KR102222082B1 - 동적 초점을 갖는 초음파 프로브 및 관련 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

동적 초점이 가능한 서브 어퍼쳐 프로세싱을 갖는 예시적인 초음파 프로브가 제공되는데, 초음파 프로브의 서브 어퍼쳐를 형성하는 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이를 일반적으로 포함한다. 트랜스듀서 엘리먼트는 동적 지연 업데이트 그룹에 할당될 수 있고 초기 지연은 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 적용될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는, 트랜스듀서 엘리먼트가 할당되는 동적 지연 업데이트 그룹에 따라 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성될 수 있다. 동적 초점을 갖는 예시적인 초음파 시스템 및 동적 초점을 갖는 초음파 신호를 전송하는 방법이 또한 제공된다.

Description

동적 초점을 갖는 초음파 프로브 및 관련 시스템 및 방법{ULTRASOUND PROBE WITH DYNAMIC FOCUS AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS}
본 개시는 초음파 프로브와 관련 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 초음파 및 단순화된 동적 지연 업데이팅 메커니즘을 통한 서브 어퍼쳐(sub-aperture)의 빔형성용의 동적 초점(dynamic focus)을 갖는 초음파 프로브에 관한 것이다.
종래의 초음파 시스템은 초음파 프로브의 어퍼쳐를 정의하는 복수의 트랜스듀서로부터 형성되는 초음파 프로브를 일반적으로 포함한다. 트랜스듀서는 공간적으로 정렬될 수 있고 복수의 서브 어퍼쳐 또는 서브 어레이로 분할될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서(sub-aperture processor; SAP)는, 송신 및/또는 수신 동작 둘 모두에서, 서브 어퍼쳐 내의 엘리먼트에 대한 빔형성용 동작을 수행할 수도 있다. 통상적인 초음파 시스템은, 프로브 외부에 있으며 전기 케이블에 의해 트랜스듀서 엘리먼트에 연결되는 수신 및/또는 송신 빔형성기(beamformer)를 일반적으로 더 포함한다.
빔형성기는 일반적으로, 디스플레이 상에 해부학적 컨텐츠의 이미지를 생성함에 있어서의 한 단계로서 음향 반향 데이터를 획득하기 위해, 프로브에 의해 송신되고 수신되는 초음파 에너지를 포커싱하고 조종한다(steer). 특히, 송신 빔형성기는 펄스 또는 연속 신호를 생성하고 복수의 트랜스듀서는 전기 신호를 압력파로 또는 그 반대로 변환한다. 압력파는 일반적으로 조직을 통해 전파하고 초음파 에너지의 일부는 다시 트랜스듀서로 반사된다. 수신 빔형성기는 수신된 초음파 에코를 프로세싱하고 에너지를 포커싱한다. 그 다음, 초음파 신호는 프로세싱되어 그래픽 유저 인터페이스(graphical user interface; GUI)에서의 오디오 출력 및/또는 시각적 디스플레이로 변환된다.
위에서 설명된 바와 같이, 각각의 초음파 파형은 각각의 채널을 통해 프로브에 의해 출력된다. 종래의(비 3D(non-3D)) 초음파 시스템에서, 각각의 트랜스듀서 엘리먼트는, 각각의 초음파 신호의 프로세싱을 용이하게 하기 위해, 빔형성기에 프로브를 연결하는 별개의 케이블 또는 와이어와 보통 관련되는데, 예를 들면, 조종을 위해 각각의 트랜스듀서 엘리먼트에 대해 기하학적 형상의 계산(geometrical calculation)이 요구된다. 수천 개의 개개의 엘리먼트를 갖는 3D 초음파 시스템의 경우, 별개의 케이블은 실현불가능하다. 수천 개의 엘리먼트를 다루기 위해, 송신은, 시스템으로부터의 송신 신호의 세트의 분배에 의해 또는 프로브 내의 송신기를 이용하여 핸들링된다. 수신은 프로브 및/또는 시스템에서의 빔형성의 조합으로 핸들링된다. 프로브 빔형성은 아날로그 및/또는 디지털일 수 있다. 디지털 솔루션은 프로브에서 아날로그 디지털(analog-to-digital; ADC) 변환기를 필요로 한다. 각각의 채널이 ADC를 구비할 수 있기 때문에, 몇몇 구현예는 수천 개의 ADC를 필요로 할 수 있다. 결과적으로, 프로브 내의 빔형성기의 구현은, 하나의 또는 복수의 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC) 및 필요한 회로부를 실리콘 면적, 전력, 셋업 데이터, 계산 시간 등등에 대한 필수 제약 내에 적합시키는 것을 가능하게 만드는 기술적 솔루션을 필요로 할 수도 있다.
따라서, 동적 빔형성기를 구현하기 위한 복잡도를 감소시키기 위한 수단을 갖는 초음파 프로브에 대한 요구가 존재한다. 이들 및 다른 요구는 본 개시의 초음파 프로브 및 관련 시스템 및 방법에 의해 해결된다.
본 개시의 실시형태에 따르면, 동적 초점이 가능한 서브 어퍼쳐 프로세싱을 갖는 예시적인 초음파 프로브가 제공되는데, 그 초음파 프로브는 초음파 프로브 내에 서브 어퍼쳐를 형성하는 트랜스듀서 엘리먼트의 그룹 또는 어레이를 일반적으로 포함한다. 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 서브 어퍼쳐의 개개의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 초기 지연이 일반적으로 적용될 수 있다. 예시적인 초음파 프로브는, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성되는 서브 어퍼쳐 프로세서를 일반적으로 포함한다. 구현을 단순화하기 위해, 트랜스듀서 엘리먼트는 복수의 동적 지연 업데이트 그룹 중 하나에 대해 할당될 수 있는데, 여기서 업데이트 그룹 내의 트랜스듀서 엘리먼트는 동일한 지연 업데이트를 동일한 레이트(rate) 및/또는 크기의 동일한 지연 업데이트에서 적용할 수 있다. 따라서, 서브 어퍼쳐 프로세서는 이상적인 지연 프로파일에 근사시키기 위해, 미리 정해진 시구간(time period) 동안 반복적으로 초음파 신호에 대해 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성될 수 있는데, 지연 업데이트의 빈도는 서브 어퍼쳐 프로세서마다 구성가능하고 지연 업데이트의 크기는 트랜스듀서 엘리먼트가 할당되는 동적 지연 업데이트 그룹에 의존한다.
서브 어퍼쳐 프로세서는, 제1 지연 수정치(modification)를 서브 어퍼쳐 내의 트랜스듀서 엘리먼트의 제1 그룹에 그리고 제2 지연 수정치를 서브 어퍼쳐 내의 트랜스듀서 엘리먼트의 제2 그룹에 적용하도록 서브 어퍼쳐 프로세서를 구성하는 것에 의해, 트랜스듀서 엘리먼트를 복수의 동적 업데이트 그룹에 할당할 수 있다. 이 프로세스는 복수의 동적 업데이트 그룹에 대해 반복될 수 있다. 각각의 지연 업데이트 그룹의 지연 수정치는 다른 지연 업데이트 그룹의 지연 수정치와는 상이할 수 있다. 지연 업데이트 그룹의 지연 수정치는 다른 지연 업데이트 그룹의 지연 수정치의 반대 부호를 가질 수 있다. 지연 업데이트 그룹 중 하나 이상은 지연 수정치를 수신하지 않을 수도 있다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 지연 수정치는 정적일 수 있다.
