CN110869800B - 超声探头及处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种超声探头，其中，每个换能器元件的输出都有局部放大、时间增益补偿和数字化。逆变装置围绕时间增益补偿单元和数字化单元，并且同步逆变功能使得能够抵消确定性失真。
Description
技术领域
本发明涉及超声***和超声信号的处理，并且特别涉及具有探头内信号数字化的超声探头。
背景技术
常规的超声***大而昂贵，但是，最近，更便宜的手持式超声***已经变得可用。由于较低的价格、重量和提高的用户友好性，这种类型的***可供更多的用户使用，例如可供第三世界国家的助产士使用。另外，高端超声***越来越多地支持以更高的帧速率进行3D成像，从而能够对快速移动的器官部分(例如，心脏瓣膜)进行成像。
超声换能器探头是超声***中的关键部件。实际上，探头规格决定了图像质量和帧速率。常规探头的价格很高并且通常主要由复合电缆决定，复合电缆包含多达128条同轴电线，以将模拟回波信号从探头头部传送到超声***。因此，非常希望降低探头的成本。最重要的是，人们对实现可操控性提高且可穿戴超声的无线探头以及支持高帧速速的3D成像的探头非常感兴趣。
所有这些方面都能够通过对原始超声回波信号执行探头内数字化并结合探头内数据压缩来解决。探头内数字化的主要挑战之一是要保持足够低的耗散。根据安全规定，所允许的超声探头的加热要受到限制。另外，USB提供的接口的功率容量有限并且电池供电的探头/***的能量容量有限，这对可接受的耗散造成了严重限制。
文献US 2005/203391 A1涉及连续波超声波成像。特别地，提供了发送器和通道计数减少以用于转向的连续波多普勒超声成像。
类似地，公布的专利申请US 2005/203392 A1公开了用于最大程度地减小超声成像***中的通道的电路和相关联的方法。特别地，该文献提供了用于将来自多个元件的信号组合到同一路径上的电路、控制器和方法。
由于(特别是谐波成像)对信号失真具有严格要求，因此常规超声***前端的耗散很高。信号失真会引入更高的谐波信号分量，从而干扰组织谐波并降低谐波图像质量。特备地，在对深部组织进行成像的情况下就是这样。压力波在正向方向上的衰减意味着在那些较大的组织深度处也会生成相对较弱的谐波信号。由于依赖于频率的组织衰减，所生成的谐波信号也比反射的基波分量衰减得更多。在这种情况下，接收到的谐波信号可能比反射的基波信号弱40dB(示例)。
因此，由于电子失真，因此难以用低成本的电子器件来处理高次谐波超声信号。因此，需要使得能够对超声回波信号进行低成本的探头内数字化(特别是使得能够进行深部组织成像所希望的谐波成像)的探头设计和处理方法。
发明内容
根据本发明的一个方面的示例，提供了一种超声探头，所述超声探头包括：
超声换能器元件的阵列；
与每个换能器元件相关联的相应的信号处理电路，其中，每个信号处理电路包括：
放大器，其用于接收来自所述换能器元件的信号；
时间增益补偿电路；以及
模数转换器电路，其被连接到所述时间增益补偿电路的输出部，
其中，每个信号处理电路还包括：
开关装置，其在所述放大器的输出部处，所述开关装置用于要么直接地要么利用逆变从所述放大器的输出生成中间两端子输出，其中，所述中间两端子输出被提供给所述时间增益补偿电路的输入部，以及
逆变器，其在所述模数转换器的输出部处，其中，所述逆变器与所述开关装置被同步控制。
在该超声探头中，在经过放大和时间增益补偿之后，换能器元件信号进行局部数字化。
使用了能够对接收模拟前端中的至少偶数谐波失真进行校正的信号逆变***，这对于谐波成像特别有意义。以这种方式，能够放宽对模拟前端中的信号失真的要求并且可以降低耗散。在时间增益补偿之前存在模拟逆变，并且在模数转换之后(即，在随后的波束形成之前)存在数字逆变。
