波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭的制作方法
【專利摘要】在此公開了一種波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭。所述波束形成設(shè)備可包括：第一復(fù)合單元，被配置為針對每個組單獨地復(fù)合多個組中的信號以產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號；第二復(fù)合單元，被配置為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來組合所述多個第一復(fù)合信號。
【專利說明】
波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭
[0001] 本申請要求于2014年5月13日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第P2014-57154號韓國 專利申請的權(quán)益，所述韓國專利申請的公開通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實施例設(shè)及一種波束形成設(shè)備、用于形成波束的方法、超聲成像設(shè)備和 超聲探頭。
【背景技術(shù)】
[0003] 一般而言，波束形成處理表示一種用于對通過多個信道從超聲成像設(shè)備或雷達(dá)設(shè) 備接收到的電信號進(jìn)行組合（composing) W產(chǎn)生一個信號的處理。當(dāng)基于多個信道的信號 產(chǎn)生圖像時可使用運樣的波束形成處理。例如，超聲成像設(shè)備可通過使用與接收到的超聲 波對應(yīng)的多個信道的超聲信號執(zhí)行波束形成處理來獲取適合于對象的診斷的超聲圖像。超 聲成像設(shè)備可通過將多個換能器接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為多個信道的超聲信號（所述超聲 信號是電信號）、用所述多個信道的經(jīng)過轉(zhuǎn)換的超聲信號之間的時間差來校正所述多個信 道的經(jīng)過轉(zhuǎn)換的超聲信號，并在分配權(quán)重/不分配權(quán)重的情況下組合所述多個信道的經(jīng)過 校正的超聲信號，來執(zhí)行波束形成處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種能夠?qū)Χ鄠€信號進(jìn)行組合來W最小的圖像質(zhì) 量劣化獲得良好質(zhì)量的圖像的波束形成設(shè)備、用于形成波束的方法、超聲成像設(shè)備和超聲 探頭。 陽〇化]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種波束形成設(shè)備包括：第一復(fù)合單元，被配置為單獨地 (indivi化ally,分別）對多個組中的每個組的信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號；第 二復(fù)合單元，被配置為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所述多個 第一復(fù)合信號進(jìn)行組合。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種波束形成方法包括：輸出多個組中的信號；分別為 各個組來對輸出的所述多個組中的信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號；使用依據(jù)所述 多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所述多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合，W產(chǎn)生第二 復(fù)合信號。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種超聲成像設(shè)備包括：超聲換能器，被配置為接收超聲 波，將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為多組超聲信號（所述超聲信號是電信號），并輸出超聲信號； 第一波束形成器，被配置為對超聲信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號；第二波束形成 器，被配置為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所述多個第一復(fù)合 信號進(jìn)行組合，W產(chǎn)生第二復(fù)合信號。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種超聲成像設(shè)備包括：超聲探頭，被配置為接收超聲 波，將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為多組超聲信號（所述超聲信號是電信號），并輸出超聲信號； 主體，被配置為產(chǎn)生與輸出的超聲信號相應(yīng)的超聲圖像，其中，超聲探頭和主體中的至少一 個包括：第一復(fù)合單元，被配置為對超聲信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號，所述主體 包括：第二復(fù)合單元，被配置為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對 所述多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合，W產(chǎn)生第二復(fù)合信號。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種超聲探頭包括：超聲換能器，被配置為接收超聲波， 將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為多組超聲信號（所述超聲信號是電信號），并輸出超聲信號；第一 復(fù)合單元，被配置為對超聲信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號；第二復(fù)合單元，被配置 為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所述多個第一復(fù)合信號進(jìn)行 組合，W產(chǎn)生第二復(fù)合信號。
【附圖說明】
[0010] 從結(jié)合附圖對實施例的W下描述，本發(fā)明的運些和/或其它方面將變得清楚并更 容易理解，其中：
[0011] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的框圖；
[0012] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的詳細(xì)框圖；
[0013] 圖3是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的波束形成設(shè)備 的示圖；
[0014] 圖4是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的第一波束形成器的示圖；
[0015] 圖5和圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一波束形成器中的延時處理的示 圖；
[0016] 圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的波束形成設(shè)備的第一波束形成器的 示圖；
[0017] 圖8是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的第二波束形成器的示圖；
[0018] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成波束的方法的流程圖；
