CN101371796B

CN101371796B - 一种超声成像系统收发通道的配置方法

Info

Publication number: CN101371796B
Application number: CN2008100665419A
Authority: CN
Inventors: 刘明宇
Original assignee: Shenzhen Landwind Industry Co Ltd
Current assignee: Shenzhen blue ribbon medical imaging Co., Ltd.
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2028-04-07
Also published as: CN101371796A

Abstract

本发明公开了一种超声成像系统收发通道的配置方法，对于由相邻的阵元构成的收发子阵，设所述收发子阵的阵元数为2的n次方，n是正整数且n≥2，执行如下步骤：对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条接收通道，对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条接收通道。本发明超声成像系统收发通道的配置方法既保持了超声回波信号所的图像细节，提高了图像质量，又有效减少了通道数，从而实现了图像质量(分辨率，穿透力和强度)和成本可靠性兼顾的目的。

Description

一种超声成像系统收发通道的配置方法

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，具体涉及一种超声成像系统收发通道的配置方法。

背景技术

数字超声成像系统一般由如图1所示的模块组成，在系统控制信号作用下，发射驱动单元产生发射驱动信号，经高压驱动后形成发射高压脉冲，这组高压脉冲经多路T/R开关送至对应的探头阵元，产生发射频率、延迟和强度都满足要求的超声波。人体组织反射回来的超声回波信号被探头阵元接收并转换为回波电信号，并经过前置放大、时间增益补偿(TGC)、低通滤波等预处理后直接进入高速AD转化为数字信号。数字波束合成单元通过对数字回波信号的精细动态延迟及通道加权，从而可以实现数字波束合成(DBF)；波束合成后的射频信号经过系列信号处理喝图像处理之后，得到图像数据。图像数据经由数字扫描变换(DSC)单元转化为适合显示的格式，最后送到主机控制系统从而实现图像实时显示与交互。在数字超声成像系统中，实现电子扫描与电子聚焦的这一部分电路叫前端电路，也叫波束合成器。由于成本、尺寸和电路复杂度的限制，通道数一般不等于超声换能器的阵元数，通常探头的阵元数一般是通道数的整数倍，例如，换能器的阵元数是128，则通道数可以取64、48、32、16等。而阵元与通道的切换，目前基本上都是通过高压开关来实现。图2给出了阵元数是128，通道数是32的切换示意图，数字超声成像系统选用了32个4选1的高压开关。将阵元按排列顺序依次编号为1至128，那么1、33、65、97号阵元与第一收发通道相连，2、34、66、98号阵元与第二收发通道相连，以此类推，32、64、96、128号阵元与第32收发通道相连。探头阵元与收发通道的这样一种连接方式决定了参与发射和接收的阵元数只有32个，一般是相邻的32阵元，通常称这组阵元为收发子阵，发射声束与接收声束位于子阵中心并垂直于子阵方向。通道数是整个超声成像系统档次高低的一个重要标志。低档黑白B超的通道数一般在24通道以下，中档黑白B超的通道数一般在32左右，高档黑白B超的通道数一般高于48通道，彩色超声多普勒系统则一般高于64通道以上。

如前所述，收发子阵中各阵元所需的延时是由收发通道提供的，一个收发通道要提供的延时取决于它在收发子阵中的位置，这个位置就是与它连通的阵元在收发子阵中的位置。在声束扫描的过程中，一个收发通道在收发子阵中的位置是变化的，这意味着一个收发通道的延时特性要随着声束的扫描而变化。为降低成本，一般通过整序开关使收发通道在收发子阵中的位置固定，这可以通过数字逻辑控制模拟矩阵来实现。对于不需要相控阵的黑白超应用，处于对称位置上的收发通道具有相同的延时处理，因而可以合二为一，减少一半的收发通道，这样的处理称为对称折叠，图3给出了128阵元通过通道切换、整序、对称折叠形成16个接收通道的示意图。通常所指的物理通道数，和参与发射、接收的阵元数相同，因此图3所示的系统为32通道而非16通道。

对于接收通道而言，对称折叠后的通道数目意味着模拟数字转换器(ADC)的通道数目，一般称之为数字处理通道，由于高速ADC价格昂贵，这部分电路也是影响板卡成本的主要模块。

现有技术的超声成像系统收发通道的配置方法有如下缺点：

通过对称折叠的方法，可以在不减少收发阵元的情况下将数字处理通道减半。但是，对称折叠相当于模拟相加，精度要低于AD转换之后的数字相加，因此，会降低超声图像的分辨率，影响图像质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超声成像系统收发通道的配置方法，克服现有技术的超声成像系统收发通道的配置方法使得超声图像的分辨率不高的缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种超声成像系统收发通道的配置方法，对于由相邻的阵元构成的收发子阵，设所述收发子阵的阵元数为2的n次方，n是正整数且n≥2，执行如下步骤：对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条接收通道，对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条接收通道。

所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其中对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条发射通道，对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条发射通道。

