TWI440878B - 超音波接收模組、方法及系統 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種超音波接收模組、方法及系統。
一般而言，超音波波束成像器包括傳送端與接收端兩個部份。傳送端主要控制每一個通道所需的時序以達到波束聚焦及偏移的效果，並給予每個通道不同的權重值以提升成像品質。接收端則針對每個通道接收到的訊號進行延遲加總(delay and sum，DAS)的動作。所謂的延遲加總係指探頭上的各個通道相對於聚焦點位置之路徑長度不同，因而施作延遲補償使得訊號可以得到最大的相加性干涉。如此一來，超音波波束成像器取得任意的訊號組合以提供主控器產生灰階影像或是血液流動資訊等。
目前某些商用超音波成像裝置的探頭通道數依規格與應用而不盡相同，需要進一步考慮相容性或可擴充性。某些裝置更對於每一通道的訊號都需要一組後級的處理單元以進行後續的成像運算處理。
本揭露是有關於一種超音波接收模組、方法及系統。
根據本揭露之第一方面，提出一種超音波接收模組，包括N組位移暫存器陣列、一延遲控制器、N個先入先出緩衝器、一時間多工器、一乘法器以及一累加器，N為正整數。N組位移暫存器陣列用以分別儲存對應N個通道之N個回波訊號，每一組位移暫存器陣列包括延遲濾波單元與用以儲存回波訊號之串接的M個位移暫存器，M為正整數。延遲控制器用以依據一延遲表決定每一個通道對應的延遲時間，並給定一組係數至延遲濾波單元以對M個位移暫存器的資料進行內插運算而得到一輸出值。N個先入先出緩衝器耦接至N組位移暫存器陣列以分別暫存N個輸出值。時間多工器用以依據每一個通道對應的延遲時間依序切換輸出N個輸出值。乘法器用以將從時間多工器接收之輸出值乘上對應該通道之一權重值為一校正值。累加器用以累加N個校正值為一成像值。
根據本揭露之第二方面，提出一種超音波接收方法，包括下列步驟。分別儲存對應N個通道之N個回波訊號於N組位移暫存器陣列，每一組位移暫存器陣列包括延遲濾波單元與用以儲存回波訊號之串接的M個位移暫存器，N及M為正整數。利用一延遲控制器給定一組係數至延遲濾波單元以對M個位移暫存器的資料進行內插運算而得到一輸出值。利用N個先入先出緩衝器以暫存N個輸出值。利用延遲控制器以依據一延遲表決定每一個通道對應的延遲時間，並據以控制一時間多工器依序切換輸出N個輸出值。利用一乘法器以將從時間多工器接收之輸出值乘上對應該通道之一權重值為一校正值。利用一累加器以累加N個校正值為一成像值。
根據本揭露之第三方面，提出一種超音波接收系統，包括S個孔徑單元、一類比數位轉換單元、S個如前述之超音波接收模組、S個先入先出緩衝器以及一加法器，S為正整數。每一個孔徑單元包括N個孔徑元件以接收N個回波，N為正整數。類比數位轉換單元用以轉換S×N個回波為S×N個回波訊號。S個超音波接收模組分別對應至S個孔徑單元，並用以得到S個成像值。S個先入先出緩衝器用以暫存S個成像值。加法器用以加總S個成像值。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露所提出之超音波接收模組、方法及系統，每一個接收模組可獨立處理多個通道之回波訊號，且多個接收模組可組合以處理更多通道或多線獲取(multiple line acquisition，MLA)模式下之更多回波訊號。
請參照第1圖，其繪示依照一實施例之超音波接收模組之方塊圖。於第1圖中，茲舉N等於4為例做說明，然並不限於此，N為正整數。超音波接收模組100包括N組位移暫存器陣列110_1~110_4、一延遲控制器120、N個先入先出(FIFO)緩衝器130_1~130_4、一時間多工器140、一乘法器150以及一累加器(accumulator)160。於第1圖中，N個孔徑元件(aperture element)10接收對應於N個通道之N個回波。類比數位轉換單元20轉換此N個回波為對應於N個通道之N個回波訊號。
每一組位移暫存器陣列110_1~110_4包括一延遲濾波單元(delay filter unit)與串接的M個位移暫存器R1
~RM
，M為正整數且可由後續欲進行的內插處理決定M的數值。每一個通道的回波訊號依時序儲存至對應的位移暫存器R1
~RM