서브 어퍼쳐 내의 동적 지연 업데이트 그룹은 2개 이상의 상이한 레이트로 업데이트될 수 있다. 대안적으로, 지연 업데이트는 동일한 레이트에서, 그러나 2개 이상의 상이한 지연 업데이트 크기를 이용하여 적용될 수도 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서에 의해 적용되는 지연 업데이트는, 동적 지연 업데이트 그룹의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 이상적인 지연 프로파일의 곡선의 또는 구분적으로(piecewise) 선형의 근사일 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는, 서브 어퍼쳐 엘리먼트에 의해 최초 수신되는 초음파 신호의 위상을 실질적으로 정렬하기 위해, 초음파 신호에 초기 지연을 적용하도록 구성될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 초음파 신호를 서브 어퍼쳐에 대한 위상에서 시간의 함수로서 실질적으로 정렬하기 위해, 동적 지연 업데이트 그룹에 지연 업데이트를 적용하도록 구성될 수 있다.
서브 어퍼쳐 프로세서는 복수의 빔의 프로세싱에 대해 구성될 수 있다. 예를 들면, 서브 어퍼쳐 프로세스는, 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 세트를 갖는 제1 빔 및 동적 지연 업데이트 파라미터의 제2 세트를 갖는 제2 빔을 프로세싱하도록 구성될 수 있다. 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 세트는 동적 지연 업데이트 파라미터의 제2 세트와는 상이할 수도 있고, 지연 업데이트 그룹 할당도 또한 빔마다 상이한 형태일 수 있다. 제1 빔 방향을 프로세싱하기 위해, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 제1 빔의 방향으로부터 초음파 신호를 빔형성하도록 상기 설명된 방식에 따라 셋업될 수 있다. 제2 빔 방향을 프로세싱하기 위해, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 제2 빔의 방향으로부터 초음파 신호를 빔형성하도록 상기 설명된 방식에 따라 셋업될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 트랜스듀서 엘리먼트에 직접적으로 연결되는 대신, 수신 빔형성기는 서브 어퍼쳐 프로세서 전자장치에 연결될 수 있다. 이 예시적인 셋업은 복수의 빔 방향에서 각각의 빔에 대해 반복될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 별개의 지연 업데이트를 적용하기 위한 레이트를 설정하도록 구성될 수 있다. 또한, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 적용되는 초기 지연의 크기를 설정하도록 구성될 수 있다. 지연 업데이트는, 예를 들면, 증가된 지연, 정적 지연, 감소된 지연 등등 중 하나일 수 있다.
서브 어퍼쳐 프로세서는, 초기 지연의 세트를 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 적용하도록 구성될 수 있다. 또한, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 카운터, 예를 들면, 시작 카운터 등등에 응답하여 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 지연 업데이트 적용을 개시하도록 구성될 수 있다. 또한, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 카운터, 예를 들면, 레이트 카운터 등등에 의해 특정되는(specified) 인터벌로 지연 업데이트 적용을 계속하도록 구성될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, 카운터, 예를 들면, 정지 카운터 등등에 응답하여 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 대한 지연 업데이트 적용을 정지하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 카운터는 컨트롤러의 일부일 수 있다. 카운터가 서브 어퍼쳐 제어와 관련하여 사용되지만, 몇몇 실시형태에서는, 다른 타입의 제어 회로부가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 몇몇 실시형태에 따르면, 동적 초점을 갖는 예시적인 초음파 시스템이 제공되는데, 서브 어퍼쳐(들)를 형성하는 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이 또는 그룹을 포함하는 초음파 프로브를 포함한다. 예시적인 시스템은, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 초기 지연을 적용하도록 구성되는 서브 어퍼쳐 프로세서를 더 포함한다. 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트는 동적 지연 업데이트 그룹에 할당될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, 이상적인 지연 프로파일에 근사시키기 위해, 미리 정해진 시구간 동안 반복적으로 초음파 신호에 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성될 수 있다. 지연 업데이트는 서브 어퍼쳐 프로세서마다 구성가능할 수 있다. 지연 업데이트의 크기는, 트랜스듀서 엘리먼트가 할당되는 동적 지연 업데이트 그룹에 의존할 수 있다.
서브 어퍼쳐 프로세서는 적어도 하나의 카운터, 예를 들면, 시작 카운터, 레이트 카운터, 정지 카운터 등등을 일반적으로 포함한다. 서브 어퍼쳐 프로세서는, 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 초기 지연을 적용하도록 그리고 적어도 하나의 카운터에 응답하여 지연 업데이트를 적용하도록 구성될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, 적어도 하나의 카운터가 특정된 값(specified value)에 도달할 때마다 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 별개의 지연 업데이트를 특정 레이트로 적용하도록 그리고 특정된 수의 지연 업데이트가 완료된 이후 지연 업데이트를 정지하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 실시형태에 따르면, 동적 초점을 갖는 초음파 신호를 수신 및/또는 송신하는 예시적인 방법이 제공되는데, 초음파 프로브 내에 배치되는 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 초기 지연을 적용하는 것을 일반적으로 포함한다. 그 방법은 동적 지연 업데이트 그룹에 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트를 할당하는 것을 일반적으로 포함한다. 또한, 예시적인 방법은 이상적인 지연 프로파일에 근사시키기 위해 미리 정해진 시구간 동안 반복적으로 초음파 신호에 지연 업데이트를 적용하는 것을 일반적으로 포함한다. 지연 업데이트의 주파수는 서브 어퍼쳐 프로세서마다 구성가능할 수 있다. 지연 업데이트의 크기는, 트랜스듀서 엘리먼트가 할당되는 동적 지연 업데이트 그룹에 의존할 수 있다.
예시적인 방법은, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트를 통해 초음파 신호를 송신하는 것 및 초음파 신호에 대한 소망의 초점 정보 또는 초점 지점(focal point)을 특정하도록 서브 어퍼쳐 프로세서를 통해 초음파 신호에 초기 지연을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 방법은, 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트를 통해 초음파 신호를 수신하는 것 및 동적 지연 업데이트 그룹의 각각에 대한 위상에서 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 초음파 신호를 실질적으로 정렬하기 위해 서브 어퍼쳐 프로세서를 통해 초음파 신호에 지연 업데이트를 적용하는 것을 더 포함한다.
예시적인 방법은, 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 세트를 갖는 제1 빔 및 동적 지연 업데이트 파라미터의 제2 세트를 갖는 제2 빔을 프로세싱하는 것을 포함할 수 있다. 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 세트는 동적 지연 업데이트 파라미터의 제2 세트와는 상이할 수 있다. 예시적인 방법은, 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 및 제2 세트의 각각에 대한 지연 업데이트에 대해 상이한 지연 증가 또는 감소를 적용하는 것을 일반적으로 포함한다. 또한, 예시적인 방법은, 동적 지연 업데이트 파라미터의 제1 및 제2 세트의 각각에 대한 지연 업데이트에 대해 상이한 지연 업데이트 기간을 적용하는 것을 포함한다. 일반적으로, 예시적인 방법은 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 지연 업데이트를 개별적으로 적용하기 위한 레이트를 설정하는 것을 포함한다.
