手持式數(shù)字波束合成超聲診斷設(shè)備

1.一種手持式超聲診斷設(shè)備，包括：
置于外殼內(nèi)的一個換能器陣，采用多個換能器陣元通過一個聲學(xué) 窗口檢測病人；
置于所述外殼內(nèi)的數(shù)字波束合成器，用于數(shù)字延遲和組合由所述 換能器陣的陣元接收到的回波信號以形成超聲束；
與所述換能器陣相連的一個收發(fā)電路，用于控制換能器陣的激 勵，并接收來自所述換能器陣的回波，其中所述收發(fā)電路將從所述換 能器陣的相鄰陣元接收的信號組合，從而提供一個換能器節(jié)距，所述 相鄰陣元是由收發(fā)電路單獨激勵的，該節(jié)距在接收模式中比在發(fā)射模 式中更粗；
圖像處理電路，用于對所述超聲束進行處理從而得到經(jīng)過處理的 超聲信號；以及
顯示器，用于觀看所述經(jīng)過處理的超聲信號的表達(dá)，
其中所述圖像處理電路和所述顯示器都位于所述外殼中。
2.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于所述的數(shù)字波 束合成器包括一數(shù)字延遲設(shè)備，用于數(shù)字延遲從所述換能器陣的各陣 元接收的回波信號。
3.權(quán)利要求2的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字波束合成 器包括多個數(shù)字延遲設(shè)備，所述多個數(shù)字延遲設(shè)備被連接用于接收從 不同換能器陣元來的回波信號，
數(shù)字延遲設(shè)備串聯(lián)聯(lián)接以求和延遲回波信號。
4.權(quán)利要求2的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字延遲設(shè)備 包括多個數(shù)字FIFO寄存器。
5.權(quán)利要求2的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字延遲設(shè)備 包括多個數(shù)字存儲設(shè)備。
6.權(quán)利要求5的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字存儲設(shè)備 包括雙端隨機存取存儲器。
7.權(quán)利要求2的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于推遲把接收到 的回波信號存儲到所述的數(shù)字存儲設(shè)備的開始時間，從而提供初始延 遲。
8.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字波束合成 器包括對接收回波信號進行動態(tài)聚焦的裝置。
9.權(quán)利要求8的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于還包括多個模 擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于把接收到的回波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本， 其中所述的動態(tài)聚焦裝置包括控制該A/D轉(zhuǎn)換器的信號采樣時間的裝 置。
10.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字波束合 成器還包括以動態(tài)接收孔徑效果函數(shù)把接收的回波信號加權(quán)的裝置。
11.權(quán)利要求10的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于數(shù)字波束合 成器包括多個通道，其中每個通道都包括一數(shù)字延遲設(shè)備，其中加權(quán) 設(shè)備包括連接到每個數(shù)字延遲設(shè)備輸出端的多路復(fù)用器。
12.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于換能器陣具 有多個發(fā)射孔徑，每個孔徑包含一組相鄰的換能器陣元，
其中一組所述的相鄰換能器陣元中的每個陣元都連接到所述多個 多路發(fā)射復(fù)用器中的一個不同的多路發(fā)射復(fù)用器，
由此在超聲波序列發(fā)射期間，一組中的所有所述換能器利用所述 的多個多路發(fā)射復(fù)用器激發(fā)。
13.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，還包括多個多路接收復(fù) 合器，它們都連接在多個換能器陣元和所述波束合成器之間，
其特征在于所述多路接收復(fù)用器響應(yīng)換能器孔徑選擇信號，從而 把選定的換能器陣元接收的回波信號耦合到所述波束合成器，組合到 超聲波束中。
14.權(quán)利要求13的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于所述換能器 陣具有多個接收孔徑，每個接收孔徑由一組相鄰的換能器陣元組成，
其中，所述一組相鄰的換能器陣元中的每個陣元都連接到所述多 個多路接收復(fù)用器中的一個不同的多路接收復(fù)用器，
由此在超聲掃描線接收期間，由一組換能器接收的回波信號都利 用所述的多個多路接收復(fù)用器連接到所述的波束合成器。
15.權(quán)利要求13的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于多路接收復(fù) 用器連接形成折疊接收孔徑。
16.權(quán)利要求13的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于還包括帶通 濾波電路，該帶通濾波電路被連接用于對由所述換能器陣的所述陣元 接收的回波信號進行濾波。
17.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于所述收發(fā)電路 使用N選一和一選M的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中N是換能器通道數(shù)除以最大孔 徑尺寸，M是波束合成器的通道數(shù)。
18.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于換能器陣包 括弧形換能器陣。
19.權(quán)利要求1的手持式超聲診斷設(shè)備，該設(shè)備還包括：
波束合成集成電路芯片，包括：
多個A/D轉(zhuǎn)換器，它們的一些輸入端被連接用于從所述換能器 陣接收信號；
多個數(shù)字延遲器，被連接用于接收所述A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字 信號；以及
求和電路，被連接用于組合從所述數(shù)字延遲器來的數(shù)字信號。
20.權(quán)利要求19的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于波束合成集 成電路芯片包括制作在一個集成電路芯片上的八個A/D轉(zhuǎn)換器和八個 數(shù)字延遲器。
