TWI671059B - 超音波成像壓縮方法和設備 - Google Patents

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Abstract

為了實施單晶片的超音波成像的解決方案，晶片上的信號處理可被採用在接收信號的路徑中以降低資料頻寬，並且一輸出資料模組可被用來以一數位資料串流來將所有接收的通道之資料移動到晶片外。接收到的信號之晶片上的數位化係容許先進的數位信號處理能夠在晶片上加以執行，並且因此允許一整個超音波成像系統能夠完全整合在單一半導體基板上。接收到的信號之晶片上的數位化亦致能超音波處理及/或預處理之晶片上的整合，以降低在晶片外的計算上之負擔。資料壓縮架構係被揭示，以使得資料根據標準的市售輸出介面的頻寬需求而以一數位資料串流傳輸到晶片外變得容易。

Description

超音波成像壓縮方法和設備
本揭露內容的特點是有關於超音波成像設備及方法。
相關申請案之交互參照
本申請案係根據第35號美國法典第119條(e)項來主張2014年4月18日申請的美國臨時專利申請案序號61/981,491，在代理人文件編號B1348.70009US00下的名稱為"超音波成像壓縮方法和設備"的益處，該美國臨時專利申請案係以其整體被納入在此作為參考。
習知的超音波掃描器一般是包含離散的換能器(transducer)以及控制的電子電路。該控制的電子電路通常並未和換能器整合，而是分開地加以形成及容置。
用於醫療應用的超音波換能器探針通常產生大量的資料，因為這是產生用於醫療應用的超音波影像所需的。所要的影像的品質及複雜度越高，則通常需要更多的資料。通常，該資料係利用纜線以從換能器探針被傳輸至分開被容置的控制的電子電路。
本揭露內容係詳述一種利用一超音波換能器為基礎的成像器所獲得的資料之晶片上的壓縮之架構的各種特點。在某些實施例中，晶片上的信號處理(例如，資料壓縮)例如可被採用在接收信號的路徑中，以降低資料頻寬。例如，在此所述的某些晶片上的壓縮架構可被配置以壓縮全即時的3D超音波成像資料至一程度是，該被壓縮的資料可以用一數位資料串流(stream)，利用一消費者等級的介面(例如，USB 3.0、USB 3.1、USB 2.0、Thunderbolt、Firewire等等)而被傳輸到晶片外。接收到的信號之晶片上的數位化係容許先進的數位信號處理能夠在晶片上被執行，並且因此容許一整個超音波成像系統完全或實質完全的整合在單一半導體基板上。在某些實施例中，一種完全的"超音波系統單晶片"的解決方案係被提出。
某些實施例係針對於一種用於處理從一超音波換能器元件輸出的一信號之方法。該方法係包括在一構件被整合在一和該超音波換能器元件相同的半導體晶粒上，藉由壓縮從該超音波換能器元件輸出的該信號以產生一經壓縮的信號，其中該經壓縮的信號係被配置以一資料串流而從該半導體晶粒被發送出。
某些實施例係針對於一種方法，其係包括執行複數個藉由和該晶片整合的一陣列的超音波換能器所產生的超音波信號之晶片上的壓縮。
某些實施例係針對於一種超音波裝置，其係包括至少一整合在一半導體晶粒上的超音波換能器元件；以及一壓縮電路，其係被整合在該半導體晶粒上，被配置以壓縮從該至少一超音波換能器元件輸出的一信號，其中該經壓縮的信號係被配置以一資料串流而從該半導體晶粒被發送出。
某些實施例係針對於一種超音波裝置，其係包括至少一整合在一半導體晶粒上的超音波換能器元件；以及一影像重建電路，其係被整合在該半導體晶粒上，被配置以至少部分根據從該至少一超音波換能器元件輸出的一信號來執行一影像重建過程的至少一部分。
某些實施例係針對於一種方法，其係包括至少部分根據從至少一與該晶片整合的超音波換能器輸出的一信號來執行一晶片上的影像重建過程的至少一部分。
某些實施例係針對於一種用於處理從一超音波換能器元件輸出的一信號之方法。該方法係包括在一構件被整合在一和該超音波換能器元件相同的半導體晶粒上，至少部分根據從該至少一超音波換能器元件輸出的該信號來執行一影像重建過程的至少一部分。
某些實施例係針對於一種超音波裝置，其係包括至少一整合在一半導體晶粒上並且被配置以產生一成像信號的超音波換能器元件；控制電路，其被配置以產生該超音波裝置的多個成像操作模式；以及壓縮電路，其係被整合在該半導體晶粒上，被配置以利用複數個壓縮機制中之一，至少部分根據一所選的成像操作模式來壓縮該成像信號。
某些實施例係針對於一種用於處理從至少一超音波換能器元件輸出的一信號之方法。該方法係包括決定一包括該至少一超音波換能器元件之超音波裝置的一成像操作模式；以及利用複數個壓縮機制中之一至少部分根據該被決定的(例如，被程式化的)成像操作模式所選的壓縮機制，來壓縮由該超音波裝置所記錄的資料。
應該體認到的是，先前的概念與在以下更加詳細描述的額外概念(假設此種概念不是相互不一致)的所有組合都被思及為在此揭露的本發明的標的之部分。
申請人已經體認到習知的超音波掃描器所欠缺的換能器與控制電路的整合部分是為超音波換能器探針所收集並且被用來產生超音波影像的大量資料所需的。相應地，申請人已經體認到用於降低或者是處理此種大量的資料之適當的裝置配置及技術，同時仍然容許在適當的品質下產生所要的超音波影像類型，此將會使得以一種小型的形式來具有超音波換能器以及控制的電子電路之整合的超音波裝置的達成變得容易。本揭露內容係藉由提供獨特、有成本效益並且可擴充的整合的資料壓縮架構以降低資料頻寬，同時提供足夠強健以用於先進的成像應用之資料來解決此問題。因此，本申請案的特點是提供一種可被使用於具有整合的超音波換能器(例如，CMOS超音波換能器)及電路之單一基板的超音波裝置之架構。
於是，本揭露內容的某些特點係提供新穎的設備、系統及方法，其係藉由提供一種具有被製造在和一完全數位的超音波前端相同的晶粒上之超音波換能器陣列的直接整合之強健且高度整合的"超音波系統單晶片"，來推動超音波影像處理的進步。如同在此所用的，"被製造/整合在相同的晶粒上"是表示被整合在相同的基板上、或是利用3D晶片封裝技術所整合的一或多個堆疊的晶粒來加以整合。根據本揭露內容的某些特點，這些架構可以容許充分的存取維持獨立的資料之數位化的通道，以容許使用目前最佳技術之現成的計算平台來用於執行複雜的影像形成及/或處理演算法。在至少某些實施例中，僅作為一例子的高解析度的3D體積的成像可以利用在此所述的用於資料縮減及處理之裝置及技術來加以執行。
圖1A係展示體現本揭露內容的各種特點之一種整合的超音波裝置100之一舉例說明的例子。如圖所示，該裝置100係包含複數個形成在一半導體晶粒112上的電路，其包含發送(TX)控制電路104、類比接收(RX)電路103、接收(RX)壓縮電路130、以及接收(RX)緩衝器記憶體140。這些電路的每一個可包含一或多個額外的電路。例如，TX控制電路104可包含TX波形產生器、TX參數及控制暫存器、用以驅動一陣列的聲波元件之類比脈衝(pulsar)電路、及/或實施一延遲的波形分布功能之電路。
圖1B係展示圖1A的超音波裝置100，其包含在圖1A中所示的元件以及額外被納入在半導體晶粒112上的元件。例如，在圖1B中的裝置100係額外包含一或多個換能器配置(例如，陣列)102、一時序及控制電路108、以及一電源管理電路118。
類比RX電路103可包含類比信號鏈路構件，其係處理從複數個超音波換能器元件輸出的信號。該超音波換能器元件的超音波換能器可以是具有任何適當的類型，並且在某些實施例中是電容性微加工的超音波換能器(CMUT)，其可以容許在目前驅動電子產業之相同的半導體晶圓代工中製造高品質的超音波換能器。此種CMUT可被形成在和積體電路相同的基板(例如，一矽基板)中，且/或被形成在其上。
在一特點中，類比RX電路103可包含複數個列(例如，四個列)。每個列可包含用於在一超音波換能器陣列中的一整行的感測器之類比信號鏈路元件(例如，144個元件)。在某些實施例中，在類比RX電路103中的一或多個構件(例如，一自動增益控制構件)可以藉由一時間增益補償(TGC)電路160來加以控制，該TGC電路160係補償從一成像的物體中的不同深度所接收到的信號(例如，藉由根據該信號被接收到的時序來提供可變的增益)。TGC電路160可被納入作為在以下敘述的RX壓縮電路130的一部分。一用於TGC電路160之舉例說明的架構係在以下相關圖4來更詳細地加以論述。
RX壓縮電路130可包含用於處理來自類比RX電路103的輸出之電路。在某些實施方式中，如同在以下更詳細論述的，RX壓縮電路130可包含被配置以縮減從類比RX電路103接收到的資料的一資料頻寬之電路。例如，RX壓縮電路130可包含被配置以藉由濾波、平均、取樣、降取樣(decimating)、及/或利用其它技術來處理接收到的資料以提供晶片上的壓縮之電路，以使得經處理的資料能夠在一所要的資料速率下被發送到晶片外。RX壓縮電路130可包含用於執行資料壓縮的類比及/或數位構件，並且實施例並未受限於該壓縮電路之特定的特點是否利用一類比架構、一數位架構、或是利用類比及數位構件的一組合來加以實施。例如，在以下更詳細敘述的數位混合電路可以替代的是利用一類比外差(heterodyning)電路來加以實施，以提供等同的功能。此外，其它包含但不限於通道加總、動態延遲、以及頻率濾波的特點亦可以利用數位及/或類比構件來加以實施，因而實施例並不受限於此方面。
RX壓縮電路130亦可包含其它構件，其包含RX控制及參數暫存器。此外，RX壓縮電路130可以和至少一被整合在晶粒112上的微處理器(未顯示)相關的，該微處理器至少部分可被使用來壓縮由RX壓縮電路130所處理的數位信號。
如同在以下更詳細地論述的，RX緩衝器記憶體140可被配置以在發送該資料到晶片外之前，暫時儲存RX壓縮電路130的輸出。
在某些實施例中，內含以作為RX壓縮電路130的一部分的構件亦被展示。如上所論述，本揭露內容的某些實施例係提供資料壓縮架構，以使得資料在一與具有一最大的資料頻寬之輸出介面114相容的資料速率下，以一資料串流從半導體晶粒112傳輸離開變得容易。在某些實施例中，該資料串流可以是一串列的資料串流。RX壓縮電路130的構件(在此亦被稱為"壓縮電路")可被配置以利用一或多種資料壓縮技術來提供資料壓縮，資料壓縮技術的例子係在此被描述。如圖所示，RX壓縮電路130係包含一RX控制電路106以及一信號調節/處理電路110。RX控制電路106進一步包含一資料縮減電路132，其被配置以處理從類比RX電路103的類比信號鏈路元件接收到的資料。在以下更詳細論述的資料縮減電路132可包含被配置以在執行一影像重建過程的至少一部分之前，在信號上執行資料壓縮之電路。在某些實施例中，如同由在資料縮減電路132與緩衝器記憶體140之間的選配的資料路徑所代表的，資料縮減電路132的至少某些輸出可以在不藉由信號調節/處理電路110進一步加以處理下被提供至緩衝器記憶體140。
在該展示的例子中，資料縮減電路132可包含類比壓縮電路、一類比至數位轉換器(ADC)、以及數位壓縮電路。該ADC例如可以包括一10位元的每秒1、5、10或20百萬樣本(Msps)、40Msps、50Msps或是80Msps的ADC。該ADC可以替代地具有任何所要的解析度，其包含但不限於1位元、4位元、16位元或是20位元。可被使用的ADC之舉例說明的類型係包含但不限於一連續漸進暫存器(SAR)ADC、一快閃ADC、一管線ADC、一三角積分ADC、一多斜率ADC、以及一時間交錯的ADC。在某些實施例中，該ADC可以取樣在一比接收到的信號的中心頻率低的速率下，藉此疊頻(aliasing)相關的資料。
在該資料縮減電路132中進行處理之後，全部的RX控制電路106(在此例子中，其數目係等於或小於在晶片上的換能器元件數目)的輸出可被發送至一在該信號調節/處理電路110中的多工器(MUX)142。在某些實施例中，RX控制電路的數目可以是不同於在晶片上的換能器元件數目，並且本揭露內容的實施例並不限於此方面。該MUX 142係多工處理來自各種的RX控制電路106的數位資料，並且該MUX 142的輸出可以選配地在例如經由一或多個輸出埠114以從該晶粒112輸出該資料之前，被提供至該信號調節/處理電路110中的數位信號處理區塊150。某些實施例可以不包含MUX 142，並且來自該RX控制電路106的輸出可以在被傳送離開該晶片之前，直接被提供至數位信號處理區塊150且/或儲存在緩衝器140中。