다른 목적 및 피쳐는 첨부의 도면과 연계하여 고려되는 하기의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 그러나, 도면은 본 발명의 제한의 정의로서가 아닌 예시로서만 설계된 것을 이해해야만 한다.
개시된 디바이스 및 관련 시스템 및 방법을 만들고 이용함에 있어서 기술분야의 숙련된 자를 보조하기 위해, 첨부의 도면을 참조하는데, 도면에서:
도 1은 예시적인 초음파 시스템의 블록도를 도시한다;
도 2는 동작의 수신 모드를 설명하기 위해 서브 어퍼쳐 프로세서를 포함하는 초음파 프로브의 예시적인 블록도를 도시한다;
도 3은 예시적인 빔형성 시스템의 블록도를 도시한다;
도 4는 서브 어퍼쳐의 2차원 어레이를 갖는 예시적인 트랜스듀서를 도시한다;
도 5는 트랜스듀서 엘리먼트의 2차원 어레이를 갖는 예시적인 서브 어퍼쳐를 도시한다;
도 6은 예시적인 트랜스듀서 엘리먼트를 도시한다;
도 7a 및 도 7b는 동적 지연 업데이트 그룹으로의 예시적인 그룹화를 갖는 예시적인 서브 어퍼쳐를 도시한다;
도 8은 그룹화된 트랜스듀서 엘리먼트를 갖는 서브 어퍼쳐에 대한 예시적인 지연 프로파일을 도시한다;
도 9는 동적 지연 업데이트 그룹에 기초한 지연 증가 및 감소를 이용한 예시적인 지연 프로파일 근사를 도시한다;
도 10은 서브 어퍼쳐 프로세서에 대한 예시적인 지연 업데이트 타이밍 컨트롤러의 블록도를 도시한다; 그리고
도 11은 2개의 예시적인 서브 어퍼쳐 형상에 대한 예시적이고 이상적인 조종 프로파일(steering profile)을 도시한다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 예시적인 초음파 시스템(10)을 도시한다. 도 1을 참조하면, 시스템(10)은, 프로브(12)의 어퍼쳐를 정의하는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트로부터 형성되는 어퍼쳐 어셈블리(14)를 포함하는 초음파 프로브(12)를 일반적으로 포함한다. 메인 초음파 프로세싱 유닛(15)은 전기 케이블(40)에 의해 트랜스듀서 엘리먼트에 연결되는 송신 빔형성기(20)를 일반적으로 포함한다. 시스템(10)은, 빔형성기(20)로부터의 송신 신호를 증폭하기 위한 고전압 송신 증폭기(18)(HV Tx AMP)와 멀티플렉서/디멀티플렉서 및 송신/수신 스위치(16)(MUX/DEMUX 및 T/R 스위치)를 더 포함할 수 있다. 빔형성기(20)를 제어하기 위해 빔형성기 중앙 제어 시스템(22)이 활용될 수 있다. 빔형성기(20)는, 선택된 설계에 따라, 순수 셋업/지연 제어로부터 전(full) 펄스 송신기까지의 범위에 이를 수 있다.
메인 초음파 프로세싱 유닛(15)은 시간 이득 보상 증폭기(24)(time gain compensation amplifier; TGC), 아날로그 디지털 변환기(26)(ADC), 및 초음파 에너지 신호를 수신하기 위한 수신 빔형성기(28)를 또한 포함할 수 있다. 수신된 초음파 신호는 또한, 예를 들면, 스펙트럼 도플러 프로세싱(30), 이미지 및 모션 프로세싱(32), 컬러 도플러 프로세싱(34) 등등에 의해 프로세싱될 수 있다. 송신 빔형성기(20)는 펄스 또는 제어 신호를 생성하고 복수의 트랜스듀서 엘리먼트는 전기 신호를, 조직을 통해 전파하며 트랜스듀서 엘리먼트로 다시 반사하는 압력파로 변환한다. 수신 빔형성기(28)는 수신된 초음파 에코를 프로세싱하고 에너지를 포커싱한다. 그 다음, 초음파 신호는 프로세싱되어 그래픽 유저 인터페이스(GUI)에서의 오디오 출력(36) 및/또는 시각적 디스플레이(38)로 변환된다.
도 2를 참조하면, 초음파 프로브(12)는, 프로브(12)의 어퍼쳐(13)를 정의하는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(44)로부터 일반적으로 형성되는 어퍼쳐 어셈블리(14)를 포함한다. 트랜스듀서 엘리먼트(44)는 공간적으로 정렬될 수도 있고 송신 및 수신 동작을 위한 복수의 서브 어퍼쳐(42)(SA(42)) 또는 서브 어레이로 분할될 수도 있다. 트랜스듀서 엘리먼트(44)의 각각의 SA(42)는 전용 서브 어퍼쳐 프로세서(sub-aperture processor)(48)(SAP(48))를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트(44)는 개별적으로 초기 지연을 수신할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 트랜스듀서 엘리먼트(44)는 지연의 동일한 빈도 및/또는 크기를 수신하기 위해 그룹화될 수 있다.
서브 어퍼쳐 프로세서(48)는, 예를 들면, 초기 지연, 지연 업데이트 등등을 동적으로 제어하는 것에 의해 및/또는 컨트롤러(49)를 통해 트랜스듀서 엘리먼트(44)에 의해 수신되고 출력되는 초음파 신호에 초기 지연, 지연 업데이트 등등을 적용하는 것에 의해, 지연 엘리먼트(46)의 적용을 조절하도록 및/또는 제어하도록 구성될 수 있다. 지연 엘리먼트(46)는, 트랜스듀서 엘리먼트(44)에 의해 수신되는 초음파 신호의 위상을 실질적으로 정렬하도록, 컨트롤러(49)에 의해 동적으로 제어될 수 있고 및/또는 적용될 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트(44)와 관련되는 컨트롤러에 의한 초음파 신호의 동적 프로세싱은, 예시적인 어퍼쳐 어셈블리(14)의 서브 어퍼쳐 프로세서 레벨에서 발생한다. 특정 SAP(48)와 관련되는 트랜스듀서 엘리먼트(44)로부터의 복수의 위상 정렬된 초음파 신호를 단일의 초음파 신호(52), 즉 단일의 채널로 결합하기 위해, 전용 가산 엘리먼트(dedicated summation element; 50)가 각각의 SAP(48)에서 구현될 수 있다. 각각의 SA(42)에 대한 초음파 신호(52)는 또한, 프로브(12)로부터 케이블(40)을 통해 메인 울트라 사운드 프로세싱 유닛(15)으로 출력될 수 있다.
도 2는, 각각의 SAP(48)가 별개의 컨트롤러(49)를 포함할 수 있는 하나의 예시적인 실시형태를 예시하지만, 기술분야의 숙련된 자는, 하나의 컨트롤러(49)가 SAP(48)의 각각의 지연 엘리먼트(46)의 각각에 동작적으로 커플링될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 컨트롤러(들)(49)는 프로브(12) 외부에 있을 수 있고, 예를 들면, 메인 프로세싱 유닛(15) 내에서 구현될 수 있다.