21.權(quán)利要求19的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于波束合成集 成電路芯片包括多組制作在一個集成電路芯片上的八個A/D轉(zhuǎn)換器和 八個數(shù)字延遲器。
22.權(quán)利要求19的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于在接收模式 中所述換能器的節(jié)距增加了一倍。
23.權(quán)利要求22的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于在接收模式 中柵瓣電平增加。
24.權(quán)利要求23的手持式超聲診斷設(shè)備，其特征在于通過一個非 周期孔徑來減小所述柵瓣，其中所述非周期孔徑把所述柵瓣效果混合 成均勻的圖案背景。

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)，特別是完全集成化的手持式超聲 診斷設(shè)備。\n眾所周知，現(xiàn)代超聲診斷系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。當(dāng)今先進的超聲系統(tǒng) 即使是置于為便于攜帶的手推車上，其重量亦達(dá)數(shù)百磅。在過去，超 聲系統(tǒng)都是相對較小的桌面單元，與一臺個人電腦的尺寸相當(dāng)，比如 本發(fā)明的受讓者Advanced?Technology?Laborarories公司生產(chǎn)的一 些系統(tǒng)。但是這些設(shè)備卻不具備當(dāng)今先進的超聲系統(tǒng)的許多高級性 能，如彩色多普勒成像和三維顯示能力。隨著超聲系統(tǒng)變得越來越復(fù) 雜，它也變得越來越笨重。\n然而，隨著數(shù)字電路集成密度的不斷增大，現(xiàn)在就能預(yù)見到微型 超聲系統(tǒng)的出現(xiàn)，其尺寸甚至比甚早期的更小。醫(yī)生們習(xí)慣使用手持 式超聲掃描探頭進行工作，它的大小僅與一只電動剃須刀差不多。因 此，假如能繼續(xù)使用相似的掃描探頭，把整個的超聲系統(tǒng)壓縮進一個 與其大小相當(dāng)?shù)膯卧校呛芎线m的。這樣的超聲設(shè)備如果還能盡可 能多地保留當(dāng)今高級超聲系統(tǒng)的一些特性，比如消斑、彩色多普勒和 三維成像能力，那就更加理想了。\n依據(jù)本發(fā)明的原理，本文提供一種診斷超聲設(shè)備，它在一個手持 單元內(nèi)展示了先進超聲系統(tǒng)的許多特性。該設(shè)備能制作成單一單元， 或者在一優(yōu)選實施例中，制成有兩個子部分的單元，其中一部分包含 換能器，波束合成器和圖像處理器，另一部分包含顯示器和兩個子部 分的電源。在兩個子部分結(jié)構(gòu)中，換能器/處理器部分能夠用一只手 來操縱，連接兩部分的電纜將圖像傳輸至顯示器顯示，顯示器可以手 持或者放置在適于觀察超聲圖像的最佳位置。電纜還從顯示器部分向 換能器/處理器部分提供電源。\n在一優(yōu)選實施例中，包括換能器直至視頻輸出的整個超聲系統(tǒng)制 作在四種類型的專用集成電路(ASIC)上：連接到陣列換能器各陣元 的發(fā)射/接收ASIC，；執(zhí)行和控制帶有多個延遲通道的發(fā)射波束合成 和接收波束合成的前端ASIC；對超聲信號進行諸如濾波處理的數(shù)字 信號處理ASIC；接收處理過的超聲信號并產(chǎn)生超聲圖像數(shù)據(jù)的后端 ASIC。圖像既可以在標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視器上也可以在液晶顯示屏(LCD)上顯 示。實際上包含ASIC的單元的電路部分能夠制作在單塊印刷電路板 上，減少由連接器和電纜帶來的傳統(tǒng)問題。這種高級的超聲儀器能制 作成一個重量少于5磅的手持式單元。\n各圖說明如下：\n圖1用框圖的形式描述了本發(fā)明的一個手持式超聲系統(tǒng)的體系 結(jié)構(gòu)；\n圖2a和圖2b分別是本發(fā)明的一個手持式超聲系統(tǒng)的正視圖和側(cè) 視圖，該系統(tǒng)封裝在一個單體單元中；\n圖3a和圖3b分別是換能器的正視圖和側(cè)視圖，它用于本發(fā)明的 一個手持式雙體單元超聲系統(tǒng)。\n圖4描述了本發(fā)明的一個手持式雙體封裝超聲系統(tǒng)的兩個部 分；\n圖5是圖1中超聲系統(tǒng)的發(fā)射/接收ASIC的示意圖；\n圖6是圖1中超聲系統(tǒng)的前端ASIC的框圖；\n圖7描述由發(fā)射/接收ASIC和前端ASIC提供的換能器孔徑控 制；\n圖8是圖6中前端ASIC上的幀序列發(fā)生器和RF頭序列發(fā)生器的 框圖；\n圖9是圖6中前端ASIC上的行序列發(fā)生器、TGC序列發(fā)生器、 串行總線序列發(fā)生器和地址序列發(fā)生器框圖；\n圖10是圖6中前端ASIC上的波束合成器通道的求和網(wǎng)絡(luò)框圖；\n圖11是圖6中前端ASIC上的其中一個動態(tài)聚焦控制器框圖；\n圖12是圖6中前端ASIC上的其中一個動態(tài)加權(quán)控制器框圖；\n圖13是一個典型的聚焦控制曲線，用于解釋圖11中的動態(tài)聚焦 控制器；\n圖14是一個典型的加權(quán)函數(shù)曲線，用于解釋圖12中的動態(tài)加權(quán) 控制器；\n圖15描述一個優(yōu)選的數(shù)字延遲器，用于本發(fā)明的波束合成器；\n圖16是圖1所示超聲系統(tǒng)的用戶控制鍵列表。\n首先參閱圖1，本發(fā)明的手持式超聲系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖所示。 只有恰當(dāng)?shù)剡x擇系統(tǒng)的功能和特性并有效地利用集成電路和超聲技 術(shù)，就能將整個超聲系統(tǒng)封裝在一個單體手持式單元中。換能器陣10 的使用有賴于它的固態(tài)特性、電路控制能力、可變孔徑、圖像性能以 及可靠性。可使用的換能器陣有平面線性陣或凸面弧形線性陣。在一 優(yōu)選實施例中使用的是凸面弧形陣，它能提供寬范圍的扇形掃描場。 在該優(yōu)選實施例中，雖然提供了足夠的電路延遲能力用于控制和使諸 如相控的平面換能器陣進行聚焦，但弧形換能器陣的幾何曲率畢竟還 是減少了波束合成器對延遲控制的需要。換能器陣單元連接到發(fā)射/ 接收ASIC?20，該ASIC驅(qū)動這些換能器陣元并接收它們收到的回波 信號。發(fā)射/接收ASIC?30還控制換能器陣10中處于激活狀態(tài)的發(fā) 射陣孔徑和接收陣孔徑，并控制接收回波信號的增益，發(fā)射/接收 ASIC最好位于距離換能器陣元幾英寸之內(nèi)的地方，封裝在一起且恰 好位于換能器之后是最佳的。