JP6692804B2 - 超音波信号処理回路ならびに関連装置および方法 - Google Patents
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Description
この出願は、米国特許法第119(e)条の下で、2014年10月7日に出願された「ULTRASOUND SIGNAL PROCESSING CIRCUITRY AND RELATED APPARATUS AND METHODS」と称する代理人整理番号B1348.70014US00の米国仮特許出願第62/060,822号の利益を主張し、同特許は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の態様は、超音波撮像および/または処理技術などの撮像および/または処理のための回路、デバイス、システムおよび方法に関する。より具体的には、本開示の態様は、超音波トランスデューサアレイから受信された信号を処理するための回路および方法に関する。
医学的応用のために使用される超音波トランスデューサアレイは、通常、医学的応用のための超音波画像を生成するために、必要に応じて、大量のデータを生成する。所望の画質や複雑性が高いほど、より多くのデータが通常は必要とされる。
れた信号サンプルを周波数領域値に変換することと、周波数領域値に周波数領域重み関数を適用することと、画像形成処理のために重み付けされた周波数領域値を出力することとを含む。
図9は、実施形態による、RX回路106のデジタル処理ブロック214のブロック図である。図9のデジタル処理ブロック214は、ADC 212から信号サンプルを受信し、信号サンプルを処理し、画像形成処理のためのデータを提供する信号処理回路として構成される。信号処理は、これらに限定されないが、データ低減、データ圧縮および/またはダウンサンプリングのための処理、様々な物理的および回路効果の補償のための処理、選択された形式へのデータの変換のためおよび/または選択されたデータポート上の送信のための処理、ならびに/あるいは、異なる励振を説明するためおよび/またはあるタイプの励振から別のタイプに変換するための処理を含み得る。
抽出範囲スワスブロック910は、画像に貢献する入力サンプルを選択し、画像に貢献しない入力サンプルを処分する。画素が開口に対する所定の範囲および場所を有し、所定のパルス長を有する波形が使用される画像を処理するため、所定の受信機/励振の組合せに対して画像画素に貢献する時間サンプルセットがある。このセット外の時間サンプルは処分することができる。いくつかの実施形態では、抽出範囲スワスブロック910は、ADC 212からのデータのストリーミングによって実装することができ、データの選択範囲は、データがデジタル化されるおよび/または信号処理回路に注入される開始および終了時刻によって定義される。
図10は、図9の直交復調(QDM)ブロック912、フィルタブロック914およびダウンサンプリングブロック916の例のブロック図である。図10は、複素数入力信号x[n]の虚数(I[n])および直交(Q[n])部分に対する2つの別々のデータストリームとして直交復調ブロック912を実装できることを示す。QDMブロック912は、数値制御発振器、または、cos(2πfct)およびsin(2πfct)の生成に使用できる他の任意の適切なコンポーネントを含み、中心周波数fcは、特定の量の復調を提供するように選択される。復調は、0Hzが中心になるようにまたはフィルタリングのために何らかの所望の周波数範囲内に来るように信号を位相変調することができる。いくつかの実施形態では、fcを、アレイ102で使用されるトランスデューサの対象の周波数と一致させることが望ましい場合がある。QDMブロック912からの虚数および直交データストリームは、出力の前に、フィルタブロック914およびダウンサンプリングブロック916によってさらに処理される。フィルタブロック914は、ローパスフィルタリング(LPF)を実行するものとして示されている。しかし、バンドパスフィルタリング(BPF)やハイパスフィルタリング(HPF)などの他のタイプのフィルタリングをフィルタブロック914で代わりに使用できることを理解すべきである。
