CN105339808B - 采用动态聚焦的超声探头以及关联系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供采用能够动态聚焦的子孔径处理的示范超声探头，其一般包含在超声探头中形成子孔径的换能器元件的阵列。能够将换能器元件指派到动态延迟更新组，并且能够将初始延迟应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。子孔径处理器能够配置成按照将换能器元件指派到的动态延迟更新组，将延迟更新动态地应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。也提供采用动态聚焦的示范超声系统以及采用动态聚焦发射超声信号的方法。

Description

采用动态聚焦的超声探头以及关联系统和方法
技术领域
本公开涉及超声探头以及关联系统和方法，并且特别地是涉及采用具有简化的动态延迟更新机制的动态聚焦(focus)和子孔径波束形成的超声探头。
背景技术
常规超声系统一般包含由限定超声探头的孔径的多个换能器所形成的超声探头。换能器能够空间上布置，并且能够被分为多个子孔径或子阵列。子孔径处理器(SAP)可针对发射和/或接收操作执行子孔径内元件的波束形成操作。典型的超声系统一般还包含接收和/或发射波束形成器，其是在探头的外部并且其通过电缆连接到换能器元件。
波束形成器一般聚焦并且操纵(steer)由探头所发射和所接收的超声能量以获得声音混响数据，作为在显示器上生成解剖内容的图像中的一个步骤。特别地是，发射波束形成器生成脉冲或连续信号，并且多个换能器将电气信号变换成压力波，并且反之亦然。压力波一般通过组织传播，并且超声能量的一部分反射回到换能器。接收波束形成器处理所接收的超声回声并且聚焦能量。超声信号然后被处理并且被变换成图形用户接口(GUI)处的可视显示和/或音频输出。
如上面所描述的，由探头经由相应的通道输出每个超声波形。在常规(非3D)超声系统中，每个换能器元件通常与不同的电缆或线路相关联，不同的电缆或线路将探头连接到波束形成器以促进相应的超声信号的处理，例如对于每个换能器元件需要几何计算用于操纵。对于具有数千个别元件的3D超声系统，不同的电缆是不可行的。为了处理数千元件，通过来自系统的发射信号集合的分配或采用探头中的发射器来处理发射。采用探头和/或系统中的波束形成的组合来处理接收。探头波束形成能够是模拟的和/或数字的。数字解决方案在探头中需要模数(ADC)变换器。由于每个通道能够具有ADC，所以一些实施方式能够需要数千ADC。因此，探头中波束形成器的实施方式可需要一个或多个专用集成电路(ASIC)，以及使安装在对硅面积、功率、设置数据、计算时间等的所需要限制内要求的电路成为可能的技术解决方案。
因此，存在对采用用于降低实现动态波束形成器的复杂度的方式的超声探头的要求。通过本公开的超声探头以及关联系统和方法来解决这些和其他要求。
发明内容
按照本公开的实施例，提供采用能够动态聚焦的子孔径处理的示范超声探头，其一般包含在超声探头中形成子孔径的换能器元件的组或阵列。子孔径的换能器元件能够发射和/或接收超声信号。一般能够将初始延迟应用到与子孔径的个别换能器元件相关联的超声信号。示范超声探头一般包含子孔径处理器，其配置成将延迟更新动态地应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。为了简化实施方式，能够将换能器元件指派到来自多个动态延迟更新组的一个，其中更新组内的换能器元件能够以相同的速率和/或幅度以相同的延迟更新应用相同的延迟更新。子孔径处理器因此能够配置成在预定时间段重复地将延迟更新动态地应用到超声信号以近似理想的延迟分布(profile)，其中延迟更新的频率是按子孔径处理器可配置的并且延迟更新的幅度取决于将换能器元件指派到的动态延迟更新组。
子孔径处理器能够通过将子孔径处理器配置成将第一延迟修改应用到子孔径内的第一组换能器元件并且将第二延迟修改应用到子孔径内的第二组换能器元件来将换能器元件指派到多个动态更新组。能够针对多个动态更新组重复这个过程。每个延迟更新组的延迟修改能够不同于其他延迟更新组的延迟修改。延迟更新组的延迟修改能够具有另一个延迟更新组的延迟修改的相反符号。延迟更新组的一个或多个可不接收延迟修改。在一些示范实施例中，延迟修改能够是静止的。
