專利名稱：4d數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)及對應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)。本發(fā)明更具體地涉及這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括適于發(fā)送并接收超聲信號的換能器元件的矩陣，該換能器元件被分為適于以延遲的方式接收相同聲信號的子矩陣，具有與一個(gè)所述換能器元件關(guān)聯(lián)的接收通道的多個(gè)接收通道。系統(tǒng)也包括波束形成器裝置，該波束形成器裝置包括在重新定相矩陣中設(shè)置的多個(gè)單元，每個(gè)重新定相矩陣都與換能器元件的對應(yīng)子矩陣關(guān)聯(lián)，其中每一行都通過接收通道與一個(gè)所述換能器元件關(guān)聯(lián)，所述單元包括選擇性地與一行關(guān)聯(lián)的存儲輸入級和選擇性地與緩沖器關(guān)聯(lián)的讀取輸出級。本發(fā)明也涉及用于控制4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
如眾所周知的，諸如廣泛用于外科手術(shù)和放射學(xué)領(lǐng)域的回波描記術(shù)和超聲掃描術(shù)的成像醫(yī)學(xué)診斷測試的系統(tǒng)使用超音波或者超聲波，并且基于超聲發(fā)送以及回波發(fā)射的原理。診斷儀器或者超聲成像系統(tǒng)基本上包括三個(gè)零件,如圖1中示意地示出:-探針2，其被保持與對象的皮膚直接接觸，并且其包括適于發(fā)送和接收超聲信號的至少一個(gè)換能器元件3 ；-電子系統(tǒng)4，其驅(qū)動換能器元件3以生成將被發(fā)送的脈沖超聲信號，并且其在探針處接收這個(gè)脈沖的返回回波信號，因此處理所接收的回波信號；和-對應(yīng)的回波描記圖像的顯示系統(tǒng)5，該圖像由計(jì)算機(jī)處理，并且從探針接收到回波信號開始被顯示在監(jiān)控器上。通常使用的超聲波在I和20MHz之間，并且能夠由探針中插入的壓電陶瓷晶體生成。在簡化設(shè)計(jì)的圖1中，探針2包括換能器元件3的線性陣列6或者陣列1D。特別是，電子系統(tǒng)4包括發(fā)送通道，該通道將電壓信號施加至探針2的每個(gè)換能器元件3，并且該通道包括彼此級聯(lián)放置的波束形成器裝置、脈沖發(fā)生器和高壓發(fā)送電路。換能器元件3接收電壓電信號，并且生成相應(yīng)的超聲壓力信號或者聲信號。電子系統(tǒng)4也包括通過TR開關(guān)與所述換能器元件3關(guān)聯(lián)的接收通道Cn，該TR開關(guān)允許特別保護(hù)接收零件，盡管發(fā)送信號是高壓信號，所接收的回波信號也是低壓信號。為每個(gè)換能器元件3都重復(fù)接收通道Cn，并且接收通道Cn包括級聯(lián)的低壓放大器LNA、借助于控制器得到適當(dāng)控制的可變增益塊TGC、可編程增益放大器PGA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、加法器和將探針?biāo)邮盏臄?shù)字化回波信號重新定相的接收波束形成器裝置。在線性陣列探針6中，保持電子電路在探針本身的外面，并且全部換能器元件3通過相應(yīng)的同軸電纜8連接至顯示系統(tǒng)5的計(jì)算機(jī)，如圖2中所示。換能器元件3和對應(yīng)的同軸電纜8的數(shù)目是100和200之間包括的數(shù)目N，通常大約等于130。同軸電纜8大約兩米長。來自單個(gè)點(diǎn)A的回波信號由換能器元件3以關(guān)于彼此延遲的方式接收，延遲關(guān)于回波信號必須覆蓋的距離而不同。為了正確重建圖像，在換能器元件3發(fā)出的聲信號之間必須有延遲補(bǔ)償。如圖3中示意地示出，所接收的回波信號的峰示出在與關(guān)于具有較短路徑的換能器元件成對向的角度α有關(guān)的時(shí)間水平上的相移。在波束形成器裝置7的數(shù)字電路中使聲信號適當(dāng)?shù)財(cái)?shù)字化并且重新定相，以便正確地重建圖像。為了改進(jìn)性能并且獲得3D回波描記圖像，眾所周知使用矩陣探針2，例如圖4中所示的，該探針包括換能器元件3的矩陣10，換能器元件3的數(shù)目N'在1000和8000之間。這個(gè)矩陣探針2允許補(bǔ)償在矩陣的兩個(gè)軸上接收的回波信號并且允許3D圖像的顯示。如圖5Α和5Β中示意地示出的，能夠以多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)矩陣探針2，其中相關(guān)層通過導(dǎo)電通孔連接，實(shí)現(xiàn)為與彼此電連接的幾千個(gè)換能器元件3的結(jié)構(gòu)表面一致，并且與電子線路的對置表面一致。這個(gè)矩陣探針2改進(jìn)了性能，允許補(bǔ)償在矩陣的兩個(gè)軸上的回波信號，以便獲得3D圖像。矩陣10的換能器元件3被適·當(dāng)?shù)胤纸M為子矩陣21，子矩陣為例如尺寸等于(2x2)、(3x3)或者^χ6)的矩形或正方形，以便預(yù)處理所接收的回波信號并且將送到顯示系統(tǒng)5的同軸電纜8的數(shù)目減少至僅有一百。返回至圖4，矩陣探針2包括一部分電路，該部分電路接著為每個(gè)換能器元件3都包括相應(yīng)的接收通道Cn。