[0019] 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲成像設(shè)備的示圖；
[0020] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲成像設(shè)備的框圖；
[0021] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲探頭的分解圖；
[0022] 圖13和圖14是示出換能器的布置的示例的示圖；
[0023] 圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的超聲成像設(shè)備的框圖；
[0024] 圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的超聲成像設(shè)備的框圖；
[0025] 圖17A和圖17B是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于超聲成像設(shè)備的控制方法的流 程圖。
【具體實施方式】
[0026] 現(xiàn)在將對本發(fā)明的實施例做出詳細(xì)評論，其示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo)號 始終是指相同的元件。
[0027] W下將參照圖1至圖18描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備。
[002引圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的框圖。如圖1中所示，波束形 成設(shè)備可包括：第一復(fù)合單元1，被配置為對多個輸入信號進(jìn)行組合W輸出多個第一復(fù)合 信號；第二復(fù)合單元2,被配置為使用權(quán)重（w)來對多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合W輸出至少 一個第二復(fù)合信號。波束形成設(shè)備還可包括：權(quán)重處理單元3,被配置為基于第一復(fù)合信號 計算第二復(fù)合單元2使用的權(quán)重（W)。在權(quán)重處理單元3對權(quán)重（W)的計算中使用的第一 復(fù)合信號可依據(jù)輸入信號或第一復(fù)合單元1的復(fù)合處理而改變。因此，權(quán)重處理單元3計 算的權(quán)重（W)可依據(jù)Μ個輸入信號或第一復(fù)合單元1的復(fù)合處理而改變。
[0029] 輸入到第一復(fù)合單元1的輸入信號的數(shù)量是Μ，由第一復(fù)合單元1組合并隨后被傳 送到第二復(fù)合單元2的第一復(fù)合信號的數(shù)量是Ν，第二復(fù)合單元2輸出的第二復(fù)合信號的數(shù) 量是Ρ，其中，Μ、Ν和Ρ均可W是自然數(shù)。在運種情況下，Μ可大于Ν，Ν可大于Ρ (Μ > Ν >巧。 換句話說，通過第一復(fù)合單元1來首先減少信號的信道數(shù)量，并通過第二復(fù)合單元2來再次 減少信號的信道數(shù)量。在一些實施例中，Ρ可W是1。換句話說，第二復(fù)合單元2可對Ν個 復(fù)合信號進(jìn)行組合W輸出一個復(fù)合信號。
[0030] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的詳細(xì)框圖。如圖2中所示，根 據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備可包括信號輸出單元4、第一波束形成器10、第二波束 形成器20和第二權(quán)重處理單元23。此外，在一些實施例中，波束形成設(shè)備還可包括第一權(quán) 重處理單元13。
[0031] 信號輸出單元4可輸出多個信道的信號。每個輸出信號可W是模擬信號或數(shù)字信 號。信號輸出單元4可W是接收超聲波并輸出與接收到的超聲波對應(yīng)的電信號的超聲波接 收器（諸如超聲換能器）?？蛇x擇地，信號輸出單元4可W是接收電磁波（諸如微波）并輸 出與接收到的電磁波相應(yīng)的電信號的電磁波接收器。多個信道的信號可被傳送到第一波束 形成器10。在一些實施例中，多個信道的信號還可被傳送到第一權(quán)重處理單元13。
[0032] 圖3是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的波束形成設(shè)備 的示圖。如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在信號輸出單元4與第一波束形成器10之 間設(shè)置將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5可將從信 號輸出單元4輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。因此，第一波束形成器10可處理數(shù)字信號 而不是從信號輸出單元4輸出的模擬信號。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5可將Μ個信道的模擬信號 轉(zhuǎn)換為Μ個信道的數(shù)字信號。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5可利用由波束形成設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計者或 用戶任意確定的采樣率來將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在一些實施例中，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單 元5可被省去。
[0033] 如果必要的話，從信號輸出單元4輸出的多個信道的信號還可被放大單元（未示 出）放大并隨后被傳送到第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5或第一波束形成器10。用于放大電壓的幅 度的放大單元可將傳送到第一波束形成器10的信號調(diào)整到適合于信號的處理和存儲的幅 度。放大單元的增益可由波束形成設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計者或用戶任意確定。在一些實施例中， 放大單元可被省去。
[0034] 圖4是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的第一波束形成器的示圖。 如圖4中所示，第一波束形成器10可包括第一時間差校正單元11和第一復(fù)合單元12。為 了方便起見，輸入到第一波束形成器10的多個信道的信號si至s9可根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)而被分 類為至少一組。也就是說，多個信道的信號si至s9被描述為根據(jù)第一復(fù)合單元12而被分 為多個組，其中，第一復(fù)合單元12對多個信道的信號si至s9進(jìn)行組合。例如，多個信道的 信號可被分為如圖4中所示的多個組。具體地講，由第十一復(fù)合元件12a組合的第一信號 si至第Ξ信號s3被指定為第一組，由第十二復(fù)合元件1化組合的第四信號s4至第六信號 s6被指定為第二組，由第十Ξ復(fù)合元件12c組合的第屯信號s7至第九信號s9被指定為第 Ξ組。多個組中的至少一個組可共同包括相同信道的信號。例如，輸入到第一波束形成器 10的信號中的一些信號可被包括在第一組和第二組中。所述多個組可W是不相交的。換句 話說，如圖4中所示，所述多個組可分別包括不同信道的信號。一個組中的信號可具有針對 彼此來校正的時間差，或者可被第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c中的一個組合。