所述设备优选包括控制器和信号处理器，所述控制器用于控制所述超声换能器元件以发射超声脉冲，用于控制所述开关装置，并且用于控制所述逆变器，所述信号处理器用于处理接收到的反射的超声脉冲。
这定义了超声成像***。
所述控制器然后优选适于实施两个循环：
第一循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均不提供逆变；以及
第二循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均提供逆变。
通过(在时间增益补偿之前并且在模数转换之后)同步逆变操作，不会对期望的谐波信号产生整体影响，但是能够通过组合信号的逆变版本和非逆变版本来抵消两个逆变级之间的电子失真。
所述控制器例如适于在超声脉冲发射之间的所述第一循环和所述第二循环之间切换。例如，在收听回波信号(例如，捕获50μs至100μs的数据流)时，将保持针对循环的逆变设置。举例来说，可以以2.5MHz的中心频率发射超声脉冲。
因此，以相反的逆变设置处理序列超声脉冲。替代地，每个逆变操作之间可以存在脉冲序列。
所述信号处理器优选适于组合在相继的第一循环和第二循环内接收到的反射的超声脉冲。以这种方式，能够通过添加相反的相位分量来抵消确定性电子失真。
所述控制器例如适于向相继的脉冲发射(即，脉冲发送)施加相反的极性。这定义了脉冲逆变方案。这样做的优点是能够校正奇数谐波失真分量和偶数谐波失真分量两者。在没有脉冲逆变的***中，仅能校正偶数谐波。
所述信号处理器优选适于处理所发射的超声脉冲的基波频率的谐波。本发明对于谐波成像***特别有意义。
所述逆变器可以包括用于所述模数转换器的输出的最高有效位的位逆变器。这提供了基于使用最高有效位值表示的数字字的负(逆变)值的简单逆变***。
在一些示例中，所述放大器具有差分输出。然后，所述开关装置选择性地翻转输出。替代地，可以存在参考(其可以再次被认为是放大器的第二输出)和单个输出，它们被开关装置翻转。
所述开关装置例如包括四个开关，其中，第一开关在第一放大器输出部与第一时间增益补偿电路输入部之间，第二开关在第一放大器输出部与第二时间增益补偿电路输入部之间，第三开关在第二放大器输出部与所述第一时间增益补偿电路输入部之间，并且第四开关在所述第二放大器输出部与所述第二时间增益补偿电路输入部之间。
根据本发明的另一方面的示例提供了一种处理超声信号的方法，所述方法包括：
接收来自超声换能器元件的阵列的信号，并且在每个换能器元件处：
放大相应的信号；
选择性地要么直接地要么利用逆变从经放大的信号生成中间两端子输出；
对所述中间两端子输出执行时间增益补偿；
执行模数转换；并且
选择性地与用于生成中间信号的逆变同步地执行对数字信号的逆变。
该方法使得能够抵消因时间增益补偿过程和模数转换过程引起的电子失真。
所述方法还可以包括：控制所述超声换能器元件以发射超声脉冲，并且处理接收到的反射的超声脉冲，其中，所述控制实施两个循环：
第一循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均不提供逆变；以及
第二循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均提供逆变。
然后可以在超声脉冲发射之间在第一循环与第二循环之间进行切换。所述方法可以包括：向相继的脉冲发射施加相反的极性，并且组合在相继的第一循环和第二循环内接收到的反射的超声脉冲。这使得能够补偿奇数谐波失真和偶数谐波失真。
本发明可以至少部分地在计算机软件中实施。
附图说明
现在将参考附图来详细描述本发明的示例，在附图中：
图1示出了用于提供探头内数字化的基本布置；
图2示出了根据本发明的示例的用于单个换能器元件的信号处理电路的第一实施方式；
图3示出了在使用图2的***期间的两个循环；