子孔径内的动态延迟更新组能够以两个或多个不同的速率来更新。备选地，延迟更新可以以相同速率，但是使用两个或多个不同的延迟更新幅度来应用。由子孔径处理器所应用的延迟更新能够是与动态延迟更新组中的换能器元件相关联的理想延迟分布的弯曲或分段线性近似。子孔径处理器能够配置成将初始延迟应用到超声信号以实质上对齐由子孔径元件初始接收的超声信号的相位。子孔径处理器还能够配置成将延迟更新应用到动态延迟更新组，以基于时间对于子孔径在相位中实质上对齐由换能器元件所接收的超声信号。
能够配置子孔径处理器用于多个波束的处理。例如，子孔径处理能够配置成采用动态延迟更新参数的第一集合处理第一波束以及采用动态延迟更新参数的第二集合处理第二波束。动态延迟更新参数的第一集合能够不同于动态延迟更新参数的第二集合，并且延迟更新组指派从一个波束到下一个也可以是不同的。为了处理第一波束方向，子孔径处理器能够按照上述方案来设置以将来自第一波束的方向的超声信号波束形成。为了处理第二波束方向，子孔径处理器能够按照上述方案来设置以将来自第二波束的方向的超声信号波束形成。在一些实施例中，没有直接连接到换能器元件，而是接收波束形成器能够连接到子孔径处理器电子设备。能够对于多个波束方向中的每个波束重复这个示范设置。子孔径处理器还能够配置成设置将离散延迟更新应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号的速率。此外，子孔径处理器能够配置成设置应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号的初始延迟的幅度。延迟更新能够是例如递增延迟、静止延迟、递减延迟等中的一个。
子孔径处理器能够配置成将初始延迟的集合应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。此外，子孔径处理器能够配置成响应于计数器例如开始计数器等而开始将延迟更新应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。另外，子孔径处理器能够配置成以由计数器例如速率计数器等所指定的间隔来继续应用延迟更新。子孔径处理器还能够配置成响应于计数器例如停止计数器等而停止将延迟更新应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。在一些实施例中，计数器能够是控制器的一部分。虽然计数器相对于子孔径控制来使用，但是应理解，在一些实施例中，能够使用其他类型的控制电路。
按照本公开的实施例，提供采用动态聚焦的示范超声系统，其包含超声探头，该超声探头包含形成一个或多个子孔径的换能器元件的阵列或组。示范系统还包含子孔径处理器，其配置成将初始延迟应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号。能够将子孔径的换能器元件指派到动态延迟更新组。子孔径处理器还能够配置成在预定时间段重复地将延迟更新动态地应用到超声信号以近似理想的延迟分布。延迟更新能够是按子孔径处理器可配置的。延迟更新的幅度能够取决于将换能器元件指派到的动态延迟更新组。
子孔径处理器一般包含至少一个计数器，例如开始计数器、速率计数器、停止计数器等。子孔径处理器能够配置成将初始延迟应用到与换能器元件相关联的超声信号，并且响应于至少一个计数器而应用延迟更新。子孔径处理器还能够配置成每当至少一个计数器达到所指定数值时以特定速率将离散延迟更新应用到与换能器元件相关联的超声信号，并且配置成在已完成延迟更新的所指定数量之后停止延迟更新。
按照本公开的实施例，提供采用动态聚焦接收和/或发射超声信号的示范方法，该方法一般包含将初始延迟应用到与超声探头中所设置的子孔径的换能器元件相关联的超声信号。该方法一般包含将子孔径的换能器元件指派到动态延迟更新组。此外，示范方法一般包含在预定时间段重复地将延迟更新应用到超声信号以近似理想的延迟分布。延迟更新的频率能够是按子孔径处理器可配置的。延迟更新的幅度能够取决于将换能器元件指派到的动态延迟更新组。
示范方法能够包含经由子孔径的换能器元件发射超声信号，并且经由子孔径处理器将初始延迟应用到超声信号以指定超声信号的焦点或所希望的聚焦信息。示范方法还包含经由子孔径的换能器元件接收超声信号，并且经由子孔径处理器将延迟更新应用到超声信号，以对于动态延迟更新组的每一个在相位中实质上对齐由换能器元件所接收的超声信号。
