[发明专利]手持式数字波束合成超声诊断设备

说明书

本文是对1996年6月28日提交的案号为08/672,782的美国专利申请的部分继续。

本发明涉及医学超声诊断系统，特别是完全集成化的手持式超声诊断设备。

众所周知，现代超声诊断系统庞大而复杂。当今先进的超声系统即使是置于为便于携带的手推车上，其重量亦达数百磅。在过去，超声系统都是相对较小的桌面单元，与一台个人电脑的尺寸相当，比如本发明的受让者Advanced Technology Laborarories公司生产的一些系统。但是这些设备却不具备当今先进的超声系统的许多高级性能，如彩色多普勒成像和三维显示能力。随着超声系统变得越来越复杂，它也变得越来越笨重。

然而，随着数字电路集成密度的不断增大，现在就能预见到微型超声系统的出现，其尺寸甚至比甚早期的更小。医生们习惯使用手持式超声扫描探头进行工作，它的大小仅与一只电动剃须刀差不多。因此，假如能继续使用相似的扫描探头，把整个的超声系统压缩进一个与其大小相当的单元中，是很合适的。这样的超声设备如果还能尽可能多地保留当今高级超声系统的一些特性，比如消斑、彩色多普勒和三维成像能力，那就更加理想了。

依据本发明的原理，本文提供一种诊断超声设备，它在一个手持单元内展示了先进超声系统的许多特性。该设备能制作成单一单元，或者在一优选实施例中，制成有两个子部分的单元，其中一部分包含换能器，波束合成器和图像处理器，另一部分包含显示器和两个子部分的电源。在两个子部分结构中，换能器/处理器部分能够用一只手来操纵，连接两部分的电缆将图像传输至显示器显示，显示器可以手持或者放置在适于观察超声图像的最佳位置。电缆还从显示器部分向换能器/处理器部分提供电源。

在一优选实施例中，包括换能器直至视频输出的整个超声系统制作在四种类型的专用集成电路(ASIC)上：连接到阵列换能器各阵元的发射/接收ASIC，；执行和控制带有多个延迟通道的发射波束合成和接收波束合成的前端ASIC；对超声信号进行诸如滤波处理的数字信号处理ASIC；接收处理过的超声信号并产生超声图像数据的后端ASIC。图像既可以在标准监视器上也可以在液晶显示屏(LCD)上显示。实际上包含ASIC的单元的电路部分能够制作在单块印刷电路板上，减少由连接器和电缆带来的传统问题。这种高级的超声仪器能制作成一个重量少于5磅的手持式单元。

各图说明如下：

图1用框图的形式描述了本发明的一个手持式超声系统的体系结构；

图2a和图2b分别是本发明的一个手持式超声系统的正视图和侧视图，该系统封装在一个单体单元中；

图3a和图3b分别是换能器的正视图和侧视图，它用于本发明的一个手持式双体单元超声系统。

图4描述了本发明的一个手持式双体封装超声系统的两个部分；

图5是图1中超声系统的发射/接收ASIC的示意图；

图6是图1中超声系统的前端ASIC的框图；

图7描述由发射/接收ASIC和前端ASIC提供的换能器孔径控制；

图8是图6中前端ASIC上的帧序列发生器和RF头序列发生器的框图；

图9是图6中前端ASIC上的行序列发生器、TGC序列发生器、串行总线序列发生器和地址序列发生器框图；

图10是图6中前端ASIC上的波束合成器通道的求和网络框图；

图11是图6中前端ASIC上的其中一个动态聚焦控制器框图；

图12是图6中前端ASIC上的其中一个动态加权控制器框图；

图13是一个典型的聚焦控制曲线，用于解释图11中的动态聚焦控制器；

图14是一个典型的加权函数曲线，用于解释图12中的动态加权控制器；

图15描述一个优选的数字延迟器，用于本发明的波束合成器；

图16是图1所示超声系统的用户控制键列表。