[0035] 第一時間差校正單元11可校正從信號輸出單元4輸出的多個信道的信號之間的 時間差。在運種情況下，所述多個信道的信號中的每個信號可W是模擬信號或數(shù)字信號。如 圖4中所示，第一時間差校正單元11可包括與多個輸入信道相應(yīng)的多個第一時間差校正元 件D1至第九時間差校正元件D9。第一時間差校正元件D1至第九時間差校正單元D9可由 預(yù)定半導(dǎo)體忍片或電路實現(xiàn)。第一時間差校正元件D1至第九時間差校正元件D9可通過將 與第一時間差校正元件D1至第九時間差校正元件D9對應(yīng)的信道的信號延遲特定時間或不 進(jìn)行延遲來校正所述信道的信號之間的信道延遲。
[0036] 圖5和圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一波束形成器中的延時處理的示 圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖5和圖6中所示，第一時間差校正元件D1至第九時間差校正 元件D9中的每一個可被設(shè)置為校正同一組中的信號之間的時間差。例如，如圖5中所示， 與第一組對應(yīng)的第一信號si至第Ξ信號S3可被順序地輸入到第一時間差校正元件D1至 第Ξ時間差校正元件D3。在運種情況下，第一信號si至第Ξ信號S3分別在時刻tl至?xí)r 刻t3被輸入到第一時間差校正元件D1至第Ξ時間差校正元件D3,從而產(chǎn)生時間差。如圖 6中所示，第一時間差校正元件D1至第Ξ時間差校正元件D3可通過使第一信號si和第二 信號s2延遲來校正第一信號si至第Ξ信號S3之間的時間差，并在同一時刻巧輸出第一 信號si至第Ξ信號S3。同樣，當(dāng)?shù)诙M中的第四信號s4至第六信號s6被輸入到第四時 間差校正元件D4至第六時間差校正元件D6時，在時刻t4和時刻巧之間可能存在時間差。 如圖6中所示，第四時間差校正元件D4至第六時間差校正元件D6可通過使第四信號s4和 第六信號s6延遲來校正第四信號s4至第六信號s6之間的時間差，并在同一時刻tlO輸出 第四信號s4至第六信號s6。同樣，盡管第屯信號s7至第九信號s9分別在不同的時刻tl 至t3被輸入，但第屯信號s7至第九信號s9可分別由第屯時間差校正元件D7至第九時間 差校正元件D9校正，并在同一時刻巧被輸出。
[0037] 不同組中的信號之間的時間差可能不能在同一組中的信號（例如，si至S3)之間 的時間差被校正的同時被校正。例如，如圖6中所示，第一組中的信號si至S3在時刻巧 被輸出，第二組中的信號s4至s6在時刻tlO被輸出。因此，在兩組之間仍然存在時間差。 當(dāng)然，在一些組之間可能不存在時間差，諸如在第一組和第Ξ組之間可能不存在時間差。
[0038] 第一復(fù)合單元12可對時間差已被第一時間差校正單元11校正的信號進(jìn)行組合W 產(chǎn)生例如第十一至第十Ξ復(fù)合信號。在運種情況下，由第一復(fù)合單元12組合的時間差被校 正的信號可W是模擬信號或數(shù)字信號。如圖4中所示，第一復(fù)合單元12可包括多個復(fù)合元 件，例如，第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c。復(fù)合元件12a至12c中的每個復(fù)合 元件可對多個信道中的一些信道的信號進(jìn)行組合。如圖4中所示，復(fù)合元件12a至12c中 的每個復(fù)合元件可分別對與復(fù)合元件12a至12c相應(yīng)的組中的信號進(jìn)行組合W輸出多個 第一復(fù)合信號。例如，第十一復(fù)合元件12a可對第一組中的信號si至S3進(jìn)行組合W輸出 第十一復(fù)合信號，第十二復(fù)合元件間1化可對第二組中的信號s4至s6進(jìn)行組合w輸出第 十二復(fù)合信號。此外，第十Ξ復(fù)合元件12c可對第Ξ組中的信號s7至s9進(jìn)行組合W輸出 第十Ξ復(fù)合信號。
[0039] 圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的波束形成設(shè)備的第一波束形成器的 視圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一復(fù)合單元12的第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件 12c中的每個復(fù)合元件可使用相同的信號來執(zhí)行組合。例如，由第十二復(fù)合元件1化組合的 組中的信號中的至少一個信號與由第十一復(fù)合元件12a和第十Ξ復(fù)合元件12c中的一個復(fù) 合元件組合的組中的信號中的至少一個信號相同。如圖7中所示，第十一復(fù)合元件12a可 對時間差已被第一時間差校正元件D1至第Ξ時間差校正元件D3校正的信號進(jìn)行組合W產(chǎn) 生第十一復(fù)合信號，并且第十二復(fù)合元件1化可將時間差已被第Ξ時間差校正元件D3校正 的信號與時間差已被第四時間差校正元件D4至第屯時間差校正元件D7校正的信號進(jìn)行組 合W產(chǎn)生第十二復(fù)合信號，其中，所述時間差已被第Ξ時間差校正元件D3校正的信號用于 第十一復(fù)合元件12a的組合。換句話說，用于組合的某些信號（例如，時間差已被第Ξ時間 差校正元件D3校正的信號）可被傳送到第十一復(fù)合元件12a和第十二復(fù)合元件1化兩者。 此外，第十二復(fù)合元件1化可對時間差已被第Ξ時間差校正元件D3至第屯時間差校正元件 D7校正的信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生第十二復(fù)合信號，第十Ξ復(fù)合元件12c可將時間差已被第八 時間差校正元件D8和第九時間差校正元件D9校正的信號與用于第十二復(fù)合元件12b的組 合的時間差已被第六時間差校正元件D6和第屯時間差校正元件D7校正的信號進(jìn)行組合， W產(chǎn)生第十Ξ復(fù)合信號，。在運種情況下，第一時間差校正元件D1至第九時間差校正元件 D9中的每一個可對信號進(jìn)行延遲W校正信號之間的時間差，使得多個復(fù)合元件（例如，第 十一復(fù)合元件12a和第十二復(fù)合元件12b)可對合適的信號進(jìn)行組合。在運種情況下，不同 組（例如，第一組和第二組）中的信號的時間差可被時間差校正元件D1至D7校正，使得信 號可被同時輸出。
[0040] 如圖2和圖4中所示，第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c中的至少一個 可在應(yīng)用第一權(quán)重wl的同時對多個組中的每個組的信號si至s9進(jìn)行組合。第一權(quán)重wl 可被加到所述多個組中的每個組中的信號si至s9中的至少一個信號，并被用于加強、削弱 或去除特定信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c全部 可使用第一權(quán)重wl來對所述多個組中的每個組中的信號si至s9進(jìn)行組合。根據(jù)本發(fā)明 的另一實施例，第十一復(fù)合元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c中的僅一些復(fù)合元件（例如，僅 第十Ξ復(fù)合元件12c)可使用第一權(quán)重wl來對信號s7至s9進(jìn)行組合。第一權(quán)重wl可W 是不考慮輸入信號si至s9而預(yù)定義的，或者可依據(jù)輸入信號si至s9而改變。
[0041] 第一權(quán)重處理單元13可確定第一權(quán)重wl W將確定的第一權(quán)重wl傳送到第一復(fù) 合單元12。在必要的情況下，第一權(quán)重處理單元13可捜索第一權(quán)重數(shù)據(jù)庫14來讀取預(yù)定 權(quán)重wl，并將讀取的權(quán)重wl傳送到第一復(fù)合單元12。此外，如圖4中所示，第一權(quán)重處理 單元13可接收輸入信號si至s9中的至少一個輸入信號，從第一權(quán)重數(shù)據(jù)庫14讀取預(yù)定 權(quán)重計算方法，然后基于傳送的所述至少一個信號和讀取的權(quán)重計算方法來確定第一權(quán)重 wl。如圖4中所示，第一權(quán)重處理單元13可將權(quán)重傳送到第一復(fù)合單元12的第^^一復(fù)合 元件12a至第十Ξ復(fù)合元件12c中的僅僅一些（例如，第十Ξ復(fù)合元件12c)。在一些實施 例中，第一權(quán)重處理單元13或第一權(quán)重數(shù)據(jù)庫14可被省去。