所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其中采用级联的MT8816芯片配置所述接收通道。

所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其中采用级联的MT8816芯片配置所述发射通道。

所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其中所述收发子阵的阵元数设为128个。

本发明的有益效果为：本发明超声成像系统收发通道的配置方法既保持了超声回波信号所的图像细节，提高了图像质量，又有效减少了通道数，从而实现了图像质量(分辨率，穿透力和强度)和成本可靠性兼顾的目的。

附图说明

本发明包括如下附图：

图1为现有技术数字超声成像系统模块示意图；

图2为现有技术探头阵元、通道切换示意图；

图3为现有技术收发通道对称折叠示意图；

图4为本发明超声成像系统收发通道的配置方法通道配置示意图；

图5为本发明MT8816芯片内部结构图；

图6为本发明整序对折电路示意图；

图7为本发明CPLD-MT8816连线示意图；

图8为本发明整序对折电路等效电路图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明超声成像系统收发通道的配置方法技术方案的核心思想是：

1)将收发通道的外围部分进行对称折叠，从而减少数字处理通道的数量，并通过对外围信号的相加保持图像的穿透力。

2)将收发通道的中间部分直接送入数字处理通道，从而保存回波信号细节，提高图像分辨率。

具体的技术方案为：对于由相邻的阵元构成的收发子阵，设所述收发子阵的阵元数为2的n次方，n是正整数且n≥2，执行如下步骤：对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条接收通道。

对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条发射通道。

对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条接收通道。

对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条发射通道。

图4以128换能器阵元、32通道收发子阵组成的超声成像系统为例，对本发明技术方案进行了图示。处于信号组外围的16通道回波信号(短虚线)经过整序之后，按照延时对称关系，对折成8个数字处理通道(长虚线线)，处于信号组中间的16通道回波信号(实线)经过整序之后直接进入数据处理通道，共组成24路数据处理通道。因此，原有的32通道回波信号转换成了24路数据处理通道，再进行对折相加变成16路信号，分别进行A/D转换，AD转换输出的数字信号经由FPGA进行数字波束合成，再将波束合成之后的数据送到后端电路进行信号处理、图像处理。

信号整序和非对称式叠加的具体实现电路采用MITEL公司的MT8816作为核心器件来实现。MT8816是一款16×8模拟矩阵，如图5所示，主要管脚包括：

1)7根地址输入线(AX0～AX3，AY0～AY2)和一根数据线DATA。

2)X0～X15共16根模拟信号I/O线，Y0～Y7共8根模拟信号I/O线，用户可根据需要确定其输入与输出。

3)控制信号，如：片选CS，复位RESET，及选通STROBE等。

4)VDD，VEE和VSS电源端脚。数字供电为VDD-VSS，模拟供电为VDD-VEE。模拟和数字电路独立供电目的在于减少系统及电源上的模拟和数字干扰。

如图6所示，本发明超声成像系统收发通道的配置方法的实施例采用两片MT8816，将两片MT8816(U1和U2)的Y0～Y7口定义为信号输入口，并和处于接收子阵的外围16通道模拟回波信号RX0～RX15相连，在U1和U2的X0～X15中各选择不相邻的8个信号输出口作为CH0～CH7，并将编号相同的输出口通过电阻R0～R7相叠加，形成8路信号线，S0～S6作为矩阵开关的地址选择输入(S0～S3为X口选择，S4～S7为Y口选择)，由一片CPLD来控制，根据不同的扫描线，产生不同的地址译码，使得MT8816输入信号次序随扫描线号变化的同时，输出信号次序保持不变。RESET为复位信号，CS0、CS1为片选信号，WR_NEG为地址/数据复选信号，也均为CPLD提供控制信号。图7是CPLD和两片MT8816之间控制连线的示意图。

另外16通道信号同样经过两片8816，采用相同的接线方式和逻辑控制，唯一的区别就在于输出信号不进行叠加，因此输入输出通道的数目均为16。

通过电阻进行折叠相加的等效电路图见图8，由于8816本身存在输出电阻R1、R2(理论上应该是R1＝R2)，因此，输出端短接并经过电阻R接地相当于电压叠加，输出电压计算如下：

Uout＝(U1+U2)×(R1‖R)/(R1+R1‖R)。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种超声成像系统收发通道的配置方法，其特征在于，对于由相邻的阵元构成的收发子阵，设所述收发子阵的阵元数为2的n次方，n是正整数且n≥2，执行如下步骤：对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条接收通道，对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条接收通道。

2.根据权利要求1所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其特征在于：对于处于所述收发子阵对称中间位置的不少于2个、不多于2的n次方减2个且为2的整数倍的阵元，每个阵元配置相应的一条发射通道，对于所述收发子阵中剩余的阵元，处于对称位置的两个阵元配置相应的一条发射通道。

3.根据权利要求2所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其特征在于：采用级联的MT8816芯片配置所述接收通道。

4.根据权利要求3所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其特征在于：采用级联的MT8816芯片配置所述发射通道。

5.根据权利要求4所述的超声成像系统收发通道的配置方法，其特征在于：所述收发子阵的阵元数设为128个。