\n發(fā)射/接收ASIC?20接收到的回波信號提供給相鄰的前端ASIC 30，它將各個獨立換能器陣元的回波信號數(shù)字化并合成為波束，形 成連續(xù)的掃描線信號。前端ASIC?30還通過提供給發(fā)射/接收ASIC 的控制信號，控制發(fā)射波形的時序、孔徑以及超聲波束的聚焦。在描 述的實施例中，前端ASIC?30為其它的ASIC提供時序信號和時間增 益控制。電源和電池管理子系統(tǒng)80監(jiān)視并控制給換能器陣提供的電 源，從而控制施加給病人的聲能量并盡量減少系統(tǒng)的能量消耗。存儲 器32連接到前端ASIC?30，用于存儲波束合成器使用的數(shù)據(jù)。\n合成為波束后的掃描線信號從前端ASIC?30連接到相鄰的數(shù)字 信號處理ASIC?40。數(shù)字信號處理ASIC?40對掃描線信號進行濾波， 并在該優(yōu)選實施例中提供了好幾種先進的處理手段，包括綜合孔徑合 成、頻率復(fù)合、多普勒處理如功率多普勒(彩色功率血管成像)處理 及消斑。\n然后，B超和多普勒信息傳輸?shù)较噜彽暮蠖薃SIC?50進行掃描轉(zhuǎn) 換并產(chǎn)生視頻輸出信號。存儲器42連接到后端ASIC?50用于存儲三 維功率多普勒成像(3D?CPA)所需的數(shù)據(jù)。后端ASIC還將一些文字 數(shù)字信息加到顯示屏上，諸如時間、日期以及病人身份。圖像處理器 將深度和聚焦標(biāo)記以及箭頭之類的信息疊加在超聲圖像上。一幀幀超 聲圖像存儲在連接到后端ASIC?50的視頻存儲器50里，以使能夠回 調(diào)它們并進行實時電影回放。這些視頻信息能以多種制式進行視頻輸 出，包括NTSC和PAL電視制式、用于LCD顯示屏60或視頻監(jiān)視器的 RGB驅(qū)動信號。\n后端ASIC?50還包括超聲系統(tǒng)的中央處理器，即一個RISC(精 簡指令集控制器)處理器502。RISC處理器連接到前端ASIC和數(shù)字 信號處理ASIC，控制整個手持式單元的處理過程和控制功能并使之 同步。程序存儲器52連接到后端ASIC?50上存儲程序數(shù)據(jù)，RISC處 理器使用這些程序操作或控制單元。后端ASIC?50還連接到一個配置 成紅外發(fā)射器或PCMCIA接口56的數(shù)據(jù)接口上。該接口允許連接其它 的模塊或功能，或與該手持式超聲單元進行通訊。接口56能夠連接 到調(diào)制解調(diào)器或通訊線路上，從遠(yuǎn)處發(fā)射和接收超聲信息。該接口能 連接其它的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，使單元增加新的功能，如增加一個超聲信 息分析軟件包。\nRISC處理器還連接到單元的用戶控制器70，接收用戶輸入以指 揮和控制該手持式超聲系統(tǒng)的操作。\n在一優(yōu)選實施例中，手持式超聲系統(tǒng)的電源由充電電池或交流適 配器提供。充電電池由電源子系統(tǒng)80進行維護并向單元各部分提供 電源。電源子系統(tǒng)包括一個直流變換器，將低電池電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高的 電壓并加在發(fā)射/接收ASIC?20上，驅(qū)動換能器陣10的各陣元。\n圖2a和圖2b描述了具有單體結(jié)構(gòu)的單元87，其中放置如圖1 所示的超聲系統(tǒng)。單元的正面如圖2a所示，其上面一部分包含LCD 顯示屏60，下面一部分81包含用戶控制器86。用戶控制器使用戶可 以接通或關(guān)閉單元的電源，進行操作特性選擇，如模式選擇(B超或 多普勒)、彩色多普勒扇形掃描或幀速率選擇以及選擇諸如三維顯示 的特殊功能。用戶控制器還能輸入時間、日期和病人的數(shù)據(jù)。十字狀 的四向控制鍵象操縱桿一樣，移動屏幕上的箭頭或從用戶菜單中選擇 各種功能。也可選擇使用鼠標(biāo)球或軌跡墊來實現(xiàn)在多個方向上控制箭 頭與選擇別的控制?？刂破魃线€有幾個按鈕和開關(guān)用于一些特定功 能，如圖像鎖定、存儲、從電影回放存儲器中回放圖像序列。\n在單元87的底部是凸面弧形換能器陣10的孔徑84。使用時， 換能器孔徑抵住病人并進行掃描，在LCD顯示屏60上顯示超聲圖像。\n圖2b是單元87的側(cè)視圖，給出了單元的厚度。該單元大致高 20.3cm，寬11.4cm，厚4.5cm。它包含了帶有弧形換能器陣探針的 完全功能超聲系統(tǒng)的所有組成部分，采用單體封裝，其重量小于5 磅。重量的大部分是單元里的內(nèi)置電池。\n圖3和圖4描述了第二種封裝結(jié)構(gòu)，它把超聲系統(tǒng)分為兩個獨立 的部分。下面一部分81包括換能器陣、直到視頻信號輸出端的電路 和用戶控制。該部分如圖3a所示，在其底部能看到附帶的凸面弧形 換能器陣。圖3b是其側(cè)視圖。該部分大約高11.4cm，寬9.8cm，厚 2.5cm。其重量接近傳統(tǒng)的超聲掃描探頭。它通過電纜90連接到如圖 4所示的上面一部分83。該部分83包括LCD顯示屏82和電池盒88。 電纜90把視頻信號從下面一部分81傳輸?shù)缴厦嬉徊糠诛@示出來，并 從電池盒88為下面一部分提供電源。這種雙體結(jié)構(gòu)單元的好處是使 用者能夠象使用傳統(tǒng)掃描探頭一樣在病人的身上操作下面一部分和 換能器84，同時把上面一部分放在便利的靜止位置以供觀察。電池 盒放入上面一部分，減輕了下面一部分的重量，易于在病人的身上進 行操作。\n顯而易見，還有其它一些系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)。例如，可以把前端ASIC 30、數(shù)字信號處理ASIC?40和后端ASIC?50封裝在同一個部分內(nèi)， 同時前端ASIC上的波束合成器能連接不同換能器。這樣，不同的換 能器就能與數(shù)字波束合成器、數(shù)字濾波器和圖像處理器一起使用，用 于診斷成像的各種處理過程。顯示屏能與前面三個ASIC一起封裝， 或者把后端ASIC的輸出連接到一個分離的顯示設(shè)備上。圖4的結(jié)構(gòu) 還能夠變成將用戶控制放在顯示屏和電池盒部分上的形式，并把其它 和超聲有關(guān)的ASIC放置在帶有換能器陣的部分內(nèi)。\n現(xiàn)在參閱圖5，它進一步詳細(xì)地描述了發(fā)射/接收ASIC?20A。ASIC 20A的信號通道分為四個相同的部分：S1、S2、S3和S4。圖中給出 了S1的內(nèi)部細(xì)節(jié)。S1包括兩個二選一多路發(fā)射復(fù)用器408和410， 每一個對八(8)條發(fā)射輸入線其中一條上的脈沖信號作出響應(yīng)。每 個二選一多路發(fā)射復(fù)用器有兩個輸出端，S1內(nèi)兩個二選一多路發(fā)射 復(fù)用器的四個輸出端分別觸發(fā)四個脈沖發(fā)生器402，404和414，416， 這些脈沖發(fā)生器的輸出連接在一些AS?IC的插腳上，這些插腳與換能 器陣元連接。在所描述的實施例中，二選一多路發(fā)射復(fù)用器408同時 連接驅(qū)動換能器陣元1或陣元65，410同時連接驅(qū)動換能器陣元33 或陣元97。