中。延遲控制器120從一延遲表(delay table)讀取所欲還原的深度點中每一個通道對應的延遲時間，並依據所需之精確度給定每個通道中延遲濾波單元對應的一組係數，以對M個位移暫存器R1
~RM
的資料進行內插運算而得到一輸出值。其中，此組係數中之M個係數值為2的冪次方，例如為20
、2-1
、2-2
、…。
請參照第2圖，其繪示依照一實施例之內插運算之示意圖。於第2圖中，in1
~inM
為位移暫存器R1
~RM
中之數值，而C1
~CM
為延遲控制器120所給定之係數。在此實施例中，係數C1
~CM
為2的冪次方，搭配位移的運算可得乘法之效果。由於類比數位轉換單元20取樣頻率的限制，取樣後的數值其對應的延遲時間僅為取樣頻率的倍數，因此需要延遲控制器120依據延遲表中的數值給定此組系數以進行輔助的內插運算來得到精確的時間延遲。當位移暫存器R1
~RM
填滿之後，利用管線並行的特性，即可在每個時脈週期(Clock Cycle)得到內插運算後之一輸出值。
N個先入先出緩衝器130_1~130_4耦接至N組位移暫存器陣列110_1~110_4，並分別暫存N個輸出值以調節速度。由於每一個通道接收到回波的時間不同，故時間多工器140利用時間分工的方式，依據每一個通道對應的延遲時間依序切換輸出對應的輸出值至後級的乘法器以進行截趾(apodization)運算。乘法器150將從時間多工器140接收之輸出值乘上對應通道之一權重值以減低旁瓣(side lobe)效應而得到一校正值，此權重值例如由一截趾控制器所決定。當每一個通道皆完成對應的權重值運算後，累加器160累加N個校正值為一成像值。
當超音波接收模組可以處理之N個通道數少於實際使用的通道數時，可以使用多個超音波接收模組來完成波束成像。請參照第3圖，其繪示依照一實施例之超音波接收系統之示意圖。超音波接收系統300包括S個孔徑單元15、一類比數位轉換單元20、S個超音波接收模組100、S個先入先出緩衝器310以及一加法器320，S為正整數。每一個孔徑單元包括N個孔徑元件以接收N個回波。類比數位轉換單元20轉換S×N個回波為S×N個回波訊號。S個超音波接收模組100分別對應至S個孔徑單元10，並用以得到S個成像值。由於每一個超音波接收模組的處理速度不一，S個先入先出緩衝器310用以暫存S個成像值以達到時間上的一致性。是故，加法器320可以在相同時間內加總S個成像值，以得到對應某一個深度點的波束輸出。
舉例來說，若超音波接收系統300對應至32個通道，而每一個超音波接收模組100可以處理對應8個通道的回波，如此僅需4組超音波接收模組100即可實現32通道之波束成象功能。若超音波波束成像器之接收端使用1：Y的多線獲取模式，亦不用更改超音波接收模組100的硬體架構而採用Y組超音波接收模組100即可以達到擴充的需求。
本揭露更提出一種超音波接收方法，包括下列步驟。分別儲存對應N個通道之N個回波訊號於N組位移暫存器陣列，每一組位移暫存器陣列包括延遲濾波單元與用以儲存回波訊號之串接的M個位移暫存器，N及M為正整數。利用一延遲控制器給定一組係數至延遲濾波單元以對M個位移暫存器的資料進行內插運算而得到一輸出值。利用N個先入先出緩衝器以暫存N個輸出值。利用延遲控制器以依據一延遲表決定每一個通道對應的延遲時間，並據以控制一時間多工器依序切換輸出N個輸出值。利用一乘法器以將從時間多工器接收之輸出值乘上對應該通道之一權重值為一校正值。利用一累加器以累加N個校正值為一成像值。
上述超音波接收方法之原理係已詳述於超音波接收模組100及其相關內容中，故於此不再重述。
本揭露上述實施例所揭露之超音波接收模組、方法及系統，每一個接收模組可獨立處理多個通道之回波訊號，且多個接收模組可組合以處理更多通道或多線獲取模式下之更多回波訊號。此外，利用位移暫存器陣列接收回波訊號不僅可以避免記憶體繁雜的讀寫計算，更可利用管線並行的方式在每個時間週期內完成內插運算而達到精確的延遲需求。更進一步地，利用時間多工的方式每次切換一組通道進行截趾運算，可以簡化成每一個超音波接收模組中的所有通道僅需共同一組後級的乘法器，可以有效的減少硬體資源。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．孔徑元件
15．．．孔徑單元
20．．．類比數位轉換單元
100．．．超音波接收模組
110_1~110_4．．．位移暫存器陣列
R1
~RM