图4示出了在两个循环内在***的第一示例中出现的信号；
图5示出了在两个循环内在***的第二示例中出现的信号；
图6示出了根据本发明的示例的用于单个换能器元件的信号处理电路的第二实施方式；
图7是示出示例性超声诊断成像***的总体操作的***图；并且
图8示出了超声图像处理方法。
具体实施方式
本发明提供了一种超声探头，其中，每个换能器元件的输出都有局部放大、时间增益补偿和数字化。逆变装置围绕时间增益补偿单元和数字化单元，并且同步逆变功能使得能够抵消确定性失真。
图1示出了用于提供探头内数字化的基本布置。
该探头包括成百上千个换能器元件10的阵列，其中的三个换能器元件被示出。每个换能器元件10具有信号处理电路，该信号处理电路包括低噪声放大器(LNA)12、时间增益补偿(TGC)电路14和模数转换器(ADC)16。TGC电路14可以被部分实施在LNA 12中。在这种情况下，通常首先要增加LNA增益步长。当LNA增益达到最大水平时，改变针对第二级的TGC设置。时间增益补偿是应用于诊断超声成像以考虑组织衰减的设置。通过随着深度而增加接收到的信号强度，减少了B模式图像强度的均匀性方面的伪影。
该***需要实施成百上千个模数转换器(ADC)，以转换个体元件的超声回波信号。
ADC的数字输出信号(Data_out)被施加到执行延迟操作和求和操作的波束形成电路18。由于相长干涉或相消干涉，源自某些方向的能量被放大，同时源自其他方向的能量被衰减。
模拟电子器件中发生的误差会影响波束形成的输出信号的质量。不相关的误差(例如，ADC中的LNA噪声和随机线性误差)具有相对较小的影响，因为它们是随机求和的，因此它们的贡献随着传感器元件数量的增加而减小。相关的误差(例如，信号失真和***ADC误差)具有更大的影响，因为相关的误差是确定性求和的，因此它们的贡献不会随着换能器元件的数量而缩放。
这可能意味着对于100通道阵列，个体LNA的噪声水平相对于(峰值)输入信号可以为－50dB，而对信号失真的要求可能为－60dB(示例)。
如上所述，最严重的失真要求适用于谐波成像模式，特别是在信号已经相对较弱的大深度处成像时。在这种情况下，将限制LNA信号摆幅，同时将TGC和ADC的信号摆幅编程到最大水平(全摆幅)。由于信号失真会随着信号摆幅而增加，因此失真很可能由TGC和ADC主导。因此，需要补偿TGC电路和ADC(的模拟部分)的失真。
图2示出了根据本发明的示例的用于单个换能器元件的信号处理电路。
信号处理电路再次包括放大器12、时间增益补偿电路14和模数转换器电路16。
另外，在放大器12的输出部处具有开关装置20，该开关装置20用于要么直接地要么利用逆变从放大器的输出产生中间两端子(即，差分或准差分)输出22。开关装置因此执行模拟斩波功能。逆变器24被提供在模数转换器16的输出部处以用于数字信号逆变，并且逆变器24与开关装置20被同步控制。针对逆变过程的控制信号被示为cntrl_inv。
在图2的示例中，放大器具有差分输出，即，非逆变输出和逆变输出。开关装置20将它们直接路由到中间两端子输出22或者翻转它们。
因此，经过信号处理电路的信号是双极性(即，AC)信号，包括ADC的数字输出。输出部处的数字字可以被编码为包括符号位(例如，最高有效位)的位序列。在这种编码方案中，逆变器仅用于在1和0之间选择性地交换符号位。然而，也可以使用其他编码方案。
在使用超声***时，控制器控制超声换能器元件以发射超声脉冲。这些超声脉冲可以具有被调谐到换能器元件的谐振频率的MHz范围内(例如，在3MHz至5MHz的范围内)的频率。举例来说，中心频率可以是2.5MHz(即，0.4μs的周期)。通常，针对这种脉冲的反射的回波信号会被监听数百个循环(例如，50μs至100μs)。
接收到的反射的回波信号包括多个反射信号的叠加。