示范方法能够包含使用动态延迟更新参数的第一集合处理第一波束并且使用动态延迟更新参数的第二集合处理第二波束。动态延迟更新参数的第一集合能够不同于动态延迟更新参数的第二集合。示范方法一般包含对于动态延迟更新参数的第一和第二集合的每一个应用延迟更新的不同延迟增量或减量。此外，示范方法包含对于动态延迟更新参数的第一和第二集合的每一个应用延迟更新的不同延迟更新时段。通常，示范方法包含设置将延迟更新离散地应用到与子孔径的换能器元件相关联的超声信号的速率。
从结合附图所考虑的以下详细描述，其他目的和特征将变得显而易见。然而，要理解，将附图仅作为本发明的说明而不作为本发明限制的说明来设计。
附图说明
为了帮助本领域的技术人员制作和使用所公开的装置以及关联系统和方法，参考附图，其中：
图1示出示范超声系统的框图；
图2示出包含子孔径处理器的超声探头的示范框图以图示操作的接收模式；
图3示出示范波束形成系统的框图；
图4示出具有子孔径的二维阵列的示范换能器；
图5示出具有换能器元件的二维阵列的示范子孔径；
图6示出示范换能器元件；
图7A和7B示出采用到动态延迟更新组的示范分组的示范子孔径；
图8示出具有所分组换能器元件的子孔径的示范延迟分布；
图9示出具有基于动态延迟更新组的延迟增量和减量的示范延迟分布近似；
图10示出用于子孔径处理器的示范延迟更新定时控制器的框图；以及
图11示出用于两个示范子孔径形状的示范理想操纵分布。
具体实施方式
图1和图2示出本公开的示范超声系统10。参考图1，系统10一般包含超声探头12，其包含由限定探头12的孔径的多个换能器元件所形成的孔径组合件14。主超声处理单元15一般包含通过电缆40连接到换能器元件的发射波束形成器20。系统10还能够包含用于放大来自波束形成器20的发射信号的高电压发射放大器18(HV Tx AMP)和多路复用器/多路分配器以及发射/接收开关16(MUX/DEMUX和T/R开关)。波束形成器中央控制系统22能够用来控制波束形成器20。取决于所选择设计，波束形成器20能够从纯设置/延迟控制变动到完全脉冲发射器。
主超声处理单元15也能够包含时间增益补偿放大器24(TGC)、模数变换器26(ADC)和用于接收超声能量信号的接收波束形成器28。所接收超声信号还能够通过例如频谱多普勒处理30、图像和运动处理32、彩色多普勒处理34等来处理。发射波束形成器20生成脉冲或控制信号，并且多个换能器元件将电气信号变换成压力波，其通过组织传播并且反射回到换能器元件。接收波束形成器28处理所接收的超声回声并且聚焦能量。超声信号然后被处理并且被变换成在图形用户接口(GUI)处的可视显示38和/或音频输出36。
现参考图2，超声探头12包含孔径组合件14，其一般由限定探头12的孔径13的多个换能器元件44形成。换能器元件44能够空间上布置，并且可被分为多个子孔径42(SA 42)或子阵列用于发射和接收操作。换能器元件44的每个SA 42能够包含专用子孔径处理器48(SAP 48)。换能器元件44能够个别地接收初始延迟。在一些实施例中，换能器元件44能够被分组用于接收延迟的相同频率和/或幅度。
子孔径处理器48能够配置成经由控制器49例如通过将初始延迟、延迟更新等动态地控制和/或应用到由换能器元件44接收和输出的超声信号来调节和/或控制延迟元件46的应用。延迟元件46能够由控制器49动态地控制和/或应用以实质上对齐由换能器元件44所接收的超声信号的相位。由与换能器元件44相关联的控制器对超声信号的动态处理发生在示范孔径组合件14的子孔径处理器级。专用求和元件50能够在每个SAP 48中实现，以将来自与特定SAP 48相关联的换能器元件44的多个相位对齐的超声信号组合成单个超声信号52，即单个通道。每个SA 42的超声信号52还能够从探头12经由电缆40输出到主超声处理单元15。
尽管图2说明一个示范实施例，其中每个SAP 48能够包含单独的控制器49，但是本领域技术人员将认识到，一个控制器49能够在操作上耦合到SAP 48的每一个中的延迟元件46的每一个。另外地或在备选方案中，一个或多个控制器49能够在探头12外部，并且能够例如在主处理单元15内实现。