再び図9を参照すると、メモリ920は、受信信号サンプルが抽出範囲スワスブロック910、直交復調ブロック912、ローパスフィルタ914およびダウンサンプリングブロック916によって処理された後に、信号サンプルを格納する。メモリ920に格納された信号サンプルは、時間によってインデックスが設けられる。信号サンプルは、時間領域信号調節ブロック922が必要とする際に、メモリ920から読み取られる。以下で論じられるように、メモリ920に続く処理は、いくつかの入力チャネル上で動作することができる。それに従って、信号サンプルは、超音波トランスデューサアレイから受信次第および初期の処理の後で、メモリ920に書き込まれる。信号サンプルは、メモリ920に続く処理ブロックが必要とする際に、メモリ920から読み取られる。
図9に示される時間領域信号調節ブロック922は、時間領域における信号サンプルの信号調節を実行する。信号調節は、様々な効果を補償するための時間領域信号の重み付けを伴い得る。重み付けは、重み関数またはマスクを使用して実行することができる。重み関数は、送信事象などの参照時間に続く時間の範囲に対応する係数または重み値を含み得る。従って、例えば、信号サンプルは、参照時間後の時刻t0、t1、t2、…tnにおけるサンプルを含み得、重み関数は、参照時間後の各信号サンプルに対応する係数または重み値を含み得る。各信号サンプルには対応する係数を乗じて、重み付けされた信号サンプルを提供する。時間領域信号調節ブロック922のメモリは、1つまたは複数の重み関数の係数を格納することができる。重み関数は、固定することも、柔軟性を提供するためにホストコンピュータからダウンロードすることもできる。重み関数は、チャネル依存性またはチャネル非依存性であり得る。信号サンプルへの重み値の乗算は、複素数乗算であり得る。
図9のFFTブロック924の例の概略ブロック図は、図12に示されている。図12のFFTブロック924は、FFTユニット1210、データセレクタ1220およびゼロスタッフ論理1230を含む。FFTブロック924は、時間領域信号調節ブロック922による重み付けの後に信号サンプルを受信し、信号サンプルの高速フーリエ変換処理を実行する。データセレクタ1220は、ゼロスタッフ論理1230からの制御信号に従って、FFTユニット1210に提供される信号サンプルまたはゼロの値を選択する。データセレクタ1220は、事実上、入力信号サンプルのゼロパディングを提供する。いくつかの実施形態では、データセレクタ1220は、各チャネルにおけるゼロパディングの個々の制御を提供するために、FFTユニット1210の各々に対する別々のデータセレクタとして構成することができる。
である)。4では均等に割り切れないかなりの長さの本物の「良いFFTサイズ」は多くはないと考える際は、これらの線形位相ランプは、FFTの両側において、高速時間または時間周波数サンプルにわたって単に±1である。
図9の周波数領域信号調節ブロック926の例の概略ブロック図は、図13に示されている。周波数領域信号調節ブロック926は、信号サンプルに対応する周波数領域値を受信し、周波数領域における信号調節を実行する。具体的には、周波数領域信号調節ブロック926は、1つまたは複数の効果を補償するために、周波数領域値の重み付けを実行し、重み付けされた周波数領域値を提供する。
図9の集計エレベーションチャネルブロック930の例の概略ブロック図は、図14に示されている。集計エレベーションチャネルブロック930は、周波数領域のエレベーションチャネルデータを集計することを実行する。他の実施形態では、エレベーションチャネルデータの集計は、画像形成プロセッサによって実行することができる。
信号処理アーキテクチャのチャネル構成の例の概略ブロック図は、図15に示されている。図15の例では、いくつかの入力チャネル1510(チャネル0、チャネル1…チャネルMを含む)を組み合わせて単一の出力チャネル1520にする。入力チャネル1510によって出力された信号サンプルは、チャネルメモリ1530に書き込まれる。具体的には、チャネル0によって出力された信号サンプルはチャネル0メモリに書き込まれ、チャネル1によって出力された信号サンプルはチャネル1メモリに書き込まれ、…、チャネルMによって出力された信号サンプルはチャネルMメモリに書き込まれる。信号サンプル値は、出力チャネル1520による処理の必要に応じて、チャネルメモリ1530から読み取られる。
