(jié)構(gòu)；圖16示出了信道減少單元和發(fā)射/接收模塊的第四示例結(jié)構(gòu)；圖17示出了信道減少單元和發(fā)射/接收模塊的第五示例結(jié)構(gòu)；以及圖18示出了本發(fā)明的超聲波診斷裝置的整體結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖19示出了關(guān)于子陣列的分組模式的另一個示例；以及圖20示出了關(guān)于子陣列的分組模式的又一個示例。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。圖1至10和圖18至20示出了第一實施方案，圖11至17示出了第二和第三實施方案。為了理解第二和第三實施方案也將參照圖3至10以及圖19和20。換言之，每個實施方案中使用相同的信道減少方法。
首先參照圖18說明按照本發(fā)明第一實施方案的超聲波診斷裝置的基本結(jié)構(gòu)。該超聲波診斷裝置由探測器(探測單元)240和設(shè)備本體242構(gòu)成。探測器240包括探頭244、探測器電纜246和電纜連接器(未示出)。設(shè)備本體242包括發(fā)射/接收控制部分248、接收機部分250、信號處理模塊252、圖像形成部分254和顯示器256。探頭244發(fā)射和接收超聲波。然后通過接收機部分250和信號處理模塊252將由超聲波的發(fā)射和接收獲得接收信號輸入圖像形成部分254。圖像形成部分254基于接收到的信號形成超聲波圖像。超聲波圖像被顯示在顯示器256的屏幕上。二維斷層分析圖像、二維血流圖像和三維圖像都屬于已知的超聲波圖像。在本實施方案中，在活體內(nèi)的三維空間獲得的容積數(shù)據(jù)經(jīng)過容積重現(xiàn)處理形成三維圖像。許多形成三維圖像的其它方法也是公知的。
圖1是第一實施方案中原理部分的結(jié)構(gòu)的方框圖。如上面參照圖18所說明的，超聲波診斷裝置由探測器單元和設(shè)備本體12構(gòu)成。探測器單元包括探頭10、探測器電纜14以及未示出的電纜連接器。電纜連接器可拆卸地連接到設(shè)備本體12，其帶有用作探測器連接器的連接器。
例如，探頭10用于與活體的表面接觸，并在這樣的接觸狀態(tài)下發(fā)送超聲波脈沖和接收其反射波。探頭10包括由多個傳感器元件16a二維排列構(gòu)成的2D(二維)陣列傳感器16。2D陣列傳感器16產(chǎn)生以二維方式電子掃描的超聲波射束。在此情況下的電子掃描方法包括電子扇區(qū)掃描、電子線性掃描等等。使用超聲波射束的二維電子掃描，可形成三維空間(三維的回波數(shù)據(jù)獲得的空間)。在本實施方案中，2D陣列傳感器16由大約四千個傳感器元件16a構(gòu)成。
對2D陣列傳感器16定義多個2D子陣列(將參照圖3進一步說明)。定義這些子陣列18以使它們在2D陣列傳感器16上彼此靠近地連接。在本實施方案中，多個子陣列具有矩形形狀。雖然每個子陣列的位置和形狀被固定地確定，但是它們也可自適應(yīng)地改變。
探頭10含有多個子發(fā)射機/接收機(收發(fā)機)部分20。在本實施方案中，子陣列18和子發(fā)射機/接收機部分20一對一的彼此對應(yīng)。例如，在本實施方案中，提供128個子陣列并相應(yīng)地提供128個子發(fā)射機/接收機部分20。如將要參照圖2或類似的圖進一步說明的那樣，本實施方案的每個子發(fā)射機/接收機部分20具有組設(shè)置功能、子相位調(diào)整及求和功能和發(fā)射信號產(chǎn)生功能。使用組設(shè)置功能，形成子陣列18的多個傳感器元件(例如，16個傳感器元件)16a被分組或分成多個組(例如，4組)。每組包括多個傳感器元件(或單個傳感器元件作為例外)。在本發(fā)明實施方案中，按照射束形成條件(特別地，射束掃描方向、射束偏轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)向)方向或射束形狀)，可變化地設(shè)置形成每組的傳感器元件的數(shù)量。換言之，盡管多個子陣列的設(shè)置模式是固定的，但每個子陣列中多個組的設(shè)置模式是可變的。通過按照射束形成條件改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，能夠減少旁瓣或者能夠獲得較好的射束剖面圖。
使用上述的分組，在發(fā)射時，用在組單元上的單個發(fā)射信號可被用于與該發(fā)射信號對應(yīng)的形成具體的一組的一個或多個傳感器元件。通常，一組包括兩個或多個傳感器元件，從而單個發(fā)射信號并行地施加到該兩個或多個傳感器元件。另一方面，在接收時，每個組可獲得單個組接收信號。由于一組通常包括兩個或多個傳感器元件，所以通過把兩個或多個傳感器元件輸出的兩個或多個接收信號相加可獲得從多路復(fù)用器輸出的一個組接收信號，將參照圖2在下面詳細說明。在本實施方案中，通過在多路復(fù)用器中多個信號線的連接能對每組獲得的多個接收信號執(zhí)行加法(求和)。更具體地，由于從多個傳感器元件延伸的多個信號線的互連使多個接收信號被加到一起，由此獲得單個組接收信號。當(dāng)然，在此情況下執(zhí)行多個接收信號的加權(quán)加法或類似加法也是可能的。按照射束形成條件，可在子陣列中提供一個或多個傳感器元件作為無效的傳感器元件(即，沒有連到組信號線的傳感器元件)。在此情況下，子陣列內(nèi)多個有效的傳感器元件(連接到組信號線的傳感器元件)被用于形成多個組。
從上述的說明中可以理解，使用每個子發(fā)射機/接收機部分20的分組功能，每個子陣列能夠?qū)崿F(xiàn)信道減少。例如，作為將16個傳感器元件分成4組的結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)1/4的信道減少率。此外，每個子發(fā)射機/接收機部分20還具有如上所述的子相位調(diào)整及求和功能，使用此功能可實現(xiàn)信道減少。更具體地，例如，探頭10內(nèi)每個子陣列18獲得的4個組接收信號經(jīng)過相位調(diào)整及求和處理，由此每個子陣列18獲得單個子相位調(diào)整及求和信號。換言之，當(dāng)注意到接收信號的過程時，盡管每個子陣列最初獲得16個傳感器元件產(chǎn)生的16個接收信號，但每個子發(fā)射機/接收機部分20僅輸出單個接收信號(子相位調(diào)整及求和信號)。這使得探頭10中的接收過程產(chǎn)生1/16的信道減少率。如下所述，每個子發(fā)射機/接收機部分20包括與形成子陣列的組的數(shù)量相同的發(fā)射機(例如，4個發(fā)射機)。因此，在發(fā)射時，例如，4個發(fā)射信號驅(qū)動16個傳感器元件。具體地，一組產(chǎn)生一個單個發(fā)射信號，因此4組(即，形成子陣列的16個傳感器元件)應(yīng)用4個發(fā)射信號。在此可獲得1/4的信道減少率。