每個(gè)接收通道Cn都包括彼此級聯(lián)放置并且連接至波束形成器裝置12的TR開關(guān)SW和低噪聲放大器LNA。如圖6中所示，波束形成器裝置12包括在重新定相矩陣15中設(shè)置的多個(gè)存儲單元14，每個(gè)重新定相矩陣15都與換能器元件3的對應(yīng)子矩陣11關(guān)聯(lián)。重新定相矩陣15的每行Ri都通過接收通道Cn與所述換能器元件3中的一個(gè)關(guān)聯(lián)。如圖7中示意地示出，波束形成器裝置12的每個(gè)單元14都包括電容器C，該電容器被置于連接至地gnd的接地端和輸入端In之間，并且連接至具有可變增益的低噪聲放大器的輸出，并且通過由寫入信號wr驅(qū)動的寫入開關(guān)SI接收聲信號。由讀取信號rd驅(qū)動的讀取開關(guān)S2允許基于電容器C中存儲的電荷值生成輸出信號Out。按照圖6的實(shí)施例，選擇器18生成用于分別驅(qū)動每個(gè)單元14的寫入開關(guān)SI和讀取開關(guān)S2的寫入信號sw和讀取信號wr。每個(gè)存儲單元14的讀取開關(guān)S2都通過相應(yīng)列的終端Tri連接至單個(gè)緩沖器16。在常規(guī)系統(tǒng)中，存在存儲單元14的重新定相矩陣15的列的寫入步驟。特別是，基于在重新定相的行中接收的回波信號的延遲，將其存儲在連續(xù)列的單元中。然后，常規(guī)系統(tǒng)提供讀取步驟，該步驟通過激活屬于重新定相矩陣15的連續(xù)列Coi的適當(dāng)?shù)拇鎯卧?4，允許以預(yù)先確定的方式生成對應(yīng)于所接收的同一回波信號的輸出信號Vout。圖8-11中所示的實(shí)施例表示四個(gè)通道C1-C4和用A、B、C和D指示的四個(gè)聚焦點(diǎn)，而數(shù)目指示連續(xù)的時(shí)間序列。在時(shí)間1，如圖8所示，第一和第二換能器元件3從點(diǎn)A接收回波信號，并且在相應(yīng)的通道Cl和C2中生成聲信號，該聲信號首先被放大，然后被存儲在重新定相矩陣15的第一列Col的單元14中。在時(shí)間1，這個(gè)第一列Col通過寫入信號wr被選擇器18完全激活。如圖9所示，在時(shí)間2具有特定延遲，第三和第四換能器元件3從A接收回波信號，并且在相應(yīng)的通道C3和C4中生成聲信號，該聲信號由用2A指示的選擇器18完全激活的第二列Coi的單元14存儲。同時(shí)，第一和第二換能器3從點(diǎn)B接收回波信號，并且生成聲信號，該聲信號被存儲在用2B指示的第二列Coi的激活的單元14中。如圖10所示，在時(shí)間3，第三和第四換能器元件3從點(diǎn)B接收回波信號并且生成相應(yīng)的聲信號，該聲信號被存儲在用由選擇器18完全激活的第三列Co的單元14中并且該單元用2B指示。同時(shí)，第一和第二換能器3從點(diǎn)C接收回波信號，并且生成聲信號，該聲信號被存儲在用第三列Coi的單元14中并且該單元用3C指示。類似地，如圖11中所示，在時(shí)間4，第三和第四換能器元件3生成對應(yīng)于點(diǎn)C的回波信號的聲信號，該聲信號被存儲在用由選擇器18激活的第四列Coi的相應(yīng)的單元14中并且該單元用4C指示。同時(shí)，第一和第二換能器3從點(diǎn)D接收回波信號，并且生成對應(yīng)的聲信號，該聲信號被存儲在被激活的第四列Coi的用4D指示的單元14中。以此類推。然后分別在第一列Col和第二列Co2中讀取用IA和2A指示的單元14，用于上升至(rise to)由點(diǎn)A生成的信號，并且分別在第二列Coi和在第三列Coi中讀取用2B和3B指示的單元14，用于上升至由點(diǎn)B生成的信號，以此類推。盡管這個(gè)系統(tǒng) 在幾個(gè)方面上有利，但是這個(gè)系統(tǒng)具有相當(dāng)麻煩和復(fù)雜的讀取步驟的缺點(diǎn)，所述讀取步驟要求激活屬于重新定相矩陣的兩個(gè)或更多的列的單元，用于上升至來自相同聚焦點(diǎn)的回波信號。需要激活不同的列的單元意味著，每個(gè)單元的輸出端都連接至單個(gè)列終端Tri。由于重新定相矩陣15占據(jù)集成電路中的特定區(qū)域，該列終端Tri由相當(dāng)長的金屬噴鍍線構(gòu)成，并且這意味著與所述終端關(guān)聯(lián)的寄生電容相當(dāng)大。寄生電容使信噪比惡化，降低了系統(tǒng)的性能。在本發(fā)明下的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)和對應(yīng)的控制方法，該系統(tǒng)和方法允許用簡單的電路容易地實(shí)現(xiàn)存儲單元的讀取步驟，這允許減少寄生電容，并且特別是減少與該列終端Tri關(guān)聯(lián)的電容，并且從而加速讀取和寫入操作，并且該系統(tǒng)和方法具有這種結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，其允許克服那些仍影響按照先有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法的限制。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明下的解決方法是，修改重新定相矩陣的電路結(jié)構(gòu)和對來自所述聚焦點(diǎn)的回波信號的存儲，通過所述互相連接對寄生電容的減少提高波束形成器的信噪比。