該ASIC中其它部分的兩個二選一多路發(fā)射復(fù)用器也都類 似的連接到四個換能器陣元上。由于每一個換能器陣元帶有各自的脈 沖發(fā)生器，ASIC20可以同時獨立驅(qū)動它所連接的16個換能器陣元中 的8個陣元。\n與每一部分中脈沖發(fā)生器連接的換能器陣元插腳還與其中的一 個四選一多路接收復(fù)用開關(guān)412連接。在超聲發(fā)射期間，脈沖發(fā)生器 驅(qū)動換能器陣元，發(fā)射允許線上的信號同時將該ASIC上的所有四選 一多路接收復(fù)用開關(guān)置于對高電壓驅(qū)動脈沖的高阻狀態(tài)，從而把別的 接收信號通道與這些高電壓脈沖隔離開，該ASIC上的這些四選一多 路接收復(fù)用開關(guān)都連接在發(fā)射允許線上。該ASIC上所有的四選一多 路接收復(fù)用開關(guān)還與ASIC上的接收測試插腳連接，通過該測試插腳 可以將一測試信號輸入接收信號通道并傳輸至接收器系統(tǒng)。在回波接 收期間，每個四選一多路接收復(fù)用開關(guān)把四個換能器陣元其中一個上 的接收信號通過第一級TGC?422耦合到與它連接的一個一選十六多路 復(fù)用器418上。該ASIC上的第一級TGC的增益由加在該ASIC的TGC1 插腳上的電壓控制，該插腳TGC1在一設(shè)計好的實施例中包括兩個施 加微分控制電壓的插腳。該ASIC上各部分的一選十六多路復(fù)用器都 將接收到的回波信號發(fā)送至16根總線440中的其中一根上。圖的右 側(cè)畫出了16根總線線路上的兩條，它們與濾波電路222連接。經(jīng)過 濾波的總線信號傳輸至連接兩個第二級TGC?424和426的插腳上，這 兩個TGC的增益由加在一或兩個TGC2插腳上的電壓控制。所描述的 實施例中的第二級TGC的輸出連接到一些輸出插腳上，這些插腳與超 聲系統(tǒng)的波束合成器的通道相連。\nASIC?20A還包括一個控制寄存器430，它通過一串行總線從波 束合成器接收控制信號。控制寄存器將這些控制信號分配給ASIC上 所有的多路復(fù)用器，如Ctrl.輸入箭頭所示。\n設(shè)計好的ASIC?20A實施例中有一些電源插腳和電壓偏置插腳以 及地線連接處，這些并未在圖中畫出。\n使用本發(fā)明的ASIC的系統(tǒng)是一種N選一和一選M的體系結(jié)構(gòu)， 這里N是換能器陣元數(shù)除以最大孔徑包括的陣元數(shù)，M是波束合成器 的通道數(shù)。這些ASIC可用多種方式將具有任意多個陣元的各種換能 器陣連接到通道數(shù)不同的各種波束合成器上。圖7中的系統(tǒng)是這種多 樣性的一個舉例，圖中所示換能器10′連接八個發(fā)射/接收ASIC?20A -20H(如箭頭506和504所示)，其總線440還通過這些ASIC上 十六個二級TGC連接到一個十六通道的波束合成器500上(為清楚起 見，這些二級TGC分開表示，雖然它們實際上集成在ASIC上)。本 例中，八個發(fā)射/接收ASIC連接到換能器陣10′上，分別驅(qū)動它上面 的128個陣元，每個發(fā)射/接收ASIC有十六個插腳連接到這些陣元 上。八個發(fā)射/接收ASIC上的二選一多路發(fā)射復(fù)用器能夠同時驅(qū)動 64個陣元，因此可以使得換能器陣具有64陣元的發(fā)射孔徑，由圖中 的換能器陣元1-4…29-36…61-64表示。這個64陣元孔徑的中心在 陣元32和33之間。這種排列能夠在發(fā)射每一束超聲波時驅(qū)動一個 64陣元孔徑的所有陣元。八個發(fā)射/接收ASIC?20A-20H上的控制寄 存器可以便利地用于使一條八線數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)線與波束形成器 分離，每根線都是一個特定控制寄存器的串行總線，因此可同時加載 八個控制寄存器。\n64陣元孔徑上完整的回波信號可用各種方式接收。其一是使用 折疊合成孔徑。在第一束波發(fā)出后，接收到陣元17-32上的回波， 并與陣元48-33上的回波疊合。也就是說，陣元17和陣元48上的 回波信號可以兩路復(fù)用一條總線，陣元18和陣元47兩路復(fù)用另一條 總線，如此類推，等等。這十六個經(jīng)折疊合成后的信號由波束合成器 適當(dāng)延遲、相加形成一個聚焦信號。在第二束波發(fā)出后，該孔徑的外 層陣元進行同樣的接收、延遲、相加并與第一個聚焦信號相加形成一 個完整的孔徑。\n這種N選一和一選M的體系結(jié)構(gòu)可以通過使用折疊合成孔徑技術(shù) 或通過使用美國專利4,542,653中描述的粗孔徑接收技術(shù)，用八通道 波束合成器500代替十六通道波束合成器。使用后一種技術(shù)時，在波 束發(fā)射期間，相鄰的獨立激勵的陣元把它們的接收信號聯(lián)接起來并使 用相同的聚焦延遲，從而組成一對。這實際上意味著在接收時換能器 陣的節(jié)距增加了一倍。它還增加了接收波束圖案的柵瓣電平，但這些 都未對發(fā)射波束和接收波束造成太大的影響，相反，系統(tǒng)還從這個大 的接收孔徑獲得了更高的靈敏度。如果柵瓣證明是不利的，可以通過 使用非周期孔徑來減小它，該孔徑的橫截面上組成各陣元組的陣元數(shù) 是不同的。非周期孔徑將把柵瓣效果混合成均勻的背景圖案。\n在折疊孔徑中，通過對一選十六多路復(fù)用器進行編程，把四個陣 元的接收信號傳輸?shù)酵粋€求和總線上，輸入到八通道波束合成器的 每一通道上。這就允許將陣元17和陣元18的接收信號與陣元47和 陣元48的接收信號在同一求和總線上進行合成，并將四個信號輸入 到波束合成器的一個通道上。照這樣作，可同時使用粗孔徑技術(shù)和折 疊孔徑技術(shù)。在波束發(fā)射之后，可得到32陣元的接收孔徑，或者用 兩個波束發(fā)射，通過折疊孔徑技術(shù)得到64陣元的接收孔徑。如果只 使用一個精細(xì)接收孔徑，折疊和合成孔徑技術(shù)限制接收孔徑只能有32 個陣元，單獨使用折疊孔徑技術(shù)或合成孔徑技術(shù)限制孔徑只能有16 個陣元。\n這樣可以看到，在所描述的實施例中，發(fā)射/接收ASIC?20A可 以操作16個換能器陣元，數(shù)個這樣的ASIC可以操作更多的換能器陣 元，例如6個ASIC能控制96個換能器陣元。\n圖6是前端ASIC?30的框圖。該圖表示出了前端ASIC?30其中 的一部分30a。前端ASIC總共有八個類似的部分，它們對來自發(fā)射/ 接收ASIC?20的八條求和總線上的信號進行波束合成。每個回波信號 輸出到A/D轉(zhuǎn)換器310的輸入端口，把回波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D 轉(zhuǎn)換器與波束合成器集成在同一集成電路塊上，減少了集成電路的外 連接插腳。一條波束合成器通道只需要一個模擬信號輸入插腳而對于 相干疊加信號只需要一組數(shù)字輸出插腳。從每個陣元(對折疊孔徑或 粗孔徑是一對或一組陣元)的A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號由A/D?CLK 時鐘信號控制輸入到先進先出(FIFO)寄存器312中。