如圖所示，數位信號處理區塊150係包含被配置以執行一影像重建過程的至少一部分的影像形成電路134，並且該影像形成電路134的輸出可被輸出到晶片外，以用於進一步處理及/或顯示。數位信號處理區塊150亦可包含後置處理電路136，其係操作在影像形成電路134的輸出上，以提供額外的資料壓縮。用於可被形成在一半導體晶粒112上以作為根據本揭露內容的實施例之一超音波成像器的一部分的資料縮減電路132、影像形成電路134以及後置處理電路136的每一個之舉例說明的架構係在以下更詳細地論述。在以下更詳細論述的某些實施例中，數位信號處理區塊150的全部或是一部分可被形成在晶片外，並且來自一或多個RX控制電路106的資料可以在不藉由信號調節及處理電路110的處理下，被儲存在緩衝器記憶體140中。
如同在以下更詳細解說的，在RX壓縮電路130中的各種構件可以作用以從該接收到的信號去耦合(decouple)波形，並且或者是降低從該晶粒112經由一資料連結或其它而輸出的資料量。因此，包含此種元件可以進一步使得根據某些實施例的一種"超音波單晶片"的解決方案變得容易及/或強化。
在圖1B所示的實施例中，全部所舉例說明的構件都被形成在單一半導體晶粒112上、或是利用3D封裝技術而被形成在多個堆疊整合的晶粒上。然而，應該體認到在替代的實施例中，如同在以下相關圖3更詳細論述的，該些舉例說明的元件中的一或多個可以替代地位在晶片外。此外，儘管該舉例說明的例子係展示一TX控制電路104以及一RX控制電路106，但是在替代的實施例中，只有一TX控制電路或是只有一RX控制電路可被採用。例如，此種實施例可被採用在一個其中一或多個只發送的裝置100被用來發送聲波信號、以及一或多個只接收的裝置100被用來接收已經被發送通過一被超音波成像的主體或是被該主體所反射的聲波信號之情況中。
圖2係展示超音波裝置100的一實施例，其係包括一基板202，該基板202係包含多個形成在其上的超音波電路模組204。如圖所示，一超音波電路模組204可包括多個超音波元件206。一超音波元件206可包括多個超音波換能器208。此種模組化設計係容許該架構可擴充至任意所要的尺寸或配置。
在該舉例說明的實施例中，基板202係包括144個模組，其被配置成一具有72列以及兩行的陣列。然而，應該體認到的是，一種超音波裝置100的一基板可包括任意適當數目個超音波電路模組(例如，至少兩個模組、至少十個模組、至少100個模組、至少1000個模組、至少5000個模組、至少10,000個模組、至少25,000個模組、至少50,000個模組、至少100,000個模組、至少250,000個模組、至少500,000模組、介於二到一百萬個模組之間、等等)，其可被配置成一個具有任意適當的數目個列與行之二維陣列的模組、或是該些超音波電路模組可以用任何其它適當的方式來加以配置。
在該舉例說明的實施例中，每個模組204係包括64個超音波元件，其被配置成一具有兩列以及32行的陣列。然而，應該體認到的是，一超音波電路模組204可包括任意適當的數目個超音波元件(例如，一個超音波元件、至少兩個超音波元件、至少四個超音波元件、至少八個超音波元件、至少16個超音波元件、至少32個超音波元件、至少64個超音波元件、至少128個超音波元件、至少256個超音波元件、至少512個超音波元件、介於2個到1024個之間的元件、等等)，其可被配置成一個具有任意適當的數目個列與行之二維陣列的超音波元件、或是以任何其它適當的方式來加以配置。
在該舉例說明的實施例中，每個超音波元件206係包括16個超音波換能器，其被配置成一個具有四個列以及四個行的二維陣列。然而，應該體認到的是，一超音波元件206可包括任意適當的數目個超音波換能器(例如，一個、至少兩個、至少四個、至少16個、至少25個、至少36個、至少49個、至少64個、至少81個、至少100個、介於一個到200個之間、等等)，其可被配置成一個具有任意適當的數目個列與行之二維陣列(方形或是矩形)、或是以任何其它適當的方式來加以配置。或者是，該些超音波換能器可以用任何其它適當的幾何陣列來加以配置，其包含但不限於一個六角形的陣列、一個三角形陣列、以及一歪斜的晶格。
除了一或多個超音波元件之外，每個超音波電路模組204可包括或是相關於電路。例如，一超音波電路模組可包括和發送聲波相關的電路，其包含但不限於一或多個波形產生器(例如，兩個波形產生器、四個波形產生器、等等)、編碼電路、以及解碼電路。在某些實施例中，一超音波電路模組的全部或是一部分可以額外或替代地包括或相關於任何其它適當的電路。例如，在某些實施例中，每個模組204可以和接收側的構件相關，其包含但不限於如同以上簡短敘述的類比信號鏈路元件以及數位信號處理元件，並且其係在以下更詳細加以敘述。
在某些實施例中，每個模組可包含八個接收通道，並且該八個接收通道的每一個可以是和單一時序及控制電路或是其它控制元件相關的，其包含但不限於如同在以下更詳細論述的一時間增益補償電路。此外，每個模組可以是和多個構件相關的，以對於來自該模組的接收通道的輸出信號執行類比及/或數位信號處理。例如，此種構件可包含但不限於該類比接收鏈路的構件、以及該數位信號處理電路的構件，例如是記憶體、乘法器電路、以及加法器電路。
在某些實施例中，該超音波裝置可包括與該基板整合並且被配置以將超音波電路模組彼此連接之模組互連電路，以容許資料能夠流動在該些超音波電路模組之間。例如，該裝置的模組互連電路可以提供用於相鄰的超音波電路模組之間的連接性。以此種方式，一超音波電路模組可被配置以提供資料至該裝置上的一或多個其它超音波電路模組、且/或從其接收資料。
應該體認到的是，在該些舉例說明的構件中的一或多個之間的通訊可以用許多方式中的任一種來加以執行。在某些實施例中，例如一或多個像是由一整合式北橋所採用者之高速的匯流排(未顯示)可被用來容許有高速的晶片內的通訊、或是和一或多個晶片外的構件通訊。在某些實施例中，一或多個模組可以利用一互連網路來加以連接。例如，一移位暫存器環通訊網路可被使用，其中相鄰的模組是經由該網路來和彼此通訊。
在某些實施例中，時序及控制電路108例如可以負責產生所有被用來同步化及協調在該裝置100中的其它元件的操作之時序及控制信號。在該展示的例子中，該時序及控制電路108係藉由被供應至一輸入埠116的單一時脈信號CLK來加以驅動。該時脈信號CLK例如可以是一被用來驅動該些晶片上的電路構件中的一或多個之高頻的時脈。在某些實施例中，該時脈信號CLK例如可以是被用來驅動在該信號調節/處理電路110中之一高速的串列輸出裝置(未顯示在圖1B中)之一1.5625GHz或2.5GHz的時脈、或是被用來驅動在該晶粒112上的其它數位構件之一20MHz、40MHz或200MHz(或是任何其它適當的速度)的時脈，並且該時序及控制電路108必要時可以除頻或是倍頻該時脈CLK，以驅動在該晶粒112上的其它構件。在其它實施例中，兩個或多個具有不同的頻率(例如，那些在以上所參照者)的時脈可以從一晶片外的來源個別地被供應至該時序及控制電路108。
在該展示的例子中，一或多個輸出埠114可以輸出藉由該信號調節/處理電路110的一或多個構件所產生的一資料串流。此種資料串流例如可以藉由被整合在該晶粒112上的一或多個USB 2.0模組、一或多個USB 3.0模組、一或多個USB 3.1模組、一或多個Thunderbolt模組、一或多個FireWire模組、及/或一或多個Gigabit(例如，10GB、40GB或是100GB)乙太網路模組來加以產生。在某些實施例中，在輸出埠114上所產生的信號串流可被提供作為一電子裝置的輸入，該電子裝置係包含但不限於一雲端服務、一或多個電腦、一平板電腦、及/或一智慧型手機。接收該信號串流的一或多個電子裝置可以產生及/或顯示數值、一維、二維、三維、及/或層析成像(tomographic)的影像。在某些實施例中，如下相關圖3所論述的，在輸出埠114上的信號串流輸出可被提供至一或多個額外的晶片外的電路以用於額外的處理。
在其中影像重建功能是被納入在該信號調節/處理電路110(如同在以下進一步解說者)內之實施例中，即使是只有一有限的處理能力大小及記憶體可供利用於應用程式的執行之例如是智慧型手機或平板電腦之相當低功率的裝置，其也可以只利用一來自該輸出埠114的資料串流以顯示影像。可以內含在該信號調節/處理電路110中之高速的串列資料模組以及其它構件的例子係在以下更詳細地論述。根據本揭露內容的某些實施例，在晶片上執行一影像重建過程的至少一部分以及利用一資料連結以將該影像重建過程的至少一部分的輸出發送到晶片外是可以使得一整合的"超音波單晶片"解決方案變得容易的特點中之一特點，其可被利用於廣範圍的具有不同程度的處理能力之外部的顯示裝置。
在各種的實施例中，每個RX控制電路106可以是和單一換能器、在單一換能器元件內之一群組的兩個或多個換能器、包括一群組的換能器的單一換能器元件、在一模組內之一群組的兩個或多個換能器元件、包括兩個或多個換能器元件的單一模組、在一陣列102中的兩個或多個模組、或是一整個陣列102的換能器相關的。
在圖1B所示的例子中，對於在該陣列102中的每個換能器有一個別的RX控制電路106，但是該時序及控制電路108以及信號調節/處理電路110的每一個只有一個實例。於是，在此種實施方式中，該時序及控制電路108可以負責同步化及協調在該晶粒112上的所有RX控制電路106的組合的操作，並且該信號調節/處理電路110可以負責處理來自該晶粒112上的所有RX控制電路106的輸入。或者是，晶粒112可包含多個時序及控制電路108，其中該些時序及控制電路的每一個是負責同步化及協調在該晶粒上的RX控制電路組合的一子集合的操作。
如上所論述，在某些實施例中，以上相關圖1B論述的接收路徑的數位信號處理的電子電路中的至少一些可以被實施在晶片外，以縮減該超音波單晶片的架構的尺寸、降低該超音波裝置100的功率消耗、或是為了任何其它的理由，其包含但不限於利用一或多個晶片外的處理器來提供先進的影像重建功能。
圖3係展示超音波裝置100之一舉例說明的實施例，其中該接收路徑的數位信號處理電路的一部分係被實施在晶片外。在該舉例說明的實施例中，現場可程式化的閘陣列(FPGA)300係連接至被實施在基板112上之裝置100的部分。FPGA 300係被配置以執行至少某些上述的如同已經在圖1B所示的實施例中被執行之信號處理操作。例如，FPGA 300可包含處理單元310，其被配置以從緩衝器記憶體140接收成像資料，並且在該接收到的成像資料上執行影像重建或是任何其它適當的操作。此外，FPGA 300可被配置以發送控制資料至被整合在基板112上的超音波裝置100的部分。該控制資料可包含控制參數以控制發送控制電路104及/或接收側的電路的操作，其包含但不限於類比TX電路104、類比RX電路103、以及RX控制電路106。FPGA 300可以進一步被配置以傳送經處理的成像資料至輸出介面314，以用於如上所論述地發送至任何適當的裝置以用於顯示及/或進一步處理。任何適當的資料介面都可被用來利用輸出埠114以在晶粒112與FPGA 300之間傳輸資料，並且本揭露內容的實施例並不限於此方面。在某些實施例中，除FPGA 300之外、或是作為FPGA 300之一替代者，一數位信號處理器(DSP)、一內嵌式控制器、或是任何其它數位電路邏輯都可被使用於晶片外以提供該接收路徑的數位電路的至少一部分。
如上所論述，在某些實施例中，RX控制電路106可包含一時間增益補償(TGC)電路160，該TGC電路160係被配置以提供一類比可變增益放大器(VGA)的數位控制以處理來自該些超音波換能器元件的信號輸出。TGC電路160係補償從一成像的物體中的不同深度接收到的信號(例如，藉由控制該VGA以提供可變增益給在不同的時間接收到的信號)。