[0042] 如上所述，第一波束形成器10可基于多個信道的輸入信號si至s9輸出多個第一 復(fù)合信號。由第一波束形成器10執(zhí)行的波束形成處理可被表現(xiàn)為W下的等式1 :
[0043] [等式 1]
[0044]
[0045] 在等式1中，i和j是正整數(shù)，z,k(t)是第j組的第一復(fù)合信號，i是指示第j組中 的每個信號的信道的索引，K，是第j組中的輸入信號的信道的數(shù)量。在運種情況下，K ,可 滿足W下的等式2:
[0046] [等式引
[0047]
[0048] 在等式2中，Μ是通過第一波束形成器10和第二波束形成器20最終組合的信道 的總數(shù)量，J是組的數(shù)量。
[0049] 在等式1中，ai是加到每個信道的第一權(quán)重，Δ ik(t)是第一時間差校正單元11用 來校正時間差的時間差校正值。Xi(t-Aik(t))是時間差已被第一時間差校正單元11校正 的信號。
[0050] 從第一復(fù)合單元12輸出的信號可被直接傳送到第二波束形成器20。在一些實施 例中，從第一復(fù)合單元12輸出的信號可經(jīng)由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元31至33被傳送到第二波束 形成器20。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖4中所示，波束形成設(shè)備還可包括分別將第一復(fù)合信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元31至33,其中，第一復(fù)合信號是從第一波束形成器 10輸出的模擬信號，例如，第十一復(fù)合信號至第十Ξ復(fù)合信號。第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元31至33 分別將第十一復(fù)合信號至第十Ξ復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，使得第二波束形成器20可對 數(shù)字形式的第十一復(fù)合信號至第十Ξ復(fù)合信號進(jìn)行處理。第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元31至33中的 每一個可使用由波束形成設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計者或用戶任意確定的采樣率來將模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號。
[0052] 圖8是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設(shè)備的第二波束形成器的示圖。 如圖8中所示，第二波束形成器20可包括第二時間差校正單元21和第二復(fù)合單元22。
[0053] 第二時間差校正單元21可校正第一復(fù)合信號之間的時間差。如圖6中所示，在不 同組中的信號之間可能仍然存在時間差。由于在不同組中的信號之間存在時間差，因此在 通過對組進(jìn)行組合而獲得的第一復(fù)合信號之間可能仍然存在時間差。運樣，第二時間差校 正單元21可校正第一復(fù)合信號之間的時間差，并將時間差已被校正的第一復(fù)合信號傳送 到第二復(fù)合單元22。
[0054] 第二復(fù)合單元22可對時間差已被校正的多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生至少 一個第二復(fù)合信號。在必要的情況下，第二復(fù)合單元22可輸出一個第二復(fù)合信號或輸出多 個第二復(fù)合信號。 陽化5] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖2和圖9中所示，第二復(fù)合單元22可使用第二權(quán)重w2 來對第一復(fù)合信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生第二復(fù)合信號。第二權(quán)重w2可被加到第一復(fù)合信號中 的至少一個并被用于加強、削弱或去除特定的第一復(fù)合信號?？筛鶕?jù)由第二復(fù)合單元22組 合的第一復(fù)合信號來確定第二權(quán)重w2?？捎傻诙?quán)重處理單元23來確定第二權(quán)重w2。如 圖2和圖9中所示，第二權(quán)重處理單元23可單獨接收第一復(fù)合信號，并基于第一復(fù)合信號 確定第二權(quán)重w2。因此，第二權(quán)重w2可依據(jù)第一復(fù)合信號而改變。第二權(quán)重處理單元23 可將確定的第二權(quán)重w2傳送到第二復(fù)合單元22。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，第二權(quán)重處理單元23可基于第一復(fù)合信號從第二權(quán)重數(shù) 據(jù)庫24檢測適合于第一復(fù)合信號的權(quán)重，并隨后將檢測到的權(quán)重確定為第二權(quán)重w2。根據(jù) 本發(fā)明的另一實施例，第二權(quán)重處理單元23可從第二權(quán)重數(shù)據(jù)庫24讀取預(yù)定權(quán)重計算方 法，并隨后使用傳送的第一復(fù)合信號和讀取的權(quán)重計算方法來確定第二權(quán)重w2。例如，首 先，第二權(quán)重處理單元23可將權(quán)重應(yīng)用于第一復(fù)合信號并計算具有應(yīng)用的權(quán)重的第一復(fù) 合信號的絕對值之和或具有應(yīng)用的權(quán)重的第一復(fù)合信號的平方的絕對值之和。接下來，第 二權(quán)重處理單元23可基于計算的結(jié)果來檢測可使具有應(yīng)用的權(quán)重的第一復(fù)合信號的絕對 值之和或具有應(yīng)用的權(quán)重的第一復(fù)合信號的平方的絕對值之和最小化的權(quán)重，并將所述權(quán) 重確定為第二權(quán)重w2并且將第二權(quán)重w2傳送到第二復(fù)合單元22。
[0057] 由第二波束形成器20執(zhí)行的上述波束形成處理可被表現(xiàn)為W下的等式3 : 陽05引[等式引
[0059]
[0060] 在等式3中，yk(t)是第二復(fù)合信號，j是用于標(biāo)識第一復(fù)合信號的索引（index)， N是輸入到第二波束形成器20的第一復(fù)合信號的數(shù)量。由于第一復(fù)合信號的數(shù)量等于信號 組的數(shù)量，因此N可與等式1的J具有相同的值。
[0061] 在等式3中，b,是加到每個第一復(fù)合信號的第二權(quán)重，Δ ,k(t)是第二時間差校正 單元21用來校正時間差的時間差校正值，z,(t-A ,k(t))是時間差已被第二時間差校正單 元21校正的第一復(fù)合信號。
[0062] 結(jié)果，根據(jù)等式1和等式3,第二復(fù)合信號可根據(jù)W下的等式4來計算： 陽06引[等式"
[0064]
[00化]在等式4中，Δ i,k(t)是當(dāng)輸入信號已經(jīng)通過第一波束形成器10和第二波束形成 器20時的時間差校正值。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖2中所示，第二復(fù)合信號可被傳送到圖像處理單元34 或信號處理單元35。
[0067] 圖像處理單元34可基于第二復(fù)合信號產(chǎn)生與第二復(fù)合信號相應(yīng)的圖像。信號處 理單元35可對第二復(fù)合信號執(zhí)行各種信號處理（諸如濾波、解調(diào)和壓縮）并將已被執(zhí)行了 信號處理的信號傳送到圖像處理單元34。圖像處理單元34可基于已被執(zhí)行信號處理的信 號來產(chǎn)生與已被執(zhí)行信號處理的信號對應(yīng)的圖像。