图3示出示范波束60由子孔径42的一个的示范实施例来接收并且由子孔径处理器48的示范实施例来处理。发射波束形成器20一般生成球形信号，使得生成聚焦在特定点处的超声信号的球形波。因此，每个超声信号的定时稍微不同于其他超声信号，这能够由超声信号的弧形延迟图案(pattern)来限定。例如，如图3中所图示，脉冲最初由波束形成器20生成，并且所反射脉冲由子孔径44的换能器元件44来接收。所发射超声信号能够从特定焦点62反射。波形64图示校正之前超声信号的弧形延迟图案。每个所反射的波形64能够由相应的换能器元件44来接收，并且使用延迟元件46来应用对应的延迟，例如弧形延迟图案。子孔径42的弧形波形64还能够采用子孔径处理器48的延迟元件46在校正阶段68处动态地校正，即动态地操纵或聚焦，以创建波形64的相位对齐的版本。划线的波形64还可通过求和元件50的示范实施例在求和阶段处求和，并且输出为待处理的单个信号52。因此，没有为由换能器元件44所接收的每个波形64实现单独通道，而是波形64能够对于每个SA 42被相位对齐以及求和，并且传递到主处理单元15。
图4图示一个专用集成电路(ASIC)的示范孔径102，其包含SA104的8×8二维阵列。虽然图示为SA 104的8×8阵列，但是应理解，在一些示范实施例中，孔径102能够包含多种SA 104阵列。与孔径102相关联的ASIC也可包含外围输入/输出区域，用于在超声探头和超声信号处理系统(未示出)，例如计算机、处理装置等，之间传递超声信号。在一些示范实施例中，换能器长度LT能够是大约10mm，并且换能器高度HT能够是大约10mm。对于其他示范实施例，换能器长度LT和换能器高度HT能够取决于所讨论的探头类型的所希望孔径，以及是否利用一个以上ASIC来跨过(span)所希望孔径。
图5图示孔径102的示范SA 104。特别地是，个别的SA 104包含换能器元件106的2D阵列。应注意，在这个上下文中的“2D阵列”的使用指的是SA元件的索引。物理换能器元件106能够沿3D中任何空间表面来定位。虽然图示为换能器元件106的5×5阵列，但是在一些示范实施例中，2D阵列能够是例如5×3、5×6、10×5等。对于图5的示范SA 104，SAP的长度LS能够是大约1.25mm，并且SAP的高度HS能够是大约1.25mm。能够选择SA 104的几何结构，使得单个ASIC能够被实现于多个应用，其跨过例如大约1MHZ和大约12MHz等之间的RX频率(即接收频率)，并且支持具有例如大约16个通道和大约512个通道之间的通道数的系统。对于完全探头波束形成器，通道数能够低到一个。例如，在一些示范实施例中，SA 104的5×52D阵列可采用将多个SA 104组合在一起以创建具有不同几何结构的更大SA 104的选择来实现。如上面所描述，每个SA 104能够包含专用子孔径处理器用于控制应用到所接收超声信号的延迟。每个子孔径处理器因此将延迟应用到与相应的子孔径处理器相关联的换能器元件44。图6示出SA 104的示范换能器元件106。示范换能器元件长度LTE能够是大约250μm，并且换能器元件高度HTE能够是大约250μm。
在示范实施例中，超声探头使用波束形成ASIC内的子孔径处理器来支持对于每个子孔径的动态聚焦即操纵。对于SA 104的动态聚焦允许子孔径处理器沿3D中任何接收波束矢量动态地追踪所希望的操纵/聚焦。特别地是，如将在下面更加详细地描述，动态波束形成的示范方法涉及在波束的范围上近似波束形成延迟并且以所指定间隔对元件的可重新配置组进行增量延迟更新。
图7A示出包含换能器元件202的5×52D阵列的示范SA 200。示范方法包含将SA200的换能器元件202指派到动态延迟更新组204，例如组A、B、C、D和E。相同延迟更新组204内的换能器元件202将以某个时间间隔接收例如+20纳秒增量或-20纳秒减量的相同延迟更新。一些延迟更新组204例如组C中的换能器元件202可具有静止延迟，并且因此不接收任何延迟更新。虽然图示为五个动态延迟更新组204，但是在一些示范实施例中，可实现任何其他数量的动态延迟更新组204。动态延迟更新组204的数量可取决于SA 200的尺寸。由相应换能器元件202所接收的超声信号能够在每个SA 200的子孔径处理器内被采样、延迟和/或求和。每个子孔径处理器将初始延迟分布应用到个别换能器元件202并且与每个换能器元件202相关联的延迟还能够随时间动态地更新。特别地是，初始延迟和所更新的延迟能够由子孔径处理器应用到从换能器元件202接收超声信号的延迟元件以实现动态的更新操纵/聚焦方向。在一些示范实施例中，初始延迟能够例如是大约10、20、30等纳秒。与SA 200的换能器元件202的每个相关联的延迟元件能够配置成支持例如实质上类似的初始延迟、不同的初始延迟等。图7B示出另一个示范SA 200′，其包含指派到动态延迟更新组205′，例如组A、B、C、D和E，的换能器元件202′的5×52D阵列。许多不同的分组图案是可能的，其中的两个在图7A和图7B中图示。