在一實施例中，來自該VGA的輸出係被儲存在一記憶體中，並且VGA值係以該TGC電路的更新速率而從該記憶體加以讀取。圖4係描繪根據本揭露內容的某些實施例的可被使用的一TGC電路160之一範例的架構，並且相較於前述以該TCG電路的更新速率而從記憶體讀取VGA值的實施例，其需要較少記憶體以及較少的程式字碼。該舉例說明的TGC電路160係被實施為一個控制一類比可變增益放大器之多級的加總控制電路，相較於從較淺的深度接收到的信號，該放大器係放大從較大的深度接收到的信號。TGC電路160係包含控制電路元件，其係包含加法器410以及延遲元件420。
在某些實施例中，TGC電路160可被配置以利用一分段多項式(亦即，由多個多項式區段所構成)來對於一用於該可變增益放大器之校正的增益輪廓建立模型。該增益輪廓可被設計(藉由一使用者人工地設計且/或自動地設計)，以匹配從該些超音波換能器元件輸出的信號。該分段多項式模型可以具有任意的次數(order)，其包含但不限於一個三次多項式模型。一用於針對一分段多項式建立模型的實施方式是使用如同在圖4中所示的一積分器電路的三個級。其它次數的多項式亦可以藉由利用較多或較少級來類似地加以實施。在某些實施例中，該分段多項式係利用一可變的輸入更新速率來加以建立模型，該輸入更新速率是一用於控制一可變增益放大器電路之控制信號被更新所在的速率。用於更新該控制信號之舉例說明的輸入更新速率係包含範圍在100kHz到1.25MHz之間的更新速率、或是可包含其它適當的值，其包含範圍從低於100kHz到一在該晶片上的ADC的更新速率(例如，50MHz)的更新速率。在某些實施例中，在該控制信號的更新之間的間隔是非均勻的，此係產生一可變的輸入更新速率。其它包含該計算更新速率以及輸出更新速率之更新速率可以是根據內部的暫存器而定，並且可以是固定的(例如，50MHz、100MHz或是200MHz)或是可變的。尤其，用於更新該多項式係數的計算更新速率可以是固定的、或是可變的。應該體認到的是，任何適當的輸入、計算及輸出更新速率都可以替代地加以使用。
在某些實施例中，由該TGC電路160所提供的可變增益輪廓的參數化可以是可程式化的，使得該分段多項式函數可以動態地被計算出，並且可以根據一所選的成像模式及/或成像應用而被不同地程式化。例如，為了程式化一分段多項式函數的多個區段，該些參數(例如，X0、Y0、Z0以及持續期間)可以在一TGC曲線求值期間動態地加以改變，以實施後續的多項式區段。在某些實施例中，所有的參數(包含該持續期間參數)可以針對於該多項式函數的每個分段區段而被程式化。或者是，該些參數的一子集合(亦即，少於全部的參數)可以針對於每個區段來動態地加以改變。例如，在一實施方式中，只有該a0參數在多項式區段之間被改變。在某些實施例中，每個模組(例如，其包括八個接收通道)可以是和單一TGC電路160相關的。或者是，多個TGC電路可以是和每個模組相關的，並且實施例並不限於此方面。
舉例說明的壓縮類型
根據本揭露內容的某些實施例所提出的超音波成像裝置係記錄大量的超音波資料，以提供利用如上所論述之一陣列的超音波換能器元件的優質影像。為了處理此大量的資料，並且利用具有一最大的資料頻寬之一輸出資料介面模組以在一可接受的速率下傳輸該資料到晶片外，某些實施例是在發送該資料到晶片外之前，利用晶片上的電路以壓縮來自該些超音波換能器元件的資料。因此，根據某些實施例的包含在晶片上的資料壓縮元件可以進一步使得一"超音波單晶片"的解決方案變得容易且/或強化該解決方案。
在某些實施例中，不同類型的壓縮可以根據超音波成像應用的成像目標及/或操作模式來加以選擇。例如，所使用的不同類型或量的壓縮可以至少部分依據一特定的成像應用之一可接受的影像品質而定。根據本揭露內容的實施例之可被實施的晶片上的壓縮的例子係包含但不限於頻譜壓縮、孔徑(aperture)壓縮、激勵壓縮、總體壓縮、熵(entropy)壓縮、信號值壓縮、以及選擇性刪除的壓縮，其係分別在以下更詳細地加以描述。
頻譜壓縮係藉由在一接收到的聲波信號的頻率內容上運算，以壓縮資料。頻譜壓縮係縮減頻寬的量到只有達成一所要的影像解析度所必要的量。頻譜壓縮的例子是包含但不限於正交解調以及濾波的縮減取樣(downsampling)，其分別係在以下更詳細地加以描述。
孔徑壓縮係限制聲波信號的橫向頻寬到只有達成一所要的橫向影像解析度所需者。孔徑壓縮的例子是包含但不限於在以下更詳細敘述的濾波的縮減取樣以及其它的濾波技術。
激勵壓縮係藉由用一種其中在激勵之間的冗餘資訊係被壓縮在一起之獨特的方式來組合激勵，以壓縮資料。激勵壓縮之一非限制性的例子是從該些激勵形成一影像，其中所有的激勵已經被壓縮到一影像重建中。
總體壓縮係藉由計算相關的資訊來降低在總體成像中的資料冗餘。總體壓縮之一非限制性的例子是在以下更詳細敘述的都卜勒(Doppler)處理，其中多個影像係被壓縮成為單一複雜的速度及能量重建輪廓。
熵壓縮係在資料被提供到晶片外時，降低在資料通訊中的資訊冗餘。編碼幀與幀之間的差異，而不是編碼每個幀的整體資料是熵壓縮之一非限制性的例子。
信號值壓縮係縮減資料到對應於在整體信號的特徵上之一所要的關注特徵的值(例如，功率、最大值、變異)。信號值壓縮之非限制性的例子係包含計算在一信號中的總功率之壓縮電路、以及對於接收到的聲波信號判斷一飛行時間(time-of-flight)以用於特徵描述的過程之壓縮電路。
選擇性刪除的壓縮係藉由從整組的資料選擇性地刪除資料來縮減一資料量。選擇性刪除的壓縮之非限制性的例子係包含在以下更詳細敘述的再量化、以及稀疏的孔徑成像。
在以下更詳細地論述的用於執行從一陣列的超音波元件接收到的聲波資料信號的壓縮之晶片上的電路可被實施來執行以上論述的壓縮類型中的一或多個。在某些實施例中，一資料信號可以根據一或多個操作參數需求而被壓縮，以發送到晶片外。例如，在某些實施例中，經壓縮的資料信號是被壓縮成使得其可以在一小於或等於每秒四個Gigabits的速率、或是在某種其它適當的速率下，以一資料串流而被發送到半導體晶粒的外部。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個大於1但是小於2的因數。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少2的因數，但是小於一個4的因數。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少4的因數，但是小於一個10的因數。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少10的因數，但是小於一個20的因數。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少20的因數，但是小於一個100的因數。在其它實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少100的因數，但是小於一個1000的因數。在某些實施例中，該資料信號可被壓縮一個至少1000的因數，但是小於一個10000的因數。應該體認到的是，任何適當的壓縮量都可以替代地被使用，並且以上論述的用於壓縮量的範圍僅僅是為了舉例說明之目的而被提出。
在某些實施例中，該超音波成像器可以是可組態設定以運作在複數個成像模式(例如，2D、3D)中，並且所用的壓縮(包含無壓縮)的類型及/或量可以至少部分依據該超音波成像器的特定操作模式而定。例如，不同的操作模式可被程式化以產生不同的資料量，並且所用的壓縮的類型及/或量可以是至少部分基於當一特定的操作模式被選擇所產生的一資料量，使得該資料可以在一與輸出介面314相容的所要的速率下被提供到晶片外。儘管所產生的資料量可以是一個決定用於不同的操作模式的壓縮的類型及/或量的因素，但應該體認到的是其它因素亦可以在決定用於一所選的操作模式的壓縮的類型及/或量時，額外或是替代地加以考量。例如，針對於一特定的成像應用的影像品質要求可加以考量。
針對於超音波成像器的一操作模式的選擇可以用任何適當的方式來做成。例如，在某些實施例中，該超音波成像器可以依據一經由輸入介面200而從晶片外接收到的模式選擇信號(MODE)，以運作在複數個成像模式中之一。或者是，該超音波成像器可包含被配置以儲存一成像操作模式之晶片上的記憶體，並且壓縮(包含無壓縮)的量及/或類型可以至少部分根據儲存在晶片上的記憶體中之成像操作模式來加以決定。
此外，壓縮可以在該信號處理鏈路中的不同階段被施加到資料。如同在以下更詳細地論述的，在該接收信號處理鏈路中的資料壓縮可以在影像重建之前、在影像重建期間、及/或在影像重建之後加以執行。在其中影像重建是部分或完全在晶片外被執行的實施例中，用於資料壓縮之晶片上的架構可被限制為在以下更詳細地論述的影像形成前的壓縮技術中的一或多種。用於在這些階段的每一階段提供壓縮之範例的技術以及代表性的架構係在此被提出。
舉例說明的影像重建前的壓縮架構
晶片上的資料壓縮可以在執行一影像重建過程的至少一部分之前加以達成。例如，壓縮可以藉由選擇性地獲得及/或處理來自超音波換能器元件的陣列之一些量測來加以達成，該些量測是少於利用整個陣列的元件所獲得/處理的整組的量測。利用減少數量的量測之壓縮可以用任何適當的方式來實施。在某些實施例中，減少一些量測係包括選擇一用於一超音波換能器元件的編碼機制，其係縮減量測的數量。例如，一種和一編碼矩陣(例如，一經修改的哈達馬德(Hadamard)矩陣或是一偽隨機(pseudorandom)矩陣)相關的編碼機制可被用來縮減量測的數量。在這些類型的編碼方案中，被傳送至每個元件的信號係根據該元件的位置以及幀號碼而被乘上1、0或是-1。該些權重係被選擇成使得用於一給定的元件的權重序列係等於一哈達馬德或偽隨機矩陣的一行(每個元件通常將會具有一獨特的行)。
在某些實施例中，影像重建前的資料壓縮亦可以藉由利用內含作為以上論述的資料縮減電路132的一部分之晶片上的壓縮電路構件來加以達成。圖5係展示可以內含在每個RX控制電路106的資料縮減電路132(例如，見於圖1B及圖3)內的構件的方塊圖。如同在圖5中所示，資料縮減電路132可包含一被配置以執行類比資料壓縮技術的類比處理區塊510。例如，類比處理區塊510可包含一濾波輸入信號x(n)的低通濾波器(LPF)。在類比處理區塊510中的LPF可以提供該輸入信號的抗混疊(anti-aliasing)。在某些實施例中，該LPF例如可以包括一個二階低通濾波器，其具有數量級5MHz、數量級10MHz、數量級25MHz、或是數量級50MHz的一截止頻率。然而，其它實施方式也是可能的，而且被思及。例如，類比處理區塊可以額外或是替代地包含用於處理輸入信號x(n)的一高通濾波器、一帶通濾波器或是任何其它適當的類比構件。例如，某些實施例可包含以下的類比構件中的一或多個：放大器、信號組合器、衰減器、混波器、以及類比延遲電路。如上所論述的，任何在此所述的利用類比構件實施的資料縮減功能都可以替代地至少部分利用數位構件來加以實施，而且反之亦然，因而實施例並未受限於特定的資料縮減功能是否利用類比構件、數位構件、或是類比及數位構件的一組合而被實施的。
如圖所示的資料縮減電路132亦包含類比至數位轉換器(ADC)512，該ADC 512係被配置以轉換該類比信號(或者替代的是該類比信號之一經濾波或是經處理的版本)成為一數位表示。例如，ADC 512可以例如包括一個10位元的20Msps、40Msps、50Msps、80Msps的ADC、或是任何其它適當的ADC。可被使用之舉例說明的ADC的類型係包含但不限於一連續漸進暫存器(SAR)ADC、一快閃ADC、一管線ADC、一三角積分ADC、一多斜率的ADC、以及一時間交錯的ADC。
在該信號已經藉由ADC 512而被轉換成為一數位表示之後，該信號係被發送至資料縮減電路132的數位處理區塊514。該數位處理區塊514例如可被配置以利用一或多個數位信號處理架構，來減低所獲得的信號的數位表示的一資料頻寬。例如，如同以下更詳細所述的，該些數位信號處理架構可被配置以執行一或多種資料縮減技術，其包含但不限於正交解調、縮減取樣、正交取樣、濾波的縮減取樣、級聯積分梳狀(CIC)濾波、接收孔徑濾波、多相濾波、再量化、以及脈衝壓縮。