根據(jù)這個(gè)解決辦法，通過下述4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)解決技術(shù)問題，該系統(tǒng)包括換能器元件的矩陣、多個(gè)接收通道、波束形成器裝置，所述矩陣適于發(fā)送和接收超聲信號，所述換能器元件被分成子矩陣并且適于以延遲的方式接收同一聲信號，所述接收通道中的一個(gè)接收通道與所述換能器元件中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述波束形成器裝置包括在重新定相矩陣中所設(shè)置的多個(gè)存儲單元，每個(gè)重新定相矩陣都與對應(yīng)子矩陣關(guān)聯(lián)，并且每行都與所述換能器元件中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述存儲單元包括選擇性地與行關(guān)聯(lián)的輸入存儲級和選擇性地與緩沖器關(guān)聯(lián)的輸出讀取級；所述系統(tǒng)特征在于，屬于同一列的每個(gè)存儲單元都具有所述輸入存儲級，所述輸入存儲級在順序時(shí)間中相對于用于存儲所述相同延遲的聲信號的同一列的另一個(gè)存儲單元而被動態(tài)激活，屬于同一列的所述存儲單元具有被同時(shí)激活的所述輸出讀取級。適當(dāng)?shù)?，所述同一列的每個(gè)存儲單元都可以相對于所述同一列的每個(gè)其它存儲單元而被單獨(dú)激活。有利地，該系統(tǒng)可以包括選擇器塊，選擇器塊發(fā)出分別適于驅(qū)動每個(gè)所述存儲單元的所述輸入級和所述輸出級的寫入信號和讀取信號。適當(dāng)?shù)?，每個(gè)所述存儲單元都可以包括電容器、寫入開關(guān)和讀取開關(guān)，其中電容器被置于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和與基準(zhǔn)電壓關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)終端之間，寫入開關(guān)被置于適于限定所述輸入級的所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和輸入終端之間，并且讀取開關(guān)被置于適于限定所述輸出級的輸出終端和所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間。此外，屬于同一列的存儲單元可以具有與單個(gè)終端列關(guān)聯(lián)的所述輸出終端，該終端列通過對應(yīng)選擇開關(guān)與所述緩沖器關(guān)聯(lián)。每個(gè)所述存儲單元都可以包括連接至所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和所述基準(zhǔn)終端的復(fù)位開關(guān)。特別是，屬于同一列的所述存儲單元的復(fù)位開關(guān)由單個(gè)復(fù)位信號驅(qū)動。有利地，該系統(tǒng)的選擇器塊可以包括第一移位寄存器、第二移位寄存器和第三移位寄存器，每個(gè)第一移位寄存器分別與所述行中的一行關(guān)聯(lián)，用于傳輸所述寫入信號，第二移位寄存器用于傳輸所述讀取信號，并且第三移位寄存器用于傳輸所述復(fù)位信號。該問題也被一種用于控制4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)的方法解決，該系統(tǒng)包括換能器元件的矩陣、多個(gè)接收通道、波束形成器裝置，所述矩陣適于發(fā)送和接收超聲信號，所述換能器元件被分成以延遲的方式接收同一超聲信號的子矩陣，接收通道與換能器元件關(guān)聯(lián)，波束形成器裝置包括在重新定相矩陣中所設(shè)置的多個(gè)存儲單元，每個(gè)重新定相矩陣都與對應(yīng)子矩陣關(guān)聯(lián)，每行都與所述換能器元件中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述存儲單元包括被驅(qū)動用于與行關(guān)聯(lián)的輸入存儲級和被驅(qū)動用于與緩沖器關(guān)聯(lián)的輸出讀取級；所述方法特征在于，所述方法包括:-按行寫入步驟，通過在順序時(shí)間中相對于同一列的另一個(gè)存儲單元選擇性地驅(qū)動屬于同一列的每個(gè)存儲單元的輸入存儲級，用于在所述同一列的所述存儲單元中存儲在所述行中所接收的所述相同延遲的聲信號；-按列讀取步驟，通過同時(shí)驅(qū)動屬于同一列的所述存儲單元的所述輸出級。適當(dāng)?shù)?，所述按行寫入可以提?相對于所述同一列的所述存儲單元的每個(gè)其他存儲級，單獨(dú)激活所述同一列的每個(gè)存儲單元的所述輸入存儲級。該方法可以包括分別借助于由選擇器塊所發(fā)出的寫入信號和讀取信號來驅(qū)動每個(gè)所述存儲單元的所述輸入存儲級和所述輸出讀取級的步驟。有利地，該方法可以提供:在每個(gè)所述存儲單元中布置復(fù)位開關(guān)，并且提供復(fù)位步驟:通過用單個(gè)復(fù)位信號驅(qū)動屬于同一列的所述存儲單元的所述復(fù)位開關(guān)。適當(dāng)?shù)?，該方法可以提?在所述選擇器塊中布置第一移位寄存器用于傳輸所述寫入信號，為所述重新定相矩陣的所述行的每行都布置所述移位寄存器中的一個(gè)移位寄存器，并且布置第二移位寄存器用于傳輸所述讀取信號。參考附圖，根據(jù)下面對作為陳述和非 限制性的示例給出的實(shí)施例的詳細(xì)描述，按照本發(fā)明的系統(tǒng)及其方法的特征和優(yōu)點(diǎn)會顯而易見。