在这100μs的时间窗口期间，逆变设置“cntrl_inv”保持静态。ADC生成数据字流，并且这些数据字可以被逆变也可以不被逆变，具体取决于逆变设置。当信号不是关键信号时，在回波脉冲接收之间发生逆变设置的切换。
逆变设置产生两个循环：第一循环，其中，开关装置和逆变器均不提供逆变；以及第二循环，其中，开关装置和逆变器均提供逆变。对于第一循环，cntrl_inv为高(＝1)，将没有逆变的LNA的输出信号施加到TGC电路，并且不对ADC的数字输出字进行逆变。如果cntrl_inv为低(＝0)，则在TGC电路之前对LNA的输出信号进行逆变，并且在ADC之后在数字域中再次对LNA的输出信号进行逆变。
ADC采样周期可以例如是40MHz，并且可以给出以二元形式编码的信号范围[－127，+127]。
放大器可以具有固定增益或时变增益。如果放大器具有固定增益，则在脉冲发送事件之后，输出信号会立即变大，而信号强度会随时间呈指数下降。
LNA可以是通道(未示出)的TGC电路的部分，并且在这种情况下，LNA的输出信号在发生发送事件之后的一段时间(例如10μA)内是恒定的(并且很大)。为了能够实现这一目标，LNA增益被控制为在该段时间内呈指数增长。此后，LNA增益达到最大水平并将保持恒定。从那时起，LNA输出部处的信号强度将再次显示出指数衰减。
图3示出了上述两个循环。顶部部分示出了cntrl_inv＝1的非逆变第一循环，而底部部分示出了cntrl_inv＝0的逆变第二循环。
开关装置20包括四个开关，其中，第一开关20a在第一放大器输出部与第一时间增益补偿电路输入部之间，第二开关20b在第一放大器输出部与第二时间增益补偿电路输入部之间，第三开关20c在第二放大器输出部与第一时间增益补偿电路输入部之间，并且第四开关20d在第二放大器输出部与第二时间增益补偿电路输入部之间。在图3中，仅示出了将被闭合以执行路由功能的开关，但是在图2中示出了所有开关。
在一种方法中，以cntrl_inv＝0驱动所有通道，然后以cntrl_inv＝1驱动所有通道。在两个时间点处将相同的通道信号添加到其自身。这需要两个循环来执行分析，使得有效帧速率减半(但是对于如下所述的脉冲逆变方案的任何情况下都需要两个循环)。
在另一种方法中，可以以cntrl_inv＝1驱动通道的一半(第一子组)，而可以以cntrl_inv＝0(第二子组2)驱动通道的另一半。这两个子组中的元件任选地能够随着波束形成角度而改变。
在这种情况下，将一个具有cntrl_inv＝0的通道信号添加到另一个具有cntrl_inv＝1的相邻通道信号。这样使得能够保留帧速率，但会使图像的分辨率减半。在这种情况下，需要确保来自这些成对元件的信号不是反相的，因为那样会对抵消功能产生负面影响。
这些方法可以抵消TGC电路和ADC中的结构偶数谐波失真。
图4示出了在两个循环内在***中出现的信号。左列针对在第一种类型的循环期间的非逆变信号，而右列针对在第二种类型的循环期间的逆变信号。
第一行示出了由放大器12接收的波形。信号包括反射的基波40和接收到的具有两倍频率的二次谐波42。为了使图简单，未示出高次谐波(>＝3)。
图4示出了仅单个反射脉冲。这是一种简化图，因为将接收多个叠加的反射脉冲。图4是用于说明失真抵消的本质的简化图。信号40的周期与Tx脉冲周期(例如，0.4μs)相同。
第二行示出了在开关装置20之后由时间增益补偿单元14接收的波形。与第一行相比，所有信号都被放大并且在右栏中全部都被逆变。
第三行是模数转换器14的数字输出的模拟表示。存在附加的偶数电子失真信号分量44，其起源于TGC电路和ADC。
第四行是在逆变器24之后的输出数据Data_out的模拟表示。左列中的信号保持不变，但右列中的信号全部都被逆变。
在右列中，失真分量44的偶数谐波经历了一次逆变，而感兴趣信号42经历了两次逆变。