도 3은, 서브 어퍼쳐(42) 중 하나의 예시적인 실시형태에 의해 수신되고 있으며 서브 어퍼쳐 프로세서(48)의 예시적인 실시형태에 의해 프로세싱되고 있는 예시적인 빔(60)을 도시한다. 송신 빔형성기(20)는 일반적으로, 특정 지점에서 포커싱하는, 초음파 신호의 구면파(spherical wave)가 생성되도록, 구상 신호(spherical signal)를 생성한다. 따라서, 각각의 초음파 신호에 대한 타이밍은 다른 초음파 신호와는 약간 상이한데, 이것은 초음파 신호의 아크 형상의 지연 패턴에 의해 정의될 수 있다. 예를 들면, 도 3에서 예시된 바와 같이, 펄스는 최초 빔형성기(20)에 의해 생성되고 반사된 펄스는 서브 어퍼쳐(44)의 트랜스듀서 엘리먼트(44)에 의해 수신된다. 송신된 초음파 신호는 특정 초점 지점(62)으로부터 반사될 수 있다. 파형(64)은 보정(correction) 이전의 초음파 신호의 아크 형상의 지연 패턴을 예시한다. 각각의 반사된 파형(64)은 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(44)에 의해 수신될 수 있고 대응하는 지연, 예를 들면, 아크 형상의 지연 패턴을 지연 엘리먼트(46)에 의해 적용할 수 있다. 서브 어퍼쳐(42)의 아크 형상의 파형(64)은 또한, 파형(64)의 위상 정렬된 버전을 생성하기 위해, 보정단(correction stage; 68)에서 서브 어퍼쳐 프로세서(48)의 지연 엘리먼트(46)를 이용하여 동적으로 보정될 수 있다, 즉, 동적으로 조종되거나 포커싱될 수 있다. 줄무늬의 파형(64)은 또한, 가산단(summing stage)의 가산 엘리먼트(50)의 예시적인 실시형태에 의해 가산되고 프로세싱될 단일의 신호(52)로서 출력된다. 따라서, 트랜스듀서 엘리먼트(44)에 의해 수신되는 각각의 파형(64)에 대한 별개의 채널을 구현하는 대신, 파형(64)은 각각의 SA(42)에 대해 위상 정렬되어 메인 프로세싱 유닛(15)으로 전송될 수 있다.
도 4는, 하나의 주문형 반도체(ASIC)에 대한 SA(104)의 8×8 2차원 어레이를 포함하는 예시적인 어퍼쳐(102)를 예시한다. SA(104)의 8×8 어레이로서 예시되었지만, 몇몇 예시적인 실시형태에서는, 어퍼쳐(102)는 다양한 SA(104) 어레이를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 어퍼쳐(102)와 관련되는 ASIC는, 초음파 프로브와 초음파 신호 프로세싱 시스템(도시되지 않음), 예를 들면, 컴퓨터, 프로세싱 디바이스 등등 사이에서 초음파 신호를 전달하기 위한 주변 입/출력 영역을 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 트랜스듀서 길이(LT)는 대략 10 mm일 수 있고 트랜스듀서 높이(HT)는 대략 10 mm일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태의 경우, 트랜스듀서 길이(LT) 및 트랜스듀서 높이(HT)는 논의가 되고 있는(in question) 프로브 타입에 대한 소망의 어퍼쳐 및 소망의 어퍼쳐에 걸치도록 하나보다 많은 ASIC이 활용되는지의 여부에 의존할 수 있다.
도 5는 어퍼쳐(102)의 예시적인 SA(104)를 예시한다. 특히, 개개의 SA(104)는 트랜스듀서 엘리먼트(106)의 2D 어레이를 포함한다. 이 맥락에서 "2D 어레이"의 사용은 SA 엘리먼트의 인덱싱을 가리킨다는 것을 유의해야 한다. 물리적인 트랜스듀서 엘리먼트(106)는 3D에서 임의의 공간적 표면을 따라 위치될 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트(106)의 5×5 어레이로서 예시되지만, 몇몇 예시적인 실시형태에서는, 2D 어레이는 5×3, 5×6, 10×5 등등일 수 있다. 도 5의 예시적인 SA(104)의 경우, SAP 길이(LS)는 대략 1.25 mm일 수 있고 SAP 높이(HS)는 대략 1.25 mm일 수 있다. SA(104)의 기하학적 형태(geometry)는, 단일의 ASIC가, 예를 들면, 대략 1 MHz와 대략 12 MHz 사이 등등의 RX 주파수(즉, 수신 주파수)에 걸치는 다수의 애플리케이션에 대해 구현될 수 있도록, 그리고, 예를 들면, 대략 16개의 채널과 대략 512개의 채널 사이의 채널 카운트를 갖는 시스템을 지원할 수 있도록, 선택될 수 있다. 전체 프로브 빔형성기의 경우, 채널 카운트는 1만큼 작아질 수 있다. 예를 들면, 몇몇 예시적인 실시형태에서, SA(104)의 5×5 2D 어레이는, 상이한 기하학적 형상을 갖는 더 큰 SA(104)를 형성하도록 다수의 SA(104)를 함께 결합하는 옵션을 가지고 구현될 수도 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 SA(104)는 수신된 초음파 신호에 적용되는 지연을 제어하기 위한 전용 서브 어퍼쳐 프로세서를 포함할 수 있다. 이로써, 각각의 서브 어퍼쳐 프로세서는 각각의 서브 어퍼쳐 프로세서와 관련되는 트랜스듀서 엘리먼트(44)로 지연을 적용한다. 도 6은 SA(104)의 예시적인 트랜스듀서 엘리먼트(106)를 도시한다. 예시적인 트랜스듀서 엘리먼트 길이(LTE)는 대략 250 ㎛일 수 있고 트랜스듀서 엘리먼트 높이(HTE)는 대략 250 ㎛일 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 초음파 프로브는, 빔형성용 ASIC 내의 서브 어퍼쳐 프로세서를 사용하여 각각의 서브 어퍼쳐에 대한 동적 포커싱, 즉, 조종을 지원한다. SA(104)에 대한 동적 포커싱은, 서브 어퍼쳐 프로세서가 3D에서 임의의 수신 빔 벡터를 따라 소망의 조종/초점을 동적으로 추적하는 것을 허용한다. 특히, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 동적 빔형성의 예시적인 방법은, 빔의 범위에 걸쳐 빔형성용 지연에 근사시키는 것 및 특정된 인터벌로 엘리먼트의 구성가능한 그룹에 대해 증가적인 지연 업데이트를 행하는 것을 수반한다.