如上所論述的，某些實施例包含數位信號處理構件，其係提供一或多個階段的資料壓縮，以使得藉由超音波換能器元件接收到的一大量的資料能夠在與一輸出介面模組之有限的頻寬相容的一速率下被發送到晶片外。此種壓縮係使得根據某些實施例的一種超音波單晶片的解決方案變得容易。在某些實施例中，如上所論述的，資料壓縮的階段中的一或多個可以根據該超音波裝置之一特定的操作模式而被致能或是禁能。
圖6係展示用於在圖5中所示的資料縮減電路312的數位處理區塊514的至少一部分之一舉例說明的架構。在該舉例說明的實施例中，該數位處理區塊514係執行正交解調(QDM)，其是一種形式的頻譜壓縮。QDM係降低根據本揭露內容的實施例的一種超音波成像系統所必須處理及儲存的頻寬量。尤其，QDM係將接收到的信號x[n]之數位化的版本從中心頻率降混頻(mix down)至基頻。如同在以下更詳細地論述的，該基頻信號接著可被低通濾波及降取樣(decimated)。該舉例說明的QDM電路可以藉由從該接收到的信號移除未使用的頻率而容許無損失(或是幾乎無損失)的頻寬縮減，因此顯著地降低接著需要被處理以及從該晶片卸載的數位資料量。藉由這些構件所達成的頻寬縮減可以有助於使得在此所述的"超音波單晶片的"實施例的執行變得容易且/或改善其之執行。
圖6係展示一QDM電路可被實施為用於該複數的輸入信號x[n]的虛數(I[n])以及正交(Q[n])的部分之兩個個別的資料串流。外差電路610係包含一數值控制的振盪器、或是任何其它適當的構件，其可被用來產生cos(2πfc t)以及sin(2πfc t)，其中該中心頻率fc 係被選擇以提供一特定的解調量。解調可以相位調變一信號成為中心在0Hz、或是藉由某個所要的頻率範圍所界定，以用於濾波。在某些實施例中，將fc 與被使用在該陣列102中的換能器胞的一所關注的頻率匹配可能是所期望的。來自外差電路610的虛數以及正交資料串流係在輸出之前，進一步藉由濾波電路612以及降取樣(decimation)電路614來加以處理。濾波電路612係被描繪為執行低通濾波(LPF)。然而，應該體認到的是，其它例如是帶通濾波(BPF)及高通濾波(HPF)的濾波類型亦可以替代地被用在濾波電路612中。用於提供正交解調之範例的電路架構係在以下更詳細地加以描述。
在本揭露內容的某些實施例中，一級聯積分梳狀(CIC)濾波器架構可被用來執行濾波(例如，用於濾波電路612)以及降取樣(例如，用於降取樣電路614)。例如，此種CIC濾波器架構可被用來利用一精確的延遲時間索引以精確地計算一範圍值。一舉例說明的CIC濾波器係被展示在圖7中。如圖所示，CIC濾波器700係包含延遲元件710以及積分器元件712。該CIC濾波器係包含複數(N)個級並且作用為一低通濾波器，同時降取樣該輸入資料串流x[n]以產生一輸出資料串流y[n]。增加級的數目係在該通帶中產生更多下垂(droop)，然而增加級的數目係產生更佳的影像抑制。在某些實施方式中，通帶下垂可以利用一在該CIC濾波器已經施加至該資料之後被施加的補償濾波器而至少部分地加以解決。
圖8係展示用於執行根據本揭露內容的某些實施例的包含正交解調的數位信號處理之一舉例說明的電路。如同所繪的，圖8的電路係包含六個處理級，其係以數位處理電路來加以實施。應該體認到的是，任意數量的數位處理級都可被納入，因而在圖8中所示之六個級的實施方式只是為了說明而被提供而已。此外，該超音波成像裝置的某些操作模式可以為了特定的應用而利用在圖8中所敘述的數位信號處理功能中的某些功能(但不是全部的功能)，以提供不同的量及/或類型的壓縮(包含無壓縮)。數位信號處理構件的模式選擇以及後續的啟動/解除啟動可以利用任何適當的技術來加以達成，其包含但不限於上述用於模式選擇的技術。
如同在圖8中所示，接收到的數位信號x[n]首先是藉由外差電路610來加以處理，其係包含一對乘法器電路620、622、一正弦波產生器824、以及一相移器元件826。外差電路610的輸出係被傳遞至一低通濾波器(LPF)612。在圖8的舉例說明的架構中，LPF 612係被展示為一級聯整合梳狀(CIC)濾波器的一部分，其係包含一積分器級612a以及一梳狀級612b。應該體認到的是，任何適當的低通濾波器都可被使用於LPF 612，但較佳的是，LPF 612應該是足以抑制來自外差電路610的乘法操作之高頻的影像，並且在由以下更詳細敘述的降取樣電路614所提供的縮減取樣之前抗混疊該信號。
在圖8的舉例說明的架構中，外差電路610的輸出係被提供至該CIC濾波器的積分器級612a。如圖所示，積分器級612a係包含延遲元件830以及加法器元件832。該積分器級612a的輸出係被傳遞至降取樣電路614，其係利用縮減取樣電路840來縮減取樣該接收到的數位信號一個因數M。任何適當的縮減取樣的量(M)都可被使用，其包含但不限於縮減取樣M=2、4、6、8及16。M=4的縮減係產生原先輸入的資料的一半的量(四分之一的取樣率，但是兩倍的資料通道數量)。
降取樣電路614的輸出係被傳遞至該CIC濾波器的梳狀級612b。如圖所示，梳狀級612b係包含延遲元件850以及減法元件852。該梳狀級612b的輸出係被傳遞至再量化電路816，其中數位信號的再量化係利用如同在以下更詳細論述的再量化電路860來加以執行。再量化電路816的輸出係被傳遞至提供額外的算術處理之算術邏輯單元(ALU)818，其例子係在以下相關於圖14來更詳細地論述。在某些實施例中，該ALU 818可以是一最佳化整合的ALU。
數位處理區塊514的輸出可被提供至被形成在和數位處理區塊514相同或不同的基板上之額外的處理級(例如，影像重建處理)。額外或是替代地，數位處理區塊514的輸出可被儲存在一緩衝器記憶體中，並且可以經由一輸出介面而被提供到額外的晶片外的處理構件，以用於進一步的處理。
如上所論述，在某些實施例中，數位處理區塊514可包含用於執行任何適當數量的提供輸入資料信號x[n]的壓縮之數位信號處理操作的電路，並且本揭露內容的實施例並不限於此方面。例如，在一實施例中，數位處理區塊514可包含一正交解調級、一濾波級、以及降取樣級，並且這些級中的一或多個可被配置以根據一特定的成像應用的需求來提供不同程度的資料壓縮。
圖9係展示一利用M=4以及一濾波器h[n]的QDM電路之一舉例說明的多相架構900。該多相架構900係包含乘法器元件910以及加法器元件930。該些根據該濾波器h[n]所決定的構件920 h0 [n]、h1 [n]、h2 [n]及h3 [n]係一起實施一多相濾波器。該濾波器h[n]可以具有任意所要的頻寬，其包含但不限於一個四分之一頻帶的濾波器、一個半頻帶的濾波器、一帶通濾波器、或是一高通濾波器。一特定的濾波架構的選擇係在該資料的縮減期間致能取樣不同的奈奎斯特(Nyquist)區域。
在四分之一速率解調(fc =fx /4)的特殊例子中，如同在圖10中所示，用於圖9的電路的解調部分之數位電路可加以簡化。取代該數值控制的振盪器(例如，正弦波產生器824以及相移器元件826)的是取樣該資料串流的每隔一個元素之電路，並且接著交替地反相該些樣本。在某些實施例中，圖10的架構(例如，被提供在一fs *L/4的速率下的時脈)可以利用h[n]的濾波器係數=1來進一步加以簡化，此係容許有縮減的硬體。此種架構可包含一對累加器，其可以加總或減去樣本成為一累計總和(running sum)。應該體認到的是，該累計總和可以根據一所要的配置而飽和(例如，限幅(clip))或是繞回(wrap)。
由於零值的樣本的模式作為在圖10的架構中的乘法器910的輸入，因此用以實施圖10的多相半頻帶的濾波器之電路可以如同在圖11中所示地進一步加以簡化。如圖所示，藉由移除作為該些乘法器的輸入之零值的樣本，該些濾波器h1 [n]及h3 [n]可以在處理該信號I[m]中加以移除，並且該些濾波器h0 [n]及h2 [n]可以在處理該信號Q[m]中加以移除。如同在圖12中所示，該同相(I)分量可以藉由縮減取樣該輸入信號x[n]一個2的因數、翻轉每隔一個樣本、並且向右移位該資料一樣本而被實施。如同在圖12中所示，和該同相分量相同的結構亦可被使用於該正交(Q)分量，其係藉由引入一半樣本延遲。更明確地說，該些濾波器h0 [n]及h2 [n]可以藉由實施在圖12中所示的半樣本延遲，而被再使用以取代濾波器h1 [n]及h3 [n]。或者是，若該半樣本延遲係被實施在處理該同相(I)分量中，而不是該正交(Q)分量，則該些濾波器h1 [n]及h3 [n]可以被再使用以取代濾波器h0 [n]及h2 [n]。於是，該數位處理區塊514的至少一部分可以用一數位架構來加以實施，該數位架構係包含一偶數-奇數取樣器1202、一對包含乘法器元件1220的反相器1204、一對向右移位1206、以及一半樣本延遲1208。如同在以下更詳細論述的，用於降低該資料頻寬的資料縮減技術可以利用M＞2的值而被達成。在某些實施例中，除了一QDM電路之外或是替代地可以內含在數位處理區塊514中之額外的構件的例子係在以下更詳細地加以描述。
根據本揭露內容的特點，任何用於濾波及縮減取樣超音波信號的數位表示之適當的架構都可被使用。相關於上述舉例說明的QDM電路架構，某些實施例可以利用一種多相濾波架構來提供資料壓縮。一用於多相濾波之舉例說明的架構以及一利用一半頻帶的降取樣濾波器的實施例子係在以下相關圖13來加以描述。
在以下更詳細敘述的圖13係展示一種在圖9的一般化的QDM電路架構的同相分量上之半頻帶的FIR濾波器架構。為了使用和用於該正交分量相同的濾波器結構，該Q分量的輸入可以在該乘法器之後前進一樣本、被濾波及降取樣、接著在相加I及Q之前藉由施加一個四分之一樣本的延遲來加以修正。此架構係假設一種2*L-1點對稱的半頻帶的濾波器(亦即，h[-(L-1)]、…、h[L-1]，使得對於所有的n≠0而言h[2*n]=0，並且對於所有的n而言h[n]=h[-n])。
如同在圖13中所示，該輸入x[n]是以一fs 的速率切換在兩個多相分支之間。當該開關1302被附接至底部的分支時，節點1310係閂鎖住該值，該些暫存器(z-1 )1330係移位，並且計數器1312係開始。在該架構中之計算的區塊係被提供在一fs *L/4的速率下的時脈(例如，假設完成每個乘法需要一時脈週期下，其係為在兩個輸入週期內完成L/2個乘法所需的速率)。在該加法器/乘法器對中的加法器1314以及乘法器1316係藉由結合該濾波器的對稱側，並且接著乘上對應的濾波器係數(例如，h[1]、…、h[L-1])1350來執行該濾波步驟。該加法器/乘法器對係循環通過該濾波器的每個抽頭(tap)，以加總該些多相分量的全部。每個乘法的結果係被傳送至一包括加法器1318以及暫存器1320的累加器。加法器1318係另外從邏輯元件1340接收值。當該計數器被區塊1370判斷為等於零時，該累加器可被初始化一個等於一適當的中心抽頭之值(例如，其可以藉由L/2-1的延遲來加以實現)。當該計數器1312被區塊1360判斷為到達L/2時，該累加器的結果係被閂鎖到正反器1390，並且y[n]的值係被輸出。
除了解調、濾波及縮減取樣的電路之外，其它的數位電路亦可被納入作為數位處理區塊514的一部分以提供額外或替代的資料壓縮的模式，此將會使得根據本揭露內容的某些實施例的一種"超音波單晶片的"解決方案變得容易且/或強化之。例如，某些實施例係包含在該數位信號上執行再量化的再量化電路616。再量化可以在該數位信號處理鏈路中之任何適當的位置處加以實施。例如，在某些實施例中，再量化電路可以緊接在類比至數位的轉換之後加以實施。在其它實施例中，再量化電路可被實施為在該資料發送到晶片外之前的最後一個步驟。在另外其它實施例中，再量化電路可被實施為數位信號處理的一中間的步驟。此外，應該體認到的是，某些實施例可包含被實施在該數位信號處理鏈路中之不同的位置處之多個級的再量化。
