[发明专利]一种超声成像装置及成像方法

说明书

本发明涉及一种超声成像装置及成像方法，本发明与传统超声成像装置相比，本发明每次用于发射和接收的阵元最少可以是一个，从而大大简化了发射和接收电路的成本，以及通道数降低带来的发射和接收电路的功耗也急剧降低；另外，由于在扫描成像模块中省去了发射多通道延时控制、接收多通道波束合成、动态滤波等信号处理，该控制和信号处理电路也变得极其的简单，从而大大降低了执行这些控制和信号处理的FPGA或DSP的要求，进一步降低了电路的功耗和成本。

技术领域

本发明涉一种仅用最少可以为单个阵元的发射和接收实现低功耗、低成本的超声成像装置及其成像方法。

背景技术

传统超声成像步骤为每次扫描时根据设定的发射焦点的位置设置不同阵元的发射聚焦延时参数，多通道发射延时控制装置根据这些延时参数产生不同延时的发射波形，由于该控制装置输出为低压信号，低压信号再经过高压驱动后产生高压发射波形，这些不同延时的高压发射波形激励了探头上的阵元后，阵元产生超声信号，不同延时的超声信号在超声成像介质内设定的发射焦点位置聚焦，获得能量很集中的发射声场。超声波在介质(所谓的介质可以是医学超声成像里的人体组织或者工业无损检测中混凝土或者钢块等)内传播遇到散射或反射目标时产生散射回波或反射回波。装置利用发射波束附近的至少16个阵元接收散射和反射回波。为了避免用于发射的高压信号破坏接收电路，在接收电路前需要将高压的发射信号隔离。由于接收的回波很弱，需要对接收的微弱信号进行放大、滤波等模拟信号处理后进行模数转换 (ADC)，获得的数字信号再输入FPGA或者DSP等高速数字信号处理器件进行接收波束合成。根据接收扫描线的位置计算回波到达不同探头阵元的延时，对所述阵元的回波信号经过不同的延时处理后相叠加即实现了接收波束合成，在接收波束合成时可采用动态孔径技术，从而获得较好的合成后信号的信噪比、较好的图像空间分辨率、较少的近场杂波干扰。所谓动态孔径技术就是在较浅位置使用较少阵元的回波合成，在较深位置使用较多的阵元回波合成。波束合成后的信号经过动态滤波、包络(幅度)检测、对数压缩等数字信号处理后上传到主机模块做进一步的图像后处理以及显示数字扫描转换 (DSC)等处理后输出到显示器显示。

为了获得好的空间分辨率，需要大的成像孔径，即需要比16大得多的阵元数同时用于发射和接收，现有产品中一般采用的物理通道数至少为64通道，即同时可以有最多64个阵元用于发射和接收。如此多的通道数同时发射和接收，相应的硬件成本非常高，而且为了支持那么多的通道数，相应的控制和接收波束合成的复杂度也非常高。即便如此，由于发射无法实现不同深度动态聚焦，因此采用多焦点拼接技术(即每次成像设置不同的发射焦点深度，然后多次成像信号拼接后再用于最后成像处理)虽然可以一定程度上改善不同深度的全场分辨率的均匀性，但大大牺牲了成像的帧率。此外，每次扫描并行大量的阵元参与发射、以及多通道器件的功耗导致传统超声的功耗都非常大(大的可以达到数百瓦)。

在CN 102697524中公开了仅用1～4个阵元发射球面波并用多个接收阵元并行波束合成多个波束，相邻发射扫描的接收波束再相加的成像方法。该方法虽然大大降低了发射功率，且通过相邻发射扫描的接收波束相加实现了发射的动态聚焦。但该方法依然要求系统有较多的接收通道用于并行的接收波束合成，而且要求有较大数量的并行波束合成实时计算，因此接收通道的硬件复杂度和成本甚至比传统超声成像还高，导致系统复杂度和功耗依然居高不下。

发明内容

针对上述问题中提到的不足之处，本发明提供一种超声成像装置及成像方法，为了实现上述目的，本发明由以下技术方案实现。

一种超声成像装置，包括探头机构、成像扫描机构和主机机构，所述探头机构、成像扫描机构和主机机构依次电连接，

所述探头机构包括探头，所述探头内设置有多个阵元；

所述成像扫描机构包括高压驱动装置、模拟信号处理装置、模数转化器和控制/数据接口装置，其中，