探頭10具有子發(fā)射控制部分22，用于控制多個子發(fā)射機/接收機部分20中的發(fā)射操作。此外，探頭10還具有子接收控制部分24，用于控制多個子發(fā)射機/接收機部分20中的接收操作。將在下面進一步說明這些控制部分。探測器電纜14包括探頭10與設(shè)備本體12之間的多個信號線100和一個和多個控制線102。每個信號線100都連接到一個特定的子發(fā)射機/接收機部分20。
現(xiàn)在將說明設(shè)備本體12的結(jié)構(gòu)。下面將要說明的作為模擬信號輸出的多個(例如，128)子相位調(diào)整及求和信號，被分別輸入到多個(例如，128)A/D轉(zhuǎn)換器26，在這里每個輸入信號都被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。各個A/D轉(zhuǎn)換器26的輸出信號被并行地保存在多個彼此并行設(shè)置的FIFO(first-in first-out，先進先出)存儲器28中。在本實施方案中，為每個子陣列18提供16個FIFO存儲器28，以通過一個接收過程同時形成16個接收射束。利用將在下面說明的發(fā)射/接收控制部分32對每個FIFO存儲器28執(zhí)行讀取控制。發(fā)射/接收控制部分32通過控制對每個FIFO存儲器28的讀取時序來確定延遲量。
如上所述，在本實施方案中，為每個子陣列18提供彼此并行設(shè)置的16個FIFO存儲器28。在這些FIFO存儲器28的下一級中彼此并行地設(shè)置16個加法器30。每個加法器30把對應(yīng)的16個具體的FIFO存儲器28輸出的信號相加，并輸出已經(jīng)被相位調(diào)整及求和(主相位調(diào)整及求和信號)的接收信號104。換言之，在本實施方案中，在設(shè)備本體12內(nèi)提供16個主數(shù)字射束形成器(主相位調(diào)整及求和電路)27。此處，射束形成技術(shù)不限于如圖1所示的數(shù)字射束形成，也可采用模擬射束形成。依照本實施方案，在探頭10內(nèi)執(zhí)行子相位調(diào)整及求和，在設(shè)備本體12內(nèi)執(zhí)行主相位調(diào)整及求和。使用上面在兩級中執(zhí)行的相位調(diào)整及求和過程，最終形成一個接收射束。也可以在探測器連接器(未示出)內(nèi)提供諸如子相位調(diào)整及求和電路的電子電路，如下面對第二實施方案(圖11)的說明。此外，也可以在設(shè)備本體內(nèi)提供諸如子相位調(diào)整及求和電路的電子電路，如下面對第三實施方案(圖12)的說明。
設(shè)備本體12內(nèi)的發(fā)射/接收控制部分32按照來自主控制部分(未示出)的控制信號106操作以控制圖1所示的每個元件的操作。更具體地，在設(shè)備本體12內(nèi)，發(fā)射/接收控制部分32對多個FIFO存儲器28執(zhí)行寫入控制和讀取控制，由此在接收中獲得動態(tài)的聚焦。此外，發(fā)射/接收控制部分32通過控制線102將控制信號送至探頭10。按照該控制信號，子發(fā)射控制部分22和子接收控制部分24控制探頭10內(nèi)的多個子發(fā)射機/接收機部分20的操作。如將在下面參照圖2所述，該控制信號也被用于在由多路復(fù)用器執(zhí)行的分組過程中選擇模式。應(yīng)當(dāng)注意，圖1中沒有顯示從設(shè)備本體12至探頭10的電源線和時鐘信號。
圖2部分地示出了在圖1所示結(jié)構(gòu)中某種子發(fā)射機/接收機部分20的具體結(jié)構(gòu)。圖1所示的多個子發(fā)射機/接收機部分20具有相同的結(jié)構(gòu)。如上所述，在本實施方案中，16個傳感器元件16a形成一個子陣列18。對應(yīng)一個子陣列18提供一個多路復(fù)用器38。多路復(fù)用器38是作為開關(guān)裝置的開關(guān)矩陣，并具有上述的分組功能。多路復(fù)用器38在排列在陣列傳感器16旁邊的16個端子(即，16個元件信號線)與排列在子發(fā)射機/接收機部分20旁邊的4個端子(即，4個組信號線)之間執(zhí)行連接過程。如將在下面參照圖4至圖6所述，使用多路復(fù)用器38能夠在子陣列18上建立各種組設(shè)置模式(分組模式)。圖2中，標(biāo)記102C表示從設(shè)備本體至多路復(fù)用器38的用于選擇開關(guān)模式的控制信號?；蛘?，可由單個開關(guān)矩陣電路形成多個多路復(fù)用器。多路復(fù)用器38還包括分別位于16個元件信號線與4個組信號線交叉處的多個開關(guān)(未示出)。使用這些開關(guān)中每個開關(guān)的開/關(guān)操作，能將一或多個元件信號線連接到每個組信號線。
本實施方案的子發(fā)射機/接收機部分20包括4個用于信號傳輸?shù)碾p向傳輸電路(I/F電路或輸入/輸出電路)42，子相位調(diào)整及求和電路34和發(fā)射機部分36。在本實施方案中，每個雙向傳輸電路42具有脈沖發(fā)生器/前置放大器電路的功能。具體地，每個雙向傳輸電路42將來自發(fā)射部分36的發(fā)射信號送至多路復(fù)用器38，另一方面，將多路復(fù)用器38輸出的接收信號輸出至子相位調(diào)整及求和電路34。在此情況下，以電流模式在子陣列18與4個雙向傳輸電路42之間傳輸接收信號是較好的，并且以電壓模式在子陣列18與4個雙向傳輸電路42之間傳輸發(fā)射信號是較好的。
發(fā)射機部分36包括4個存儲器(此例中是FIFO存儲器)56和4個D/A轉(zhuǎn)換器48。每個FIFO存儲器56具有波形發(fā)生器的功能，子發(fā)射控制部分22控制FIFO存儲器56的操作(特別是輸出時序)。具體地，每個FIFO存儲器56產(chǎn)生發(fā)射信號波形作為數(shù)字信號。每個FIFO存儲器56輸出的為數(shù)字信號的發(fā)射信號被輸入到D/A轉(zhuǎn)換器48，在那里輸入數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成模擬信號?，F(xiàn)在是模擬信號的發(fā)射信號經(jīng)過上述的雙向傳輸電路42被傳輸?shù)蕉嗦窂?fù)用器38。然后多路復(fù)用器38確定與發(fā)射信號對應(yīng)的形成具體組的一個或多個傳感器元件作為該信號的目的地。以此方式，發(fā)射機部分36產(chǎn)生的4個發(fā)射信號被分別用于形成具體子陣列18的四個組中對應(yīng)的一組。