[0068] 如果波束形成器20的第二復(fù)合單元22輸出多個第二復(fù)合信號，則波束形成設(shè)備 還可包括用于對所述多個第二復(fù)合信號進(jìn)行組合的第Ξ波束形成器（未示出）。第Ξ波束 形成器可通過與第一波束形成器10或第二波束形成器20的流程相同的流程對所述多個第 二復(fù)合信號進(jìn)行組合來輸出第Ξ復(fù)合信號。
[0069] 上述波束形成設(shè)備可用可執(zhí)行計算或存儲功能的半導(dǎo)體忍片W及在其上布置有 所述半導(dǎo)體忍片的印刷電路板來實現(xiàn)。此外，上述波束形成設(shè)備可被應(yīng)用于需要波束形成 處理的各種裝置。運里，需要波束形成處理的各種裝置可包括超聲成像設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備或天 線。
[0070] W下將參照圖9詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成波束的方法。圖9是示出根 據(jù)本發(fā)明的實施例形成波束的方法的流程圖。
[0071] 如圖9中所示，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成波束的方法中，首先，在操作s40,多 個組中的信號可被輸出。每個組可包括多個信號。輸出信號可W是模擬信號。
[0072] 在操作s41，第一波束形成器10可校正每個組的信號之間的時間差。當(dāng)每個組的 信號之間的時間差被校正時，在操作S42,第一波束形成器10可對信號進(jìn)行組合。在運種 情況下，可針對每個組執(zhí)行信號的組合。在一些實施例中，當(dāng)對信號進(jìn)行組合時，預(yù)定權(quán)重 可被進(jìn)一步添加。可基于每個組中的信號來獲得所述預(yù)定權(quán)重，或者可定義所述預(yù)定權(quán)重 而不管每個組中的信號如何。結(jié)果，在操作s43,與各個組相應(yīng)的多個第一復(fù)合信號可被獲 得。當(dāng)組中的信號是模擬信號時，第一復(fù)合信號也可W是模擬信號。在運種情況下，在操作 s44,模數(shù)轉(zhuǎn)換單元31至33可將作為模擬信號的第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為作為數(shù)字信號的多個 第一復(fù)合信號。
[0073] 在操作s45,第二波束形成器20可接收經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的多個第一復(fù)合信號，并校 正所接收到的經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的多個第一復(fù)合信號之間的時間差。在運種情況下，在操作 s46,第二權(quán)重處理單元23可使用經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的多個第一復(fù)合信號來確定將在第二波束 形成器20中使用的權(quán)重。第二波束形成器20可在操作s47將確定的權(quán)重應(yīng)用于經(jīng)過數(shù)字 轉(zhuǎn)換的多個第一復(fù)合信號的組合，W在操作s48獲得至少一個第二復(fù)合信號。第二復(fù)合信 號可被傳送到圖像處理單元34、信號處理單元35或第Ξ波束形成器。
[0074] W下將參照圖10至圖16詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括應(yīng)用于其的上述波 束形成設(shè)備的超聲成像設(shè)備。
[00巧]超聲成像設(shè)備采集從對象內(nèi)部傳送的超聲波，然后獲取對象內(nèi)部的多種組織或結(jié) 構(gòu)的斷層掃描圖像（tomography image,層析圖像），例如，軟組織的斷層掃描圖像或血流的 圖像。向?qū)ο蟀l(fā)射超聲波、接收反射的超聲波并產(chǎn)生超聲圖像的超聲成像設(shè)備在下面將作 為包括波束形成設(shè)備的超聲成像設(shè)備的示例而被描述。然而，包括波束形成設(shè)備的超聲成 像設(shè)備不限于下面描述的超聲成像設(shè)備。例如，包括波束形成設(shè)備的超聲成像設(shè)備可W是 光聲成像設(shè)備、振動聲成像或皮秒超聲。此外，包括波束形成設(shè)備的超聲成像設(shè)備可包括接 收超聲波并產(chǎn)生超聲圖像的各種設(shè)備。
[0076] 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲成像設(shè)備的示圖，圖11是示出根據(jù)本發(fā) 明的實施例的超聲成像設(shè)備的框圖。如圖10和圖11中所示，超聲成像設(shè)備Μ可包括超聲 探頭100、主體200、輸入裝置300和顯示裝置400。超聲探頭100、主體200、輸入裝置300 和顯示裝置400可有線方式或無線方式傳送數(shù)據(jù)。例如，如圖10中所示，超聲探頭100 和主體200通過連接線纜101連接并被配置為使用連接線纜101在超聲探頭100和主體 200之間發(fā)送和接收命令或數(shù)據(jù)，其中，連接線纜101的一端連接到超聲探頭100,而另一端 設(shè)置有可與主體200的插槽201結(jié)合或分離的連接器102。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖10 中所示，輸入裝置300和顯示裝置400可直接布置在主體200上。根據(jù)本發(fā)明的另一實施 例，輸入裝置300和顯示裝置400可被設(shè)置為與主體200分開。例如，輸入裝置300或顯示 裝置400可被布置在與主體200分離地提供的工作站（未示出）上。 陽077] 超聲探頭100可接收在對象的內(nèi)部產(chǎn)生的超聲波并將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為作 為電信號的超聲信號。超聲探頭100可產(chǎn)生超聲波U并隨后將產(chǎn)生的超聲波U發(fā)射到對象 ob內(nèi)部的目標(biāo)部位。根據(jù)本發(fā)明的實施例，超聲探頭100可基于主體200的控制單元210 的控制信號來產(chǎn)生和發(fā)射預(yù)定頻率的超聲波U。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，超聲探頭100還 可基于在超聲探頭100的殼體內(nèi)部設(shè)置的控制單元210的控制信號來產(chǎn)生并發(fā)射預(yù)定頻率 的超聲波U。
[0078] 超聲探頭100可包括線陣探頭、凸陣探頭、相控扇形陣列探頭（sector phased array probe)和機械扇形陣列探頭（mechanical sector array probe)中的至少一個。 陽079] 如圖11中所示，超聲探頭100可包括超聲波發(fā)射單元111和超聲波接收單元112。 超聲波發(fā)射單元111可根據(jù)從脈沖發(fā)生器211傳送的電壓來產(chǎn)生預(yù)定頻率的超聲波，并向 對象ob的目標(biāo)部位發(fā)射產(chǎn)生的超聲波。超聲波接收單元112可接收由所述目標(biāo)部位反射 的回波超聲波e或根據(jù)發(fā)射到目標(biāo)部位的激光而產(chǎn)生的回波超聲波e，并產(chǎn)生與回波超聲 波e相應(yīng)的作為電信號的超聲信號。在一些實施例中，超聲探頭100可包括可執(zhí)行超聲發(fā) 射和接收功能的超聲波發(fā)送與接收單元（未示出）。當(dāng)超聲探頭100包括超聲波發(fā)送與接 收單元時，超聲探頭100還可包括用于切換發(fā)送和接收的切換器。超聲波接收單元112 W 及超聲波發(fā)送和接收單元可輸出多個信道的超聲信號。超聲波發(fā)射單元111、超聲波接收單 元112 W及超聲波發(fā)送和接收單元可包括圖13的超聲換能器110a。
[0080] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲探頭的剖示圖。超聲探頭100可包括聲 學(xué)透鏡103、聲學(xué)匹配層104、超聲換能器110a、超聲換能器支架105、超聲探頭處理器106 和電導(dǎo)線107。