如图所示，将两个Data_out信号进行组合，并且结果是抵消了失真元素44。
例如，在(如上所述的)两个序列时间处的两个信号之间进行组合。假定基波信号是高度相关的并且它们主导了ADC和TGC单元中的失真。
该方法可以抵消偶数谐波失真。
通过使用脉冲逆变方案，这种修改方案使得能够抵消奇数谐波失真和偶数谐波失真。例如，由于压摆率限制或***性ADC线性误差，可能会发生奇数谐波失真。发送脉冲逆变是超声谐波成像中的众所周知的技术。信号处理电路的逆变方案与发送脉冲逆变方案同步。结果，在两个发送事件期间，TGC电路和ADC将看到相同的基波信号，从而在数字域中组合输出信号之后抵消了所有失真。
图5使用与图4相同的符号示出了***中的信号。
第一行示出了由放大器12接收的波形。信号包括反射的基波40和接收的具有两倍频率的二次谐波42。为了使图简单，未示出高次谐波。在第二列中将基波40逆变，并且这是发送脉冲逆变方案的结果。
偶数谐波的极性与基波的极性无关，因此信号42在两列中具有相同的极性。
第二行示出了在开关装置20之后由时间增益补偿单元14接收的波形。与第一行相比，所有信号都被放大并且在右列中全部都被逆变。
第三行是模数转换器14的数字输出的模拟表示。存在附加的电子失真元素44，其起源于TGC电路和ADC。
第四行是在逆变器24之后的输出数据Data_out的模拟表示。左列中的信号保持不变，但右列中的信号全部都被逆变。
在右列中，失真44再次经历了一次逆变，而感兴趣信号42经历了两次逆变。
如图所示，将两个Data_out信号进行组合，并且结果是抵消了失真元素44，而且这种情况也适用于基波。
同样的假设也适用，即，基波信号是高度相关的，并且它们主导了ADC和TGC电路中的失真。
能够将LNA、TGC和ADC集成在同一ASIC中，使得图2的整个电路是单个ASIC。
图6中示出的替代方案是将LNA(任选地与换能器元件一起)集成在第一ASIC 60中并将TGC电路和ADC集成在第二ASIC 62中。在这种情况下，LNA可以具有单端输出，以限制第一ASIC与第二ASIC之间的信号连接数量。因此，参考Vref用作针对开关装置20的第二输入。
能够以这种方式(例如通过使用交流耦合)在第二ASIC 62的输入部处将信号转换成准差分信号。两芯片解决方案受益于具有为这两种目的选择不同且优化的ASIC技术的自由。
现在将参考图7来描述示例性超声诊断成像***的总体操作。这是为了说明可以应用本发明的方法和***的一般类型的设备。
该***包括阵列换能器探头，该阵列换能器探头具有用于发送超声波和接收回波信息的CMUT换能器阵列105。换能器阵列105可以替代地包括由诸如PZT或PVDF之类的材料形成的压电换能器。该阵列也可以包括CMUT元件。换能器阵列105是换能器110的二维阵列，其能够在2D平面中扫描或者在三维中扫描以进行3D成像。在另一示例中，换能器阵列可以是1D阵列。
在所示的示例中，换能器阵列105被耦合到探头中的微波束形成器112，该微波束形成器112控制CMUT阵列单元或压电元件对信号的接收。如美国专利US 5997479(Savord等人)、US 6013032(Savord)和US 6623432(Powers等人)中所述，微波束形成器能够对由换能器的子阵列(或“组”或“拼片”)接收的信号进行至少部分波束形成。
注意，微波束形成器完全是任选的。例如，微波束形成器并不总是用在一维阵列中。而且，当执行平面波成像以接收非常高的帧速率时，就不太适合使用微波束形成器，因为微波束形成器会阻止在各种转向/聚焦方向上进行回顾性波束形成。