도 7a는 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 5×5 2D 어레이를 포함하는 예시적인 SA(200)를 도시한다. 예시적인 방법은 SA(200)의 트랜스듀서 엘리먼트(202)를 동적 지연 업데이트 그룹(204), 예를 들면 그룹(A, B, C, D 및 E)에 할당하는 것을 포함한다. 동일한 지연 업데이트 그룹(204) 내의 트랜스듀서 엘리먼트(202)는, 예를 들면, +20 나노초의 증가 또는 -20 나노초의 감소에 대한 동일한 지연 업데이트를 소정의 시간 인터벌로 수신할 것이다. 몇몇 지연 업데이트 그룹(204), 예를 들면, 그룹(C)에서의 트랜스듀서 엘리먼트(202)는 정적 지연을 가질 수도 있고, 따라서 어떠한 지연 업데이트도 수신하지 않는다. 5개의 동적 지연 업데이트 그룹(204)으로서 예시되었지만, 몇몇 예시적인 실시형태에서는, 임의의 다른 수의 동적 지연 업데이트 그룹(204)이 구현될 수도 있다. 동적 지연 업데이트 그룹(204)의 수는 SA(200) 사이즈에 의존할 수도 있다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(202)에 의해 수신되는 초음파 신호는, 각각의 SA(200)에 대한 서브 어퍼쳐 프로세서 내에서 샘플링되고, 지연되고 및/또는 가산될 수 있다. 각각의 서브 어퍼쳐 프로세서는 개개의 트랜스듀서 엘리먼트(202)로 초기 지연 프로파일을 적용하고 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(202)와 관련되는 지연은 또한 시간에 걸쳐 동적으로 업데이트될 수 있다. 특히, 초기 지연 및 업데이트된 지연은, 동적 업데이트된 조종/포커싱 방향을 실현하기 위해 트랜스듀서 엘리먼트(202)로부터 초음파 신호를 수신하는 지연 엘리먼트로, 서브 어퍼쳐 프로세서에 의해, 적용될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 초기 지연은, 예를 들면, 대략 10, 20, 30 나노초 등등일 수 있다. SA(200)의 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 각각과 관련되는 지연 엘리먼트는, 예를 들면, 실질적으로 유사한 초기 지연, 상이한 초기 지연 등등을 지원하도록 구성될 수 있다. 도 7b는 다른 예시적인 SA(200')를 도시하는데, 동적 지연 업데이트 그룹(205'), 예를 들면, 그룹(A, B, C, D 및 E)에 할당되는 트랜스듀서 엘리먼트(202')의 5×5 2D 어레이를 포함한다. 많은 상이한 그룹화 패턴이 가능하며, 그 중 2개가 도 7a 및 도 7b에서 예시된다.
초음파 신호가 트랜스듀서 엘리먼트(202)에 의해 수신되지만, 서브 어퍼쳐 프로세서는 지연 업데이트, 예를 들면, 증가된 지연, 감소된 지연, 정적 지연, 등등을, 트랜스듀서 엘리먼트(202)가 할당되는 그룹(204)에 기초하여 트랜스듀서 엘리먼트(202)와 관련되는 초음파 신호에 적용할 수 있다. 지연 업데이트는, 트랜스듀서 엘리먼트(202)에 의해 수신되는 초음파 신호를 위상에서 실질적으로 정렬하도록 적용될 수 있다. 조종 업데이트 패턴은, 조종 업데이트가 적용되어야 하는 방향, 또는 회전 축을 나타낸다. 상이한 업데이트 패턴은, 필수 회로부를 간단히 하기 위해, 상대적으로 적은 수의 가능한 그룹화 할당으로 근사될 수 있다. 예를 들면, 16개의 상이한 회전축 패턴이 지원될 수도 있는데, 그 중 2개가 도 7a 및 도 7b에 도시된다. 상이한 지연 업데이트 그룹은 다양한 인터벌 또는 크기로 지연 증가 또는 지연 감소를 적용할 수도 있다.
도 8은 각각의 지연 업데이트 그룹, 예를 들면, A, B, C, D 및 E에 대해 시간에 걸친 지연 변화를 갖는 SAP 내의 5개의 엘리먼트에 대한 예시적인 지연 프로파일을 도시한다. 특히, 플롯라인 (a)는 SAP와 관련되는 트랜스듀서 엘리먼트의 각각에 대한 지연 엘리먼트에 적용되는 초기 지연을 예시하는데, 초점 지점에서 단일 방향의 직선 및 편평한 프로파일로 나타나 있다. 지연 엘리먼트 사이의 상대적 지연이 일정하게 유지되는 한, SAP는, 일반적으로 변하지 않는 정적 초점을 유지한다. 초기 SAP 초점은 Δx 및 Δy 조종 파라미터에 의해 결정될 수 있는데, 이들은 x 및 y 방향에서의 지연 경사를 특정한다. SAP에서의 상대적 지연은, SAP의 초점 방향이 변경되도록, SAP에 의해 규칙적인 인터벌로 업데이트될 수 있다. 지연 업데이트를 적용하기 위한 시구간은, 예를 들면, 대략적으로 500 나노초 단계이다.
플롯라인 (b)는 모든 지연 업데이트가 완료된 이후의 예시적인 최종 지연 프로파일을 예시한다. 특히, 플롯라인 (b)는, 서브 어퍼쳐 프로세서가 규칙적인 인터벌로 지연 업데이트를, 그룹화된 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 초음파 신호에 적용하고 있을 때의, 초기 지연 프로파일로부터 파 필드(far field) 프로파일까지의 점진적인 전이를 예시한다. 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 지연 업데이트를 초음파 신호에 적용하는 것에 의해, 수신되는 초음파 신호는 동적 지연 업데이트 그룹의 각각에 대한 위상에서 실질적으로 정렬될 수 있다. 지연 업데이트가 초음파 신호에 적용되기 때문에, SAP에 대한 조종/초점 방향은 이동될 수 있다. 이 예시적인 경우에서, 그룹(A 및 E)에서의 트랜스듀서 엘리먼트에 대한 지연은 그룹(B 및 D)에서의 트랜스듀서 엘리먼트의 레이트의 2배, 또는 크기의 2배로 증가되거나 감소된다. 그룹(C)에서의 트랜스듀서 엘리먼트에 대한 지연은 정적으로 유지된다.
도 9는 예시적인 지연 프로파일이 동적 지연 업데이트 그룹(204), 즉, 그룹(A, B, C, D 및 E)과 연계하여 어떻게 작동하는지를 도시한다. 시간 0(지점 1)에서, 빔이 시작된다. 지점 2에서, 동적 지연 업데이트 증가가 시작되고 그룹(204) 할당에 기초하여 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 초음파 신호에 적용될 수 있다. 지연 업데이트의 크기가 일정하게 남아 있지만, 각각의 그룹(204)에 대한 업데이트 레이트를 변경하는 것에 의해 지연 업데이트가 적용되는 레이트는 변경될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 지연 업데이트는, 2개 이상의 상이한 지연 업데이트 크기를 사용하면서, 동일한 레이트에서 적용될 수도 있다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트와 관련되는 지연은 시간에 걸쳐 평활하게 또는 점진적으로 변경되는 것이 이상적일 것이다. 그러나, 이들 이상적인 지연 곡선은, 소정 수의 양자화된 지연 업데이트 단계를 이용하여 간단한 방식으로 유효하게 근사될 수 있다. 도 9에 도시된 예시적인 지연 프로파일 근사에서, 곡선 (a)', (b)', (c)', (d)' 및 (e)'는 예시적이며 이상적인 엘리먼트 지연인 것이 이해되어야 한다. 곡선 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 대응하는 양자화된 엘리먼트 지연이다. 특히, 그룹(A)에 대한 곡선 (a)는 이상적으로 소망되는 곡선 (a)'에 근사하고, 그룹(B)에 대한 곡선 (b)는 곡선 (b)'에 근사하고, 그룹(D)에 대한 곡선 (d)는 곡선 (d)'에 근사하고, 그룹(E)에 대한 곡선 (e)는 곡선 (e)'에 근사하고, 그리고 그룹(C)에 대한 곡선 (c)는 일정하게 남아 있다. 그룹(A 및 E)이 레이트 카운터에 기초하여, 예를 들면, 500 나노초 인터벌로 서브 어퍼쳐 프로세서로부터 지연 업데이트를 수신하는 동안, 레이트 카운터는 그룹(B 및 D)에 대해 그룹(A 및 E)의 레이트의 절반인 1000 나노초 인터벌로 지연 업데이트를 적용할 수 있다. 또한, 그룹(A 및 E)은 반대 방향, 즉 각각의 증가에 대한 +20 나노초 업데이트 및 각각의 감소에 대한 -20 나노초 업데이트를 각각 수신한다. 마찬가지로, 그룹(B 및 D)은 반대 방향에서 지연 업데이트를 수신한다. 한편, 그룹(C)은 지연 신호에서의 변화 없이 정적으로 남아 있다. 지점 3에서, 동적 업데이트는 정지될 수 있고, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 시간 n에서, 예시적인 초음파 프로브의 동적 초점은, 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 초음파 신호를 동적 지연 업데이트 그룹의 각각에 대한 위상에서 정렬시킨다. 지점 3 이후로부터의 나머지 빔형성용 에러는 작고 거의 의미가 없는 것으로 설명된다.