[0081] 聲學(xué)透鏡103可被設(shè)計為使聲波或超聲波聚焦或散焦。根據(jù)本發(fā)明的實施例，聲 學(xué)透鏡103可使超聲換能器110a產(chǎn)生的超聲波折射，使得超聲波可聚焦在目標(biāo)部位上。
[0082] 聲學(xué)匹配層104可提供保持超聲波換能器110a產(chǎn)生的超聲波的平直度、波形特性 和強度的功能，或使另一介質(zhì)對超聲波的反射最小化的功能。
[0083] 超聲換能器110a可通過將預(yù)定頻率的電信號轉(zhuǎn)換為同一頻率的機械振動來產(chǎn)生 所述預(yù)定頻率的超聲波。具體地講，當(dāng)脈沖發(fā)生器211產(chǎn)生的電壓被施加到超聲換能器 110a時，超聲換能器110a的壓電振動器或薄膜會振動，并且因此，超聲換能器110a可根據(jù) 壓電振動器或薄膜的振動產(chǎn)生多個超聲波。超聲換能器110a產(chǎn)生的超聲波可被發(fā)射到對 象ob，并且聚焦在對象ob內(nèi)部的目標(biāo)部位上。超聲波可被聚焦在一個目標(biāo)部位（單聚焦） 上或被聚焦在多個目標(biāo)部位（多聚焦）上。
[0084] 此外，超聲換能器110a可接收超聲波，根據(jù)接收到的超聲波W與接收到的超聲波 的頻率對應(yīng)的頻率振動，并輸出作為電信號的超聲信號。由于一個超聲換能器110a可輸出 一個信道的信號，因此可能需要多個超聲換能器110a來輸出多個信道的信號。輸出的超聲 信號可被傳送到放大單元220或波束形成器230或250。
[00化]超聲換能器110a可包括：使用壓電材料的壓電效應(yīng)的壓電超聲換能器、使用磁性 材料的磁致伸縮效應(yīng)的磁致伸縮超聲換能器、或使用經(jīng)過微處理的薄膜的成百上千次振動 的電容式微型機械超聲換能器（cMUT)。此外，超聲換能器110a可包括可根據(jù)電信號產(chǎn)生超 聲波或根據(jù)超聲波產(chǎn)生電信號的各種其它類型的換能器。
[0086] 超聲換能器110a可排列在超聲換能器支架105的一個表面上。超聲換能器110a 可按照各種形式來排列。圖13和圖14是示出超聲換能器的布置的示例。如圖13中所示， 超聲換能器110a可按直線排列在超聲換能器支架105的一個表面上。此外，如圖14中所 示，超聲換能器110a可按多列q排列。根據(jù)本發(fā)明的實施例，超聲換能器110a可按兩列排 列在超聲換能器支架105的一個表面上（二維陣列）。當(dāng)超聲換能器110a按多列排列時， 可保持垂直方向的高分辨率。
[0087] 超聲換能器支架105可吸收超聲換能器110a產(chǎn)生的超聲波之中沿相反方向發(fā)射 的超聲波，或者可在支撐超聲換能器110a的同時散發(fā)出在超聲換能器110a的操作期間產(chǎn) 生的熱量。
[0088] 超聲探頭處理器106可對超聲信號執(zhí)行各種處理。例如，超聲探頭處理器106可 放大超聲換能器110a傳送的超聲信號，或?qū)⒛M形式的超聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)本 發(fā)明的實施例，超聲探頭處理器106可執(zhí)行圖16的第一波束形成器130的功能。根據(jù)本發(fā) 明的另一實施例，超聲探頭處理器106可執(zhí)行圖16的第一波束形成器130和第二波束形成 器150的功能。此外，超聲探頭處理器106可產(chǎn)生用于控制超聲探頭100的總體操作的控制 信號。超聲探頭處理器106可多種半導(dǎo)體忍片和印刷電路板來實現(xiàn)。所述半導(dǎo)體忍片 可包括存儲半導(dǎo)體或非存儲半導(dǎo)體。超聲探頭處理器106可被布置在超聲換能器支架105 的后表面或側(cè)表面上?？蛇x擇地，超聲探頭處理器106可根據(jù)設(shè)計者的選擇而被布置在超 聲探頭100的殼體108內(nèi)部的任意位置。
[0089] 電導(dǎo)線107可提供用于將超聲信號或波束形成的超聲信號傳送到主體200的通道 的功能。電導(dǎo)線107可W是連接線纜101的一部分。超聲信號可通過電導(dǎo)線107、連接器 102和插槽201被傳送到主體200。在一些實施例中，波束形成的超聲信號可通過電導(dǎo)線 107、連接器102和插槽201從超聲探頭100被傳送到主體200。
[0090] 如圖11中所示，主體200可包括控制單元210、脈沖發(fā)生器211、放大單元220、第 一波束形成器230、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元240、第二波束形成器250、信號處理單元260、圖像處理單 元261和存儲裝置262。運些單元中的一些可在必要時被省去。此外，運些單元中的一些 可被設(shè)置在超聲探頭100中或被設(shè)置在通過有線/無線通信網(wǎng)絡(luò)連接到主體200的工作站 中?？刂茊卧?10、脈沖發(fā)生器211、放大單元220、第一波束形成器230、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元240、 第二波束形成器250、信號處理單元260和圖像處理單元261可W W設(shè)置在主體200或工作 站內(nèi)的至少一個處理器（例如，中央處理器（CPU)和圖形處理器（GPU))來實現(xiàn)。中央處理 器和圖形處理器可使用各種半導(dǎo)體忍片和其上布置有半導(dǎo)體忍片的印刷電路板來實現(xiàn)。存 儲裝置262可布置在主體200或工作站的內(nèi)部或外部的半導(dǎo)體存儲裝置、磁盤存儲裝 置或光盤存儲裝置來實現(xiàn)。當(dāng)命令或數(shù)據(jù)從主體200中設(shè)置的一個配置210至262被傳送 到另一配置210至262時，所述命令或數(shù)據(jù)可被暫時地或非暫時地存儲在預(yù)定存儲裝置中， W便于計算處理。所述預(yù)定存儲裝置可W是易失性存儲裝置或非易失性存儲裝置。
[0091] 控制單元210可根據(jù)用戶的命令或預(yù)定義的設(shè)置來控制超聲成像設(shè)備Μ的總體操 作?？赏ㄟ^輸入裝置300來輸入所述用戶的命令。所述預(yù)定義的設(shè)置可存儲在預(yù)定存儲裝 置262中。根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制單元210可根據(jù)將被發(fā)射的超聲波的頻率來產(chǎn)生控 制命令，并將產(chǎn)生的控制命令傳送到脈沖發(fā)生器211。控制命令可包括關(guān)于將被施加到超聲 波發(fā)射單元111的電壓的頻率或幅度的信息。
[0092] 脈沖發(fā)生器211可產(chǎn)生用于驅(qū)動超聲波發(fā)射單元111的超聲換能器110a的電壓。 脈沖發(fā)生器211可根據(jù)從控制單元210接收到的控制命令來產(chǎn)生預(yù)定幅度和預(yù)定頻率的電 壓。由超聲換能器110a產(chǎn)生的超聲波的頻率和強度可取決于由脈沖發(fā)生器211產(chǎn)生的電 壓的幅度和頻率。由脈沖發(fā)生器211輸出的電壓可在具有特定時間差的不同時刻被施加到 超聲波發(fā)射單元111的超聲換能器110a，使得發(fā)射的超聲波可被聚焦或被引導(dǎo)。
[0093] 放大單元220可放大超聲波接收單元112輸出的多個信道的超聲信號的電壓，W 將所述超聲信號縮放至對于第一波束形成器230的處理合適的幅度。放大單元220的增益 可由波束形成設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計者或用戶任意確定。在一些實施例中，放大單元220可設(shè)置 在超聲探頭100中。放大單元220可在必要的情況下被省去。由放大單元220放大的超聲 信號可被傳送到第一波束形成器230。在一些實施例中，由放大單元220放大的超聲信號可 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元（未示出）被傳送到第一波束形成器230,其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將超 聲信號從模擬形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