A/D?CLK信號 由動態(tài)聚焦控制器314提供，它通過延遲時鐘信號的起始時間進行初 始延遲，然后通過控制信號采樣時間進行所接收回波信號的動態(tài)聚 焦。FIFO寄存器312的長度決定于換能器的中心頻率、孔徑的尺寸、 換能器陣的曲率以及控制波束的需要。比如，較高的中心頻率和凸面 弧形陣將減少控制延遲的需要并因此減少FIFO寄存器的長度。從 FIFO寄存器312出來的延遲回波信號傳輸?shù)匠朔ㄆ?16進行加權(quán)處 理，加權(quán)值由動態(tài)加權(quán)控制器318提供。在使用其它的外層陣元擴展 孔徑的大小和沿掃描線不斷增加的深度上接收回波信號時一樣，動態(tài) 加權(quán)值對回波信號的加權(quán)都要考慮有源陣元的數(shù)目、孔徑中陣元的位 置以及需要的變跡函數(shù)。然后，經(jīng)延遲和加權(quán)的信號與來自其它陣元 的經(jīng)適當(dāng)延遲和加權(quán)的信號以及一些其它的回波信號進行疊加，這些 其它的回波信號來自串聯(lián)在加法器320上的延遲器。合成波束后的回 波信號與同步溢出位一起在RF數(shù)據(jù)總線上生成，作為輸出掃描線信 號。每個掃描線回波信號序列都伴隨一個標(biāo)志信息，它由ASIC上的 RF頭序列生成器產(chǎn)生，用于區(qū)分被產(chǎn)生的掃描線數(shù)據(jù)的類型。比如， 它能標(biāo)出掃描線是B超回波數(shù)據(jù)還是多普勒數(shù)據(jù)。\n如果需要，其它的一些數(shù)字采樣存儲器也能用于為波束合成器提 供延遲。例如可以用雙端口隨機存取存儲器存儲接收到的數(shù)字回波采 樣，然后按時間或按次序從存儲器讀出這些數(shù)據(jù)，而所述的時間或序 列給來自換能器陣元的信號提供需要的延遲。\n前端ASIC上的每部分30a都包括用于四個換能器陣元的發(fā)射控 制電路302-308。這樣，八個部分可同時為總共32個換能器陣元提 供發(fā)射控制，從而決定最大發(fā)射孔徑。發(fā)射控制電路產(chǎn)生具有預(yù)定時 長和周期的波形，它在適當(dāng)?shù)臅r間激勵脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個發(fā)射聲信 號，在需要的聚焦深度上進行聚焦。如圖7所示，當(dāng)總共有64個發(fā) 射輸入線的發(fā)射/接收ASIC?20A-20H只使用一個具有32個發(fā)射控制 電路的前端ASIC時，每個發(fā)射控制電路都連接到一對多路發(fā)射復(fù)用 器如408和410的兩個輸入端上，使用控制寄存器430的控制信號對 這兩個多路發(fā)射復(fù)用器進行編程，使它們對于每列發(fā)射波都是一個導(dǎo) 通，另一個截止。這樣就把一對二選一多路發(fā)射復(fù)用器有效地轉(zhuǎn)換成 一個四選一多路復(fù)用器在工作，從而提供一個最大達(dá)32個獨立受控 陣元的發(fā)射孔徑。\n前端ASIC?30包括一個通用控制部分330，它為該ASIC上的八 個波束合成器通道的發(fā)射和接收功能提供總體控制?？刂撇糠?30由 后端ASIC?50上的RISC處理器控制，并在它的控制下接收數(shù)據(jù)。產(chǎn) 生特定圖像幀的數(shù)據(jù)表存儲在隨機存取存儲器(RAM)里，在RISC 處理器的指令下加載到控制部分330?？刂撇糠?30包括一些序列發(fā) 生器，用于發(fā)射和接收功能。幀序列發(fā)生器332產(chǎn)生其它序列發(fā)生器 使用的信息，該信息能區(qū)分要產(chǎn)生的圖像的類型。例如，幀序列發(fā)生 器可以加載一些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)定義下一幀圖像數(shù)據(jù)是散置在四個一 組的多普勒掃描線之間的B模式掃描線，同時掃描行序列是所有偶數(shù) 號掃描線都跟在所有奇數(shù)號掃描線之后。這一信息提供給行序列發(fā)生 器334，該行序列發(fā)生器控制獲取掃描線所需的時序。在掃描線獲取 期間，行序列發(fā)生器控制TGC序列發(fā)生器336，因此它將產(chǎn)生符合要 求的TGC控制數(shù)據(jù)。TGC序列發(fā)生器發(fā)出的TGC控制數(shù)據(jù)由一個數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(DAC)338轉(zhuǎn)換成電壓信號，加在發(fā)射/接收ASIC?20的TGC 控制輸入端口。地址序列發(fā)生器342控制新掃描線數(shù)據(jù)到波束合成器 的各種實時寄存器的加載過程，諸如TGC序列發(fā)生器寄存器、動態(tài)聚 焦和動態(tài)加權(quán)控制器寄存器、以及串行總線序列發(fā)生器340，該串行 總行序列發(fā)生器在串行總線上產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)的發(fā)射/接收 ASIC上的控制寄存器。前端ASIC上所有執(zhí)行實時操作功能的寄存器 都是雙重緩沖的。發(fā)射/接收ASIC上的寄存器也是雙重緩沖的，這使 控制數(shù)據(jù)能夠在控制數(shù)據(jù)線領(lǐng)先于掃描線的期間置于串行總線上或 加載到各寄存器。\n前端ASIC的控制部分包含一個時鐘發(fā)生器350，它產(chǎn)生一系列 同步時鐘信號使系統(tǒng)的所有操作同步。為防止系統(tǒng)上距離很近的設(shè)備 之間相互干擾或串線，視頻輸出信號的頻率與時鐘發(fā)生器的時鐘信號 的頻率同步，因此一個頻率的諧波不會在另一個的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生干 擾成分。連接到前端ASIC?30的晶振器(未畫出)提供高頻如60MHz 的主頻信號，系統(tǒng)的所有時鐘信號都可由它產(chǎn)生。\n圖8是圖6的前端ASIC上的幀序列發(fā)生器和RF頭序列發(fā)生器的 框圖。在本圖和后續(xù)圖中，虛線9表示ASIC的邊界，虛線上的圓圈 表示ASIC的端口(插腳)。\n每一幀圖像包括一組PRI，每個PRI包括發(fā)射超聲波和接收該波 從人體反射回來的回波。一幀圖像或者其它諸如多普勒頻譜的序列的 獲取，從接收數(shù)據(jù)以及RISC總線102上來自RISC處理器的命令開 始。一些稱為“轉(zhuǎn)移地址”的RAM地址存儲在轉(zhuǎn)移地址寄存器104中。 每個轉(zhuǎn)移地址都是RAM32中一組數(shù)據(jù)的起始地址，每組數(shù)據(jù)用于一特 定的掃描進程。如果需要，寄存器104中的這些轉(zhuǎn)移地址可以被RISC 處理器提供的新的轉(zhuǎn)移地址刷新。掃描進程的起始地址加載到起始地 址寄存器106中，該寄存器又從地址寄存器104中選擇一個地址加載 到幀地址計數(shù)器108中。