子相位調(diào)整及求和電路34包括4個A/D轉(zhuǎn)換器46、4個存儲器(此例中是FIFO存儲器)50、一個加法器52和一個D/A轉(zhuǎn)換器54。每個A/D轉(zhuǎn)換器46將模擬信號的輸入接收信號(一個組接收信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的接收信號臨時保存在對應(yīng)的FIFO存儲器50中，在相位調(diào)整的適當(dāng)時序被讀出并被送至加法器52。加法器52對4個輸入接收信號求和。從而，完成了子相位調(diào)整及求和過程。然后在D/A轉(zhuǎn)換器54中將此加法過程獲得的子相位調(diào)整及求和信號(數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換成模擬信號。模擬信號的子相位調(diào)整及求和信號此時被輸出至信號線100。
如上所述，在第一級中子相位調(diào)整及求和電路34執(zhí)行相位調(diào)整及求和操作，即子相位調(diào)整即求和操作，因此相當(dāng)于子數(shù)字射束形成器。例如，由子接收控制部分24對4個接收信號執(zhí)行讀取控制。用于接收控制的控制信號102B被輸入到子接收控制部分24，用于發(fā)射控制的控制信號102A被輸入到子發(fā)射控制部分22。
圖2中所示的發(fā)射機部分36的結(jié)構(gòu)僅是示例，例如，發(fā)射機部分36可由模擬電路構(gòu)成。在任何一種情況下，為每個發(fā)射信號設(shè)置延遲時間以使在2D陣列傳感器16中使用來自設(shè)備本體旁邊的觸發(fā)信號作為基準(zhǔn)形成發(fā)射束。
例如，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置發(fā)射信號在FIFO存儲器56中的存儲位置的開始端以及發(fā)射信號的數(shù)據(jù)傳輸時序，可以輸出與出發(fā)脈沖同步的具有預(yù)期延遲量的發(fā)射信號。此外，子接收控制部分24可作為延遲數(shù)據(jù)存儲器被形成。
圖3示出了陣列傳感器16。例如，陣列傳感器16是在X方向上具有50個傳感器元件以及在Y方向上具有50個傳感器元件的2D陣列傳感器。如上所述，對陣列傳感器定義多個子陣列。更具體地，多個子陣列中的每個都具有矩形(方形)，并且在陣列傳感器16的整個區(qū)域，它們被靠近地彼此沒有間隙地定義。圖3示出了這些子陣列18中有代表性的一個。如上所述，為每個子陣列設(shè)置多個組。按照聚焦和射束轉(zhuǎn)向為每組提供發(fā)射延遲量和子接收延遲量。此處，為每個子陣列提供主接收延遲量。換言之，為形成每個子陣列的所有的多個傳感器元件提供共同的主接收延遲量。因此，通過把子接收延遲量和主接收延遲量相加獲得的全部延遲量被提供給各個傳感器元件。
圖4至圖6示出了用于子陣列的組設(shè)置模式的示例。在本實施方案中，為多個子陣列建立相同的分組模式。然而，在每次發(fā)射時也可為所有或部分的子陣列設(shè)置不同的分組模式。
在如圖4所示的例子中，射束掃描方向(射束偏轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)向)方向)與X方向一致。沿著X方向并排定義四個組G1至G4。G1至G4的每一組由沿著Y方向直線排列的4個傳感器元件構(gòu)成。在圖5所示的示例中，射束掃描方向與Y方向一致。沿著Y方向并排定義四個組G1至G4。G1至G4的每一組由沿著X方向直線排列的4個傳感器元件構(gòu)成。在圖6所示的示例中，射束掃描方向設(shè)置在與X和Y方向交叉的對角線方向。在此情況下，盡管設(shè)置了4個組G1至G4，但每組具有的的形式(形狀和元件的數(shù)量)不同于圖4和圖5所示任何形式。具體地，組G1由沿著X方向排列的3個傳感器元件構(gòu)成，組G2由以L形排列的4個傳感器元件和位于子陣列18的右上角的1個傳感器元件構(gòu)成。組G3與組G2具有相同的形狀，但是它們的方向相差180度。組G4類似于組G1由沿著X方向排列的3個傳感器元件構(gòu)成，然而組G4設(shè)置在子陣列18的右下角而組G1設(shè)置在子陣列18的左上角。依照本實施方案，按照如圖4至6所示的射束掃描方向，能夠可變地設(shè)置形成每組的傳感器元件的數(shù)量。
當(dāng)確定每組的形式時，需要盡可能最大程度地減少旁瓣。通過對每個子陣列設(shè)置較多的組，增加了分組模式的自由度，因此能夠形成更好的射束。然而，在此情況下，降低了信道減少的優(yōu)勢。因此最好按照射束剖面圖所需的精確度來確定傳感器元件的數(shù)量和形成一個子陣列的組的數(shù)量。
如上所述，依照本實施方案，自由地設(shè)置形成每組的傳感器元件的數(shù)量是可行的。在圖6所示的示例中，為了按照射束掃描方向獲得較好的射束剖面圖，G1和G4的每一組都由3個傳感器元件構(gòu)成，G2和G3的每一組都由5個傳感器元件構(gòu)成。最好按照射束掃描方向在此模式下動態(tài)地改變分組模式。將參照圖19和20對其進一步的詳細說明。
圖19示出了分組模式隨著射束掃描方向改變而改變的示例。在圖19所示的示例中，形成子陣列18的所有的傳感器元件都是有效的傳感器元件。圖19(A)示出了當(dāng)射束掃描方向時0度時的分組模式(與圖4中所示模式相同)，圖19(B)示出了當(dāng)射束掃描方向時10度時的分組模式，圖19(C)示出了當(dāng)射束掃描方向時20度時的分組模式，圖19(D)示出了當(dāng)射束掃描方向時30度時的分組模式。如圖所示，每組的形狀和形成每組的傳感器元件的數(shù)量隨著射束掃描方向改變，所以能夠形成較好的射束剖面圖。
圖20示出了分組模式隨著射束掃描方向改變而改變的另一個示例。在圖20所示的示例中，形成子陣列18的所有傳感器元件的一部分是無效的傳感器元件260，其余的傳感器元件是有效的傳感器元件。圖20(A)示出了當(dāng)射束掃描方向時10度時的分組模式，圖20(B)示出了當(dāng)射束掃描方向時20度時的分組模式，圖20(C)示出了當(dāng)射束掃描方向時34度時的分組模式，圖20(D)示出了當(dāng)射束掃描方向時45度時的分組模式。如圖所示，每組的形狀和形成每組的傳感器元件的數(shù)量隨著射束掃描方向改變，無效傳感器元件的數(shù)量也改變，所以能夠形成較好的射束剖面圖。
圖7概念性地給出子相位調(diào)整及求和過程中的子延遲量與主相位調(diào)整及求和過程中的主延遲量之間的相互關(guān)系。子延遲量是為每組確定的相對的延遲量，主延遲量相當(dāng)于對作為一個整體的每個子陣列的偏移延遲量。在本實施方案中，每組的接收延遲量可以分成與兩級相位調(diào)整及求和過程對應(yīng)的子延遲量和主延遲量。另一方面，每組的發(fā)射延遲量不能夠以此方式被分開。
