CN1883395A

CN1883395A - 延迟相加装置及超声诊断设备

Info

Publication number: CN1883395A
Application number: CNA2005100786655A
Authority: CN
Inventors: 俞毅刚; 雨宫慎一
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: JP2007000607A; CN100443055C; JP4536012B2; US20070038107A1; US7678053B2

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有模拟延迟线、以更少量的抽头适用于多种频率的延迟装置。该模拟延迟线的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其一个波长以下的波长，并且最大为相当于输入信号预定最小波长的1/2的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔后面的抽头间隔。该最大波长例如为频率为2MHz的信号的波长，最小波长例如为频率为5MHz的信号的波长。

Description

延迟相加装置及超声诊断设备

技术领域

本发明涉及一种延迟相加装置及超声诊断设备，并具体涉及一种通过具有多个抽头的模拟延迟线，将多个连续波信号延迟和相加的装置，以及一种装配有该装置的超声诊断设备。

背景技术

在通过CWD(连续波多普勒)进行超声诊断的设备中，发送连续超声，并通过多个信道接收其回波。通过具有多个抽头的模拟延迟线，将所接收的信号延迟和相加，以确定多普勒频移。进行延迟/相加，以调节或控制回波接收的方向。

利用将输入信号的极性反转，以获得与半个波长相当的延迟作用这一事实，按比例减小模拟延迟线，使最大延迟量小于或等于半波长。在这种模拟延迟线上，按照与1/8波长或1/16波长分别相应的延迟间隔设置多个抽头(例如参见专利文献1日本未审专利公报No.2002-291742(第五到第六页，以及图1和2))。

发明内容

为了使模拟延迟线适于多种频率，必须将最大延迟量设定为与具有最小频率的信号的1/2波长相应，并且必须将抽头间隔设定为与具有最大频率的信号的1/8或1/16波长相应。由于具有最大频率的信号的波长最小，因此以1/8波长间隔或1/16波长间隔设置的抽头的数量增多。

随着抽头数量的增加，使得用于有选择地将输入信号输送给抽头的切换电路规模较大。这种情形为需要减小尺寸和重量并降低成本的型号带来不便，如同例如便携式超声诊断设备的情形。

因而，本发明的目的在于提供一种具有模拟延迟线的延迟装置，该模拟延迟线以更少的抽头来适应于多种频率，并且提供一种装配有这种延迟装置的超声诊断设备。

为解决上述问题，一方面，本发明提供一种延迟相加装置，包括具有多个抽头的模拟延迟线，该模拟延迟线将多个连续信号延迟和相加，其中该模拟延迟线的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其1波长以下的波长，并且最大为相当于输入信号预定最小波长的1/2的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔之后的抽头间隔。

为了解决上述问题，另一方面，本发明提供一种包括模拟延迟线的超声诊断设备，该模拟延迟线具有多个抽头，其发送连续的超声，通过多个信道接收其回波，通过模拟延迟线将其接收信号延迟和相加，从而确定多普勒频移，其中该模拟延迟线的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其1波长以下的波长，并且最大为相当于输入信号预定最小波长的1/2的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔之后的抽头间隔。

从覆盖最常用频率范围的观点看，优先地，最大波长是频率为2MHz的信号的波长，最小波长是频率为5MHz的信号的波长。

从适当地进行延迟/相加的观点看，优先地，每个最大为延迟点的抽头间隔以50ns作为延迟量，并且每个在该抽头间隔之后的抽头间隔以25ns作为延迟量。

为了解决上述问题，又一方面，本发明提供一种包括其中采用了CWD接收波束生成器的超声诊断设备，在CWD接收波束生成器中，在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化每次接收的延迟量，并且如果存在与每个所量化的延迟量相匹配的相应的延迟抽头，则将信号发送给该抽头，而当不存在相匹配的延迟抽头时，将接收信号反转，并发送到该相应的延迟抽头，该延迟量与半波长延迟相加于该相应的延迟抽头上抽头。

为了解决上述问题，再一方面，本发明提供一种超声诊断设备，其包括其中采用了CWD接收波束生成器，其中在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化每次接收的延迟量，并且进一步确定和量化与半波长延迟相加的延迟量，其中选择与两个延迟量相同或接近的延迟抽头，在前一种情形中，将信号原样输入每个延迟抽头，而在后一种情形中，将信号反转，并输入每个延迟抽头。