任何適當的再量化技術都可被使用，其包含但不限於位元截斷(truncation)、捨入(rounding)、以及限幅(clipping)。在其中位元截斷被使用的實施例中，在一數位信號中的位元數目可以至少部分根據一指出待被截斷的位元數目的截斷程度來加以截斷。該截斷程度可以是可根據一所選的成像模式及/或利用例如是一所要的影像品質之任何其它適當的標準來組態設定的。例如，該截斷程度可以至少部分根據一待被輸出的資料串流的一最大頻寬及/或待被截斷的數位信號之預期的值來加以決定。在某些實施例中，決定該數位信號之預期的值可以是至少部分根據來自至少一先前的採集之資料、來自至少一先前的幀之資料、來自在一相同的幀中之至少一先前的樣本之資料、以及至少一時間增益補償曲線值中的一或多個而定的。例如，來自先前的幀之資料可被用來決定用於平面波成像的一截斷程度，並且利用來自先前的通道之資料可被用來決定用於聚焦激勵的一截斷程度。應該體認到的是，利用先前接收到的資料以決定一截斷程度的這些應用只是為了說明而被提供而已，並非限制性的。
在其中捨入被使用的實施例中，任何適當的捨入技術都可被採用，其包含但不限於四捨五入、向零捨入、總是上捨入法、總是下捨入法、偶數上捨入法、偶數下捨入法、奇數上捨入法、以及奇數下捨入法。
在某些實施例中，該再量化的電路例如可以判斷該進入的信號之一最大的大小、放大所有的信號以使得該最大的信號為全尺度的、並且接著從該信號拋棄較低的N個位元。在其它實施例中，該再量化的電路可以額外或替代地將該信號轉換至對數空間，並且僅保持該信號的N個位元。在另外其它實施例中，該再量化的電路可以額外或替代地利用霍夫曼編碼、算術編碼、或是向量量化技術中的一或多個。在另外其它實施例中，雜訊整形可被使用。雜訊整形的電路係將介於實際的值與經再量化的值之間的誤差(直接或是例如經由一濾波器的間接)饋送回到輸入中。
在其中該超音波裝置是被配置以利用編碼激勵的脈衝或是線性調頻的(LFM)脈衝的某些實施例中，該接收路徑的信號處理電子電路可包含一個級，該級係利用一匹配或是不匹配的濾波器，以一互相關性(cross-correlation)來壓縮該脈衝作為發射的超音波波形。脈衝壓縮可以利用任何適當的濾波器架構來加以實施，其包含但不限於利用一有限脈衝響應(FIR)濾波器、以及利用構件以實施一快速傅立葉轉換(FFT)、乘法、快速傅立葉反轉換(IFFT)演算法。
在某些實施例中，額外的資料壓縮可以藉由一整合的最佳化的算術處理電路來加以達成。圖14係展示用於可被納入作為數位處理區塊514的一部分之一算術邏輯單元(ALU)618之一舉例說明的架構。ALU 618可被配置以執行一數位信號的算術處理，以提供資料壓縮。在圖14的舉例說明的架構中，ALU 618係包含一樣本記憶體1410以及例如是加法器1412及乘法器1414、1416的數位電路構件，其可被用來執行一或多個數位信號處理操作，其包含但不限於擴充一字尺寸、位元移位、以及累加。應該體認到的是，ALU 618的某些實施方式可被配置以容許有用於緩衝器飽和(例如，限幅)、繞回、或是正負號擴充的彈性。在某些實施例中，ALU 618可被配置以如上所述地在一模組中的每個通道的輸出上做運算。或者是，ALU 618可被配置以在一模組中的多個通道的輸出上做運算，例如，執行一數位列總和。根據本揭露內容的某些實施例的藉由ALU 618所執行的算術運算可被用來提供以下中的一或多個：資料縮減、信號對雜訊比的增加、消除模式成像、以及諧波成像。在某些實施例中，ALU 618可以替代地被設置在晶片外，而不是整合在晶片上的。
舉例說明的影像重建壓縮架構
根據本揭露內容的某些實施例係包含晶片上及/或晶片外的電路，以用於從來自複數個整合的超音波換能器的輸出的數位表示執行一影像重建過程的至少一部分。例如，如同在圖1B中所示，信號調節/處理電路110可包含影像重建電路134被配置以從MUX 142或是其它適當的電路構件接收資料的一串流，以用於選擇對應於該複數個RX控制電路106的輸出之通道特定的資料。如同在以下更詳細地論述的，影像重建電路134可包含晶片上(或是晶片外)的架構，以用於執行一影像重建過程的至少一部分。藉由在晶片上執行一影像重建過程的全部或是一部分，需要被傳輸到晶片外的資料量可以顯著地被降低，而仍然對於一特定的成像應用提供具有一可接受的品質之影像的重建。此外，在某些實施例中，來自該影像重建過程的該至少一部分的輸出可以在被傳輸到晶片外之前進一步被壓縮。例如，如同在圖1B中所示，信號調節及處理電路110係包含後置處理壓縮電路136，其係壓縮一利用影像重建電路134的影像重建過程的至少一部分的輸出。後置處理壓縮電路136例如可包含用於例如在一所要的(例如，較低的)解析度下輸出一經重建的影像的至少一部分之電路，並且該輸出的解析度可以至少部分根據連接至該超音波成像器100的一外部的裝置之一或多個顯示器及/或處理特徵來加以選擇。或者是，該輸出的解析度可以利用任何其它適當的標準來加以選擇。
一種用於執行一晶片上的影像重建過程的至少一部分之舉例說明的技術的一個例子係牽涉到利用波束成形(beamforming)，其可被利用以形成2D及/或3D影像。晶片上的波束成形架構之一特點是一3D影像可以用一種可分開的方式來加以形成，其中該影像的一方向係被波束成形，並且另一正交的方向係接著被波束成形。例如，3D波束成形可以利用兩個2D波束成形階段來加以達成，其中該等2D波束成形的步驟中的無任何步驟、一步驟、或是兩步驟是在晶片上被執行。在以下更詳細敘述的波束成形架構亦考量到在其中該射束是聚焦在發送及/或接收上的高度之情形中的2D波束成形。
整合的反投影是聲波壓力信號藉以根據飛行時間而被投射回到同時間的(isotemporal)曲線的一種技術，以產生一影像的至少一部分。在一範例的反投影演算法中係假設一具有一明確界定的波前之超音波，因而該波前通過一在目標場景中的點之相對於一任意的開始時間之時間可加以判斷出。對於任何點而言，源自於一點的一球面波通過一接收器所會花費的時間亦可加以判斷出。用於一被該點所散射而到達該接收器的波所花費的時間於是可被計算出。
假設一具有一明確界定的波前之超音波已經被激勵，該波前通過一在該目標場景中的點之相對於一任意的開始時間之時間可被計算出。對於任意點而言，源自於一在之處的點的一球面波通過被設置在之處的接收器所將會花費的時間亦可被計算出。用於被一點散射而到達接收器的一波所花費的時間於是為： (1)
每個接收器將會數位化被該整個場景散射的波，並且產生一信號通道。此信號係被假設為一複雜的RF信號(例如，複解析的)。在反投影背後的基本概念是在給定激勵參數下，從每個點投影該資料到該目標場景中的所有位置，其可能會產生一散射的波，該散射的波將會在時間t 重合接收器。此通常是藉由對於每個接收器計算每個對應的點之樣本來加以實施的，其係藉由在每個通道上執行這些值之一加權的總和為： (2)該函數是以空間的切趾(apodization)函數著稱的，並且選配地被使用。根據一數位實施方式的一個例子，空間及時間都被離散化：並且，其中、及T分別是橫向間隔、範圍間隔、以及RF取樣週期。該空間的離散化係意指對於該影像有一有限數量的點需要計算，並且在時間上離散化係意指應該執行內插法以從該些離散的信號抽取出該些值。
每個接收器係數位化被整個場景散射的波，並且產生一信號通道。此信號可被假設是一複雜的RF信號(亦即，複解析的)。在反投影背後的基本概念是給定激勵參數下，從每個點投影該資料到該目標場景中的所有位置，其可能會產生一散射的波，該散射的波將會在特定的時間重合一接收器。此可以藉由對於每個接收器通道計算在該影像中的每個點之量測到的信號中的對應的時間樣本，並且在每個通道上執行這些值之一加權的總和來加以實施的。
反投影係依賴接收到的波形之同調加總(coherent summation)。對於此同調而言重要的是該些接收到的波形之適當的時間對準。由於被取樣的信號係被使用於影像重建，因此使用離散的移位來適當地對準該些信號的能力是有限的。當被取樣的資料是最低限度地超取樣(oversampled)時，使用藉由該接收波形的內插法所實現的部分樣本延遲經常是必要的，以達成高品質的反投影的影像。
一種在數位電路中有效率的實現一高速的反投影演算法之方式是在通道之間平行化計算，因而每個RF通道獨立且/或同時反投影其資料至一影像域或是中間域。
在該架構中所設計之一舉例說明的技術是利用在飛行時間(TOF)上的位移不變(shift-invariance)及/或用於記憶體再利用的切趾。這是因為根據TOF的內插法索引是依據換能器與每個影像點之相對的位置而定。因此，在一實施例中，接收器的TOF及/或接收的切趾值可被再利用於一掃描內之後續的計算。類似地，發送的TOF及/或發送的切趾值可被再利用在連續的掃描內，例如是當值是呈現位移不變時。選配的是，該切趾可加以限制，例如是被限制於0及1，此係簡化或消除對於一乘法器電路及記憶體之需求。
用於影像處理之舉例說明的架構亦可利用任意數量的中間緩衝器，該些中間緩衝器是在合成影像之前代表影像。另一可被使用於本揭露內容的實施例之非限制技術是影像緩衝器記憶體在計算該影像時的再利用，此係降低或消除對於中間緩衝器的需求。
兩個用於實現此種高速的反投影演算法之非限制性的範例架構係在此加以描述。一種架構是將相同的接收的飛行時間資訊同時分佈到所有的通道；另一種架構是依序地從元件至元件來移位該接收的飛行時間資訊。這兩種架構的例子係在以下更詳細地加以描述。
圖15係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於實施一反投影演算法之一舉例說明的架構1500。在此舉例說明的實施例中，該緩衝器1510係被實施為獨立的記憶體。進入該緩衝器的箭頭係連接至寫入埠，而離開該緩衝器的箭頭是來自讀取埠。
為了簡化起見，假設被讀取的位址是和被寫入的位址相同的。然而，應該體認到此並不一定需要是如此的(例如，一或多個暫存器延遲經常是所需的，此係在位址與讀取之間達成一暫存器延遲)。在某些實施方式中，例如，被寫入的資料可以相對被讀取的資料有偏移量，此係導致資料在該緩衝器中的一循環移位。或者是，該記憶體可被提供比處理高的速率之時脈，因而讀取及寫入可以在不同的時脈週期下發生。
該反投影演算法係藉由依序地對於在該緩衝器中的每個深度索引計算一內迴圈、以及對於每個疊代(iteration)索引計算一外迴圈來加以實施。疊代的數目可以成比例於所用的緩衝器的數目，然而，應該體認到的是，疊代的數目可以藉由考量該接收的切趾之空間的支援而被降低。
定序(sequencing)之一非限制性的例子可以是如下的：(1)發送的TOF係從發送的TOF記憶體1520而被下載到一記憶體區塊、(2)對於每個內迴圈週期，一單一位址計數器係控制所有緩衝器的讀取/寫入位置，以及該切趾1522、接收的TOF 1524、以及發送的TOF 1520的記憶體。該些接收的TOF值以及切趾值可以在所有的子系統之間加以共用。應注意到的是，相對於事先計算出並且儲存在記憶體中，TOF值及/或切趾值可以等同地在操作期間加以計算出。
該演算法的核心是在每個子系統中藉由加法器及乘法器(例如，加法器1530及乘法器1532)來加以實施。RF資料(IQ)1575係被接收作為輸入。該乘法器(例如，乘法器1532)係取得從內插器1580所提供之經內插的信號值1502並且接收切趾值1504，並且產生一經切趾的信號1540，而該加法器(例如，加法器1530)係接著將其與來自右邊緊鄰的子系統之先前的緩衝器(例如，緩衝器1550)值結合，並且寫入經結合的值到其對應的緩衝器(例如，緩衝器1560)中。
同時，該發送的TOF區塊1520係持續地載入其餘的發送的TOF值。在一特定的時間點，相關目前的幀的最後一個發送的TOF值將會是已經寫入一緩衝器中。在此時間之後，用於下一個激勵之發送的TOF值係開始載入該發送的TOF緩衝器中。該些影像緩衝器值以及發送的TOF值係被讀取並且移位至左邊的子系統，並且可以用和影像值被移位相同的方式而被移位在一個別組的緩衝器中。或者是，該些影像緩衝器值以及發送的TOF值可以逐位元的連成一串並且儲存在相同的記憶體中，藉此簡化佈局及設計。