參照圖7，標(biāo)記206表示距離焦點F等距離的線，這樣的線206能夠被看作具有作用范圍的虛擬的聲源。如果傳感器元件排列在這條線206上，則從傳感器元件發(fā)射的超聲波的相位能夠完全地與焦點F匹配，傳感器元件接收的超聲波(反射波)的相位也能夠完全地匹配。然而，在實際中，多個傳感器元件排列在標(biāo)記200指示的實際的傳感器平面上，焦點F可能移動。因此使用已知的電子聚焦技術(shù)以使每個傳感器元件發(fā)射的超聲波的相位與焦點F匹配，也使傳感器元件輸出的接收信號的相位匹配。在本實施方案中，對每個子陣列中的每組執(zhí)行關(guān)于發(fā)射信號和接收信號的電子延遲過程。
參照圖7，標(biāo)記202和204表示與子陣列對應(yīng)的部分間隙。按照圖7所示的幾何關(guān)系，最大的延遲時間被給予部分間隙202和204的左端部分(左端邊上的一組)，最小的延遲時間被給予部分間隙202和204的右端部分(右端邊上的一組)。在圖7所示的例子中，在距離焦點F等距離的位置分別繪制線208和210，并分別通過部分間隙202和204的右端。對于部分間隙202，線208與線206之間的距離相當(dāng)于由T2表示的主延遲量。此外，在部分間隙202的左端，在實際的傳感器元件200與線208之間顯示了子延遲量T1。換言之，主延遲量在整個部分間隙202中共同的，而子延遲量隨著部分間隙202內(nèi)的組位置(例如，組中心的位置)而不同。類似地，對于部分間隙204，主延遲量由T4表示，在左端的子延遲量由T3表示。盡管在本實施方案中對每個子陣列的每個組單獨地確定子延遲時間，但是對于多個子陣列的具有相同元件標(biāo)記(相同的元件位置或相同的元件地址)的傳感器元件也可能設(shè)置相同的子延遲時間。使用這樣的結(jié)構(gòu)，雖然降低了射束聚焦性質(zhì)，但是能夠簡化控制。
圖8示出了探頭10與一部分三維的回波數(shù)據(jù)采集空間之間的相互關(guān)系。標(biāo)記224表示發(fā)射束。在本實施方案中，對于一個發(fā)射束224同時形成16個接收射束228。
作為三維回波數(shù)據(jù)采集空間220的底面被示意性地顯示的矩陣222代表接收射束228的地址。在圖8中，在X方向示出了16個地址，在Y方向示出了16個地址，對于接收射束一共有256個地址。如標(biāo)記226所示圓圈所概念性地顯示，發(fā)射束224具有覆蓋16個接收射束228的寬射束剖面圖。另一方面，每個接收射束228都具有尖銳狀射束剖面圖。
圖9和10示出了發(fā)射和接收條件的表格。如圖9所示，當(dāng)發(fā)射束地址被設(shè)置時，為每個子陣列確定分組模式、一組發(fā)射延遲量和一組接收子延遲量(見標(biāo)記229)。在此例中，該組發(fā)射延遲量由給予形成一個子陣列的四個組的四個延遲量構(gòu)成。在此例中，該組接收子延遲量由給予形成一個子陣列的四個組的四個子延遲量構(gòu)成。此處，形成該組接收子延遲量的每個子延遲量的值可以按照接收點的深度動態(tài)地改變。
圖10示出了每個接收射束對于發(fā)射束地址設(shè)置的一組接收主延遲量230。在本實施方案中，接收主延遲量組230由128個主延遲量構(gòu)成，每個主延遲量按照接收點的深度動態(tài)地改變，以使在接收中實現(xiàn)動態(tài)地聚焦。
此處，如圖2所示的發(fā)射機部分36產(chǎn)生用于每組的低壓發(fā)射信號也是可能的。在此情況下，發(fā)射信號的電壓大約在幾伏至十幾伏之間，例如，±4.5伏和±9伏。例如，當(dāng)使用分層型傳感器元件作為傳感器元件16a時，可能將其電子阻抗減小到大約幾百歐姆。當(dāng)使用這樣的傳感器元件16a時，即使使用低壓驅(qū)動傳感器元件16a時也可能獲得足夠的聲功率。然而，也可以如在傳統(tǒng)的方式中那樣使用高壓驅(qū)動傳感器元件。
使用上述的實施方案，由于在探頭10內(nèi)執(zhí)行分組和子相位調(diào)整及求和，由此能將16個接收信號組合成一個子相位調(diào)整及求和信號，能夠?qū)崿F(xiàn)明顯減少形成探測器電纜14的信號線的數(shù)量的效果。此外，由于探頭10內(nèi)提供發(fā)射部分，所以能夠消除對于每個發(fā)射信道，即對于每個組應(yīng)用來自設(shè)備本體12一側(cè)的發(fā)射信號的必要性，設(shè)備本體12僅需要遠程地控制探頭10內(nèi)的發(fā)射部分。此外，依照本實施方案，由于對于一個發(fā)射束同時形成16個接收射束，即，由于在一個發(fā)射/接收過程中能夠獲得16條接收信息，所以能夠?qū)崿F(xiàn)增加容積率的優(yōu)點。通過使用由此獲得的多個經(jīng)過主相位調(diào)整及求和過程的接收信號，形成了三維的超聲波圖像或斷層分析圖像，其與從任意方向觀察三維數(shù)據(jù)采集空間時的剖面相對應(yīng)。
盡管在本發(fā)明實施方案中以模擬信號的形式在探頭10與設(shè)備本體12之間傳輸子相位調(diào)整及求和信號，但當(dāng)然可能以數(shù)字信號的形式傳輸子相位調(diào)整及求和信號。
接下來，將參照圖11至17說明第二和第三實施方案。在第二和第三實施方案中，與上述的第一實施方案類似，在探頭內(nèi)使用多路復(fù)用器執(zhí)行分組(信道減少)。然而，在連接器(圖11)或設(shè)備本體(圖12)內(nèi)而不在探頭內(nèi)執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程。在第二和第三實施方案中，類似于第一實施方案，能夠建立包括圖4、5、6、19和20所示的分組模式的各種分組模式。
圖11示出了本發(fā)明的第二實施方案。超聲波診斷裝置大體由探測器單元和設(shè)備本體312構(gòu)成。探測器單元由探頭310、探測器電纜314A和電纜連接器314B構(gòu)成。探測器電纜314A包括多個將在下面說明的信號線。盒形的電纜連接器314B可分離地連接到設(shè)備本體312。在圖11所示的示例中，電纜連接器314B內(nèi)含有將在下面說明的電子電路。然而，如將參照圖12所說明的，可以在設(shè)備本體內(nèi)設(shè)置該電子電路。
探頭310用于與活體的表面接觸，例如，用于執(zhí)行超聲波的發(fā)射和接收。探頭310包括由大量(例如，約4000個)的傳感器元件316a構(gòu)成的2D陣列傳感器316。2D陣列傳感器316形成超聲波射束，并以二維的方式電子地掃描。