发明效果

根据本发明，模拟延迟线的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其1个波长以下的波长，并且最大为相当于输入信号预定最小波长的1/2的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔后面的抽头间隔。从而，可实现以少量抽头来适用于多种频率的模拟延迟线的延迟装置，以及可实现装配有这种延迟装置的超声诊断设备。

在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化每次接收的延迟量，并且如果存在与每个所量化的延迟量相匹配的相应的延迟抽头，则将信号发送给该抽头，而如果不存在相匹配的延迟抽头，则将接收信号反转，并发送给相应的延迟抽头，该延迟量与半波长延迟相加于该相应的延迟抽头处。从而，可实现装配有模拟延迟线的延迟装置的超声诊断设备，该模拟延迟线以较少的抽头而适于多种频率。

在超声诊断设备的CWD接收波束生成器中，在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化每次接收的延迟量，并进一步确定和量化与半波长延迟量相加的延迟量。选择与两个延迟量相同或接近的延迟抽头。在前一种情形中，将信号原样输入每个延迟抽头，而在后一种情形中，将信号反转并输入每个延迟抽头。从而，可实现装配有以较少抽头来适应于多种频率的模拟延迟线的超声诊断设备。

附图说明

图1所示的方框图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备。

图2所示的方框图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的接收单元。

图3所示的电路图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的电压-电流转换电路。

图4所示的原理图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的矩阵开关。

图5所示的电路图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的缓冲电路。

图6所示的原理图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的模拟延迟线。

图7所示的方框图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的多普勒处理单元。

图8所示的典型示意图表示用于实现本发明的一种最佳模式的超声诊断设备中所采用的模拟延迟线。

附图标记的说明：

100：目标，2：超声波探头，4：发射单元，6：接收单元，8：多普勒处理器，10：显示单元，12：声音输出单元，14：控制器，602：放大器电路，604：选择电路，606：电压-电流转换电路，608：矩阵开关，610：缓冲电路，612：模拟延迟线，708：抽头。

图1：

2：超声波探头

4：发射单元

6：接收单元

8：多普勒处理器

10：显示单元

12：声音输出单元

14：控制器

100：目标

图2：

602：放大器电路

604：选择电路

606：电压-电流转换电路

608：矩阵开关

610：缓冲电路

612：模拟延迟线

图7：

802：检测电路

804：低通滤波器

806：频率分析电路

808：图像产生电路

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的最佳实施方式。顺便提及，本发明不限于最佳方式。图1中表示出超声诊断设备的方框图。本设备是实施本发明的最佳方式的一个例子。按照本设备的结构说明有关超声诊断设备的本发明的最佳实施方式的一个例子。

如图1中所示，本设备具有超声波探头2。超声波探头2具有多个超声换能器的一个阵列。各超声换能器由诸如PZT(铅(Pb)锆酸盐(Zr)钛酸盐(Ti))陶瓷等的压电材料构成。用户将超声波探头2与目标100相接触地使用。

发射单元4和接收单元6与超声波探头2相连。发射单元4将驱动信号输送给超声波探头2，以发送超声波。驱动信号是具有预定频率的连续波信号。由此发射连续的超声波。根据驱动信号频率的变化，所发射的连续超声波的频率也发生变化。

由超声波探头2接收所发射的连续超声波的回波。超声波探头2的多个超声换能器接收的信号分别输入接收单元6。即，分别输入与多个信道相应的回波接收信号。每个回波接收信号为连续波信号。以下将连续波信号也称作CW信号。接收单元6将多个信道的连续波回波接收信号延迟和相加，以预定的方向形成回波接收信号。

图2中表示接收单元6的方框图。接收单元6是本发明最佳方式的一个例子。由接收单元6的结构表示有关延迟装置的本发明最佳实施方式。如图2中所示，接收单元6具有多个放大器电路602。放大器电路602的数量与用于回波接收信号的信道数相等，即例如48。