發送的切趾1570係在每一行通過在該換能器中的最後的元件時被乘到該影像行之上。在此點之處，該複雜的被重建的資料的大小可加以決定，藉此縮減儲存的資料一個2的因數。
在形成一幀(例如，一3D重建的一單一2D影像)之後，該影像可被抽取出，並且被呈現用於顯示或是進一步處理。然而，若該過程係在不抽取該波形或是重置該些緩衝器之下繼續時，則將會開始將下一次採集相關性的合成到目前的影像上。若此為所要的或是可接受的，則可以藉由在抽取以及該些緩衝器的重置之前等待直到一完整的幀所需的所有激勵都完成為止，來達成大量的節省。
以上概述的方法係具有數個優點。例如，其並不使用任何大型的多工器，並且用以形成一影像所花費的時間量只是在影像/體積中的像素/體素(voxel)數目的一函數而已。
圖16係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於實施一反投影演算法之一替代的架構1600。如圖所示，反投影架構1600係接收RF資料(IQ)1620以作為輸入，並且包含內插器元件1630、乘法器元件1632、加法器元件1636、以及緩衝器元件1616及1640。在某些實施例中，緩衝器元件1640(例如，該些接收的切趾緩衝器)中的一或多個可以具有一可變的緩衝器元件的數量，以容許有更細緻的成像格子。該舉例說明的架構1600亦包含用於發送的切趾值1614以及接收的切趾值1618之輸入緩衝器。在此舉例說明的實施例中，其並非是同時分布單一接收的飛行時間值到所有的元件，而是該接收的飛行時間資訊1610係用和發送的飛行時間資訊1612相同的方式，但是在一半的速率下被移位橫跨該陣列。應該體認到的是，該接收的TOF可以替代地被實施成使得值可以在足夠的緩衝器下，用任何速率或方向來加以移位以產生類似的結果。如圖所示，該速率改變可以利用在每個元件之間的一額外的緩衝器來加以達成。
該(2N-1)個接收的TOF緩衝器可以根據以下而被初始化：
該N個發送的TOF緩衝器可以根據以下而被初始化：
一用於接收的參數之範例的載入機制係被描繪在以下的表中：
用於以上的表中的陰影之說明係如下：
一用於發送的參數之範例的載入機制係被描繪在以下的表中：
上述的舉例說明的反投影架構是相關一個二維的影像重建處理器來加以描述。該架構可以藉由利用一種層析成像的方法(亦即，以切片建立第三維度)、或是藉由利用任何其它適當的技術而延伸到三維。
某些實施例可被配置以利用都卜勒成像，其係利用總體壓縮來壓縮資料。都卜勒處理是藉由觀察在橫跨時間的多個回波中的相移，以嘗試量測在組織中的速度。一都卜勒成像序列係由多個資料採集幀所組成的，其被稱為一總體。一都卜勒總體的長度(亦稱為封包尺寸)通常是8到16個幀。
來自單一所關注的點之信號可被表示為，其中S(t)是在該被重建的影像中之所關注的點的時間的一函數，該A1項係代表來自不動的組織源的背景散射，並且該A2項係代表由於一移動的散射體之變化的信號。一項有關都卜勒處理的挑戰是由於在A1與A2之間的差值的大小。該差值的大小係依據被成像的組織而定。例如，在腎臟中，A1可以大於A2達40dB，因為包含流動的血液之小尺寸的血管之緣故；該些回波信號同時包含組織及血液兩者的散射。在頸動脈中，在A1與A2之間的差值係遠比其小的。例如，在某些區域中，該A1項可以是零，因為大的血管係容許血液的反向散射與組織的反向散射的完全的隔離。隔離A2與A1係需要一種壁(wall)濾波器(亦被稱為一雜波(clutter)濾波器)，並且在以下更詳細地加以描述。
資料的多次採集係提供用於在一指定的脈衝重複頻率(PRF)的都卜勒處理的總體。從此組的總體，速度可被計算出。一壁濾波器經常被實施以移除非移動的場景散射體，其中該資料首先已經被波束成形。此壁濾波器例如可以利用一有限脈衝響應(FIR)濾波器或是橫跨該些總體的一矩陣乘法來加以實施。其它用於一壁濾波器的選項係包含但不限於一無限脈衝響應(IIR)以及一經由快速傅立葉轉換(FFT)的濾波器。用於影像的一總體之波束成形的影像係藉由予以給出。壁濾波的資料係藉由以下給出： 其中是該壁濾波器，一具有M個濾波器值的2D矩陣係被用來移除低頻，以及Nt 個濾波器係被用來計算自相關值。在最簡單的情形中，，儘管應該體認到的是，其它Nt 的值亦可以替代地被使用。當設計及實施一壁濾波器時，吾人應該注意到濾波器響應是否為一方形或是非方形矩陣。
在該壁濾波器之後，一自相關函數可被利用以找出該流動的功率及/或該流動的方向。一lag-0自相關係提供一功率計算，並且一lag-1自相關係提供一流動計算。(備註：lag-1自相關可以提供充分的功率以及彩色流動都卜勒)。該lag-1自相關係藉由以下給出：，其中
若假設，其中係代表由於在幀之間的運動所造成的相位改變，則該lag-1相關性值的相位係等於。
最後，該lag-1自相關的平均值係對於每個點提供速度(或是對於lag-0為提供功率)的一估計。該平均值係藉由首先求出總和，並且接著除以而被計算出。因此，該都卜勒信號係藉由以下所給出：
在一數位實施方式中，空間係被離散化：，其中、分別是橫向的間隔以及範圍的間隔。該空間的離散化係意指針對於該反向散射影像以及都卜勒影像有一有限數量的點需要計算。
圖17係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於利用總體壓縮以執行都卜勒成像之一舉例說明的架構1700。在該舉例說明的架構中，一反投影架構(例如，在圖15及16中所示的反投影架構)的硬體係被用來對於所有的總體執行該壁濾波器。在此之後，當該資料係利用一資料串流而被提供到晶片外時，一暫存器1750以及一加法器1720(其一起構成一累加器)以及一複數的乘法器1710係被用來計算該lag-1自相關以及最後的都卜勒值。如圖所示，都卜勒成像架構1700亦包含延遲元件1730以及複數共軛的元件1740。
反投影架構係容許利用適當的運算順序以及記憶體的再利用之矩陣乘法。舉例而言，該都卜勒壁濾波矩陣乘法可以在該反投影架構內，藉由儲存該些矩陣係數在該接收的切趾記憶體內並且儲存有序的(ordered)索引在該接收的TOF記憶體中(參見以下的表之範例順序)來加以達成。在此例中，該接收的TOF值係對於總體的數目連續地重複相同的索引到該RF緩衝器中。尤其，在該接收的切趾緩衝器中的值係包含待與每個總體值相乘的壁濾波器矩陣的值。一旦該些壁濾波器值已經對於單一激勵被相乘後，該些緩衝器值係不變地通過該反投影管線。該些緩衝器值係被回授以使得該總體之其餘的值係乘以該壁濾波器的下一批係數。此過程係被重複，直到該矩陣乘法完成為止。對於該些都卜勒計算而言，另一處理單元可被用來處理該資料，以作為離開該緩衝器之計算出的值。此處理單元的一個例子係見於架構1700中，並且執行在以上的方程式中所敘述之運算以計算在D[i，j]中的值。該資料係被載入一暫存器中並且相乘，使得lag-1的一自相關係被計算出，並且在所收集的總體的數量(針對於該lag差值則為減去1)上的結果係被加總。注意到的是，任意數量的暫存器1730都可被使用或是加以多工處理，以形成任何所期望的lag自相關。
其它包含但不限於傅立葉重新取樣以及剪切波(shearwave)處理的影像重建技術亦被思及而使用於本揭露內容的某些實施例。
圖18A及18B係展示根據本揭露內容的某些實施例的可被使用之舉例說明的動態聚焦架構。該動態聚焦架構係在單一激勵上執行一動態的延遲及總和之運算。一動態聚焦波束成形器可以延遲來自一聲波場的返回信號，使得來自相等時間的沿著一線(或是平面)的散射係在所有的接收換能器元件之間加總起來。在某些實施例中，此係在一串流架構中加以完成，其並不需要將單一採集的全部資料儲存在記憶體中。圖18A係展示當串流可定址的延遲被使用時，用於實施動態聚焦之一舉例說明的架構1800。架構1800係包含提升取樣的(upsampling)元件1802，其係接收在一fs 的取樣速率之ADC資料；暫存器1804(例如，一1024個值的10位元的可定址的移位暫存器)；乘法器1806；以及加法器1820。應該體認到的是，任何適當的取樣速率fs (例如，200MHz、100MHz、50MHz、等等)都可被用在該架構1800中。此外，任何適當尺寸的緩衝器或暫存器都可被使用。圖18B係展示當管線延遲係被使用時，用於實施動態聚焦之一舉例說明的架構1810。架構1810係包含暫存器1804，其係接收在一fs 的取樣速率之ADC資料；提升取樣的元件1802；縮減取樣的元件1808；乘法器1806；以及積分器1820。應該體認到的是，任何適當的取樣速率fs (例如，200MHz、100MHz、50MHz、等等)都可被用在該架構1810中。此外，任何適當尺寸的緩衝器或暫存器都可被使用。
直接的合成是一種資料縮減技術，其中多個激勵係被收集並且加總在一起，以作為朝向影像重建之一中間的階段。當一超音波激勵波場(wavefield)是位移不變時，例如，該些場壓力係對於在空間中的每個點等同地被移位，則該激勵係被視為空間不變的。合成一空間不變的激勵係容許有降低的資料速率，但是在該重建中具有一降低的品質之代價。一種實施方式係使用一些虛擬源，其可以是僅僅稍微超出吾人為了高品質的影像而會傳送的平面波之數目。在該ADC緩衝器中之晶片上的加法可以提供在收集之際壓縮該資料的能力。產生自各種的激勵(其包含但不限於虛擬源、聚焦射束、平面波以及數個其它空間不變的射束)之資料可以在影像重建之前先加以合成。
在此所述的電路之操作的特點係進一步在以下參考圖19來加以解說，圖19是根據某些納入資料縮減電路的實施例之用於操作一超音波資料裝置之一舉例說明的方法1900的流程圖。方法1900可以全部或部分藉由任何適當的超音波裝置(例如，參考圖1B及圖3所述的超音波裝置100)來加以執行。
方法1900係開始在階段1902，其中該超音波裝置的一或多個參數係被組態設定。該些參數可以用任何適當的方式被組態設定，因而實施例並不限於此方面。例如，在某些實施例中，組態設定該超音波裝置的一或多個參數係包含載入發送及/或接收的參數到控制暫存器中，該控制暫存器係提供資訊至該裝置以用於控制其操作。在某些實施例中，如上所論述，組態設定該一或多個參數係包含根據一所選或是程式化的成像操作模式來存取被儲存在該裝置上的記憶體中之參數。此外，任何適當的參數都可以在階段1902中被組態設定，其包含但不限於發送的參數、接收鏈路的壓縮參數、以及序列時序參數。
在用於該超音波裝置的參數已經被組態設定之後，該方法1900係前進到階段1904，其中該超音波裝置係開始發送。例如，該超音波裝置的一或多個構件可以存取被載入到該裝置上的暫存器中之發送的參數(例如，在階段1902中被組態設定之發送的參數)，並且該超音波換能器陣列的元件可以至少部分根據這些參數來加以指示，以發送聲波能量。
該方法1900接著係前進到階段1906，其中該超音波換能器陣列的元件係開始接收響應於該發送的聲波能量之資料。該方法1900接著係前進到階段1908，其中該接收到的資料係藉由上述的接收信號處理鏈路的類比及/或數位構件來加以處理。在某些實施例中，當資料正從該超音波換能器陣列加以接收時，資料壓縮係在接收到的資料上即時地加以執行。在其它實施例中，該接收到的資料中的至少一些資料係在被壓縮之前被儲存在晶片上的記憶體中，並且本揭露內容的實施例並不限於此方面。
如同在階段1910中所示，而且如上所述的，接收到的信號的至少某些處理可包含使得該些信號是藉由類比信號處理的電子電路來受到類比處理，該類比信號處理的電子電路係包含但不限於上述的類比信號處理架構(例如，濾波、平均、藉由一時間增益補償電路控制的可變增益放大、等等)。在某些實施例中，如上所論述的，該類比信號處理鏈路的輸出係被提供至一類比至數位轉換器，以將該經處理的類比資料信號轉換成為一數位表示。
在類比處理及類比至數位轉換之後，該方法1900係前進到階段1912，其中該數位信號係利用一或多個數位壓縮架構而被壓縮，該數位壓縮架構係包含但不限於以上針對於解調、濾波、降取樣、再量化、以及算術處理所論述的那些架構。