尽管超声信号由换能器元件202接收，但是子孔径处理器能够基于将换能器202指派到的组204而将延迟更新，例如递增延迟、递减延迟、静止延迟等应用到与换能器元件202相关联的超声信号。能够应用延迟更新以在相位中实质上对齐由换能器元件202所接收的超声信号。操纵更新图案指示方向或旋转轴线，应围绕该方向或旋转轴线应用操纵更新。不同的更新图案能够采用相对小的数量的可能分组指派来近似以便简化所需要的电路。例如，可支持十六个不同旋转轴线图案，其中的两个在图7A和图7B中示出。不同的延迟更新组可以各种间隔或幅度应用延迟增量或减量。
图8示出SAP内的五个元件的示范延迟分布，具有对于每个延迟更新组例如A、B、C、D和E随时间的延迟改变。特别地是，主线(a)图示应用到与SAP相关联的换能器元件的每个的延迟元件的初始延迟，从而导致直接对准焦点的信号和平坦分布。只要延迟元件之间的相对延迟保持不变，SAP维持一般不改变的静止聚焦。初始SAP聚焦能够通过Δx和Δy操纵参数(其在x和y方向中指定延迟斜率)来确定。SAP中的相对延迟能够通过SAP以规则的间隔来更新，使得改变SAP的聚焦方向。用于应用延迟更新的时间段能够是例如大约500纳秒步长。
主线(b)图示在已结束所有延迟更新之后的示范最终延迟分布。特别地是，主线(b)图示在子孔径处理器以规则的间隔应用延迟更新到与所分组换能器元件相关联的超声信号时从初始延迟分布到远场分布的逐渐转变。如由本领域的技术人员将会理解那样，通过将延迟更新应用到超声信号，所接收的超声信号能够对于动态延迟更新组的每一个在相位中实质上对齐。在应用延迟更新到超声信号时，SAP的操纵/焦点方向能够被移动。在这个示范情况下，组A和组E中换能器元件的延迟以组B和组D中换能器元件的两倍速率或两倍幅度来递增和递减。组C中的换能器元件的延迟保持静止。
图9示出示范延迟分布结合动态延迟更新组204，即组A、B、C、D和E，如何工作。在时间0(点1)处，波束开始。在点2处，动态延迟更新增量开始并且能够基于组204指派而应用到换能器元件202的超声信号。虽然延迟更新的幅度保持不变，但是应用延迟更新的速率能够通过改变每个组204的更新速率而变化。在一些实施例中，延迟更新可以以相同速率同时使用两个或多个不同延迟更新幅度来应用。理想地，与每个换能器元件相关联的延迟将随时间平滑地或逐渐地改变。然而，这些理想延迟曲线能够采用某个数量的量化延迟更新步长以简单方式有效地近似。在图9示出的示范延迟分布近似中，应理解，曲线(a)′、(b)′、(c)′、(d)′和(e)′是示范的理想元件延迟。曲线(a)、(b)、(c)、(d)和(e)是对应的量化元件延迟。特别地是，组A的曲线(a)近似理想地希望的曲线(a)′，组B的曲线(b)近似曲线(b)′，组D的曲线(d)近似曲线(d)′，组E的曲线(e)近似曲线(e)′，并且组C的曲线(c)保持不变。尽管组A和组E基于速率计数器以例如500纳秒的间隔从子孔径处理器接收延迟更新，但是速率计数器能够将延迟更新以组A和组E的一半速率，1000纳秒的间隔应用到组B和组D。此外，组A和组E以相反的方向，即对于每个增量+20纳秒更新和对于每个减量-20纳秒更新，分别接收延迟更新。类似地，组B和组D以相反方向接收延迟更新。同时，组C保持静止，在延迟信号中没有改变。在点3处，能够停止动态更新，并且如能够从图9看到那样，在时间n处，示范超声探头的动态聚焦对于动态延迟更新组的每个在相位中实质上对齐由换能器元件所接收的超声信号。来自点3和在前面的剩余波束形成误差被证明是小的并且没有意义。