每个放大器电路602同时产生两个彼此反相的输出信号。因而，假设两个输出信号中其中之一与例如输入信号同相，其另一个与输入信号反相。

对于CW信号，可将反相信号视作延迟了半个波长的信号。因而，各放大器电路602同时输出对于其输入信号没有延迟的放大信号，和对于输入信号延迟半个波长的放大信号。顺便提及，也可以将反相信号视作超前半个波长的信号。尽管下面将反相信号当作延迟半个波长的信号，不过同样可假设将其视作超前半个波长。

每个放大器电路602的两个输出信号输入其相应的选择电路604。选择电路604以复数的形式提供为与多个放大器电路602相关，并且分别输入其相应放大器电路602的输出信号。

在下述的控制器14的控制下，选择电路604选择两个输入信号中任何一个。当选择电路604选择反相信号时，则选择被延迟半个波长的信号。每个输入信号的波长表示成λ，其半个波长表示成λ/2。

选择电路604的输出信号输入至其相应的电压-电流转换电路606。电压-电流转换电路606以复数的形式提供为与多个选择电路604相关，并且分别输入其相应的选择电路604的输出信号。顺便提及，可将电压-电流转换电路606设置在对于放大器电路602的每两个系统输出端的选择电路604的输入侧。

使用图3(a)中所示的这种晶体管电路例如作为电压-电流转换电路606。输入晶体管基极的电压被转换成电流，该电流取决于与其发射极相连的电阻值，之后从其集电极输出该电流。电压-电流转换电路606可以为图(b)中所示的这种简单电阻。输入电压被转换成由电阻值决定的电流。

从多个电压-电流转换电路606输出的信号被输入矩阵开关608。可使用例如一种诸如半导体集成电路的结构作为矩阵开关608。矩阵开关也称作交叉点开关。

图4中表示出矩阵开关608的原理图。如图中所示，矩阵开关608具有多个行信号线682和多个列信号线684。多个行信号线682与多个列信号线684分别相交，以形成格栅。相应两个信号线的相交部分电绝缘。各相交部分分别设有跨装在行信号线682与列信号线684上的开关。顺便提及，用一个点表示开关。

当开关686闭合时，行信号线682与列信号线684彼此电连接。当选择闭合的开关686时，多个行信号线682中的任意一个可与多个列信号线684中的任意一个相连。通过下面所述的控制器14来控制每个开关686的断开和闭合。

例如，使用每条行信号线682作为输入信号线。例如，使用每条列信号线684作为输出信号线。输入-输出关系可以与之相反。多个电压-电流转换电路606的输出信号分别输入所述的输入信号线，即多条行信号线682。行信号线682的数量等于电压-电流转换电路606的数量，并且例如为48个。

如图2中所示，输出信号线，即多条列信号线684分别通过多个缓冲电路610与模拟延迟线612的多个输入抽头相连。列信号线684和缓冲电路610的数量分别等于模拟延迟线612的输入抽头的数量，并且例如为4到8个。模拟延迟线612是本发明所采用的模拟延迟线的一个例子。

图5中表示缓冲电路610的电路图。如图中所示，缓冲电路610设计成共基极晶体管电路。通过将电流输入其发射极，可从其集电极输出与该电流相等的电流。

通过设有这种缓冲电路610，矩阵开关608与模拟延迟线612不会通过其相应的内阻抗而彼此影响。

图6中表示模拟延迟线612的原理图。如图中所示，使用LC电路构造模拟延迟线612。LC电路包括具有多个电感702的串连电路，和将该串连电路的两端与各电感和地的串连连接点相连的多个电容704。

匹配电阻706与LC电路的两端相连。将牵引电压Vcc施加给每个匹配电阻706的另一端。抽头708从电感的串连电路的两端以及电感串连连接点引出。这些抽头708用作模拟延迟线612的输入抽头。模拟延迟线612两端处的每个抽头，用作输出抽头。对于输入至与输出抽头相反一侧端部处的抽头的信号，施加最大延迟。与距输出抽头的距离相应的延迟分别施加给输入至除输出抽头以外的抽头的信号。每个抽头708是本发明中所采用的抽头的一个例子。