在用於資料壓縮的信號處理之後，該方法1900係前進到階段1914，其中該些經數位處理的信號係選配地被用來執行一影像重建過程的至少一部分。如上所論述的，在某些實施例中，根據該接收到的資料之一影像重建過程的至少一部分可以利用被形成在一和該超音波換能器陣列相同的基板上的影像重建構件來加以執行。在其它實施例中，該經壓縮的信號係被發送到晶片外，以用於利用例如一FPGA或是其它處理電路的影像重建處理。在某些實施例中，一影像重建過程的一部分係在晶片上加以執行，以在發送該資料到晶片外之前提供資料壓縮。
不論一影像重建過程的一部分是否已經在晶片上、晶片外、或是部分在晶片上而且部分在晶片外被執行，該方法1900都前進到階段1916，在該處是決定是否輸出該資料到晶片外、或是開始另一激勵(例如，其意圖是利用下一個激勵來處理先前的激勵，例如是用於都卜勒處理、諧波成像強化、平均、或是其它適當的處理)。若在階段1916中是決定輸出該資料，則該方法1900係前進到階段1918，其中該資料係以一資料串流而被發送至一外部的裝置。如上所論述的，連接至該外部的裝置的輸出介面可能是頻寬受限的，因而在此所述的架構可被用來提供足以致能在單晶片上的超音波成像被實現的資料壓縮，同時亦能夠以該輸出介面所支援的一速率發送該資料到晶片外。
在該資料於階段1918中被輸出之後，該方法1900可以選配地返回階段1902或階段1904，其中更多的資料可以利用該超音波裝置且利用相同或不同的裝置參數來加以收集。例如，若該方法1900回到階段1902，則該些裝置參數的全部或是一子集合(亦即，小於全部)可以在從該超音波換能器陣列發送新的激勵之前加以組態設定。或者是，若該方法1900回到階段1904，則該發送電路可被指示以在不修改該些裝置參數下傳送另一激勵。
若在階段1916中是決定該資料不應該被輸出，則該方法1900是回到階段1902、1904或1908中的一或多個，此例如是根據該超音波裝置的成像模式而定。在其中一影像重建過程的至少一部分是在晶片上被執行的實施例中，該方法可以返回階段1902，其中該發送電路係被指示以根據不同的參數來傳送激勵，以致能在晶片上合成影像資料。例如，在諧波成像中，該些ALU參數可以在階段1902中加以調整。對於平均或都卜勒處理而言，該方法可以返回階段1904，其中該發送電路係被指示以在不修改該些參數下傳送另一激勵。在另外其它實施例中，該方法回到階段1908，以在輸出該信號到晶片外之前執行額外的處理。該方法1900係持續直到在階段1918中決定輸出該資料到晶片外為止。應該體認到的是，方法1900是舉例說明的，並且變化係被思及。
在某些實施例中，被用來達成上述的功能中的某些或全部的功能之記憶體可以是位在晶片上的，亦即在該晶粒112上。然而，在其它實施例中，被用來實施所述功能的某些或全部之記憶體中的某些或全部的記憶體可以是位在晶片外的，而該電路的其餘部分、軟體及/或其它構件則是位在該晶粒112上。
至此已經敘述在本揭露內容中所闡述的技術的數個特點及實施例，所體認到的是，各種的改變、修改及改良將會輕易地由熟習此項技術者所思及。此種改變、修改及改良係欲落於在此所述的技術之精神及範疇內。例如，該項技術中具有通常技能者將會輕易地預想到各種其它的手段及/或結構以用於執行該功能且/或獲得在此所述的結果及/或優點中的一或多個，因而此種變化及/或修改的每一個係被認為是落於在此所述的實施例的範疇之內。熟習此項技術者僅僅利用常規的實驗就將會體認到、或是能夠確定在此所述的特定實施例之許多等同物。因此，將被理解是先前的實施例只是舉例被呈現而已，並且在所附的申請專利範圍及其等同物的範疇內，本發明的實施例可以不同於所明確敘述者來加以實施。此外，若在此所述的特點、系統、物品、材料、套件、及/或方法並非彼此不相容的，則兩個或多個此種特點、系統、物品、材料、套件、及/或方法的任意組合也是內含在本揭露內容的範疇內。
上述的實施例可以用許多方式的任一種來加以實施。本揭露內容的一或多個牽涉到過程或方法的執行之特點及實施例可以利用可藉由一裝置(例如，一電腦、一處理器或是其它裝置)執行的程式指令，以執行或控制該些過程或方法的執行。在此方面而言，各種的發明概念可以被體現為一電腦可讀取的儲存媒體(或是多個電腦可讀取的儲存媒體)(例如，一電腦記憶體、一或多個軟碟、光碟、磁帶、快閃記憶體、現場可程式化的閘陣列或其它半導體裝置中的電路配置、或是其它實體的電腦儲存媒體)，其係被編碼一或多個程式，當在一或多個電腦或其它處理器上執行該一或多個程式時，其係執行實施上述的各種實施例中的一或多個之方法。該一或多個電腦可讀取的媒體可以是可移動的，使得儲存在其上的一或多個程式可被載入到一或多個不同的電腦或是其它處理器之上，以實施上述的特點中之各種特點。在某些實施例中，電腦可讀取的媒體可以是非暫態的媒體。
該術語"程式"或"軟體"係在此以一般性的意思被使用，以指稱可被利用來程式化一電腦或是其它處理器之任意類型的電腦碼或是電腦可執行的指令集，以實施如上所述的各種特點。此外，應該體認到的是，根據一特點，一或多個當被執行時是執行本揭露內容的方法之電腦程式並不需要存在於單一電腦或是處理器上，而是可以用一種模組化方式被分散在一些不同的電腦或處理器之間，以實施本揭露內容的各種特點。
電腦可執行的指令可以是具有許多藉由一或多個電腦或是其它裝置執行的形式，例如是程式模組。一般而言，程式模組係包含常式、程式、物件、元件、資料結構、等等，其係執行特定的工作、或是實施特定的抽象資料類型。該些程式模組的功能在各種的實施例中通常可以根據需要來加以組合或是分散。
再者，資料結構可以用任何適當的形式被儲存在電腦可讀取的媒體中。為了簡化說明起見，資料結構可以被展示具有透過在該資料結構中的位置而相關連的欄位。此種關係同樣可藉由指定在一電腦可讀取的媒體中的位置給該些欄位的儲存來加以達成，其係在該些欄位之間傳達關係。然而，任何適當的機制都可被用來在一資料結構的欄位中的資訊之間建立一關係，其包含透過指標、標籤或是其它在資料元件之間建立關係的機制的使用。
當以軟體加以實施時，該軟體碼可以在任何適當的處理器或是處理器的集合上加以執行，而不論是否被設置在單一電腦中、或是被分散在多個電腦中。
再者，應該體認到的是，一電腦可以用一些形式的任一種而被體現，例如一工業電腦、一桌上型電腦、一膝上型電腦、或是一平板電腦，以作為非限制性的例子。此外，一電腦可以內嵌在一種一般並不被視為一電腦但是具有適當的處理功能之裝置中，其包含一個人數位助理(PDA)、一智慧型手機、或是任何其它適當的可攜式或固定的電子裝置。
再者，一電腦可具有一或多個輸入與輸出裝置。除了其它方面外，這些裝置可被利用來呈現一使用者介面。可被利用來提供一使用者介面的輸出裝置的例子係包含用於輸出的視覺呈現之印表機或顯示器螢幕、以及用於輸出的聽覺呈現之揚聲器或其它的聲音產生裝置。可被利用於一使用者介面的輸入裝置的例子係包含鍵盤以及指向裝置，例如是滑鼠、觸控板以及數位化平板電腦。作為另一例子的是，一電腦可以透過語音辨識或是以其它可聽見的格式來接收輸入資訊。
此種電腦可以藉由一或多個網路而用任何適當的形式來加以互連，其包含一本地區域網路、或是一例如為企業網路以及智慧型網路(IN)或網際網路之廣域網路。此種網路可以是基於任何適當的技術，並且可以根據任何適當的協定來操作，並且可包含無線網路、有線的網路或是光纖網路。
再者，如先前所述，某些特點可以被體現為一或多種方法。該些被執行以作為該方法的部分之動作可以用任何適當的方式來加以排序。於是，實施例可被建構成其中動作係以一不同於所舉例的順序來加以執行，其可包含同時執行某些動作，即使在舉例說明的實施例中被展示為依序的動作。
如同在此界定及使用的所有定義都應該被理解為超越字典的定義、被納入作為參考的文件中之定義、及/或被定義的術語之普通的意義。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，該些不定冠詞"一"以及"一個"，除非另有清楚相反地指出，否則都應該被理解為表示"至少一個"。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，該措辭"及/或"應該被理解為表示該些如此相關連的元件的"任一者或是兩者"，亦即，元件係在某些情形中連結地存在，而在其它情形中分離地存在。多個利用"及/或"列出的元件應該用相同的方式加以解釋，亦即，該些元件的"一或多個"是如此關連的。除了那些藉由該"及/或"子句明確地指明的元件之外的其它元件亦可以選配地存在，而不論其是否與那些明確指明的元件相關或是不相關的。因此，作為一非限制性的例子，一項對於"A及/或B"的參照當結合例如是"包括"的開放式語言使用時，在一實施例中可以是指只有A(選配地包含除了B之外的元件)；在另一實施例中是指只有B(選配地包含除了A之外的元件)；在又一實施例中是指A及B兩者(選配地包含其它元件)；依此類推。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，該參照到一列出的一或多個元件的措辭"至少一個"應該被理解為表示從在該列出的元件中的該些元件的任一個或是多個中選出的至少一元件，但是不一定包含在該些列出的元件內明確被列出的每一個以及所有元件中的至少一個，而且並不排除在該些列出的元件中之元件的任意組合。此定義亦容許除了在該措辭"至少一個"所參照的該些列出的元件內明確指明的元件之外的元件可以選配地存在，而不論與那些明確指明的元件相關或不相關的。因此，作為一非限制性的例子，"A及B中的至少一個"(或是等同的"A或B中的至少一個"、或是等同的"A及/或B"中的至少一個)在一實施例中可以是指至少一個(選配地包含超過一個)A，而沒有B存在(以及選配地包含除了B之外的元件)；在另一實施例中是指至少一個(選配地包含超過一個)B，而沒有A存在(以及選配地包含除了A之外的元件)；在又一實施例中是指至少一個(選配地包含超過一個)A以及至少一個(選配地包含超過一個)B(以及選配地包含其它元件)；依此類推。
再者，在此使用的措辭及術語是為了說明之目的，因而不應該被視為限制性的。在此"包含"、"包括"或是"具有"、"內含"、"涉及"及其變化的使用係意謂涵蓋之後被列出的項目及其等同物以及額外的項目。
在該申請專利範圍中以及在上述的說明書中，所有例如是"包括"、"包含"、"載有"、"具有"、"內含"、"涉及"、"保持"、"由…所構成"與類似者的連接詞係欲被理解是開放式的，亦即表示包含但不限於。只有連接詞"由…所組成"以及"實質由…所組成"分別應該是封閉式或是半封閉式的連接詞。
100‧‧‧整合的超音波裝置
102‧‧‧換能器陣列
103‧‧‧類比接收(RX)電路
104‧‧‧發送(TX)控制電路
106‧‧‧RX控制電路
108‧‧‧時序及控制電路
110‧‧‧信號調節/處理電路
112‧‧‧半導體晶粒
114‧‧‧輸出介面(輸出埠)
116‧‧‧輸入埠
118‧‧‧電源管理電路
130‧‧‧接收(RX)壓縮電路
132‧‧‧資料縮減電路
134‧‧‧影像形成電路(影像重建電路)
136‧‧‧後置處理電路
140‧‧‧接收(RX)緩衝器記憶體
142‧‧‧多工器(MUX)
150‧‧‧數位信號處理區塊
160‧‧‧時間增益補償(TGC)電路
200‧‧‧輸入介面
202‧‧‧基板
204‧‧‧超音波電路模組
206‧‧‧超音波元件
208‧‧‧超音波換能器
300‧‧‧現場可程式化的閘陣列(FPGA)
310‧‧‧處理單元
314‧‧‧輸出介面
410‧‧‧加法器
420‧‧‧延遲元件
510‧‧‧類比處理區塊
512‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
514‧‧‧數位處理區塊
610‧‧‧外差電路
612‧‧‧濾波電路
612a‧‧‧積分器級
612b‧‧‧梳狀級
614‧‧‧降取樣電路
618‧‧‧算術邏輯單元(ALU)
620、622‧‧‧乘法器電路
700‧‧‧級聯積分梳狀(CIC)濾波器
710‧‧‧延遲元件
712‧‧‧積分器元件
816‧‧‧再量化電路
818‧‧‧算術邏輯單元(ALU)
824‧‧‧正弦波產生器
826‧‧‧相移器元件
830‧‧‧延遲元件
832‧‧‧加法器元件