幀地址計數(shù)器108接著從RAM32中讀取一組 自轉(zhuǎn)移地址寄存器104提供的地址起始的幀控制數(shù)據(jù)。\n幀控制數(shù)據(jù)包括五個控制字，這些控制字為即將生成的幀數(shù)據(jù)和 生成后的數(shù)據(jù)建立波束合成器，并增加一些不同的RF頭數(shù)據(jù)字。幀 序列發(fā)生器產(chǎn)生的幀數(shù)據(jù)控制其它的序列發(fā)生器產(chǎn)生下一個PRI，單 個PRI是由換能器陣發(fā)射超聲波、接收超聲波回波和對回波進行波束 合成組成的一個完整周期，其中的回波來自發(fā)射波。五個控制字和它 們的數(shù)據(jù)塊如下：\n字0： ??L-SYNAP ??T-DTYPE ??RF-MODE ??PRI-MARKERS\nL-SYNAP數(shù)據(jù)決定是否使用合成孔徑。T-TYPE數(shù)據(jù)決定系統(tǒng)的TGC 控制。RF-MODE數(shù)據(jù)為初始的PRI指定后續(xù)RF頭的數(shù)目。PRI- MARKERS數(shù)據(jù)標(biāo)定PRI的邊界并加載到PRI標(biāo)記寄存器112中。\n字符1： ??FTRIGGER ??SUMENA ??SOSEL ??FLOOP\n系統(tǒng)的測試和校準(zhǔn)處理由FTRIGGER數(shù)據(jù)決定。SUMENA數(shù)據(jù)決定從另 一個波束合成器ASIC來的回波數(shù)據(jù)是否與該ASIC上的回波數(shù)據(jù)進行 求和。SOSEL數(shù)據(jù)決定內(nèi)部和外部信號是否要移出延遲回波數(shù)據(jù)來求 和。FLOOP數(shù)據(jù)指定當(dāng)前PRI的重復(fù)次數(shù)并加載到幀循環(huán)計數(shù)器中。\n字符2： ??L-DTYPE ??L-HOLDOFF\nL-DTYPE數(shù)據(jù)決定PRI產(chǎn)生超聲數(shù)據(jù)的類型，比如是2D回波數(shù)據(jù)還 是多普勒數(shù)據(jù)。L-HOLDOFF數(shù)據(jù)決定PRI開始前引入的任意延遲時 間。\n字符3： ??A-MODE ??A-MSEL ??A-ZONE ??A-RAY\nA-MODE數(shù)據(jù)指定地址序列發(fā)生器使用的數(shù)據(jù)塊的起始地址。A- MSEL數(shù)據(jù)決定掃描線的方向是由地址序列發(fā)生器的M-line寄存器 決定還是由A-RAY字段數(shù)據(jù)決定。A-ZONE數(shù)據(jù)決定發(fā)射聚焦區(qū)。A -RAY數(shù)據(jù)定義射線(掃描線)相對于換能器孔徑的方向，此時換能 器的孔徑由A-MSEL決定。\n字符4： ????JUMP-BITS\nJUMP-BITS數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)移掩模寄存器118的各比特一起決定RAM?32中 下一個幀控制數(shù)據(jù)塊的起始地址并加載到轉(zhuǎn)移位寄存器114中。\n接著從RAM?32中讀出數(shù)目可變的RF頭數(shù)據(jù)字符并加載到RF頭 序列發(fā)生器344中。正如上面所解釋的，在PRI數(shù)據(jù)之前，序列發(fā)生 器344將RF頭數(shù)據(jù)置于RF輸出總線上，以通知后面的處理器它們正 在接收的數(shù)據(jù)是哪種類型。\n在讀出所有這些數(shù)據(jù)字符后，幀序列發(fā)生器控制邏輯器檢查 RISC處理器是否已經(jīng)發(fā)出了停止命令。如果沒有發(fā)出停止命令，幀 序列發(fā)生器控制邏輯器120通過行序列控制總線124啟動行序列發(fā)生 器。\nRISC處理器使用圖8中幀序列發(fā)生器上的其它幾個寄存器對波 束合成器操作進行實時控制。例如，它可以把PRI標(biāo)記器標(biāo)記掩模數(shù) 據(jù)加載到PRI標(biāo)記器標(biāo)記掩模寄存器中。當(dāng)該掩模數(shù)據(jù)標(biāo)記的PRI 邊界與PRI標(biāo)記寄存器中的PRI邊界象幀序列控制邏輯器認(rèn)定的那樣 相互匹配時，波束合成器根據(jù)這些掩模數(shù)據(jù)決定是響應(yīng)還是忽略該匹 配，實施實時控制如刷新TGC函數(shù)。RISC處理器能夠把轉(zhuǎn)移掩模數(shù) 據(jù)加載到轉(zhuǎn)移掩模寄存器118中，該寄存器選擇轉(zhuǎn)移位寄存器114 中轉(zhuǎn)移位的位數(shù)，將下一個PRI指向起始地址位于轉(zhuǎn)移地址寄存器 104中的特定數(shù)據(jù)塊。RISC處理器還能將實時命令加載到觸發(fā)控制寄 存器122中，當(dāng)該寄存器被觸發(fā)脈沖觸發(fā)后，向幀序列控制邏輯器發(fā) 出命令如終止、開始、邊界終止、復(fù)位、M模式刷新或TGC刷新。\n一旦觸發(fā)行序列發(fā)生器，幀序列發(fā)生器就監(jiān)測實時指令寄存器 122中由RISC處理器發(fā)出的指令，并等待接收行序列發(fā)生器發(fā)出的 行結(jié)束(EOL)信號，收到EOL信號后，幀序列發(fā)生器重新開始接收 下一個PRI的幀控制數(shù)據(jù)或終止接收。\n圖9描述了對這些行數(shù)據(jù)、TGC、地址以及串行總線序列發(fā)生器 進行的操作。行序列發(fā)生器334由行序列控制邏輯器130和行信號寄 存器132兩個主要組成部分。使用行序列發(fā)生器目的是產(chǎn)生用于控制 PRI總的時序的信號。操作開始時，行序列發(fā)生器讀出一個RF信號 延遲字，它控制RF總線限定信號相對于行序列控制信號RFDVALN和 RFZVALN的延遲。然后，行序列發(fā)生器等待由L-HOLDOFF數(shù)據(jù)指定 的任何延遲期。在延遲期之后，行序列控制邏輯器130為行信號寄存 器、TGC序列發(fā)生器和地址序列發(fā)生器開始周期性地訪問RAM中的數(shù) 據(jù)。周期中的各時段如圖9a所示。在周期開始的兩個L時段期間， 行序列控制邏輯器從RAM32讀取兩個控制數(shù)據(jù)字。第一個字是存儲在 行信號寄存器32中的行信號字0。行信號字0中有控制PRI時序的 信號。下面的表1給出了一個實例，表示行信號字0的位標(biāo)志數(shù)據(jù)。 在行信號字符0之后的下一個存儲地址中是行信號字1，它包含一個 控制信號LSIGDUR，該信號決定直到下一次刷新行信號字前的時間間 隔。\n在行信號寄存器被加載之后，行信號字0中的TGCSQEN信號使 TGC序列發(fā)生器336開始工作。在圖9a中的W時段，TGC序列發(fā)生器 給RISC處理器提供一段時間，把新的TGC曲線寫進外部RAM?32中。 這就允許在掃描動作期間修正TGC曲線。TGC增益控制字的前半段定 義發(fā)射/接收ASIC上第一級TGC的增益，TGC增益控制字的后半段定 義第二級TGC的增益。