在一些示范实施例中，由换能器元件所接收的超声信号的理想延迟分布一般能够采用具有三部分的简单分段线性近似来近似。在时间的第一部分期间，初始延迟保持静止。在第二部分期间，延迟更新开始并且有效地随时间近似某个延迟更新速率。在第三部分期间，延迟更新停止并且延迟在接收期的剩余部分保持静止。用于这些部分的定时可使用三个计数器，例如START(开始)计数器、RATE(速率)计数器和STOP(停止)计数器来简单地实现。例如，在点1处，子孔径处理器能够将初始延迟分布，即初始深度，应用到换能器元件，初始延迟分布在由开始计数器所指定的时间段保持不变。一旦开始计数器已达到点2处的指定数值时，子孔径处理器内的延迟能够按照与它们相关联的组来更新。特别地是，延迟更新能够以速率计数器的某一倍数来递增，速率计数器确定更新之间的时间，由此控制延迟分布更新的斜率。延迟更新的应用能够在图9中被看作近似理想延迟分布主线的步长。在点2和点3之间即中间场位置，能够看到近似延迟更新更紧密地追踪理想延迟分布。延迟更新的数量能够由停止计数器计数，并且在点3即停止深度处，近似延迟更新由子孔径处理器停止。用于换能器元件的延迟由此将在波束的接收期的剩余部分保持不变。
最佳子孔径处理器操纵/聚焦方向将随深度而改变。理想地，子孔径处理器延迟分布能够沿要对于感兴趣的每个深度被理想地操纵的接收波束来更新。所希望延迟更新能够通过从理想远场延迟分布减去理想近场或初始延迟分布来计算。剩余延迟图案是所希望的动态延迟更新(其应该在聚焦的深度增加时逐渐被应用)的总和，使得子孔径处理器操纵动态地追踪所希望的焦点。
优选的延迟更新组图案或旋转轴线能够由x和y方向中所需要的延迟更新来确定。每个旋转轴线在ASIC中需要一些开关。为了保持复杂度为低，希望使用有限数量的旋转轴线。在一些示范实施例中，16个旋转轴线提供22.5度SAP操纵分辨率。在其他示范实施例中，8个旋转轴线提供45度操纵分辨率。
一旦确定旋转轴线，就已知每个延迟更新将应用到SAP内换能器元件的方向。然而，更新的数量以及那些更新的定时必须被确定。在一些示范实施例中，开始、更新和停止计数器通过将相对于所讨论的元件的理想动态延迟的平均延迟误差最小化来确定。
示范探头由此使用分段线性近似(即初始静止期，继之以一个或多个不变更新速率期，继之以远场中的另一个静止期)来近似延迟曲线。延迟更新和/或更新速率/频率的幅度基于正被延迟的组204能够是不同的。特别地是，虽然延迟更新的幅度能够保持不变，但是更新之间的时间段可对于每个组204来调整以改变延迟更新的斜率。在备选实施例中，延迟曲线近似能够是非线性的以更好地类似理想动态聚焦延迟或可包含附加的分段线性部分。
图10示出能够在SAP(例如SAP 48)的每一个内实现的延迟更新定时控制器250的示范框图。关于图10，控制器250能够包含并且调节至少一个计数器，例如开始计数器252、停止计数器254、速率计数器256等，用于调节延迟更新的分段线性近似的定时。在一些示范实施例中，一个计数器能够充当开始计数器252、停止计数器254和速率计数器256。在一些示范实施例中，单独的计数器能够被实现以执行开始计数器252、停止计数器254和速率计数器256的功能。控制器250能够将初始延迟分布应用到与换能器元件202的每一个相关联的延迟元件(例如延迟元件46)，初始延迟分布在由开始计数器252所指定的时间段保持不变。一旦开始计数器252达到所指定数值，例如由控制器250所预定的数值，或从所指定数值倒数到0时，子孔径处理器的延迟元件内的延迟能够按照将换能器元件202指派到的组204来更新。在一个示范实施例中，一些组204能够递增，一些组204能够递减和/或一些组204能够保持静止。
延迟更新能够以速率计数器256的某一倍数(或因数/分数)来递增，速率计数器256确定更新之间的时间。因此，延迟的幅度可从一个组204到下一个而不同，例如一些延迟元件与其他延迟元件202相比能够采用两倍(或一半)幅度或以两倍(或一半)速率来更新。例如，基于速率计数器256，延迟更新能够对于组A和组E以100纳秒时段应用，对于组B和组D以200纳秒时段来应用并且对于组C不应用。因此，如果延迟更新幅度是1.0，则组A能够接收+1.0的延迟增量，组E能够接收-1.0的延迟增量，组B能够接收+0.5的延迟增量，组D能够接收-0.5的延迟增量，以及组C能够接收静止延迟，即信号将会保持相同。特别地是，在一个实施例中，对于一个波束，组A和组B能够接收一个方向中的延迟修改，并且组D和组E能够接收相反方向中的延迟修改。更新的数量还能够由停止计数器254来管理。停止计数器254可计数所希望延迟更新的数量，并且在计数器254达到所指定的数值例如由控制器250所预定的数值时，动态延迟更新能够通过子孔径处理器而停止。一旦延迟更新被停止，则用于与换能器元件202的每一个相关联的延迟元件的延迟能够在波束接收期的剩余部分保持不变。