微波束形成器112通过探头电缆被耦合到发送/接收(T/R)开关116，当不使用微波束形成器并且由主***波束形成器直接操作换能器阵列105时，T/R开关116在发送与接收之间切换并且保护主波束形成器120免受高能发送信号的影响。超声波束从换能器阵列105的发送由换能器控制器118来指导，换能器控制器118由T/R开关116被耦合到微波束形成器，并且被耦合到主发送波束形成器(未示出)，换能器控制器118接收来自用户在用户接口或控制面板138的操作中的输入。
由换能器控制器118控制的功能之一是波束被转向和聚焦的方向。波束可以从换能器阵列105垂直向前(垂直于换能器阵列105)转向，也可以以不同角度转向以获得更宽的视场。换能器控制器118能够被耦合为控制用于CMUT阵列的DC偏置控件145。DC偏置控件145设置被施加到CMUT单元的(一个或多个)DC偏置电压。
在接收通道中，部分波束形成的信号由微波束形成器112产生并且被耦合到主接收波束形成器120，在主接收波束形成器120中，来自换能器的个体拼片的部分波束形成的信号被组合成完整波束形成的信号。例如，主波束形成器120可以具有128个通道，这些通道中的每个通道接收来自数十个或数百个CMUT换能器单元或压电元件的部分波束形成的信号。以这种方式，由换能器阵列105的数千个换能器接收的信号能够有效地贡献于单个波束形成的信号。
波束形成的接收信号被耦合到信号处理器122。信号处理器122能够以各种方式(例如，带通滤波、抽取、I和Q分量分离以及谐波信号分离(其作用是分离线性信号与非线性信号，以便使得能够识别从组织和微泡返回的非线性(基波频率的高次谐波)回波信号))处理接收到的回波信号。信号处理器还可以执行额外的信号增强功能，例如，散斑减少、信号复合和噪声消除。信号处理器中的带通滤波器能够是跟踪滤波器，随着从越来越深的深度接收回波信号，跟踪滤波器的通带会从较高的频带滑向较低的频带，从而拒绝来自较高深度的较高频率(这些频率缺乏解剖信息)的噪声。
用于发送和用于接收的波束形成器通常被实施在不同的硬件中并且能够具有不同的功能。当然，接收器波束形成器的设计要考虑到发送波束形成器的特性。为简化起见，在图7中仅示出了接收器波束形成器112、120。在整个***中，还将有具有发送微波束形成器和主发送波束形成器的发送链。
微波束形成器112的功能是提供初始的信号组合，以便减少模拟信号路径的数量。这通常在模拟域中执行。
最终的波束形成在主波束形成器120中完成，并且通常在数字化之后完成。
发送通道和接收通道使用具有固定频带的相同的换能器阵列105。然而，发送脉冲所占用的带宽能够根据已使用的发送波束形成而改变。接收通道能够捕获整个换能器带宽(这是经典方法)，或者通过使用带通处理而能够只提取包含有用信息(例如，主谐波的谐波)的带宽。
将经处理的信号耦合到B模式(即，亮度模式或2D成像模式)处理器126和多普勒处理器128。B模式处理器126采用对接收到的超声信号的幅度的检测结果来对身体中的结构(例如，身体中的器官组织和血管)进行成像。如在美国专利US 6283919(Roundhill等人)和美国专利US 6458083(Jago等人)中所述，身体结构的B模式图像可以以谐波图像模式或基波图像模式或这两者的组合来形成。多普勒处理器128处理因组织移动和血液流动产生的在时间上不同的信号，以检测图像场中的诸如血细胞流之类的物质的运动。多普勒处理器128通常包括壁滤波器，该壁滤波器的参数可以被设置为通过和/或拒绝从身体中的选定类型的材料返回的回波。
由B模式处理器和多普勒处理器产生的结构信号和运动信号被耦合到扫描转换器132和多平面重新格式化器144。扫描转换器132以期望的图像格式以回波信号被接收时的空间关系来布置回波信号。例如，扫描转换器可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式或金字塔形的三维(3D)图像。扫描转换器能够在图像场中的点处以与该点的运动的多普勒估计速度相对应的颜色来叠加B模式结构图像，以产生描绘图像场中组织运动和血液流动的彩色多普勒图像。如在美国专利US 6443896(Detmer)中所述，多平面重新格式化器将从身体的体积区域中的公共平面中的点接收的回波转换成该平面的超声图像。如在美国专利US6530885(Entrekin等人)中所述，体积绘制器142将3D数据集的回波信号转换成如从给定的参考点所看到的投影的3D图像。