對2D陣列傳感器316定義多個2D子陣列318(見圖3)。在本實施方案中，定義了128個子陣列。在本實施方案中，每個子陣列包括16個傳感器元件316a。多個子陣列318在2D陣列傳感器316上彼此靠近地連接。每個子陣列318具有矩形，并被固定地限定。然而，例如按照發(fā)射/接收條件(尤其是射束掃描條件)自適應(yīng)地改變每個子陣列的形式也是可能的。
在本實施方案中，對應(yīng)128個子陣列318提供128個信道減少單元320。換言之，一個子陣列318對應(yīng)一個信道減少單元320。每個信道減少單元320具有將形成具體的子陣列的16個傳感器元件對應(yīng)分成4個組的分組功能。使用此功能，能夠獲得1/4的信道減少率。當(dāng)關(guān)注某一個子陣列318時，來自設(shè)備本體12的4個發(fā)射信號被分別用于四個組。通常，一組包括兩個或多個傳感器元件，一個發(fā)射信號被并行的用于兩個或多個傳感器元件。關(guān)于接收，16個接收信號組合成4個組接收信號。由于一組通常包括兩個或多個傳感器元件，所以把兩個或多個接收信號相加以產(chǎn)生一個組接收信號。如下面所述，在本實施方案中，通過在多路復(fù)用器中連接多個信號線能夠?qū)崿F(xiàn)多個接收信號的求和過程。在此情況下，可對多個接收信號執(zhí)行加權(quán)加法。
在任何情況下，由于在探頭310內(nèi)每個子陣列318的16個傳感器元件被分成四個組，所以具有能夠?qū)l(fā)射信道的數(shù)量和接收信道的數(shù)量減小到四分之一的優(yōu)點。此外，如下面所述，由于在探頭310的外側(cè)提供多個發(fā)射機部分324，所以能夠消除在探頭310內(nèi)提供多個發(fā)射機部分導(dǎo)致的諸如增加功耗和增加物理規(guī)模的問題。更具體地，上述第一實施方案中多個發(fā)射機部分是被設(shè)置在探頭內(nèi)，而在圖11所示的結(jié)構(gòu)中多個發(fā)射機部分324是被設(shè)置在下述的連接器314B內(nèi)。
探測器電纜314A包括多個信號線400。具體地，為每個子陣列318提供4個信號線400，為全部的2D陣列傳感器316提供總共為128×4個信號線400。在探測器電纜314A中還包括與這些信號線400分離的一個或多個控制線402A?？刂凭€402A用于控制探頭310內(nèi)的每個元件的操作。應(yīng)當(dāng)注意，圖11沒有顯示從設(shè)備本體312一側(cè)至探頭310等的電源線。
在如圖11所示的結(jié)構(gòu)示例中，在電纜連接器314B中提供多個發(fā)射/接收模塊322。為每個子陣列提供一個發(fā)射/接收模塊322，在本實施方案中，電纜連接器314B內(nèi)總共提供128個發(fā)射/接收模塊322。
每個發(fā)射/接收模塊322包括發(fā)射機部分324和子相位調(diào)整及求和電路326。如下面所述，發(fā)射機部分324包括分別輸出4個發(fā)射信號的4個發(fā)射機。4個發(fā)射信號經(jīng)過探測器電纜被用于對應(yīng)的信道減少單元320，然后被分別用于4個組。
子相位調(diào)整及求和電路326對4個輸入的組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，作為第一級的相位調(diào)整及求和過程。結(jié)果，這4個接收信號被組合成由標(biāo)記403表示的一個子相位調(diào)整及求和信號。在設(shè)備本體312內(nèi)提供主相位調(diào)整及求和電路328和發(fā)射/接收控制部分329。主相位調(diào)整及求和電路328對與128個子陣列獲得的相應(yīng)的128個相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。換言之，主相位調(diào)整及求和電路328在第二級執(zhí)行相位調(diào)整及求和過程，由此獲得主相位調(diào)整及求和信號404。如上所述，相位調(diào)整及求和裝置由多個子射束形成器和單個主射束形成器構(gòu)成?；臼褂?28個傳輸線在電纜連接器314B與設(shè)備本體312之間傳輸接收信號。這提供了現(xiàn)存的超聲波診斷裝置的信號傳輸方法能夠被繼續(xù)使用的優(yōu)點。還具有的優(yōu)點是，現(xiàn)存的超聲波診斷裝置提供的射束形成器能夠作為主相位調(diào)整及求和電路328使用?；蛘?，當(dāng)然可以提供專用的主相位調(diào)整及求和電路328。
發(fā)射/接收控制部分329的操作由主控制部分(未示出)控制，由此控制圖11所示的每個元件的操作。特別地，發(fā)射/接收控制部分329輸出控制信號402B至探測器連接器314B中的每個元件，并輸出控制信號402A至探頭310中的每個元件。
盡管在圖11所示的實施方案中設(shè)備本體312內(nèi)提供了單個主相位調(diào)整及求和電路328，但類似于上述的第一實施方案，可以并行地提供任何數(shù)量的主相位調(diào)整及求和電路328，以在一個發(fā)射過程中同時形成多個接收射束。
圖12示出了本發(fā)明第三實施方案，其中與圖11所示元件類似的元件由類似的標(biāo)記表示，因此將不再說明。在圖12所示的示例的結(jié)構(gòu)中，在設(shè)備本體312中提供多個如圖11所示的發(fā)射/接收模塊322。圖12中省略了探測器連接器。依靠探頭310內(nèi)執(zhí)行的信道減少，此結(jié)構(gòu)能夠類似地具有減少信號線400的數(shù)量的優(yōu)點。發(fā)射/接收控制部分329控制圖12所示的每個元件的操作，并將控制信號送至探頭310。
在圖11和12所示的結(jié)構(gòu)中，對于探測器電纜314中的信號發(fā)射，發(fā)射信號可作為電壓信號被發(fā)射，接收信號可作為電流信號被發(fā)射。此外，發(fā)射信號可以是電壓在幾伏至十幾伏范圍內(nèi)的低壓信號，例如，±4.5伏或±9伏。當(dāng)使用這樣的低壓發(fā)射信號驅(qū)動每個傳感器元件時，最好使用分層元件作為每個傳感器元件，以使每個傳感器元件具有低的電阻抗。使用此結(jié)構(gòu)，通過使用低壓驅(qū)動可能獲得足夠的聲功率。然而，諸如100伏的高壓信號也可用作發(fā)射信號。
在第三實施方案中，類似于第一(和第二)實施方案，陣列傳感器316被形成2D陣列傳感器。在陣列傳感器316上定義多個子陣列318(見圖3)。每個子陣列318具有矩形形狀。此外，在第三實施方案中，類似于第一實施方案，按照每個子陣列318的發(fā)射和接收條件設(shè)置分組模式(見圖4至6)。此外，在第三實施方案中，類似于第一和第二實施方案，按照圖7所示的條件為每個組設(shè)置子延遲量，為每個子陣列設(shè)置主延遲量。