对于每个波束，动态延迟更新组204的指派、初始延迟的幅度和/或延迟更新的幅度能够通过子孔径处理器的控制器250再评估以及再指派。因此，初始延迟分布能够通过波束的所希望操纵来限定并且能够对于每个波束来更新，而动态延迟更新分布对于每个波束能够随时间变化。子孔径处理器还能够对SA(例如SA 42，200)的所有换能器元件202的超声信号进行求和，并且实现一个通道，作为整个SA的SAP的输出，该输出能够被传递到探头外部的主处理单元。因此，例如，不是对于5×5SA实现25个通道，而是能够使用一个通道，由此减少在超声探头和主处理单元之间延伸的电缆或线路的数量。利用延迟的分段线性近似以及随后对于每个子孔径将相位对齐信号组合成单个通道能够显著减少实现动态波束形成器的复杂度并且可减少所需要的硅面积。如果元件所要求的整个电路小于或近似等于换能器元件的尺寸，ASIC可直接放置在换能器堆的后面。所减少的硅面积对于超声探头的信号处理和功率需要也能够是有利的。
关于图11，对于在图4中示出的孔径上的不同位置处的两个SAP图示示范操纵曲线。特别地是，在换能器元件的阵列的边缘附近的SAP由分段线性曲线(a)表示并且由曲线(a)′近似，并且在换能器元件的阵列的中央附近的SAP由曲线(b)表示并且由曲线(b)′近似。如上面所描述的，在时间段A期间将初始延迟应用到每个SAP，直到开始计数器252达到所指定数值。延迟更新近似然后基于由速率计数器256所确定的速率在时间段B期间应用到每个SAP。一旦所指定数量的延迟更新在时间段C处已达到，停止计数器254能够停止延迟更新并且在波束的剩余部分保持静止延迟。
尽管本文已描述示范实施例，但是特别地注意，这些实施例不应理解为限制，而是对于本文明确描述的内容的增加和修改也被包含在本发明的范围内。此外，要理解，本文所描述的各种实施例的特征没有相互排斥，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够存在于各种组合和置换中，即使在本文没有使这类组合或置换明确。

Claims (22)

1.一种采用能够动态聚焦的子孔径处理的超声探头，包括：
换能器元件的阵列，在所述超声探头中形成子孔径，初始延迟被应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号，并且所述换能器元件被指派到动态延迟更新组，以及
子孔径处理器，配置成在预定时间段重复地将延迟更新动态地应用到所述超声信号以近似理想延迟分布，所述延迟更新是按子孔径处理器可配置的，并且所述延迟更新的幅度取决于所述换能器元件被指派到的所述动态延迟更新组，
其中，各个动态延迟更新组之间的延迟更新的幅度相互关联。
2.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径处理器配置成将第一延迟修改应用到所述子孔径内的第一组换能器元件，并且将第二延迟修改应用到所述子孔径内的第二组换能器元件，其中所述第一延迟修改不同于所述第二延迟修改。
3.如权利要求2所述的超声探头，其中将所述第一延迟修改和所述第二延迟修改在不同方向中应用为延迟增量或延迟减量。
4.如权利要求2所述的超声探头，其中所述子孔径内的所述动态延迟更新组以两个或多个不同速率来更新。
5.如权利要求1所述的超声探头，其中由所述子孔径处理器所应用的所述延迟更新是与所述动态延迟更新组中的换能器元件相关联的理想延迟分布的分段线性近似。
6.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径的所述换能器元件配置成发射超声信号，并且所述子孔径处理器配置成将所述初始延迟应用到所述超声信号以指定所述超声信号的焦点。
7.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径的所述换能器元件配置成接收超声信号，并且所述子孔径处理器配置成将所述延迟更新应用到所述超声信号，以对于所述动态延迟更新组的每一个在相位中实质上对齐由所述换能器元件所接收的超声信号。