在圖9a的T時段，TGC序列發(fā)生器把增益控 制字寫進兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器338a和338b中，然后這兩個轉(zhuǎn)換器按命令 產(chǎn)生控制電壓，用于發(fā)射/接收ASIC上的二級TGC放大器。\n位數(shù)? 名稱????? 功能\n0??????PRIRSTN????PRI重置\n1??????RDEN???????啟用接收延遲\n2??????SOEN???????移出啟用\n3??????TDEN???????啟用發(fā)射延遲\n4????TGCRSTN????TGC重置\n5????SERLD??????串行總線加載\n6????RFDEN??????啟RF數(shù)據(jù)\n7????RFDVALN????RF數(shù)據(jù)有效\n8????RFZVALN????RF區(qū)有效\n9????EOLN???????行結(jié)束\n10???ADDSQEN????啟用地址序列發(fā)生器\n11???TGCSQEN????啟用TGC序列發(fā)生器\n12???LSEQPIN1???行序列發(fā)生器插腳1\n13???LSEQPIN2???行序列發(fā)生器插腳2\n14???TX_ON??????發(fā)射/接收開關(guān)控制\n15???---????????未使用\n???????表1\n串行總線序列發(fā)生器340在地址序列發(fā)生器342的控制下，從外 部RAM?32加載控制數(shù)據(jù)。串行總線序列發(fā)生器把并行控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 成串行控制數(shù)據(jù)并將結(jié)果以串行的形式發(fā)送到發(fā)射/接收ASIC上雙 緩沖寄存器中的保持寄存器中。行信號字0中的SERLD信號還提供給 發(fā)射/接收ASIC并把發(fā)射/接收ASIC上保持寄存器中的信息發(fā)送到它 上面的工作寄存器中。\nADDSQEN信號命令地址序列發(fā)生器在圖9a中地址序列發(fā)生器的 時段A期間，把新的控制數(shù)據(jù)加載到前端ASIC上的實時寄存器中， 地址序列發(fā)生器時段A包含圖9中序列發(fā)生器時段的絕大部分。地址 序列發(fā)生器完成上述操作是通過在內(nèi)部寄存器總線142上對寄存器 尋址，同時使用源地址計數(shù)器144對RAM?32中的數(shù)據(jù)記錄順序進行 訪問。然后，將被尋址的RAM地址處的數(shù)據(jù)加載到一些被尋址的寄存 器中，比如動態(tài)聚焦寄存器314和314X，動態(tài)加權(quán)寄存器318和 318X，發(fā)送控制寄存器302、304、306和308等等。通過這種方式 控制波束合成器ASIC上的內(nèi)部寄存器發(fā)射并接收下一個PRI。\nPRIRSTN信號是一個時間標(biāo)志，標(biāo)志發(fā)射事件和接收事件。TDEN 信號、發(fā)射延遲以及存儲在發(fā)射控制電路上寄存器中的波形數(shù)據(jù)，一 起控制發(fā)射控制線路上的動作，使之發(fā)射需要的聚焦超聲波形。\n在由控制信號LSIGDUR決定的PRI時段中，行信號寄存器中的 內(nèi)容被周期性地刷新。在PRI的結(jié)尾，行信號寄存器132中的行信號 字0發(fā)出一個行結(jié)束信號EOLN給幀序列發(fā)生器，標(biāo)志當(dāng)前的PRI結(jié) 束，而這即把波束合成器的控制返回給幀序列發(fā)生器，以供下一PRI 用。序列發(fā)生器繼續(xù)以這種方式操作，直到獲得一幀完整的圖像數(shù)據(jù) (對圖像操作而言)。\n圖10描述求和網(wǎng)絡(luò)320，它把來自前端ASIC上八個通道的延遲 回波數(shù)據(jù)連接起來形成一個連續(xù)的回波采樣。累加器網(wǎng)絡(luò)在累加器 552的輸出端把ASIC上的所有延遲回波相加起來。累加器554緊接 在累加器552之后，它把來自另一個波束合成器ASIC的求和回波加 進來。這個附加的累加器554允許多個前端ASIC串聯(lián)起來形成一個 有很多通道的波束合成器如一個16通道或32通道的波束合成器。例 如，ASIC?30的八個ASIC能夠串聯(lián)起來形成一個64通道的波束合成 器。\n圖11描述了一個前端ASIC上的動態(tài)聚焦控制器314如何進行 操作。動態(tài)聚焦控制器根據(jù)一個熟知的動態(tài)聚焦延遲變量的指數(shù)方程 控制數(shù)字延遲器312的時間延遲，該方程曲線如圖14所示。正如曲 線150所描述的，每一個數(shù)字延遲在一個相對高的水平開始，然后隨 時間下降。指數(shù)曲線150被一些小圈分成數(shù)段，如圖13中沿其橫坐 標(biāo)所示的那樣，各段中的焦距不同。如該曲線或各線段所示，當(dāng)從不 斷增加的距離上接收回波時，焦距變化的速率隨時間降低。\n按圖11的布置，通過把存儲在內(nèi)部聚焦數(shù)據(jù)RAM?152中的兩個 數(shù)值加載到一個編碼器和動態(tài)聚焦控制器的一個計數(shù)器中，實現(xiàn)上述 功能。其中一個數(shù)值定義聚焦曲線段的長度，被加載到編碼器154和 段長度計數(shù)器156中。另一個數(shù)值定義聚焦速率和各曲線段中焦點的 刷新次數(shù)，加載到編碼器154中。該編碼器使用由內(nèi)部RAM提供的這 兩個數(shù)值產(chǎn)生一個刷新間隔值，即兩次聚焦刷新之間的時間間隔。刷 新間隔值由聚焦計數(shù)器進行重復(fù)倒計時，在計數(shù)器倒計到末尾時產(chǎn)生 一個聚焦刷新信號，同時觸發(fā)一個命令給控制狀態(tài)設(shè)備160去刷新焦 距。然后，控制狀態(tài)設(shè)備160向采樣狀態(tài)設(shè)備發(fā)出一個命令，調(diào)節(jié)采 樣間隔的相位，接著采樣狀態(tài)設(shè)備發(fā)出一個與時鐘信號 CLK2有合適相位關(guān)系的采樣脈沖。\n當(dāng)在目前的聚焦曲線段中產(chǎn)生采樣脈沖時(見圖13)，段長度 計數(shù)器156正對段長度進行計數(shù)。當(dāng)段長度計數(shù)器計數(shù)到段的末尾 時，它向聚焦刷新計數(shù)器發(fā)出一個段結(jié)束信號，把下一個刷新間隔加 載到計數(shù)器158中。段結(jié)束情況亦通知控制狀態(tài)計數(shù)器160和地址計 數(shù)器153，后者計數(shù)增加以訪問定聚焦數(shù)據(jù)RAM?152中的下一個地 址，從而為下一個聚焦段產(chǎn)生一些數(shù)值。\nRISC處理器提供的采樣率被控制狀態(tài)設(shè)備160也應(yīng)在采樣脈沖 中予以考慮，采樣率表示系統(tǒng)的控制時鐘頻率與標(biāo)稱采樣頻率之比。\n控制狀態(tài)設(shè)備160的使能輸入端口的一個信號在PRI開始時的初 始延遲期內(nèi)禁止動態(tài)聚焦控制器，該延遲由延遲計數(shù)器164計數(shù)。