將參照圖13至16說明第二和第三實施方案中的信道減少單元320和發(fā)射/接收模塊322的示例結(jié)構(gòu)。在這些圖中，類似的元件由相同的標(biāo)記表示。
參照圖13，多路復(fù)用器330連接到子陣列318。多路復(fù)用器330是開關(guān)矩陣，因此用作開關(guān)裝置或組設(shè)置裝置。多路復(fù)用器330在子陣列318的一側(cè)具有16個端子，在探測器電纜的一側(cè)具有4個端子。因此，在16個端子和4個端子之間能夠獲得允許設(shè)置預(yù)期分組模式的任何預(yù)期的線連接。類似于前面的實施方案，雖然在本實施方案中能夠可變地設(shè)置形成每個組的傳感器元件的數(shù)量，但是能夠?qū)⑺薪M的傳感器元件的數(shù)量設(shè)成相同的。此外，對于多個子陣列能夠使用相同的分組模式，或者按照子陣列的位置和發(fā)射/接收條件為每個子陣列設(shè)置預(yù)期的分組模式。
在圖13所示的示例結(jié)構(gòu)中，在信道減少單元320中提供4個雙向傳輸電路332。例如，雙向傳輸電路332具有傳輸接收信號和發(fā)射信號的功能，并可作為電流至電壓轉(zhuǎn)換電路來操作。下面將說明能夠用作雙向傳輸電路332和雙向傳輸電路334的各種結(jié)構(gòu)。
另一方面，在發(fā)射/接收模塊322中提供多個發(fā)射機336形成發(fā)射機部分324。在本實施方案中，提供4個發(fā)射機336并產(chǎn)生4個發(fā)射信號。這些發(fā)射信號經(jīng)過發(fā)射/接收模塊322中提供的4個傳輸電路334被分別用于探頭。每個雙向傳輸電路334可用作接受接收信號的終端電路，也可用作傳輸發(fā)射信號的電路。
發(fā)射/接收模塊322包括具有子射束形成器功能的子相位調(diào)整及求和電路326。在圖13所示的示例中，子相位調(diào)整及求和電路326被形成為模擬相位調(diào)整及求和電路。更具體地，子相位調(diào)整及求和電路326包括開關(guān)矩陣330和延遲線341。延遲線431具有對應(yīng)各個延遲量的大量的抽頭，開關(guān)矩陣330將4個輸入的接收信號的每個送至對應(yīng)于該信號接收子延遲量的抽頭，由此以模擬方式實現(xiàn)子相位調(diào)整及求和過程。使用上述過程產(chǎn)生子相位調(diào)整及求和信號403。開關(guān)矩陣330包括分別位于16個元件信號線與4個組信號線之間交叉處的多個開關(guān)(未示出)。使用每個開關(guān)的開/關(guān)操作，一個或多個元件信號線被連接到每個組信號線。
在圖14所示的示例結(jié)構(gòu)中，在發(fā)射/接收模塊322中提供多個雙向傳輸電路340。這些傳輸電路340直接連接到多路復(fù)用器330。每個傳輸電路340具有用于發(fā)射的脈沖發(fā)生器和用于接收的前置放大器的功能。
在圖15所示的示例結(jié)構(gòu)中，以數(shù)字射束形成器的形式形成子相位調(diào)整及求和電路326。具體地，子相位調(diào)整及求和電路326包括4個A/D轉(zhuǎn)換器342、4個存儲器346、一個加法器350和一個時序控制器348。每個傳輸電路334輸出的接收信號(一個組接收信號)被送至對應(yīng)的一個A/D轉(zhuǎn)換器342，在那里輸入的模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后暫時的保存在存儲器346中。時序控制器348控制對4個存儲器346的信號讀取時序，由此為每個信號分配延遲時間。因此在加法器350中對從4個存儲器346中讀取的4個信號求和。結(jié)果，獲得數(shù)字信號形式的子相位調(diào)整及求和信號403。
圖16所示的示例結(jié)構(gòu)與圖15所示的示例結(jié)構(gòu)相同的是發(fā)射/接收模塊322包括子數(shù)字射束形成器，與圖15所示的示例結(jié)構(gòu)不同的是僅在發(fā)射/接收模塊322的一側(cè)提供4個雙向傳輸電路340。具體地，每個傳輸電路340具有類似于圖14所示的每個傳輸電路340的脈沖發(fā)生器/前置放大器電路的功能，并直接地連接到多路復(fù)用器330。
在圖17所示的示例結(jié)構(gòu)中，盡管發(fā)射/接收模塊322包括類似于圖16(和圖14)所示結(jié)構(gòu)的4個傳輸電路340，但子相位調(diào)整及求和電路326是以使用CCD器件的模擬相位調(diào)整及求和電路的形式形成的。更具體地，對應(yīng)4個接收信號(4個組接收信號)提供4個CCD和4個開關(guān)電路354，并且控制器360將時鐘信號送至CCD352以及將控制信號送至開關(guān)電路354。
在CCD352中，輸入信號被隨后與時鐘同步的發(fā)射，并從控制器360指定的位置被提取。換言之，對提取信號適當(dāng)?shù)卦O(shè)置這樣的點，能夠給予該信號預(yù)期的延遲時間。提取的信號經(jīng)過放大器356被輸出至加法器358。在加法器358中對經(jīng)歷延遲過程的4個信號求和，所以子相位調(diào)整及求和信號403以模擬信號的形式被生成?？刂破?60控制作為一個整體的多個子相位調(diào)整及求和電路。
如上所述，依照本發(fā)明的第一、第二和第三實施方案，例如，由于每個子陣列的16個接收信號被分成4組，即，由于在探測器電纜內(nèi)實現(xiàn)了信道減少，所以能夠減少探測器電纜內(nèi)用于傳輸?shù)男盘柧€的數(shù)量。此外，在上述的第一、第二和第三實施方案中，由于按照發(fā)射/接收條件動態(tài)地改變每個子陣列的分組模式，所以能夠獲得較好的射束。特別地，能夠改變形成每個組的傳感器元件的數(shù)量，所以能夠減少旁瓣或者能夠獲得較好的射束剖面圖。
權(quán)利要求
1.一種超聲波診斷裝置，包括a)陣列傳感器，由被分成多個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成；b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件設(shè)置多個組，該組設(shè)置部分能夠改變形成每個組的傳感器元件的數(shù)量；c)發(fā)射機部分，用于將多個發(fā)射信號送至對每個子陣列設(shè)置的多個組；以及d)接收機部分，用于處理對應(yīng)于對每個子陣列設(shè)置的多個組的多個組接收信號。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該陣列傳感器是2D陣列傳感器，以及每個子陣列是2D子陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中通過相加多個接收信號產(chǎn)生該組接收信號，該多個接收信號由形成多個組的每個組的多個傳感器元件輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中每個發(fā)射信號被并行地送至與該發(fā)射信號對應(yīng)的形成一個組的多個傳感器元件。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分包括一個開關(guān)電路，該開關(guān)電路在接收時對每組的多個接收信號進行求和以執(zhí)行接收信道減少，并在發(fā)射時并行地輸出相同的發(fā)射信號至每組的多個傳感器元件以執(zhí)行發(fā)射信道減少。