模拟延迟线612的最大延迟量为λ/2。即，模拟延迟线612的最大延迟量可为正常模拟延迟线的一半。这是因为，由于可由上述的每个选择电路604选择延迟了λ/2的输入信号，因此模拟延迟线612无需提供超过λ/2的延迟。

严格地说，当最大延迟量设定为稍小于λ/2，将相邻抽头之间的延迟设定为λ/8，且输入抽头的数量为4时，最大延迟量为3λ/8。当相邻抽头之间的延迟为λ/16并且输入抽头的数量为8时，最大延迟量为7λ/16。

具有这种结构的接收单元6与多普勒处理器8相连。因而，通过接收单元6延迟和相加的回波接收信号输入到多普勒处理器8。多普勒处理器8基于该回波接收信号产生多普勒图像数据。多普勒处理器8还输出声或回波信号。回波信号也称作多普勒声。

图7中表示多普勒处理器8的方框图。如图中所示，多普勒处理器8包括检测电路802。检测电路802检测每个回波接收信号。低通滤波器804对检测信号进行低通滤波。通过检测和低通滤波抽取出多普勒信号。

多普勒信号输入频率分析电路806，并输入后面所述的声音输出装置12。频率分析电路806对多普勒信号进行频率分析。频率分析结果输入至图像产生电路808。图像产生电路808产生多普勒信号的频谱图像。

显示单元10和声音输出单元12与多普勒处理器8相连。显示单元10显示从多普勒处理器8输入的频谱图像。声音输出单元12以回波的形式输出多普勒信号。

控制器14与上面所述的发射单元4、接收单元6、多普勒处理器8和显示单元10相连。控制器14向各部件输送控制信号，以控制其操作。控制发射单元4处的发射频率。在接收单元6处，控制延迟和相加，即对于每个选择电路604和矩阵开关608进行控制。

将模拟延迟线612设计成可用于多种频率。下面将解释这一点。可用频率范围相当于例如从2MHz到5MHz的范围。该频率范围是临床最常用的。

将模拟延迟线612的最大延迟量设定250ns，即为具有例如与该频率范围相关的2MHz的信号的半个波长。顺便提及，模拟延迟线612的最大延迟量可为与从2MHz信号的3/8波长以上到其1个波长以下的波长相当的延迟量。对于各频率，在这种模拟延迟线612上设置下述抽头。

对于2MHz信号，分别在延迟时间为0ns，50ns，100ns，150ns和200ns的位置处设置抽头。这些抽头均设置在处于2MHz信号的半个波长之内的位置处。

对于3.3MHz信号，抽头分别设置在延迟时间分别为0ns，50ns，100ns，125ns和175ns的位置处。由于3.3MHz信号的半个波长的延迟时间为150ns，所以用于175ns的抽头设置在半个波长以外的位置处。

反相信号输入设置在半个波长以外位置处的抽头。反相信号具有半个波长，即150ns的延迟。因而，用于175ns的抽头处的信号产生175ns-150ns＝25ns的延迟。即，由于用于175ns的抽头起到用于25ns的抽头的作用，实际上可得到用于0ns，25ns，50ns，100ns和125ns的抽头，并且可进行3.3MHz信号的延迟/相加。

对于4MHz信号，抽头分别设置在延迟时间分别为0ns，50ns，100ns，150ns和200ns的位置处。由于4MHz信号的半个波长按照延迟时间为125ns，所以用于150ns和200ns的抽头设置在分别超出半个波长的位置处。

反相信号输入设置在半个波长以外位置处的每个抽头。反相信号具有125ns的半波长即延迟。从而，在用于150ns的抽头处的信号产生150ns-125ns＝25ns的延迟，在用于200ns的抽头处信号产生200ns-125ns＝75ns的延迟。即，由于用于150ns和200ns的抽头起到用于25ns和75ns的抽头的作用，实际上可得到用于0ns，25ns，50ns，75ns和100ns的抽头，并可进行4MHz信号的延迟/相加。

对于5MHz信号，抽头分别设置在延迟时间为0ns，50ns，125ns和175ns的位置处。由于5MHz信号的半个波长按照延迟时间为100ns，所以用于125ns和175ns的抽头设置在半个波长以外的位置处。