在這些附圖中:-圖1用框圖示意性地示出超聲成像系統(tǒng)；-圖2是在圖1的裝置中采用的超聲探針的部分截面的側(cè)面示意圖；-圖3示意地示出在具有陣列換能器元件的探針中在不同時(shí)間接收同一回波信號;-圖4示出包括換能器元件矩陣的超聲探針的部分截面的側(cè)面示意圖；-圖5A和5B分別示出矩陣探針中采用的換能器元件矩陣的四分之三頂視圖和示意性的橫截面視圖；-圖6示出按照先有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的被連接至N個(gè)接收通道和相應(yīng)的換能器元件的存儲單元的重新定相矩陣的示意圖；-圖7是重新定相矩陣的存儲單元的示意圖；-圖8-11示出按照先有技術(shù)的方法實(shí)現(xiàn)的四個(gè)采樣序列的示意圖；-圖12示出按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的被連接至N個(gè)接收通道和相應(yīng)相應(yīng)的換能器元件的存儲單元的重新定相矩陣的一部分的示意圖；-圖13-16示出按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的四個(gè)采樣序列的示意圖；-圖17示出在第二實(shí)施例中的圖16的存儲單元的重新定相矩陣；
·
-圖18示出在第三實(shí)施例中圖16的存儲單元的重新定相矩陣。
具體實(shí)施例方式參考這些附圖，并且特別參考圖12，100整體且示意地指示一部分4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)，其中4D意思是實(shí)時(shí)3D圖像。在下面的描述中，會參考前面描述的系統(tǒng)和細(xì)節(jié)，并且具有相同結(jié)構(gòu)和功能的配合零件將用相同標(biāo)記和參考縮寫表示。系統(tǒng)100包括適于發(fā)送并接收超聲信號的換能器元件3的矩陣10。換能器元件3被分為子矩陣21，這些子矩陣適于按時(shí)間延遲地接收由同一聚焦點(diǎn)發(fā)出的同一回波信號。每個(gè)換能器元件3都通過接收通道22與波束形成器裝置109或者重新定相裝置關(guān)聯(lián)。特別是，波束形成器裝置109包括多個(gè)重新定相矩陣112，每個(gè)重新定相矩陣112都包括多個(gè)存儲單元111。此外，被分為行Ri和列Coi的每個(gè)重新定相矩陣112都與換能器元件3的對應(yīng)子矩陣21關(guān)聯(lián)。特別是，每個(gè)重新定相矩陣112的每行Ri都通過對應(yīng)的接收通道22與所述換能器元件3中的一個(gè)關(guān)聯(lián)。每個(gè)接收通道22都包括在換能器元件3和重新定相矩陣112之間彼此級聯(lián)放置的TR開關(guān)和可變增益放大器LNA。重新定相矩陣112的行Ri的數(shù)目等于子矩陣21的換能器元件3的數(shù)目，而列Coi的數(shù)目等于由換能器元件3接收的回波信號的數(shù)目并且與通過換能器元件3發(fā)送的聲信號的數(shù)目有關(guān)，這些聲信號是可變的并且在設(shè)計(jì)步驟中被限定。每個(gè)存儲單元111都包括與重新定相矩陣112的行Ri關(guān)聯(lián)的輸入存儲級In和與緩沖器16關(guān)聯(lián)的輸出讀取級Out。有利地是，屬于同一列的每個(gè)存儲單元111都具有輸入存儲級In，其在順序的時(shí)間中相對于同一列Coi的另一個(gè)存儲單元111被動態(tài)激活，該另一個(gè)存儲單元111用于存儲在子矩陣21的所述換能器元件3中從同一聚焦點(diǎn)以延遲的方式接收的相同聲信號。以這種方式，在子矩陣21的每個(gè)換能器元件3中延遲接收的同一回波信號都被存儲在屬于同一列Coi的重新定相矩陣112的存儲單元111中。此外，適當(dāng)?shù)厥牵瑢儆谕涣蠧oi的存儲單元111具有被同時(shí)激活的輸出級Out。有利地是，所述同一列Coi的每個(gè)存儲單元111都相對于同一列Coi的每個(gè)其它存儲單元111被單獨(dú)激活。特別是，每個(gè)所述存儲單元111都包括電容器C、寫入開關(guān)SI和讀取開關(guān)S2，其中電容器C被置于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)V和與基準(zhǔn)電壓關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)終端之間，在本實(shí)施例中基準(zhǔn)端與接地電壓GND關(guān)聯(lián)，寫入開關(guān)SI被置于適于限定輸入級In的輸入終端和所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)V之間，并且讀取開關(guān)S2被置于所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)V和適于限定輸出級Out的輸出終端之間。屬于重新定相矩陣112的同一列Coi的存儲單元111具有與對應(yīng)的列終端Tci關(guān)聯(lián)的輸出終端，列終端接著通過選擇開關(guān)S3i與連接至接口元件或者緩沖器16的行終端Tri關(guān)聯(lián)。