6.如權(quán)利要求5所述的超聲波診斷裝置，其中該開關(guān)電路是開關(guān)矩陣電路，其使用多個組信號線選擇地連接每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件，該開關(guān)矩陣電路將每個子陣列內(nèi)的每個傳感器元件連接至從多個組信號線中選擇的組信號線上，并且該開關(guān)矩陣電路能夠?qū)⑺钄?shù)量的傳感器元件連接至每個組信號線。
7.如權(quán)利要求6所述的超聲波診斷裝置，其中該開關(guān)矩陣電路按照射束形成條件改變連接到每個組信號線的傳感器元件的數(shù)量。
8.如權(quán)利要求6所述的超聲波診斷裝置，其中按照射束形成條件將形成每個子陣列的多個傳感器元件分成多個有效的傳感器元件和一個或多個無效的傳感器元件，以及多個有效的傳感器元件與多個組信號線連接。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，還包括用于按照形成每個組的傳感器元件的數(shù)量對每個組接收信號執(zhí)行加權(quán)的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中每個子陣列的組設(shè)置模式能夠被動態(tài)地改變。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該陣列傳感器和該組設(shè)置部分設(shè)置在探頭內(nèi)。
12.如權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其中在探頭內(nèi)還設(shè)有發(fā)射機部分。
13.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該接收機部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個子相位調(diào)整及求和電路，每個子相位調(diào)整及求和電路對于多個組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，輸出子相位調(diào)整及求和信號；以及至少一個主相位調(diào)整及求和電路，對于從多個子相位調(diào)整及求和電路輸出的多個子相位調(diào)整及求和信號執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
14.如權(quán)利要求13所述的超聲波診斷裝置，其中陣列傳感器、組設(shè)置部分和多個子相位調(diào)整及求和電路設(shè)置在探頭內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的超聲波診斷裝置，其中該接收機部分還包括多個主相位調(diào)整及求和電路，以及一個接收過程同時形成多個接收射束。
16.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個開關(guān)電路，每個開關(guān)電路將每個子陣列中的m個傳感器元件分成n(1＜n＜m)組。
17.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分按照作為射束形成條件給出的射束掃描條件動態(tài)地改變每個子陣列的組設(shè)置模式。
18.如權(quán)利要求17所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置模式的改變包括形成每一組的傳感器元件的數(shù)量的改變以及每一組的形狀的改變。
19.如權(quán)利要求18所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置模式的改變還包括每個陣列中有或沒有包括一或多個無效的傳感器元件的改變。
20.一種超聲波診斷裝置，包括a)探頭；b)陣列傳感器，其設(shè)置在該探頭內(nèi)，由被分成k(1＜k)個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成；c)組設(shè)置部分，其設(shè)置在該探頭內(nèi)，用于按照射束形成條件對每個子陣列內(nèi)的m個傳感器元件設(shè)置n個組，其中1＜n＜m，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量；d)發(fā)射機電路，該發(fā)射機電路的數(shù)量是k，是對應(yīng)探頭內(nèi)k個子陣列提供的，每個發(fā)射機電路將n個發(fā)射信號送至為對應(yīng)的子陣列設(shè)置的n個組；以及e)子相位調(diào)整及求和電路，該子相位調(diào)整及求和電路的數(shù)量是k，是對應(yīng)探頭內(nèi)k個子陣列提供的，每個子相位調(diào)整及求和電路對n組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號。
21.如權(quán)利要求20所述的超聲波診斷裝置，還包括一個或多個主相位調(diào)整及求和電路，對由k個子相位調(diào)整及求和電路輸出的k個子相位調(diào)整及求和信號，執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
22.如權(quán)利要求20所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分在接收時對形成一個組的多個傳感器元件輸出的多個接收信號求和以產(chǎn)生組接收信號，并在發(fā)射時并行地輸出相同的發(fā)射信號至形成該組的多個傳感器元件。
23.如權(quán)利要求20所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分包括開關(guān)矩陣電路，該開關(guān)矩陣電路能夠使用組信號線連接所需數(shù)量的傳感器元件。
