[发明专利]用于波束形成中变迹的动态孔径控制和归一化

说明书

技术领域

公开的实施例涉及用于超声波和相关波束形成算法的波束形成器、实现公开的波束形成算法的集成电路（IC）及其超声系统。

背景技术

波束形成（beamforming）是在用于指向性信号发射或接收的传感器阵列中使用的信号处理技术。通过使用自适应的或固定的接收/发射波束图形获得空间选择性。

使用波束形成的一种医学应用是超声诊断学。超声波能量由发射波束形成器聚焦在靶组织处，并且靶组织调制和返回的超声波能量由接收波束形成器聚焦。该接收波束形成器可以提供信号，以产生B超图像、表示靶组织的彩色多普勒或频谱多普勒信息或其组合。这种波束形成系统可以提供人体组织或其他对象的组织的实时横断面（层析成像）二维（2D）图像。

在传统的超声成像系统中，定制的专用集成电路（ASIC）器件执行波束形成器计算。作为软件波束形成解决方案的一部分，变迹（apodization）涉及对每个数据通道（每个数据通道包括专用的换能器元件）的适当增益应用，并且需要使每个数据通道内的输入信号成形。这种成形减少波束形成信号中的栅旁瓣效应，其中该栅旁瓣效应源于侧压幅度变化和换能器元件间隔。

在信号处理数据路径中期望的其他特性包括动态孔径控制和数据归一化（normalization）。动态孔径控制的功能是通过动态调整有效换能器元件的数量来保持遍及整体超声扫描线的期望孔径。关于归一化，由于在每个样本数n（每个样本数n对应于不同的时刻）可以使用不同数量的换能器元件，归一化可以考虑这种缩放效应从而为波束形成信号维持恒定信号电平。

在大部分ASIC波束形成器系统设计中，经由使数据通道特定组合的选择作为预期孔径的函数的模拟开关，处理孔径控制。图1示意性示出用于成像靶组织的常规超声波束形成器系统100的简化结构图绘图，其包括来自从靶返回的回声的接收回声信号14的基于切换的时间延迟转向和聚焦。系统100包括包含多个换能器元件11的接收阵列10，如图所示其配置成线性阵列。

在图1中动态孔径控制示意性示出为多对接收器通道开关16a-16e，这些通道开关在回声接收时段期间被孔径控制电路17按顺序关闭。孔径控制电路17在任意给定的采样时间（时刻）动态选择换能器元件11中的哪些是有效换能器元件。对于处于接收模式的每个有效换能器元件11，建立数据通道以将靶数据从换能器元件11转移到波束形成器中的信号处理元件。接收通道开关16a-16e是模拟电子开关。数据通道与开关16a、16b、16c、16d和16e中的每一个关联。

在回声接收时段期间，来自每个数据通道内的相应有效换能器元件11的数据被延迟相应的处理通道时间延迟，包括图1所示的转向延迟和聚焦延迟，其起到动态聚焦接收的信号回声的作用。尽管没有在图1中示出，在通道时间延迟的应用之后，相应的延迟通道信号被变迹以便采用变迹因子（apodization factor）使每个接收的通道信号缩放期望的值，从而减少如上所述的在随后形成的波束形成信号中的栅旁瓣效应。然后通过加法放大器15对变迹信号求和以产生图1中示为“聚焦回声信号”的波束形成信号。多个聚焦回声信号可以用于形成扫描线，且多个扫描线可以被组合以在适合的显示装置上形成靶组织的图像。

尽管没有示出，加法放大器15输出的在每个采样时间n的聚焦回声信号然后可以被最优归一化。归一化可以用于使平均信号水平保持在采样时刻n中在整个扫描线上基本相同（恒定）。

由常规超声波束形成器系统100实现的动态孔径控制类型可能难以根据有效通道的数量和采样时间进行同步，尤其如果该实现是模拟的。由于这种同步困难，作为采样时间的函数确定对于使平均信号水平保持沿整个扫描线相同（恒定）所需的数据归一化通常变得存在更多问题。

发明内容

公开的方法包括用于超声波束形成的变迹方法、由此形成的超声成像系统和诸如用于实现超声成像块和功能的数字信号处理器（DSP）的硬件，其包含滤波块、变迹块、动态孔径控制块、控制器和加法器。提供在多个（k）数据通道中表示来自靶组织的回声数据的数字通道数据和从该多个数据通道选出的预定数量（≤k）的有效通道（N_act）。