在這種情況下，緩沖器16將波束形成器裝置109的內(nèi)部信號與外部電纜接口連接，從負(fù)載電容斷開靈敏節(jié)點(diǎn)的耦合，即斷開行終端Tri的耦合。系統(tǒng)100也包括選擇器塊118，該塊發(fā)出適于分別驅(qū)動重新定相矩陣112的每個(gè)存儲單元111的輸入級In和輸出級Out的寫入信號wr和讀取信號rd。特別是，選擇器塊118在順序的時(shí)間中以預(yù)先確定的方式驅(qū)動屬于同一列Coi的每個(gè)存儲單元111的寫入開關(guān)SI，因此允許按照延遲的接收時(shí)間在同一列Coi中存儲由換能器元件3以延遲的方式接收的同一聲信號。選擇器塊118改為用同一讀出信號rdi驅(qū)動屬于同一列Coi的全部存儲單元111的讀取開關(guān)S2，并且也驅(qū)動相應(yīng)的列終端Tci的選擇開關(guān)S3i用于生成對應(yīng)于相應(yīng)的回波信號的輸出信號Vout相應(yīng)。換句話說，在順序的時(shí)間中存儲單元111按列Coi存儲，這允許對應(yīng)于按列Coi的
回波信號讀取同一聲信號。圖13-16中所示的實(shí)例示出通過四個(gè)相應(yīng)的接收通道22與存儲單元111的重新定相矩陣112關(guān)聯(lián)的子矩陣21的換能器元件3陣列，因此存在用A、B、C和D指示的四個(gè)聚焦點(diǎn)，這些聚焦點(diǎn)接收相應(yīng)的聲信號并發(fā)出相應(yīng)的回波信號，而數(shù)字指示連續(xù)的時(shí)間序列。在時(shí)間1，如圖13所示，第一和第二換能器元件3從點(diǎn)A接收回波信號，并且在相應(yīng)的接收通道22中生成聲信號，該聲信號首先被放大，然后被存儲在重新定相矩陣112的第一列Col的相應(yīng)的存儲單元111中，這些存儲單元通過寫入信號wr由選擇器塊118以選擇性的方式激活。如圖14所示，時(shí)間2相對于時(shí)間I具有特定延遲，第三和第四換能器元件3從A接收回波信號，并且在相應(yīng)的接收通道22中生成聲信號，該聲信號由選擇器塊118激活的第一列Col的用2A指示的存儲單元111存儲。同時(shí)，第一和第二換能器3從點(diǎn)B接收回波信號，并且生成聲信號 ，該聲信號被第二列Co2的用2B指示的存儲單元111存儲。以這種方式，不同于先有技術(shù)，對應(yīng)于來自同一點(diǎn)的回波信號的聲信號被存儲在同一列Coi的存儲單元111中。如圖15所示，在時(shí)間3，第三和第四換能器元件3從點(diǎn)B接收回波信號并且生成相應(yīng)的聲信號，該聲信號被存儲在第二列Co2的用2B指不的存儲單兀111中。同時(shí),第一和第二換能器3從點(diǎn)C接收回波信號，并且生成聲信號，該聲信號由第三列Co3的用3C指示的存儲單元111存儲。類似地，如圖16中所示，在時(shí)間4，第三和第四換能器元件3生成對應(yīng)于點(diǎn)C的回波信號的聲信號，該聲信號被存儲在第三列Co3的用4C指示的相應(yīng)的存儲單元111中并且該單元。同時(shí)，第一和第二換能器3從點(diǎn)D接收回波信號，并且生成對應(yīng)的聲信號，該聲信號由第四列Co4的用4D指示的存儲單元111存儲。等等。然后，在同一列Coi中讀取存儲單元111，用于上升至由同一聚焦點(diǎn)A、B、C和D生成的回波信號。順序的列允許依序讀取從不同聚焦點(diǎn)接收的聲信號。自然地，盡管依序接收回波信號的換能器元件3預(yù)先確定，但每列Coi的存儲單元111都能夠以動態(tài)方式激活，然后聲信號能夠被存儲在屬于不同序列或者行傾斜度的存儲單元111中。有利地是，在每行中的單個(gè)存儲單元111都始終保持有源的，用于在低噪聲可變增益放大器LNA保持負(fù)載恒定。有利地是，按照實(shí)施例，重新定相矩陣112的所述同一列Coi的每個(gè)存儲單元111都相對于所述同一列Coi的每個(gè)其它存儲單元111被單獨(dú)激活。在圖17中所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括重新定相矩陣112，該矩陣的每個(gè)存儲單元111都包括被置于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)V和接地終端GND之間的復(fù)位開關(guān)S4，該復(fù)位開關(guān)允許在連續(xù)存儲之前復(fù)位每個(gè)存儲單元111。

屬于同一列Coi的存儲單元111的復(fù)位開關(guān)S4由選擇器塊118生成的單個(gè)復(fù)位信號rs驅(qū)動。在圖18中所示的實(shí)施例中，波束形成器裝置109包括選擇器塊118，該塊依靠傳輸適于驅(qū)動存儲單元111的所述寫入開關(guān)SI的所述寫入信號wr的第一移位寄存器實(shí)現(xiàn)。特別是，每個(gè)所述第一移位寄存器SRl放置成與重新定相矩陣112的每行Ri —致。波束形成器裝置109也包括用于傳輸每列Coi的讀取信號rd的第二移位寄存器SR2和用于適于按列Coi驅(qū)動復(fù)位開關(guān)S4的可能的復(fù)位信號rs的第三移位寄存器。本發(fā)明也涉及用于控制4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)的方法，其中4D意思是實(shí)時(shí)3D圖像。在下面的描述中，會參考前面描述的系統(tǒng)和細(xì)節(jié)，并且具有相同結(jié)構(gòu)和功能的配合零件將用相同標(biāo)記和參考縮寫表示。