．．．位移暫存器
114_1~114_4．．．延遲濾波單元
120．．．延遲控制器
130_1~130_4、310．．．先入先出緩衝器
140．．．時間多工器
150．．．乘法器
160．．．累加器
300．．．超音波接收系統
320．．．加法器
第1圖繪示依照一實施例之超音波接收模組之方塊圖。
第2圖繪示依照一實施例之內插運算之示意圖。
第3圖繪示依照一實施例之超音波接收系統之示意圖。
10．．．孔徑元件
20．．．類比數位轉換單元
100．．．超音波接收模組
110_1~110_4．．．位移暫存器陣列
R1
~RM
．．．位移暫存器
114_1~114_4．．．延遲濾波單元
120．．．延遲控制器
130_1~130_4．．．先入先出緩衝器
140．．．時間多工器
150．．．乘法器
160．．．累加器
Claims (8)
- 一種超音波接收模組，包括：N組位移暫存器陣列，用以分別儲存對應N個通道之N個回波訊號，每一組位移暫存器陣列包括一延遲濾波單元與用以儲存該回波訊號之串接的M個位移暫存器，N及M為正整數；一延遲控制器，用以依據一延遲表決定每一個通道對應的延遲時間，並給定一組係數至該延遲濾波單元以對該M個位移暫存器的資料進行內插運算而得到一輸出值；N個先入先出緩衝器，耦接至該N組位移暫存器陣列以分別暫存該N個輸出值；一時間多工器，用以依據每一個通道對應的延遲時間依序切換輸出該N個輸出值；一乘法器，用以將從該時間多工器接收之該輸出值乘上對應該通道之一權重值為一校正值；以及一累加器，用以累加該N個校正值為一成像值。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波接收模組，其中該N個回波訊號係由一類比數位轉換單元轉換通過N個孔徑元件之N個回波而得到。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波接收模組，其中該組係數之M個係數值各為2的冪次方。
- 一種超音波接收方法，包括：分別儲存對應N個通道之N個回波訊號於N組位移暫存器陣列，每一組位移暫存器陣列包括一延遲濾波單元與用以儲存該回波訊號之串接的M個位移暫存器，N及M為正整數；利用一延遲控制器給定一組係數至該延遲濾波單元以對該M個位移暫存器的資料進行內插運算而得到一輸出值；利用N個先入先出緩衝器以暫存該N個輸出值；利用該延遲控制器以依據一延遲表決定每一個通道對應的延遲時間，並據以控制一時間多工器依序切換輸出該N個輸出值；利用一乘法器以將從該時間多工器接收之該輸出值乘上對應該通道之一權重值為一校正值；以及利用一累加器以累加該N個校正值為一成像值。
- 如申請專利範圍第4項所述之超音波接收方法，更包括：利用一類比數位轉換單元轉換通過N個孔徑元件之N個回波而得到該N個回波訊號。
- 如申請專利範圍第4項所述之超音波接收方法，其中該組係數之M個係數值各為2的冪次方。
- 一種超音波接收系統，包括：S個孔徑單元，每一個孔徑單元包括N個孔徑元件以接收N個回波，S及N為正整數；一類比數位轉換單元，用以轉換該S×N個回波為S×N個回波訊號；S個如申請專利範圍第1項所述之超音波接收模組，分別對應至該S個孔徑單元，並用以得到S個成像值；S個先入先出緩衝器，用以暫存該S個成像值；以及一加法器，用以加總該S個成像值。
- 如申請專利範圍第7項所述之超音波接收系統，其中該組係數之M個係數值各為2的冪次方。
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|---|---|---|---|
| TW100139195A TWI440878B (zh) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | 超音波接收模組、方法及系統 |
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| TW100139195A TWI440878B (zh) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | 超音波接收模組、方法及系統 |
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