840‧‧‧縮減取樣電路
850‧‧‧延遲元件
852‧‧‧減法元件
860‧‧‧再量化電路
900‧‧‧多相架構
910‧‧‧乘法器元件
920‧‧‧構件
930‧‧‧加法器元件
1202‧‧‧偶數-奇數取樣器
1204‧‧‧反相器
1206‧‧‧向右移位
1208‧‧‧半樣本延遲
1220‧‧‧乘法器元件
1302‧‧‧開關
1310‧‧‧節點
1312‧‧‧計數器
1314‧‧‧計數器
1316‧‧‧乘法器
1318‧‧‧加法器
1320‧‧‧暫存器
1330‧‧‧暫存器
1340‧‧‧邏輯元件
1350‧‧‧濾波器係數
1360‧‧‧區塊
1370‧‧‧區塊
1390‧‧‧正反器
1410‧‧‧樣本記憶體
1412‧‧‧加法器
1414、1416‧‧‧乘法器
1500‧‧‧架構
1502‧‧‧經內插的信號值
1504‧‧‧切趾值
1510‧‧‧緩衝器
1520‧‧‧發送的TOF
1522‧‧‧切趾
1524‧‧‧接收的TOF
1530‧‧‧加法器
1532‧‧‧乘法器
1540‧‧‧經切趾的信號
1550‧‧‧緩衝器
1560‧‧‧緩衝器
1570‧‧‧發送的切趾
1575‧‧‧RF資料(IQ)
1580‧‧‧內插器
1600‧‧‧反投影架構
1610‧‧‧接收的飛行時間資訊
1612‧‧‧發送的飛行時間資訊
1614‧‧‧發送的切趾值
1616‧‧‧緩衝器元件
1618‧‧‧接收的切趾值
1620‧‧‧RF資料(IQ)
1630‧‧‧內插器元件
1632‧‧‧乘法器元件
1636‧‧‧加法器元件
1640‧‧‧緩衝器元件
1700‧‧‧都卜勒成像架構
1710‧‧‧複數的乘法器
1720‧‧‧加法器
1730‧‧‧延遲元件
1740‧‧‧複數共軛的元件
1750‧‧‧暫存器
1800‧‧‧架構
1802‧‧‧提升取樣的元件
1804‧‧‧暫存器
1806‧‧‧乘法器
1808‧‧‧縮減取樣的元件
1810‧‧‧架構
1820‧‧‧加法器(積分器)
1900‧‧‧方法
1902、1904、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918‧‧‧階段
所揭露的技術之各種的特點及實施例將會參考以下的圖式來加以描述。應該體認到的是，該些圖式並不一定按照比例繪製。出現在多個圖式中的項目係在所有它們出現的圖中藉由相同的元件符號來加以指出。 圖1A係展示根據本揭露內容的實施例的一種超音波成像裝置之舉例說明的架構的方塊圖； 圖1B係展示根據本揭露內容的某些實施例的當與額外的構件整合時的圖1A的舉例說明的架構； 圖2係展示在一根據本揭露內容的某些實施例所用的陣列中的超音波換能器元件之個別可控制的模組的配置的概要圖示； 圖3係展示根據本揭露內容的某些實施例之一替代的舉例說明的架構，其中至少某些數位處理構件是位在晶片外的； 圖4係展示根據本揭露內容的某些實施例的一可被使用的時間增益補償電路之一舉例說明的架構； 圖5係展示一可被納入在本揭露內容的某些實施例中的資料縮減電路之一舉例說明的架構； 圖6係展示用於在圖5中所示的資料縮減電路的一數位處理區塊內的資料縮減之一舉例說明的架構； 圖7係展示根據本揭露內容的某些實施例的一可被使用的級聯(cascade)整合梳狀電路之一舉例說明的架構； 圖8係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行資料縮減之一舉例說明的電路； 圖9係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行正交(quadrature)縮減取樣一個4的因數之一舉例說明的電路； 圖10係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行正交縮減取樣一個4的因數之一替代的電路； 圖11係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行正交縮減取樣一個4的因數之一替代的電路； 圖12係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行正交縮減取樣一個4的因數之一替代的電路； 圖13係展示根據本揭露內容的某些實施例的一可被使用的多相濾波器之一舉例說明的架構； 圖14係展示根據本揭露內容的某些實施例的一可以提供資料縮減的算術邏輯單元之一舉例說明的架構； 圖15係展示根據本揭露內容的某些實施例的利用一整合的反投影(backprojection)技術的影像形成之一舉例說明的架構； 圖16係展示根據本揭露內容的某些實施例的利用一整合的反投影技術的影像形成之一替代的架構； 圖17係展示根據本揭露內容的某些實施例的用於執行總體(ensemble)壓縮之一舉例說明的架構； 圖18A及18B係展示根據本揭露內容的某些實施例的分別利用串流可定址及管線延遲的執行動態聚焦之舉例說明的架構；以及 圖19是根據本揭露內容的某些實施例的用於操作一超音波換能器陣列之一舉例說明的方法的流程圖。

Claims (25)

  1. 一種超音波裝置，其係包括： 至少一超音波換能器元件，其被整合在一半導體晶粒上； 一類比接收電路，其被整合在該半導體晶粒上，該類比接收電路被配置以接收來自該至少一超音波換能器元件的輸出訊號；以及 一接收壓縮電路，其被整合在該半導體晶粒上，並且被組態設定以在任何影像重建過程被執行之前產生一經壓縮的數位信號，該接收壓縮電路包括： 一資料縮減電路，其具有連接至該類比接收電路的一輸出的一輸入，該資料縮減電路被組態設定以產生該經壓縮的數位信號；以及 一數位信號處理區塊，其與該資料縮減電路進行通訊，該數位信號處理區塊被配置以接收該經壓縮的數位信號，並且被配置以執行一影像重建過程的至少一部分； 其中該數位信號處理區塊的一輸出，其被組態設定以一資料串流而從該半導體晶粒被發送出。
  2. 如申請專利範圍第1項之超音波裝置，其中該資料縮減電路係包括： 一類比壓縮電路，其被組態設定以接收該類比接收電路的該輸出，並且被組態設定以根據該類比接收電路的該輸出而執行類比的影像重建前壓縮，以便產生經壓縮的類比的影像重建前壓縮資料； 一類比至數位轉換器(ADC)，其被組態設定以轉換該經壓縮的類比的影像重建前壓縮資料至一數位表示；以及 一數位壓縮電路，其被組態設定以接收該數位表示，並且組態設定以縮減該數位表示的一資料頻寬，藉此產生該經壓縮的數位信號。
  3. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該類比壓縮電路進一步包括一低通濾波器，其被組態設定以提供該類比接收電路的該輸出的抗混疊。
  4. 如申請專利範圍第3項之超音波裝置，其中該低通濾波器具有一截止頻率，該截止頻率係選自由數量級5MHz、數量級10MHz、數量級25MHz、以及數量級50MHz所構成的群組。
  5. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該ADC包括下列一者或多者：一連續漸進暫存器(SAR)ADC、一快閃ADC、一管線ADC、一三角積分ADC、一多斜率的ADC、以及一時間交錯的ADC。
  6. 如申請專利範圍第5項之超音波裝置，其中該ADC包括一10位元ADC，其被組態設定以操作在一轉換率，該轉換率係選自由20百萬樣本(Msps)、40 Msps、50 Msps、以及80 Msps所構成的群組。
  7. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路被組態設定以執行下列一者或多者：正交解調、縮減取樣、正交取樣、濾波的縮減取樣、級聯積分梳狀(CIC)濾波、接收孔徑濾波、多相濾波、再量化、以及脈衝壓縮。
  8. 如申請專利範圍第7項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括一濾波器、一降取樣電路、一再量化電路、以及一算術邏輯單元(ALU)，其中該濾波器的一輸出係耦接至該降取樣電路的一輸入，該降取樣電路的一輸出係耦接至該再量化電路的一輸入，並且該再量化電路的一輸出係耦接至該 ALU的一輸入。
  9. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括正交解調電路，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  10. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括縮減取樣電路，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  11. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括濾波電路，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  12. 如申請專利範圍第11項之超音波裝置，其中該濾波電路包括一級聯積分梳狀(CIC)濾波器，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  13. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括再量化電路，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  14. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路包括算術邏輯單元，其被組態設定以產生該經壓縮的數位信號。
  15. 如申請專利範圍14項之超音波裝置，其中該算術邏輯單元係被組態設定以執行至少一操作以便產生該經壓縮的數位信號，該至少一操作係選自由擴充一字尺寸、位元移位、累加、以及減法所構成的群組。
  16. 如申請專利範圍第2項之超音波裝置，其中該數位壓縮電路係被組態設定以至少部分根據該超音波裝置的一操作模式來產生該經壓縮的數位信號。
  17. 如申請專利範圍第1項之超音波裝置，其中該數位信號處理區塊包括： 一影像形成電路；以及 一後置處理電路。
  18. 如申請專利範圍第17項之超音波裝置，其中該影像形成電路被組態設定以執行一影像重建過程的該至少一部分。
  19. 如申請專利範圍第17項之超音波裝置，其中該影像形成電路被組態設定以利用一波束成形技術而執行一影像重建過程的該至少一部分。
  20. 如申請專利範圍第19項之超音波裝置，其中該波束成形技術包括利用一整合的反投影技術，其中接收器的飛行時間值和接收的切趾值的至少一者可於一連續掃描內被再利用。
  21. 如申請專利範圍第17項之超音波裝置，其中該後置處理電路被組態設定以執行額外的資料壓縮，該額外的資料壓縮係超出被用於在任何影像重建過程被執行之前產生該經壓縮的數位信號之資料壓縮。
  22. 如申請專利範圍第1項之超音波裝置，其進一步包括一記憶體，該記憶體被整合在該半導體晶粒上，該記憶體被組態設定以在該數位信號處理區塊的該輸出從該半導體晶粒被發送之前，暫時儲存該數位信號處理區塊的該輸出。
  23. 如申請專利範圍第22項之超音波裝置，其中該記憶體進一步被組態設定以直接接收來自該資料縮減電路的至少一些輸出，該至少一些輸出並未被該數位信號處理區塊處理過。
  24. 如申請專利範圍第1項之超音波裝置，其進一步包括一輸出介面，該輸出介面被組態設定以從該半導體晶粒輸出該資料串流。
  25. 如申請專利範圍第24項之超音波裝置，其中該輸出介面係一高速串列介面，該高速串列介面係選自由一USB 3.0介面、一USB 3.1介面、一USB 2.0介面、一Thunderbolt介面、一FireWire介面、以及一Gigabit乙太網路介面所構成的群組。
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