몇몇 예시적인 실시형태에서, 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 초음파 신호에 대한 이상적인 지연 프로파일은, 3개의 세그먼트를 갖는 간단한 구분적 선형 근사를 이용하여 일반적으로 근사될 수 있다. 제1 시간의 세그먼트 동안, 초기 지연은 정적으로 남아 있다. 제2 세그먼트 동안, 지연 업데이트가 개시하고 시간에 걸친 소정의 지연 업데이트 레이트에 효과적으로 근사한다. 제3 세그먼트 동안, 지연 업데이트는 멈추고 지연은 수신된 기간의 나머지 동안 정적으로 유지된다. 이들 세그먼트에 대한 타이밍은, 3개의 카운터, 예를 들면, 시작 카운터, 레이트 카운터, 및 정지 카운터를 이용하여 간단히 달성될 수도 있다. 예를 들면, 지점 1에서, 서브 어퍼쳐 프로세서는, 시작 카운터에 의해 특정되는 시간의 기간 동안 일정하게 유지되는 초기 지연 프로파일, 즉, 초기 깊이를 트랜스듀서 엘리먼트에 적용할 수 있다. 시작 카운터가 지점 2에서 특정된 값에 도달하면, 서브 어퍼쳐 프로세서 내의 지연은, 지연이 관련되게 되는 그룹에 따라 업데이트될 수 있다. 특히, 업데이트 사이의 시간을 결정하는 지연 업데이트는 레이트 카운터의 어떤 배수로 증가될 수 있고, 그 결과 지연 프로파일 업데이트의 경사를 제어하게 된다. 지연 업데이트의 적용은, 이상적인 지연 프로파일 플롯 라인에 근사하는 단계로서 도 9에서 나타날 수 있다. 지점 2와 지점 3 사이에서, 즉 중간 필드 위치에서, 근사 지연 업데이트는 이상적인 지연 프로파일을 더 가까이 추적하는 것을 알 수 있다. 지연 업데이트의 수는 정지 카운터에 의해 카운트될 수 있고, 지점 3, 즉 정지 깊이에서, 근사 지연 업데이트는 서브 어퍼쳐 프로세서에 의해 정지된다. 트랜스듀서 엘리먼트에 대한 지연은 빔에 대한 수신 기간의 나머지 동안 일정하게 남게 될 것이다.
최적의 서브 어퍼쳐 프로세서 조종/포커싱 방향은 깊이와 함께 변할 것이다. 이상적으로는, 서브 어퍼쳐 프로세서 지연 프로파일은 주목 대상의(of interest) 모든 깊이에 대해 이상적으로 조종될 수신 빔과 함께 업데이트할 수 있다. 소망의 지연 업데이트는 이상적인 파필드 지연 프로파일로부터 이상적인 근접장 또는 초기 지연 프로파일을 감산하는 것에 의해 계산될 수 있다. 나머지 지연 패턴은, 서브 어퍼쳐 프로세서 조종이 소망의 초점 지점을 동적으로 추적하도록, 초점의 깊이가 깊어짐에 따라 점진적으로 적용되어야 할 소망의 동적 지연 업데이트의 합이다.
바람직한 지연 업데이트 그룹 패턴, 또는 회전 축은 x 및 y 방향에서 요구되는 지연 업데이트에 의해 결정될 수 있다. 각각의 회전 축은 ASIC에서 약간의 스위치를 필요로 한다. 복잡도를 낮게 유지하기 위해, 제한된 수의 회전 축을 사용하는 것이 바람직하다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 16개의 회전축은 22.5도의 SAP 조종 분해능(steering resolution)을 제공한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 8개의 회전축은 45도의 SAP 조종 분해능을 제공한다.
회전 축이 결정되면, 각각의 지연 업데이트가 SAP 내의 트랜스듀서 엘리먼트에 적용될 방향이 알려진다. 그러나, 업데이트의 수 및 이들 업데이트의 타이밍은 결정되어야만 한다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 시작, 업데이트 및 정지 카운터는, 논의가 되고 있는 엘리먼트에 대한 이상적인 동적 지연에 대한 평균 지연 에러를 최소화하는 것에 의해 결정된다.
따라서, 예시적인 프로브는 구분적 선형 근사, 즉, 초기 정적 기간, 후속하는 하나 이상의 일정한 업데이트 레이트 기간, 후속하는 파필드에서의 다른 정적 기간으로 지연 곡선을 근사시킨다. 지연 업데이트의 크기 및/또는 업데이트 레이트/빈도는 지연되고 있는 그룹(204)에 기초하여 상이할 수 있다. 특히, 지연 업데이트의 크기는 일정하게 유지될 수 있지만, 업데이트 사이의 시구간은 지연 업데이트의 경사를 변경하도록 각각의 그룹(204)에 대해 조정될 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 지연 곡선 근사는, 이상적인 동적 포커싱 지연을 더 닮도록 비선형일 수 있거나 또는 추가적인 구분적 선형 세그먼트를 포함할 수도 있다.
도 10은 SAP(예를 들면, SAP(48))의 각각 내에서 구현될 수 있는 지연 업데이트 타이밍 컨트롤러(250)의 예시적인 블록도를 도시한다. 도 10과 관련하여, 컨트롤러(250)는, 지연 업데이트의 구분적 선형 근사의 타이밍을 조절하기 위해, 적어도 하나의 카운터, 예를 들면, 시작 카운터(252), 정지 카운터(254), 레이트 카운터(256) 등등을 포함하고 조절할 수 있다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 하나의 카운터는 시작 카운터(252), 정지 카운터(254), 및 레이트 카운터(256)로서 작용할 수 있다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 시작 카운터(252), 정지 카운터(254), 및 레이트 카운터(256)의 기능을 수행하도록, 별개의 카운터가 구현될 수도 있다. 컨트롤러(25)는 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 각각과 관련되는 지연 엘리먼트(예를 들면, 지연 엘리먼트(46))로, 시작 카운터(252)에 의해 특정되는 시간의 기간 동안 일정하게 유지되는 초기 지연 프로파일을 적용할 수 있다. 시작 카운터(252)가 특정된 값, 예를 들면, 컨트롤러(250)에 의해 미리 정해진 값에 도달하거나, 또는 특정된 값으로부터 0으로 카운트 다운되면, 서브 어퍼쳐 프로세서의 지연 엘리먼트 내의 지연은, 트랜스듀서 엘리먼트(202)가 할당되는 그룹(204)에 따라 업데이트될 수 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 몇몇 그룹(204)은 증가될 수 있고, 몇몇 그룹(204)은 감소될 수 있고, 및/또는 몇몇 그룹(204)은 정적으로 유지될 수 있다.