當(dāng) 計數(shù)器164完成初始延遲的計數(shù)后，啟用控制狀態(tài)設(shè)備160，它再依 次啟用段長度計數(shù)器156和聚焦刷新計數(shù)器158，從而針對下一個PRI 開始工作。\n圖12和圖15描述了動態(tài)加權(quán)控制器318如何工作。延遲數(shù)字回 波信號的輸出是通過置位行信號字0內(nèi)的移出使能信號位SOEN而開 始的。SOEN信號激活圖15中的行采樣存儲器190上的讀取地址計數(shù) 器194。該圖描述了一個用于數(shù)字延遲器312的雙端RAM。本例中的 雙端RAM通過連續(xù)地訪問接收到的回波信號的存儲地址工作在FIFO 方式。通過賦予地址計數(shù)器192時序，將接收到的回波寫到存儲器190 中一個地址連續(xù)的區(qū)域。當(dāng)輸入使能信號啟動寫入放大器196時，送往 寫放大器196的數(shù)據(jù)入輸入端的回波信號存到由寫入地址計數(shù)器192確 定的區(qū)域中。類似地，如果需要也可以同時按一定的順序從存儲器190 中讀取存儲的回波信號，該順序是在用輸出使能信號讀讀出放大器198 時，通過讀取地址計數(shù)器194的計數(shù)增加來接收這些信號的順序。\nSOEN信號出現(xiàn)之時，讀取地址計數(shù)器194開始工作，采樣輸出 時鐘使該計數(shù)器計數(shù)增加。在稱之為“加權(quán)延遲”的初始輸出期間， 讀取地址計數(shù)器194的計數(shù)增加到一個特定起始地址，從它開始的數(shù) 據(jù)要提取求和。在這個加權(quán)延遲周期期間，輸出使能信號還沒有為存 儲器激活讀出放大器198。因此，這時存儲器不進行回波采樣輸出， 因此存儲器此時的非活動輸出狀態(tài)還節(jié)省了電能。\n當(dāng)預(yù)定的加權(quán)延遲期結(jié)束并且讀取地址計數(shù)器194指向待求和 回波序列的合適的起始地址時，輸出使能信號激活存儲器的讀出放大 器198，同時從存儲器190中讀取回波信號并傳輸給乘法器316。這 些回波信號在圖12中稱為“延遲樣本”，因為它們在加權(quán)延遲期后 產(chǎn)生。同時，采樣輸出時鐘脈沖傳輸給圖12中的采樣計數(shù)器172。 這個采樣輸出時鐘在圖12中稱為延遲采樣輸出時鐘，同樣是因為它 在加權(quán)延遲期后產(chǎn)生。\n采樣計數(shù)器172對輸出回波樣本的時鐘脈沖進行計數(shù)，它計入延 遲樣本加權(quán)被保持恒定的時段。采樣計數(shù)器172的計數(shù)與時段長度寄 存器176中的當(dāng)前時段數(shù)進行比較。在該時段期間，加權(quán)數(shù)據(jù)表178 為乘法器316產(chǎn)生一個加權(quán)數(shù)，對存儲器190輸出的樣本進行加權(quán)。 當(dāng)比較器174產(chǎn)生一個信號表示當(dāng)前加權(quán)時段的結(jié)束時，比較器產(chǎn)生 一個信號使時段選擇控制器182和加權(quán)選擇控制器184選擇一個新的 計數(shù)時段和權(quán)重用于對回波信號進行加權(quán)。這使得延遲采樣在新的加 權(quán)時段由新的權(quán)重加權(quán)。\n時段選擇控制器182和加權(quán)選擇控制器184都是可編程控制器， 新的控制數(shù)據(jù)可以從RAM?32加載到它們中。比較器174在當(dāng)前時段 結(jié)束時產(chǎn)生一個信號，此時時段選擇控制器182將根據(jù)它的控制數(shù)據(jù) 把寄存器176增加到一個新的時段長度或保持它的當(dāng)前輸出長度。在 當(dāng)前PRI的末尾，行序列發(fā)生器將以時段長度寄存器176的初始值重 新設(shè)置它。加權(quán)選擇控制器184也類似地通過加權(quán)選擇數(shù)據(jù)表178 的一個地址序列有選擇地增加。當(dāng)加權(quán)選擇控制器產(chǎn)生一個新的地址 時，該地址用于加權(quán)數(shù)據(jù)表178，將其中被尋址處的加權(quán)值傳輸給乘 法器316，乘法器使用該值對回波采樣進行加權(quán)。加權(quán)選擇控制器中 地址的使用通過乘法器316，多路復(fù)用器186還用于使加權(quán)數(shù)據(jù)表178 在測試或校準(zhǔn)序列期間產(chǎn)生一個“0”或“1”的加權(quán)值。\n圖14中的曲線180舉例表示按圖12的布置使用的加權(quán)函數(shù)。如 曲線所示，對初始加權(quán)延遲時段184，這種布置未產(chǎn)生加權(quán)值，從雙 端RAM存儲器190未產(chǎn)生回波值。初始時段后的曲線增加到第一加權(quán) 水平181，然后隨時間延長加權(quán)水平越來越高。同時，曲線180上水 平臺階表示的加權(quán)不變的時段不斷延長。應(yīng)當(dāng)清楚，可以使用零加 權(quán)，初始階段使用零加權(quán)能有效地延長加權(quán)延遲時段183。\nRISC處理器50位于后端ASIC上，它用于調(diào)節(jié)手持超聲系統(tǒng)所 有的時序。RISC處理器連接到其它所有位于ASIC上的主要功能區(qū)， 從而調(diào)節(jié)時序并將一些必需的數(shù)據(jù)加載到緩沖器或寄存器中，以完成 用戶需要的各種處理過程或顯示。用于操作RISC處理器的程序數(shù)據(jù) 存儲在程序存儲器52中，它能夠被RI?SC處理器訪問。RISC處理器 的時序由位于前端ASIC?30上的時鐘發(fā)生器350產(chǎn)生的時鐘信號提 供。RISC處理器還通過PCMCIA或/和紅外發(fā)射接口進行通訊，通過 它們，處理器可以訪問其它的程序數(shù)據(jù)或進行圖像信息的遠(yuǎn)程發(fā)送。 例如，該接口與遙測鏈路或調(diào)制解調(diào)器連接用于從手持單元向遠(yuǎn)方發(fā) 送超聲圖像。\nRISC處理器的操作處于用戶的控制之下，用戶通過在用戶控制 器70上輸入命令或信息進行控制。圖16中的表描述了各種控制功 能、控制類型以及對它們的說明。值得慶幸的是許多功能是通過菜單 進行操作的，比如病人數(shù)據(jù)輸入、電影回放操作以及3D檢查，從而 盡量減少手持單元上的鍵或控制按鈕的數(shù)目。為進一步簡化單元，針 對一些特定診斷應(yīng)用預(yù)編程了一些操作功能，它們在選定這些特定應(yīng) 用時將自動進行操作。例如，選擇B超成像將自動調(diào)用頻率復(fù)合和深 度補償濾波功能，而當(dāng)選擇多普勒操作時，自動將一個四階濾波器設(shè) 置成隔離(wall)濾波器。通過菜單選擇特定診斷應(yīng)用時能夠自動調(diào) 用一些特定的設(shè)置特性比如TGC控制特性及聚焦區(qū)。\n本文是對1996年6月28日提交的案號為08/672,782的美國專 利申請的部分繼續(xù)。