反相信号输入设置在半个波长以外位置处的抽头。反相信号具有100ns的半个波长即延迟。从而，在用于125ns的抽头处信号产生125ns-100ns＝25ns的延迟，在用于175ns的抽头处信号产生175ns-100ns＝75ns的延迟。即，由于用于125ns和175ns的抽头起到用于25ns和75ns的抽头的作用，实际上可获得用于0ns，25ns，50ns和75ns的抽头，并可进行5MHz信号的延迟/相加。

图8中表示具有上述这种抽头的模拟延迟线612。在图8中所示的模拟延迟线612中，其最大延迟量为250ns，相当于从具有2MHz(最小波长)的信号的3/8波长以上到其一个波长以下的波长。顺便提及，可将最大延迟量设定为200ns。相邻抽头708之间的间隔为50ns，最大为100ns的延迟点，相当于5MHz(最大频率)信号的1/2波长，并且在其延迟点之后变为25ns。

即，模拟延迟线612的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其一个波长以下的波长。最大为与输入信号的预定最小波长的1/2相当的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔后面的抽头间隔。从而，与抽头例如以25ns间隔均匀设置的情形相比，可减少抽头的总数，以适于多种频率。

假设使用这种模拟延迟线612，在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化各接收的延迟量。如果存在与每个所量化的延迟量匹配的相应的延迟抽头，则将信号发送给该抽头。当不存在相匹配的延迟抽头时，将接收信号反转，并发送给延迟量加上半个波长的相应的延迟抽头。

或者，在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化各接收的延迟量，并进一步确定和量化与半个波长的延迟相加的延迟量。选择与两个延迟量相同或接近的延迟抽头。在前一种情形种，信号可原样输入每个延迟抽头，而在后一种情形中，将信号反转，并输入每个延迟抽头。

尽管上面的描述表示出适用于从2MHz到5MHz频率范围的模拟延迟线的例子，不过还可以按照相同过程构造适于其他频率范围的模拟延迟线。

Claims

1.一种延迟相加装置，包括：

具有多个抽头的模拟延迟线，该模拟延迟线将多个连续信号延迟和相加，

其中该模拟延迟线的最大延迟量相当于从输入信号的预定最大波长的3/8波长以上到其一个波长以下的波长，并且最大为相当于输入信号预定最小波长的1/2的延迟点的抽头间隔不同于该抽头间隔后面的抽头间隔。

2.根据权利要求1所述的延迟相加装置，其中该最大波长为频率为2MHz的信号的波长，最小波长为频率为5MHz的信号的波长。

3.根据权利要求2所述的延迟相加装置，其中每个最大为所述延迟点的抽头间隔以50ns为延迟量，并且每个在该抽头间隔后面的抽头间隔以25ns为延迟量。

4.一种超声诊断设备，包括：

具有多个抽头的模拟延迟线，

该超声诊断设备发送连续的超声，并通过多个信道接收其回波，通过该模拟延迟线将其接收信号延迟和相加，从而确定多普勒频移，

5.根据权利要求4所述的超声诊断设备，其中该最大波长为频率为2MHz的信号的波长，最小波长为频率为5MHz的信号的波长。

6.根据权利要求5所述的超声诊断设备，其中每个最大为所述延迟点的抽头间隔以50ns为延迟量，并且每个在该抽头间隔后面的抽头间隔以25ns为延迟量。

7.一种超声诊断设备，包括：

其中采用的CWD接收波束生成器，

其中在该CWD接收波束生成器中，在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化各接收的延迟量，并且如果存在与每个所量化的延迟量相匹配的相应的延迟抽头，则将信号发送给该抽头，而当不存在匹配的延迟抽头时，将接收信号反转，并发送给该相应的延迟抽头，该延迟量与半个波长延迟相加于该相应的延迟抽头。

8.一种超声诊断设备，包括：

其中采用的CWD接收波束生成器，

其中在模拟延迟线的最小延迟抽头处量化各接收的延迟量，并且进一步确定和量化与半个波长延迟相加的延迟量，其中选择与两个延迟量相同或接近的延迟抽头，并且在前一种情形中，将信号原样输入每个延迟抽头，而在后一种情形中，将信号反转，并输入每个延迟抽头。