2D图像或3D图像从扫描转换器132、多平面重新格式化器144和体积绘制器142被耦合到图像处理器130，以进行进一步增强、缓冲和临时存储，从而在显示设备140上进行显示。除了用于成像以外，由多普勒处理器128产生的血流值和由B模式处理器26产生的组织结构信息还被耦合到量化处理器134。量化处理器134产生诸如血流的体积速率之类的不同流动条件的量度以及诸如器官大小和胎龄之类的结构测量结果。量化处理器134可以接收来自用户控制面板138的输入，例如，在图像中要进行测量的解剖结构中的点。来自量化处理器134的输出数据被耦合到图形处理器136，以用于在显示器140上与图像一起重现测量图形和值并且用于从显示设备140输出音频。图形处理器136还能够生成用于与超声图像一起显示的图形叠加物。这些图形叠加物能够包含标准识别信息，例如，患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。为此，图形处理器接收来自用户接口138的输入，例如，患者姓名。用户接口138还被耦合到发送控制器118，以控制超声信号从换能器阵列105的生成并因此控制由换能器阵列105和超声***产生的图像。控制器118的发送控制功能仅仅是所执行的功能之一。控制器118还考虑了(由用户给定的)操作模式以及接收器模数转换器中的对应的所需的发送器配置和带通配置。控制器118能够是具有固定状态的状态机。
用户接口138还被耦合到多平面重新格式化器144，多平面重新格式化器144用于选择和控制多个多平面重新格式化(MPR)的图像的平面，该平面可以用于在MPR图像的图像场中执行量化测量。
处理器装置可以适于执行上述方法的任何部分并因此可以实施控制器功能。处理器装置可以例如被包括在一个或多个前述处理器(例如，控制器118)中，并且信号处理可以在现有的信号处理器122中执行。也可以使用量化处理器134和图形处理器136。替代地，用于实施在本发明的方法中使用的控制器的处理器装置也可以是额外的模块。
图8示出了处理超声信号的方法，包括：
在步骤200中，接收来自超声换能器元件的阵列的信号，并且在每个换能器元件处：
在步骤202中，放大相应的信号；
在步骤204中，选择性地要么直接地要么利用逆变从经放大的信号生成中间两端子输出；
在步骤206中，对中间两端子输出执行时间增益补偿；
在步骤208中，执行模数转换；并且
在步骤210中，选择性地与用于生成中间信号的逆变同步地执行对数字信号的逆变。
在步骤212中，将具有相反逆变设置的信号进行组合。
虽然已经关于包括执行本发明的当前优选模式的特定示例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，上述实施例存在多种变型和置换，包括用其他技术等效方案来替代特定元件，而不脱离权利要求所阐述的本发明的范围。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”并不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (15)
1.一种超声探头，包括：
超声换能器元件(10)的阵列；
与每个换能器元件相关联的相应的信号处理电路，其中，每个信号处理电路包括：
放大器(12)，其用于接收来自所述换能器元件的信号；
时间增益补偿电路(14)；以及
模数转换器电路(16)，其被连接到所述时间增益补偿电路(14)的输出部，