지연 업데이트는, 업데이트 사이의 시간을 결정하는 레이트 카운터(256)의 어떤 배수(또는 인자/분율(fraction))로 증가될 수 있다. 따라서, 지연의 크기는 그룹(204)마다 상이할 수 있다, 예를 들면, 몇몇 지연 엘리먼트는 다른 지연 엘리먼트(202)와 비교하여 2배(또는 1/2배) 레이트 또는 2배(또는 1/2배) 크기로 업데이트될 수 있다. 예를 들면, 레이트 카운터(256)에 기초하여, 지연 업데이트는 그룹(A 및 E)에 대해 100 나노초 기간에, 그룹(B 및 D)에 대해 200 나노초 기간에 적용될 수 있고, 그리고 그룹 C에 대해 적용되지 않을 수 있다. 따라서, 지연 업데이트 크기가 1.0이면, 그룹(A)은 +1.0의 지연 증가를 수신할 수 있고, 그룹(E)은 -1.0의 지연 감소를 수신할 수 있고, 그룹(B)은 +0.5의 지연 증가를 수신할 수 있고, 그룹(D)은 -0.5의 지연 증가를 수신할 수 있고, 그룹(C)은 정적인 지연을 수신할 수 있다, 즉 신호가 일정하게 유지될 것이다. 특히, 일 실시형태에서, 하나의 빔에 대해, 그룹(A 및 B)은 한 방향에서의 지연 수정치를 수신하고 그룹 D 및 E는 반대 방향에서의 지연 수정치를 수신할 수 있다. 업데이트의 수는 정지 카운터(254)에 의해 추가로 관리될 수 있다. 정지 카운터(254)는 소망의 지연 업데이트의 수를 카운트할 수도 있고, 정지 카운터(254)가 특정된 값, 예를 들면, 컨트롤러(250)에 의해 미리 정해진 값에 도달하면, 동적 지연 업데이트는 서브 어퍼쳐 프로세서에 의해 정지될 수 있다. 지연 업데이트가 정지되면, 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 각각과 관련되는 지연 엘리먼트에 대한 지연은 빔 수신 기간의 나머지에 대해 일정하게 유지될 수 있다.
동적 지연 업데이트 그룹(204)의 할당, 초기 지연의 크기, 및/또는 지연 업데이트의 크기는, 각각의 빔에 대해 서브 어퍼쳐 프로세서의 컨트롤러(250)에 의해 재평가되고 재할당될 수 있다. 따라서, 동적 지연 업데이트 프로파일이 각각의 빔에 대해 시간에 걸쳐 변경될 수 있는 동안, 초기 지연 프로파일은 빔의 소망의 조종에 의해 정의될 수 있고 각각의 빔에 대해 업데이트될 수 있다. 서브 어퍼쳐 프로세서는 또한, SA(예를 들면, SA(42, 200))의 모든 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 초음파 신호를 더할 수 있고, 프로브 외부의 메인 프로세싱 유닛으로 전달될 수 있는 전체 SA에 대한 SAP의 출력으로서의 하나의 채널을 구현할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 5×5 SA에 대해 25개의 채널을 구현하는 대신, 하나의 채널이 사용될 수 있고, 그 결과 초음파 프로브와 메인 프로세싱 유닛 사이에서 연장하는 케이블 또는 와이어의 수를 줄이게 된다. 지연에 대해 구분적 선형 근사를 활용하는 것 및 위상 정렬된 신호를 각각의 서브 어퍼쳐에 대한 단일의 채널로 후속하여 결합하는 것은, 동적 빔형성기를 구현하기 위한 복잡성을 크게 감소시킬 수 있고 필요로 되는 실리콘 면적을 감소시킬 수도 있다. 엘리먼트에 대해 필요한 전체 회로부가 트랜스듀서 엘리먼트의 사이즈보다 작거나 또는 거의 동일하면, ASIC은 트랜스듀서 스택 바로 뒤에 위치될 수 있다. 감소된 실리콘 면적은 신호 프로세싱에 대해 그리고 초음파 프로브의 전력 요건에 대해 또한 유익할 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 4에 도시된 어퍼쳐 상의 상이한 위치에서 있는 두 개의 SAP에 대한 예시적인 조종 플롯이 예시된다. 특히, 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이의 에지 근처의 SAP는 구분적 선형 곡선 (a)에 의해 표현되고 곡선 (a')에 의해 근사되며 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이 중심 근처의 SAP는 곡선 (b)에 의해 표현되며 곡선 (b')에 의해 근사된다. 위에서 설명된 바와 같이, 초기 지연은, 시작 카운터(252)에 의해 특정된 값이 도달될 때까지 시구간(A) 동안 각각의 SAP에 대해 적용된다. 그 다음, 지연 업데이트 근사는 레이트 카운터(256)에 의해 결정되는 레이트에 기초하여 시구간(B) 동안 각각의 SAP에 적용된다. 지연 업데이트의 특정된 수가 시구간(C)에서 도달되면, 정지 카운터(254)는 지연 업데이트를 정지할 수 있고 빔의 나머지에 대해 정적 지연이 유지된다.
예시적인 실시형태가 본원에서 설명되었지만, 이들 실시형태는 제한으로서 간주되지 않고, 대신 본원에서 명시적으로 설명된 것에 대한 추가예 및 수정예도 본 발명의 범위 내에 또한 포함된다는 것을 명시적으로 유의해야 한다. 또한, 본원에서 설명된 다양한 실시형태의 특징은, 상호 배타적이지 않으며, 비록 다양한 조합예 및 치환예가 본원에서 명확하게 이루어지지 않았지만, 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않으면서, 이러한 다양한 조합예 및 치환예에서 존재할 수 있다는 것이 이해되어야만 한다.