図9の信号処理回路によって実行される方法の例を示すフローチャートは、図16に示されている。段階1610では、信号処理回路は、ADC 212から信号サンプルを受信する。段階1612では、画像に貢献しない信号サンプルを処分することができる。また、非線形信号サンプルも処分することができる。段階1614では、直交復調ブロック912によって直交復調が実行され、段階1616では、LPF 914によってフィルタリングが実行される。段階1618では、ダウンサンプリングブロック916によってフィルタリングされた信号のダウンサンプリングが実行される。次いで、段階1620では、部分的に処理された信号サンプルをメモリ920に格納することができる。
Claims (8)
- 超音波トランスデューサアレイから受信した信号を処理するための方法であって、
信号サンプルを提供するために、受信超音波エネルギーを表す前記受信した信号をデジタル領域に変換することと、
前記信号サンプルの直交復調を実行し、それに続いて、前記復調済み信号サンプルの高速フーリエ変換および周波数領域における信号調節を実行することと、
前記復調済み信号サンプルの高速フーリエ変換および前記周波数領域における信号調節に続いて、集計エレベーション値を提供するために前記超音波トランスデューサアレイのエレベーションチャネルに対応する周波数領域値を集計することと、
超音波画像形成処理のために前記集計エレベーション値を出力することと、を含み、
前記信号調節が、周波数領域重み関数を前記周波数領域値に適用することを含む、方法。 - 時間領域重み関数を前記復調済み信号サンプルに適用することをさらに含み、
前記高速フーリエ変換が、前記時間領域重み関数が適用された前記復調済み信号サンプル上で実行される、請求項1に記載の方法。 - 前記信号サンプルの直交復調を実行する前に、形成予定の画像に対応する前記信号サンプルのサブセットを前記信号サンプルから抽出することをさらに含み、
前記直交復調が、前記信号サンプルのサブセット上で実行される、請求項1又は2に記載の方法。 - データ低減のために前記復調済み信号サンプルをダウンサンプリングすることをさらに含み、
前記高速フーリエ変換が、前記ダウンサンプリングされた前記復調済み信号サンプル上で実行される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - 超音波エネルギーの受信に応答して受信信号を提供するように構成された超音波トランスデューサアレイと、
前記受信信号を処理するように構成された処理回路であって、
信号サンプルを提供するために前記受信信号をデジタル領域に変換するように構成された変換回路と、
前記信号サンプルの直交復調を実行するように構成された直交復調回路と、
前記信号サンプルの直交復調に続いて、前記復調済み信号サンプルの高速フーリエ変換および周波数領域において周波数領域値に周波数領域重み関数を適用することを含む信号調節を実行する高速フーリエ変換回路と、
集計されたエレベーション値を提供するために前記超音波トランスデューサアレイのエレベーションチャネルに対応する前記重み付けされた周波数領域値の集計を実行するように構成された集計エレベーションチャネル回路と、
超音波画像形成処理のために前記集計されたエレベーション値を出力するように構成された出力回路と、を含む、処理回路と、
を備える、超音波デバイス。 - 前記復調済み信号サンプルに少なくとも1つの時間領域重み関数を適用するように構成された時間領域信号調節回路をさらに含み、
前記高速フーリエ変換回路は、前記時間領域重み関数が適用された前記復調済み信号サンプル上で前記高速フーリエ変換を実行するように構成される、請求項5に記載の超音波デバイス。 - 前記信号サンプルの直交復調を実行する前に、形成予定の画像に対応する前記信号サンプルのサブセットを前記信号サンプルから抽出するように構成された抽出回路をさらに含み、
前記直交復調回路は、前記信号サンプルの前記サブセット上で直交復調を実行するように構成される、請求項5又は6に記載の超音波デバイス。 - データ低減のために前記復調済み信号サンプルをダウンサンプリングするように構成されたダウンサンプリング回路をさらに含み、
前記高速フーリエ変換回路は、ダウンサンプリングされた前記復調済み信号サンプル上で前記高速フーリエ変換を実行するように構成される、請求項5から7のいずれか一項に記載の超音波デバイス。
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