如圖12中所示，系統(tǒng)100包括適于發(fā)送并接收超聲信號的換能器元件3的矩陣10。這些換能器元件3被分為子矩陣21，這些子矩陣以延遲的方式接收同一超聲信號。該系統(tǒng)100也包括多個(gè)接收通道22，其中接收通道22與換能器元件3關(guān)聯(lián)，波束形成器裝置109包括在重新定相矩陣112中設(shè)置的多個(gè)存儲單元111。每個(gè)重新定相矩陣112都與換能器元件3的對應(yīng)子矩陣21關(guān)聯(lián)，每行Ri都通過相應(yīng)的接收通道22與所述換能器元件3中的一個(gè)關(guān)聯(lián)。每個(gè)存儲單元111都包括輸入級In和輸出級Out，其中輸入級In由對應(yīng)的寫入信號wr驅(qū)動，用于與行Ri關(guān)聯(lián)，并且輸出級Out由對應(yīng)的讀取信號rd驅(qū)動，用于與緩沖器16關(guān)聯(lián)。該方法包括，在順序的時(shí)間中相對于同一列Coi的另一個(gè)存儲單元111選擇性地按行寫入驅(qū)動屬于同一列Coi的每個(gè)存儲單元111的輸入存儲級In，用于在所述同一列Coi的所述存儲單元111中存儲在所述行Ri中接收的相同延遲的聲信號。寫入步驟提供屬于同一列Coi的一個(gè)或更多存儲單元111的輸入存儲級In，連接至每行Ri。此外，該方法包括通過同時(shí)驅(qū)動屬于同一列Coi的存儲單元111的輸出級Out的按列讀取步驟。以這種方式，對應(yīng)于在所述行Ri中接收的所述的相同延遲的聲信號生成輸出信號Vout,激活屬于同一列Coi的存儲單兀111。選擇器塊118發(fā)出寫入信號wr和讀取信號rd，寫入信號wr允許驅(qū)動每個(gè)存儲單元111的輸入級In，讀取信號rd允許驅(qū)動每個(gè)存儲單元111的輸出級Out。特別是，在方法步驟中適當(dāng)預(yù)先確定的順序時(shí)間中發(fā)出對于屬于同一列Coi的存儲單元111的寫入信號wr。在圖13-16中所示的實(shí)例中，表現(xiàn)了與相應(yīng)的接收通道22關(guān)聯(lián)的四個(gè)換能器元件3和用A、B、C和D指示的四個(gè)聚焦點(diǎn)，而數(shù)目指示連續(xù)的時(shí)間序列。在時(shí)間1，如圖12所示，第一和第二換能器元件3從點(diǎn)A接收回波信號，并且生成聲信號，該聲信號首先被放大，然后被存儲在重新定相矩陣112的第一列Col的相應(yīng)的存儲單元111中，這些存儲單元通過選擇器塊118生成對應(yīng)的寫入信號wr以選擇性的方式激活。如圖13所示，在時(shí)間2具有特定延遲，第三和第四換能器元件3從點(diǎn)A接收回波信號，而第一和第二換能器3從點(diǎn)B接收回波信號，選擇器塊118生成用于激活屬于第一列Col的第三和第四行Ri的存儲單元111的對應(yīng)寫入信號wr和用于激活屬于第二列Co2的第一和第二行的存儲單元111的寫入信號wr。以此類推。以這種方式，不同于先有技術(shù)，對應(yīng)于來自同一聚焦點(diǎn)A、B、C或者D的回波信號的聲信號被存儲在同一列Coi的存儲單兀111中。有利地是，對重新定相矩陣112的列的依序讀取步驟允許按順序讀取所接收的聲信號。在圖17中所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括重新定相矩陣112，該矩陣的每個(gè)存儲單元111都包括復(fù)位開關(guān)S4,該復(fù)位開關(guān)允許在連續(xù)存儲之前復(fù)位每個(gè)存儲單元111。然后，該方法包括復(fù)位步驟，該步驟通過用單個(gè)復(fù)位信號rs驅(qū)動屬于同一列Coi的存儲單元111的全部復(fù)位開關(guān)S4。在圖18中所示的實(shí)施例中，借助于控制比特在其中流動的第一移位寄存器SRI，該方法提供對與重新定相矩陣112的行Ri適當(dāng)關(guān)聯(lián)的存儲單元111的輸入存儲級In的驅(qū)動。然后，該方法提供從而實(shí)現(xiàn)用于傳輸讀取信號rd的第二控制比特的第二移位寄存器，該信號rd用于驅(qū)動存儲單元111的輸出級Out。有利地是，該方法提供單個(gè)比特和單個(gè)終端，用于激活同一列Coi的存儲單元111的輸出級Out。有利地并且與先有技術(shù)相反，第一移位寄存器SRl的數(shù)目等于重新定相矩陣112的行Ri，而要求單個(gè)第二移位寄存器SR2用于讀取重新定相矩陣112的存儲單元111。該方法也 能提供:讀取信號rd能夠驅(qū)動在每列的輸出金屬噴鍍末端放置的相應(yīng)的列終端Tci的選擇開關(guān)S3i，只允許逐個(gè)激活這些選擇開關(guān)S3i。以這種方式，與列終端Tci關(guān)聯(lián)的金屬噴鍍的寄生電容不會連接至緩沖器16的輸入節(jié)點(diǎn)。此外，該方法能夠提供從而實(shí)現(xiàn)用于可能的復(fù)位信號rs的第三移位寄存器SR3，特別提供了單個(gè)比特和單個(gè)終端用于激活同一列Coi的存儲單元111的復(fù)位開關(guān)S4。按照本發(fā)明的4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)波束形成器裝置的輸出信號，減少連接至緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)的寄生電容并且增大信噪比，因此允許獲得較高的分辯率。