[0094] 由超聲波接收單元112輸出的或由放大單元220放大的多個信道的超聲信號可通 過第一波束形成器230和第二波束形成器250構(gòu)成的兩級來聚焦。所述多個信道的超聲信 號可被分為至少一組，其中，所述至少一組包括所述多個信道的超聲信號中的至少一個超 聲信號。每組可W是由第一波束形成器230的第一復(fù)合單元232組合在一起的一組超聲信 號。所述多組可互不相交或可共享某些元素（某些信道的超聲信號）。 陽0巧]第一波束形成器230可對每組的超聲信號進(jìn)行聚焦W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號。第 一波束形成器230可包括第一時間差校正單元231和第一復(fù)合單元232。
[0096] 第一時間差校正單元231可校正多個信道的超聲信號之間的時間差。如圖5和圖 6中所示，第一時間差校正單元231可校正同一組中的信號之間的時間差，W將時間差已被 校正的信號傳送到第一復(fù)合單元232。在運種情況下，如圖6中所示，盡管與同一組相應(yīng)的 超聲信號之間的時間差被校正，但與不同組對應(yīng)的超聲信號之間的時間差可能未被校正。
[0097] 第一復(fù)合單元232可將時間差已被第一時間差校正單元231校正的超聲信號之中 的與同一組相應(yīng)的超聲信號進(jìn)行組合，W產(chǎn)生多個第一復(fù)合信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如 圖4中所示，第一復(fù)合單元232 (在圖4中的標(biāo)號為12)可在不重復(fù)使用每個信道的超聲信 號的情況下產(chǎn)生所述多個第一復(fù)合信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如圖7中所示，第一復(fù) 合單元232(12)可重復(fù)使用所有信道或一些信道的超聲信號來產(chǎn)生所述多個第一復(fù)合信 號。如圖11中所示，第一復(fù)合單元232可使用由第一權(quán)重處理單元233傳送的第一權(quán)重來 對所述多個信道的超聲信號進(jìn)行組合。第一權(quán)重可在不考慮超聲信號如何的情況下被預(yù)定 義，或者可根據(jù)超聲信號來確定。如圖4中所示，當(dāng)對超聲信號進(jìn)行組合時，第一復(fù)合單元 232可將第一權(quán)重應(yīng)用于所有信道或一些信道的超聲信號。在一些實施例中，第一權(quán)重處理 單元233可被省去。
[0098] 由第一波束形成器230執(zhí)行的波束形成處理可被表現(xiàn)為上面的等式1。
[0099] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元240可將第一波束形成器230輸出的第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號。 陽100] 第二波束形成器250可對多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生第二復(fù)合信號。如圖 11中所示，第二波束形成器250可包括第二時間差校正單元251和第二復(fù)合單元252。 陽101] 如圖6中所示，第二時間差校正單元251可校正由第一波束形成器230輸出的第 一復(fù)合信號之間的時間差。時間差已被校正的第一復(fù)合信號可被傳送到第二復(fù)合單元252。
[0102] 第二復(fù)合單元252可對時間差已被校正的多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合W產(chǎn)生第 二復(fù)合信號。根據(jù)需要，第二復(fù)合單元252可輸出一個第二復(fù)合信號，或輸出多個第二復(fù)合 信號。第二復(fù)合單元252可使用第二權(quán)重來對第一復(fù)合信號進(jìn)行組合。第二權(quán)重可基于第 一復(fù)合信號來確定，或者可依據(jù)第一復(fù)合信號而改變?？捎傻诙?quán)重處理單元253來確定 第二權(quán)重。如圖2、9和11中所示，第二權(quán)重處理單元253可接收第一復(fù)合信號，基于第一 復(fù)合信號確定第二權(quán)重，并將確定的第二權(quán)重傳送到第二復(fù)合單元252。如W上參照圖9所 描述的，可WW各種方法來確定第二權(quán)重。 陽103] 由第二波束形成器250執(zhí)行的波束形成處理可被表現(xiàn)為上面的等式3。
[0104] 如圖14中所示，當(dāng)超聲換能器110a按多列排列時，超聲成像設(shè)備的復(fù)雜度會依據(jù) 超聲換能器110a的數(shù)量而增加。在運種情況下，如果波束形成器W第一頻率4fu(所述第 一頻率4f。是中屯、頻率f。的四倍）對由超聲換能器110a輸出的超聲信號進(jìn)行采樣，則超 聲圖像的可視性會因波束形成器的延遲分辨率的下降而惡化。如果波束形成器W第二頻率 16fu(所述第二頻率16f。是中屯、頻率f。的十六倍）對超聲信號進(jìn)行采樣，則超聲圖像的可 視性會提高，但是將處理的數(shù)據(jù)量會增加。當(dāng)數(shù)據(jù)量增加時，超聲成像設(shè)備的復(fù)雜度也會相 應(yīng)地增加。此外，即使波束形成器W第一頻率4f。對超聲信號進(jìn)行采樣，超聲成像設(shè)備的復(fù) 雜度可能也不會改善，運是因為還需要插值裝置來使用插值方法提高圖像質(zhì)量。
[01化]如果第二波束形成器250使用如上所述的依據(jù)第一復(fù)合信號而改變的第二權(quán)重 來對第一復(fù)合信號進(jìn)行組合，則第一波束形成器230的采樣頻率可降低至四倍的中屯、頻率 (即，4f。)，并且不需要設(shè)計插值裝置來增加時間差校正的準(zhǔn)確度。具體地講，當(dāng)根據(jù)第一 復(fù)合信號而使用可變的第二權(quán)重時，即使在W第一頻率4f"(所述第一頻率4f。是中屯、頻率 f。的四倍）執(zhí)行采樣時，決定超聲圖像的可視性的旁瓣能量也會保持為低，并且決定超聲圖 像的分辨率的超聲信號的帶寬可被降低。因此，將獲得的超聲圖像的質(zhì)量被增強。因此，即 使當(dāng)按模擬方式校正時間差時，也可防止圖像質(zhì)量因低延遲分辨率而降低，因而即使超聲 圖像的采樣頻率實際是第一頻率4f。，在不增加設(shè)備的復(fù)雜度的情況下獲得具有W下情況 的分辨率的超聲圖像也是可能的：在所述情況下，采樣頻率是第二頻率16f。，其中，所述第 二頻率16f。是中屯、頻率f。的十六倍。此外，第一波束形成器230的采樣頻率可被降低至中 屯、頻率f。的四倍（4f。)，從而在第一波束形成器230中使用具有較小容量的存儲裝置。因 此，當(dāng)制造超聲成像設(shè)備時可提高成本效益。 陽106] 第二波束形成器250輸出的第二復(fù)合信號可被傳送到信號處理單元260和圖像處 理單元261中的至少一個。 陽107] 信號處理單元260可對第二復(fù)合信號執(zhí)行各種信號處理。例如，信號處理單元260 可執(zhí)行用于對第二復(fù)合信號進(jìn)行濾波的濾波處理，W去除除特定帶寬中的信號W外的信 號。此外，信號處理單元260可執(zhí)行用于將超聲信號的電壓從無線頻率形式轉(zhuǎn)換為視頻信 號形式的檢測處理。此外，信號處理單元260可執(zhí)行用于減小超聲信號之間的幅度差的壓 縮處理。信號處理單元260可在必要的情況下被省去。