Claims (22)

  1. 동적인 빔형성이 가능한 서브 어퍼쳐 프로세싱을 갖는 초음파 프로브로서,
    상기 초음파 프로브에 서브 어퍼쳐를 형성하는 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이 - 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트는 적어도 트랜스듀서 엘리먼트의 제1 그룹과 트랜스듀서 엘리먼트의 제2 그룹을 포함한 복수의 동적 지연 업데이트 그룹으로 분할되어 있음 - , 및
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트에 상기 빔형성을 하기 위한 지연량의 초기값을 이용한 초기 지연을 적용하고, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 빔형성을 하기 위해 설정되는 지연량을 업데이트하는 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성된 서브 어퍼쳐 프로세서
    를 포함하고,
    상기 지연 업데이트는 지연량의 시간 변화를 나타내는 지연 프로파일이 소정의 지연 프로파일에 근사하도록, 미리 정해진 시구간(time period) 동안 반복적으로 상기 초음파 신호에 대해 적용되며, 상기 지연 프로파일은 상기 동적 지연 업데이트 그룹에 의존하는 것인 초음파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는 제1 지연 수정치를 상기 서브 어퍼쳐 내의 트랜스듀서 엘리먼트의 상기 제1 그룹에 그리고 제2 지연 수정치를 상기 서브 어퍼쳐 내의 트랜스듀서 엘리먼트의 상기 제2 그룹에 적용하도록 구성되고, 상기 제1 지연 수정치는 상기 제2 지연 수정치와는 상이한 것인 초음파 프로브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 지연 수정치 및 상기 제2 지연 수정치는 지연 증가 또는 증가 감소로서 상이한 방향에서 적용되는 것인 초음파 프로브.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 내의 상기 동적 지연 업데이트 그룹은 두 개 이상의 상이한 레이트에서 업데이트되는 것인 초음파 프로브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서에 의해 적용되는 상기 지연 업데이트는, 상기 동적 지연 업데이트 그룹의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 상기 소정의 지연 프로파일의 구분적 선형 근사(piecewise linear approximation)인 것인 초음파 프로브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호를 전송하도록 구성되고, 상기 서브 어퍼쳐 프로세서는 상기 초음파 신호의 초점 지점(focal point)을 특정하기 위해 상기 초음파 신호에 상기 초기 지연을 적용하도록 구성되는 것인 초음파 프로브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는, 상기 동적 지연 업데이트 그룹의 각각에 대해 상기 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 상기 초음파 신호를 위상에 있어서 실질적으로 정렬하기 위해, 상기 초음파 신호에 상기 지연 업데이트를 적용하도록 구성되는 것인 초음파 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는 상기 지연 업데이트에 있어서의 지연의 제1 세트로 제1 빔을 프로세싱하고 상기 지연 업데이트에 있어서의 지연의 제2 세트로 제2 빔을 프로세싱하도록 구성되고, 상기 지연의 제1 세트는 상기 지연의 제2 세트와는 상이한 것인 초음파 프로브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 지연 업데이트를 적용하기 위한 레이트를 설정하도록 구성되는 것인 초음파 프로브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 적용되는 상기 초기 지연에 있어서의 상기 초기값의 크기를 설정하도록 구성되는 것인 초음파 프로브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지연 업데이트는 증가된 지연, 정적 지연, 또는 감소된 지연 중 하나인 것인 초음파 프로브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 초기 지연에 있어서의 상기 초기값의 제1 세트를 적용하도록, 시작 카운터에 응답하여 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 지연 업데이트의 적용을 시작하도록, 레이트 카운터에 의해 특정되는 인터벌로 지연 업데이트의 적용을 계속하도록, 그리고 정지 카운터에 응답하여 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 대한 상기 지연 업데이트의 적용을 정지하도록 구성되는 것인 초음파 프로브.
  13. 동적인 빔형성을 갖는 초음파 시스템에 있어서,
    서브 어퍼쳐를 형성하는 트랜스듀서 엘리먼트의 어레이를 포함하는 초음파 프로브 - 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트는 적어도 트랜스듀서 엘리먼트의 제1 그룹과 트랜스듀서 엘리먼트의 제2 그룹을 포함한 복수의 동적 지연 업데이트 그룹으로 분할되어 있음 - , 및
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트에 상기 빔형성을 하기 위한 지연량의 초기값을 이용한 초기 지연을 적용하고, 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 빔형성을 하기 위해 설정되는 지연량을 업데이트하는 지연 업데이트를 동적으로 적용하도록 구성된 서브 어퍼쳐 프로세서
    를 포함하고,
    상기 지연 업데이트는 지연량의 시간 변화를 나타내는 지연 프로파일이 소정의 지연 프로파일에 근사하도록, 미리 정해진 시구간(time period) 동안 반복적으로 상기 초음파 신호에 대해 적용되며, 상기 지연 프로파일은 상기 동적 지연 업데이트 그룹에 의존하는 것인 초음파 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는 적어도 하나의 카운터를 포함하는 것인 초음파 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐 프로세서는, 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 초기 지연을 적용하도록, 적어도 하나의 카운터에 응답하여 지연 업데이트를 적용하도록, 상기 적어도 하나의 카운터가 특정된 값에 도달할 때마다 특정된 레이트로 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 지연 업데이트를 적용하도록, 그리고 특정된 수의 지연 업데이트가 완료된 이후 상기 지연 업데이트를 정지하도록 구성되는 것인 초음파 시스템.
  16. 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    초음파 프로브에 배치되는 서브 어퍼쳐의 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 빔형성을 하기 위한 지연량의 초기값을 이용한 초기 지연을 적용하는 단계;
    적어도 트랜스듀서 엘리먼트의 제1 그룹과 트랜스듀서 엘리먼트의 제2 그룹을 포함한 복수의 동적 지연 업데이트 그룹으로 상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트를 분할하는 단계; 및
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 상기 초음파 신호에 상기 빔형성을 하기 위해 설정되는 지연량을 업데이트하는 지연 업데이트를 적용하는 단계
    를 포함하고,
    상기 지연 업데이트는 지연량의 시간 변화를 나타내는 지연 프로파일이 소정의 지연 프로파일에 근사하도록, 미리 정해진 시구간 동안 반복적으로 상기 초음파 신호에 대해 적용되고, 상기 지연 프로파일은 상기 동적 지연 업데이트 그룹에 의존하는 것인, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트를 통해 초음파 신호를 송신하는 단계 및 상기 초음파 신호의 초점 지점을 특정하도록 서브 어퍼쳐 프로세서를 통해 상기 초음파 신호에 상기 초기 지연을 적용하는 단계를 더 포함하는, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트를 통해 초음파 신호를 수신하는 단계 및 상기 동적 지연 업데이트 그룹의 각각에 대해 상기 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 수신되는 상기 초음파 신호를 위상에 있어서 실질적으로 정렬하기 위해 서브 어퍼쳐 프로세서를 통해 상기 초음파 신호에 상기 지연 업데이트를 적용하는 단계를 더 포함하는, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 지연 업데이트에 있어서의 지연의 제1 세트를 사용하여 제1 빔을 프로세싱하고 상기 지연 업데이트에 있어서의 지연의 제2 세트를 사용하여 제2 빔을 프로세싱하는 단계를 더 포함하고, 상기 지연의 제1 세트는 상기 지연의 제2 세트와는 상이한 것인, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 지연의 제1 및 제2 세트의 각각에 대한 상기 지연 업데이트에 대해 상이한 지연 증가 또는 감소를 적용하는 단계를 더 포함하는, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 지연의 제1 및 제2 세트의 각각에 대한 상기 지연 업데이트에 대해 상이한 지연 업데이트 기간을 적용하는 단계를 더 포함하는, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 서브 어퍼쳐의 상기 트랜스듀서 엘리먼트와 연관되는 초음파 신호에 상기 지연 업데이트를 개별적으로 적용하기 위한 레이트를 설정하는 단계를 더 포함하는, 동적인 빔형성으로 초음파 신호를 수신하는 방법.
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