其中，每个信号处理电路还包括：
开关装置(20)，其在所述放大器的输出部处，所述开关装置用于要么直接地要么利用逆变从所述放大器的输出生成中间两端子输出(22)，其中，所述中间两端子输出(22)被提供给所述时间增益补偿电路的输入部，以及
逆变器(24)，其在所述模数转换器的输出部处，其中，所述逆变器与所述开关装置(20)被同步控制。
2.如权利要求1所述的探头，还包括控制器(118)和信号处理器(122)，所述控制器用于控制所述超声换能器元件以发射超声脉冲，用于控制所述开关装置(20)，并且用于控制所述逆变器(24)，所述信号处理器用于处理接收到的反射的超声脉冲。
3.如权利要求2所述的探头，其中，所述控制器(118)适于实施两个循环：
第一循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均不提供逆变；以及
第二循环，其中，所述开关装置和所述逆变器均提供逆变。
4.如权利要求3所述的探头，其中，所述控制器(118)适于在超声脉冲发射之间的所述第一循环和所述第二循环之间切换。
5.如权利要求2、3或4所述的探头，其中，所述信号处理器(122)适于组合在相继的第一循环和第二循环内接收到的反射的超声脉冲。
6.如权利要求5所述的探头，其中，所述控制器(118)适于向相继的脉冲发射施加相反的极性。
7.如权利要求2至4中的任一项所述的探头，其中，所述信号处理器适于处理所发射的超声脉冲的基波频率的谐波。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的探头，其中，所述逆变器(24)包括用于所述模数转换器的输出的最高有效位的位逆变器。
9.如权利要求1至4中的任一项所述的探头，其中，所述放大器具有差分输出。
10.如权利要求1至4中的任一项所述的探头，其中，所述开关装置包括四个开关，其中，第一开关(20a)在第一放大器输出部与第一时间增益补偿电路输入部之间，第二开关(20b)在第一放大器输出部与第二时间增益补偿电路输入部之间，第三开关(20c)在第二放大器输出部与所述第一时间增益补偿电路输入部之间，并且第四开关(20d)在所述第二放大器输出部与所述第二时间增益补偿电路输入部之间。
11.一种处理超声信号的方法，包括：
(200)接收来自超声换能器元件的阵列的信号，并且在每个换能器元件处：
(202)放大相应的信号；
(204)选择性地要么直接地要么利用逆变从经放大的信号生成中间两端子输出；
(206)对所述中间两端子输出执行时间增益补偿；
(208)执行模数转换；并且
(210)选择性地与用于生成中间信号的逆变同步地执行对数字信号的逆变。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：控制所述超声换能器元件以发射超声脉冲，并且处理接收到的反射的超声脉冲，其中，所述控制实施两个循环：
第一循环，其中，用于生成所述中间两端子输出的开关装置和用于选择性执行对所述数字信号的逆变的逆变器均不提供逆变；以及
第二循环，其中，用于生成所述中间两端子输出的开关装置和用于选择性执行对所述数字信号的逆变的逆变器均提供逆变。
13.如权利要求12所述的方法，包括：组合在相继的第一循环和第二循环内接收到的反射的超声脉冲。
14.如权利要求11、12或13所述的方法，包括：向相继的脉冲发射施加相反的极性。
15.一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码当在如权利要求2至10中的任一项所述的超声探头的控制器(118)和信号处理器(122)上运行时适于实施如权利要求11至14中的任一项所述的方法。
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