24.一種超聲波診斷裝置，包括A)用作探頭的第一單元；以及B)經(jīng)過探測器電纜連接到該第一單元的第二單元，該第一單元包括a)陣列傳感器，由被分成多個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成；以及b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對每個子陣列內(nèi)的多個傳感器元件設(shè)置多個組，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，以及該第二單元包括c)發(fā)射機部分，用于經(jīng)過探測器電纜將多組的發(fā)射信號送至該組設(shè)置部分；以及d)接收機部分，用于處理經(jīng)過探測器電纜來自組設(shè)置部分的多組的組接收信號。
25.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中該接收機部分包括對應(yīng)多個子陣列提供的多個子相位調(diào)整及求和電路，每個子相位調(diào)整及求和電路對一組輸入其中的組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號；以及一個主相位調(diào)整及求和電路，對于從多個子相位調(diào)整及求和電路輸出的多個子相位調(diào)整及求和信號，執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
26.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中該第二單元包括電纜連接器和設(shè)備本體，以及至少多個子相位調(diào)整及求和電路被包括在電纜連接器中。
27.如權(quán)利要求26所述的超聲波診斷裝置，其中在電纜連接器內(nèi)設(shè)置發(fā)射機部分。
28.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中該第二單元包括設(shè)備本體，以及在該設(shè)備本體內(nèi)設(shè)置發(fā)射機部分和接收機部分。
29.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分包括多個開關(guān)電路，用于將每個子陣列中的m個傳感器元件分成n組，其中1＜n＜m。
30.如權(quán)利要求29所述的超聲波診斷裝置，其中m個傳感器元件的每一個都是有效的傳感器元件，以及按照射束形成條件，除了m個有效的傳感器元件之外，每個子陣列還包括一或多個無效的傳感器元件。
31.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置部分按照作為射束形成條件給出的射束掃描方向，改變每個子陣列的組設(shè)置模式。
32.如權(quán)利要求31所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置模式的改變包括形成每一組的傳感器元件的數(shù)量的改變，以及每組的形狀的改變。
33.如權(quán)利要求32所述的超聲波診斷裝置，其中該組設(shè)置模式的改變還包括每個陣列中有或沒有包括一或多個無效的傳感器元件的改變。
34.如權(quán)利要求24所述的超聲波診斷裝置，其中在第一單元與第二單元之間，發(fā)射信號作為電壓信號被發(fā)射，接收信號作為電流信號被發(fā)射。
35.如權(quán)利要求25所述的超聲波診斷裝置，其中每個子相位調(diào)整及求和電路都是含有延遲線的模擬相位調(diào)整及求和電路。
36.如權(quán)利要求25所述的超聲波診斷裝置，其中每個子相位調(diào)整及求和電路都是數(shù)字相位調(diào)整及求和電路。
37.如權(quán)利要求25所述的超聲波診斷裝置，其中每個子相位調(diào)整及求和電路都是含有CCD的相位調(diào)整及求和電路。
38.一種超聲波診斷裝置，包括A)用作探頭的第一單元；以及B)經(jīng)過一組信號線連接到第一單元的第二單元，該第一單元包括a)陣列傳感器，由被分成k(1＜k)個子陣列的多個傳感器元件構(gòu)成；以及b)組設(shè)置部分，用于按照射束形成條件對每個子陣列內(nèi)的m個傳感器元件設(shè)置n個組，此處1＜n＜m，該組設(shè)置部分能夠改變形成每組的傳感器元件的數(shù)量，以及該第二單元包括c)發(fā)射機部分，用于經(jīng)過該組信號線將k組的發(fā)射信號送至該組設(shè)置部分；以及d)接收機部分，用于處理經(jīng)過該組信號線來自組設(shè)置部分的k組的組接收信號，其中e)每組發(fā)射信號由n個發(fā)射信號組成，以及f)每組的組接收信號由n個組接收信號組成。
39.如權(quán)利要求38所述的超聲波診斷裝置，其中該接收機部分包括對應(yīng)k個子陣列提供的子相位調(diào)整及求和電路，子相位調(diào)整及求和電路的數(shù)量為k，每個子相位調(diào)整及求和電路對一組輸入其中的組接收信號執(zhí)行子相位調(diào)整及求和過程，并輸出子相位調(diào)整及求和信號；以及一個或多個主相位調(diào)整及求和電路，對于從k個子相位調(diào)整及求和電路輸出的k個子相位調(diào)整及求和信號，執(zhí)行主相位調(diào)整及求和過程。
全文摘要
本發(fā)明是一種超聲波診斷裝置。在2D陣列傳感器上定義多個2D子陣列用于進行超聲波的發(fā)射與接收。為每個子陣列設(shè)置多個組。更具體地，形成子陣列的多個(例如，16個)傳感器元件被分組或分成多個(例如，4個)組。多路復(fù)用器對每個組的多個傳感器元件輸出的多個接收信號進行求和，產(chǎn)生一個組接收信號。然后使由此產(chǎn)生的多個組接收信號經(jīng)過子相位調(diào)整及求和過程，以產(chǎn)生子相位調(diào)整及求和信號。然后使對應(yīng)多個子陣列的多個子相位調(diào)整及求和信號經(jīng)過主相位調(diào)整及求和過程。在探頭、電纜連接器或設(shè)備被本體內(nèi)設(shè)置子相位調(diào)整及求和處理部分。在發(fā)射期間，多路復(fù)用器將發(fā)射信號并行地送至形成一個組的多個傳感器元件。
文檔編號G01S7/52GK1575772SQ20041005014
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者竹內(nèi)秀樹 申請人:阿洛卡株式會社