另一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)是，通過激活屬于同一列的單元使得對由換能器元件延遲接收的回波信號的讀取容易。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，相對于本發(fā)明暗示的存儲的信號的讀取，電路簡明。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少信號的失真，這是由于只選擇重新定相矩陣的列生成輸出信號，顯著減少了寄生電容的值。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是以按列的簡單方式使存儲同一聲信號的重新定相矩陣的單元復(fù)位的可能性，這減少了所存儲的信號的失真。按照本發(fā)明的方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是讀取步驟的快速和簡單性。該方法的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是存儲同一聲信號的單元的復(fù)位步驟的簡單性。顯而易見，為了滿足偶然的和特定的需要，允許本領(lǐng)域技術(shù)人員在上述電路中引入若干修改，這些修 改全部都在由下面的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)(100)，包括換能器元件(3)的矩陣(10)、多個(gè)接收通道(22)、波束形成器裝置(109)，所述矩陣適于發(fā)送和接收超聲信號，所述換能器元件(3)被分成子矩陣(21)并且適于以延遲的方式接收同一聲信號，所述接收通道(22)中的一個(gè)接收通道與所述換能器元件(3)中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述波束形成器裝置(109)包括在重新定相矩陣(112)中所設(shè)置的多個(gè)存儲單元(111)，每個(gè)重新定相矩陣(112)都與對應(yīng)子矩陣(21)關(guān)聯(lián)，并且每行(Ri)都與所述換能器元件(3)中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述存儲單元(111)包括選擇性地與行(Ri)關(guān)聯(lián)的存儲輸入級(In)和選擇性地與緩沖器(16)關(guān)聯(lián)的讀取輸出級(Out);所述系統(tǒng)特征在于，屬于同一列(Coi)的每個(gè)存儲單元(111)都具有所述存儲輸入級(In)，所述存儲輸入級在順序時(shí)間中相對于用于存儲所述相同延遲的聲信號的所述同一列(Coi)的另一個(gè)存儲單元(111)而被動態(tài)激活，屬于所述同一列(Coi)的所述存儲單元(111)具有被同時(shí)激活的所述讀取輸出級(Out)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述同一列(Coi)的每個(gè)存儲單元(111)都相對于所述同一列(Coi)的每個(gè)其它存儲單元(111)而被單獨(dú)激活。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括選擇器塊(118)，所述選擇器塊發(fā)出分別適于驅(qū)動每個(gè)所述存儲單元(111)的所述輸入級(In)和所述輸出級(Out)的寫入信號(wr)和讀取信號(rd)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述存儲單元(111)都包括電容器(C)、寫入開關(guān)(SI)和讀取開關(guān)(S2)，所述電容器被置于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(V)和與基準(zhǔn)電壓(GND)關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)終端之間，所述寫入開關(guān)被置于適于限定所述輸入級(In)的所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(V)和輸入終端之間，并且所述讀取開關(guān)被置于適于限定所述輸出級(Out)的輸出終端和所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(V)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，屬于同一列(Coi)的所述存儲單元(111)具有與單個(gè)列終端(Tci)關(guān)聯(lián)的所述輸出終端，所述列終端通過對應(yīng)選擇開關(guān)(S3i)與所述緩沖器(16)關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，屬于單個(gè)列(Coi)的所述存儲單元(111)的所述寫入開關(guān)(SI)和所述相應(yīng)的列終端(Tci)的所述選擇開關(guān)(S3i)由單個(gè)讀取信號(rdi)驅(qū)動。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述存儲單元(111)都包括連接在所述內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(V)和所述基準(zhǔn)終端(GND)之間的復(fù)位開關(guān)(S4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，屬于同一列(Coi)的所述存儲單元(111)的所述復(fù)位開關(guān)(S4)由單個(gè)復(fù)位信號(rsi)驅(qū)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇器塊(118)包括第一移位寄存器(SRl)和第二移位寄存器(SR2)，每個(gè)第一移位寄存器(SRl)分別與所述行(Ri)中的一行關(guān)聯(lián)，用于傳輸所述寫入信號(wr)，所述第二移位寄存器(SR2)用于傳輸所述讀取信號(rd)。