8.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径处理器配置成采用动态延迟更新参数的第一集合处理第一波束以及采用动态延迟更新参数的第二集合处理第二波束，其中动态延迟更新参数的所述第一集合不同于动态延迟更新参数的所述第二集合。
9.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径处理器配置成设置将离散延迟更新应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号的速率。
10.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径处理器配置成设置应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号的所述初始延迟的幅度。
11.如权利要求1所述的超声探头，其中所述延迟更新是递增延迟、静止延迟、或递减延迟中的一个。
12.如权利要求1所述的超声探头，其中所述子孔径处理器配置成将初始延迟的集合应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号，响应于开始计数器而开始将所述延迟更新应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号，以由速率计数器所指定的间隔继续应用延迟更新，并且响应于停止计数器而停止将所述延迟更新应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号。
13.一种采用动态聚焦的超声系统，包括：
超声探头，包含形成子孔径的换能器元件的阵列，初始延迟被应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号，并且所述子孔径的所述换能器元件被指派到动态延迟更新组；以及
子孔径处理器，配置成在预定时间段重复地将延迟更新动态地应用到所述超声信号以近似理想延迟分布，所述延迟更新是按子孔径处理器可配置的，并且所述延迟更新的幅度取决于所述换能器元件被指派到的所述动态延迟更新组；其中，各个动态延迟更新组之间的延迟更新的幅度相互关联。
14.如权利要求13所述的超声系统，其中所述子孔径处理器包含至少一个计数器。
15.如权利要求14所述的超声系统，其中所述子孔径处理器配置成将所述初始延迟应用到与所述换能器元件相关联的超声信号，响应于所述至少一个计数器而应用延迟更新，每当所述至少一个计数器达到所指定数值时以所指定的速率将离散延迟更新应用到与所述换能器元件相关联的超声信号，并且在已完成延迟更新的所指定数量之后停止所述延迟更新。
16.一种采用动态聚焦接收超声信号的方法，包括：
将初始延迟应用到与在超声探头中所设置的子孔径的换能器元件相关联的超声信号；
将所述子孔径的所述换能器元件指派到动态延迟更新组；以及
在预定时间段重复地将延迟更新应用到所述超声信号以近似理想延迟分布，所述延迟更新是按子孔径处理器可配置的并且所述延迟更新的幅度取决于将所述换能器元件指派到的所述动态延迟更新组；其中，各个动态延迟更新组之间的延迟更新的幅度相互关联。
17.如权利要求16所述的方法，还包括经由所述子孔径的所述换能器元件发射超声信号，并且经由子孔径处理器将所述初始延迟应用到所述超声信号以指定所述超声信号的焦点。
18.如权利要求16所述的方法，还包括经由所述子孔径的所述换能器元件接收超声信号，并且经由子孔径处理器将所述延迟更新应用到所述超声信号，以对于所述动态延迟更新组的每一个在相位中实质上对齐由所述换能器元件所接收的所述超声信号。
19.如权利要求16所述的方法，还包括使用动态延迟更新参数的第一集合处理第一波束，以及使用动态延迟更新参数的第二集合处理第二波束，其中动态延迟更新参数的所述第一集合不同于动态延迟更新参数的所述第二集合。
20.如权利要求19所述的方法，还包括对于动态延迟更新参数的所述第一和第二集合的每一个应用所述延迟更新的不同延迟增量或减量。
21.如权利要求19所述的方法，还包括对于动态延迟更新参数的所述第一和第二集合的每一个应用所述延迟更新的不同延迟更新时段。
22.如权利要求16所述的方法，还包括设置将所述延迟更新离散地应用到与所述子孔径的所述换能器元件相关联的超声信号的速率。
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