10.一種用于控制4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括換能器元件(3)的矩陣(10)、多個(gè)接收通道(22)、波束形成器裝置(109)，所述矩陣適于發(fā)送和接收超聲信號，所述換能器元件(3)被分成以延遲的方式接收同一超聲信號的子矩陣(21)，接收通道與換能器元件(3)關(guān)聯(lián)，所述波束形成器裝置(109)包括在重新定相矩陣(112)中所設(shè)置的多個(gè)存儲單元(111)，每個(gè)重新定相矩陣(112)都與對應(yīng)子矩陣(21)關(guān)聯(lián)，每行(Ri)都與所述換能器元件(3)中的一個(gè)換能器元件關(guān)聯(lián)，所述存儲單元(111)包括被驅(qū)動用于與行(Ri)關(guān)聯(lián)的存儲輸入級(In)和被驅(qū)動用于與緩沖器(16)關(guān)聯(lián)的讀取輸出級(Out);所述方法特征在于，所述方法包括: -按行寫入，通過在順序時(shí)間中相對于同一列(Coi)的另一個(gè)存儲單元(111)選擇性地驅(qū)動屬于所述同一列(Coi)的每個(gè)存儲單元(111)的所述存儲輸入級(In)，用于在所述同一列(Coi)的所述存儲單元(111)中存儲在所述行(Ri)中所接收的所述相同延遲的聲信號; -按列讀取步驟，通過同時(shí)驅(qū)動屬于所述同一列(Ci)的所述存儲單元(111)的所述輸出級(Out)O
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于控制的方法，其特征在于所述按行寫入提供:相對于所述同一列(Coi)的每個(gè)其它存儲單元(111)單獨(dú)激活所述同一列(Coi)的每個(gè)存儲單元(111)的所述存儲輸入級(In)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于控制的方法，其特征在于，所述方法包括分別借助于由選擇器塊(118)所發(fā)出的寫入信號(wr)和讀取信號(rd)來驅(qū)動每個(gè)所述存儲單元(111)的所述存儲輸入級(In)和所述讀取輸出級(Out)的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于控制的方法，其特征在于，所述方法在每個(gè)所述存儲單元(111)中提供復(fù)位開關(guān)(S4)，并且所述方法提供復(fù)位步驟:通過用單個(gè)復(fù)位信號(rs)驅(qū)動屬于同一列(Coi)的所述存儲單元(111)的所述復(fù)位開關(guān)(S4)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于控制的方法，其特征在于，所述方法在所述選擇器塊(118)中布置第一移位寄 存器(SRl)用于傳輸所述寫入信號(wr)，為所述重新定相矩陣(112)的所述行(Ri)的每行都布置所述移位寄存器(SRl)中的一個(gè)移位寄存器，并且其特征在于，所述方法布置第二移位寄存器(SR2)用于傳輸所述讀取信號(rd)。
全文摘要
一種4D數(shù)據(jù)超聲成像系統(tǒng)(100)，其包括換能器元件(3)的矩陣(10)、多個(gè)接收通道(22)、波束形成器裝置(109)，所述矩陣適于發(fā)送并接收超聲信號，所述換能器元件(3)被分為子矩陣(21)并且適于以延遲的方式接收同一聲信號，一個(gè)所述接收通道(22)與一個(gè)所述換能器元件(3)關(guān)聯(lián)，所述波束形成器裝置(109)包括在重新定相矩陣(112)中設(shè)置的多個(gè)存儲單元(111)，每個(gè)重新定相矩陣(112)都與對應(yīng)子矩陣(21)關(guān)聯(lián)，所述子矩陣的每行(Ri)都與一個(gè)所述換能器元件(3)關(guān)聯(lián)，所述存儲單元(111)包括選擇性地與行(Ri)關(guān)聯(lián)的存儲輸入級(In)和選擇性地與緩沖器(16)關(guān)聯(lián)的讀取輸出級(Out)；屬于同一列(Coi)的每個(gè)存儲單元(111)都具有所述存儲輸入級(In)，所述輸入級在順序時(shí)間中相對于用于存儲所述相同延遲的聲信號的所述同一列(Coi)的另一個(gè)存儲單元(111)被動態(tài)激活，屬于同一列(Coi)的所述存儲單元(111)具有被同時(shí)激活的所述輸出級(Out)。
文檔編號G01S15/89GK103238083SQ201180057823
公開日2013年8月7日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者D·龍奇, M·特倫茲 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司