[0108] 圖像處理單元261可將第二復(fù)合信號或已被信號處理單元260執(zhí)行了信號處理的 信號轉(zhuǎn)換為圖像。圖像處理單元261可使用掃描轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生超聲圖像。超聲圖像可W是A 模式、B模式或Μ模式的超聲圖像。A模式的超聲圖像是通過使用基于目標(biāo)部位與超聲探頭 100之間的距離或通過所述距離花費的時間的幅度對反射強度進(jìn)行成像而獲得的超聲圖 像。B模式的超聲圖像是通過利用亮度對超聲波的強度進(jìn)行成像而獲得的超聲圖像。Μ模 式的超聲圖像是通過對對象的操作中的改變程度進(jìn)行成像而獲得的超聲圖像。超聲圖像可 包括使用多普勒效應(yīng)的多普勒圖像。此外，圖像處理單元261可對超聲圖像進(jìn)行校正。圖 像處理單元261可對整個超聲圖像或超聲圖像的一部分的亮度、照度、銳度、對比度或顏色 進(jìn)行校正，使得用戶可清楚地觀察到超聲圖像中的組織。此外，圖像處理單元261可去除噪 聲或?qū)ο袼剡M(jìn)行插值。此外，圖像處理單元261可產(chǎn)生全景圖像，并使用體積數(shù)據(jù)來產(chǎn)生Ξ 維超聲圖像?？筛鶕?jù)用戶的命令或預(yù)定義的設(shè)置來執(zhí)行圖像處理。
[0109] 圖像處理單元261可允許產(chǎn)生的或經(jīng)過校正的超聲圖像存儲在存儲裝置262中或 顯示在顯示裝置400上。
[0110] 存儲裝置262可暫時地或非暫時地存儲由圖像處理單元261產(chǎn)生的超聲圖像。在 必要時，存儲裝置262可暫時或非暫時地存儲第一復(fù)合信號、第二復(fù)合信號或已被信號處 理單元260處理過的第二復(fù)合信號。存儲在存儲裝置262中的超聲圖像可根據(jù)通過輸入裝 置300輸入的用戶需求或控制單元210的指令而被顯示在顯示單元400上，或被發(fā)送到另 一存儲裝置（未示出）。在必要時，存儲在存儲裝置262中的超聲圖像可被傳送到單獨連接 到超聲成像設(shè)備Μ的工作站。此外，存儲在存儲裝置262中的超聲圖像可通過有線網(wǎng)絡(luò)或 無線網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送到外部服務(wù)器裝置等。服務(wù)器裝置可通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)將接收到的 超聲圖像等發(fā)送到單獨的終端（例如，臺式計算機、智能電話、蜂窩電話、平板PC、筆記本計 算機或個人數(shù)字助理（PDA))。 陽111 ] 輸入裝置300可根據(jù)用戶的操縱輸出電信號，并將輸出的電信號傳送到控制單元 210。因此，控制單元210可從用戶接收與對超聲成像設(shè)備Μ的控制相關(guān)聯(lián)的各種命令。輸 入裝置300可包括例如鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸屏、觸摸板、遙控桿、各種控制桿、手柄、搖 桿和各種其他輸入裝置中的至少一個。
[0112] 顯示裝置400可向用戶顯示產(chǎn)生的或經(jīng)校正的超聲圖像。顯示裝置400可用等離 子顯示面板（PDP)、發(fā)光二極管（LED)、液晶顯示器化CD)等來實現(xiàn)?？蛇x擇地，顯示裝置 400可使用可呈現(xiàn)立體圖像的Ξ維顯示器。顯示裝置400可包括觸摸屏裝置。當(dāng)顯示裝置 400包括觸摸屏裝置時，顯示裝置400可執(zhí)行輸入裝置300的功能。觸摸屏裝置可用電阻式 觸摸屏面板或電容式觸摸屏面板來實現(xiàn)。可選擇地，觸摸屏裝置可用使用超聲波或紅外線 的觸摸屏面板來實現(xiàn)。
[0113] 圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的超聲成像設(shè)備的框圖。
[0114] 如圖15中所示，超聲成像設(shè)備Μ可包括超聲探頭100和主體200,超聲探頭100可 包括放大單元120和第一波束形成器130。超聲探頭100的放大單元120的功能與上述主 體200的放大單元220的功能相同。如上所述，超聲探頭100的第一波束形成器130可包 括第一時間差校正單元131和第一復(fù)合單元132。第一波束形成器130、第一時間差校正單 元131和第一復(fù)合單元132的功能與上述主體200的第一波束形成器230、第一時間差校正 單元231和第一復(fù)合單元232的功能分別相同。在必要時，超聲探頭100還可包括用于計 算第一波束形成器130使用的第一權(quán)重的第一權(quán)重處理單元133。此外，超聲探頭100還可 包括用于將作為模擬信號的第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元140。模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元140可設(shè)置在主體200中而不是設(shè)置在超聲探頭100中。
[0115] 主體200可包括第二波束形成器250、信號處理單元260、圖像處理單元261和存 儲裝置262。
[0116] 圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的超聲成像設(shè)備的框圖。 陽117] 如圖16中所示，超聲成像設(shè)備Μ可包括超聲探頭100和主體200,超聲探頭100 可包括放大單元120、第一波束形成器130、第二波束形成器150和第二權(quán)重處理單元153。 超聲探頭100的放大單元120的功能與上述主體200的放大單元220的功能相同。如上所 述，超聲探頭100的第一波束形成器130可包括第一時間差校正單元131和第一復(fù)合單元 132。第一波束形成器130、第一時間差校正單元131和第一復(fù)合單元132的功能可分別與 上述主體200的第一波束形成器230、第一時間差校正單元231和第一復(fù)合單元232相同。 在必要時，超聲探頭100還可包括用于計算第一波束形成器130使用的第一權(quán)重的第一權(quán) 重處理單元133。超聲探頭100還可包括用于將作為模擬信號的第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號并將經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的超聲信號傳送到第二波束形成器150的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元140。超聲 探頭100的第二波束形成器150可包括第二時間差校正單元151和第二復(fù)合單元152。第 二波束形成器150、第二時間差校正單元151和第二復(fù)合單元152的功能可分別與上述主 體200的第二波束形成器250、第二時間差校正單元251和第二復(fù)合單元252的功能相同。 超聲探頭100的第二波束形成器150可通過連接線纜101等將輸出的第二復(fù)合信號傳送到 主體200。超聲探頭100的第二權(quán)重處理單元153可確定依據(jù)第二波束形成器250使用的 第一復(fù)合信號而改變的第二權(quán)重。超聲探頭100的第二權(quán)重處理單元153的功能可與主體 200的第二權(quán)重處理單元253的功能相同。
[0118] 主體200可包括信號處理單元260、圖像處理單元261、存儲裝置262等。信號處 理單元260可從超聲探頭100的第二波束形成器150接收超聲信號。
[0119] W下將參照圖17Α和圖17Β描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于超聲成像設(shè)備的控制 方法。圖17Α和圖17Β是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于超聲成像設(shè)備的控制方法的流程 圖。如圖17Α中所示，在操作巧0,控制單元210可根據(jù)用戶的操縱等產(chǎn)生并輸出用于產(chǎn)生 超聲圖像的控制命令。然后，在操作巧1，脈沖發(fā)生器211可產(chǎn)生預(yù)定頻率的電壓，并將產(chǎn)生 的電壓施加到超聲探頭100的超聲換能器110a。在操作巧2,超聲換能器110a可產(chǎn)生與施 加的電壓相應(yīng)的超聲波，并將產(chǎn)生的超聲波發(fā)射到對象ob。在操作巧3,發(fā)射的超聲波可被 對象ob內(nèi)部的目標(biāo)部位反射，并且在操作巧4,超聲換能器110a可接收作為反射的超聲波 的回波超聲波，并將接收到的回波超聲波轉(zhuǎn)換為作為電信號的超聲信號。在操作巧5,放大 單元120和220可放大超聲信號并將放大的信號分別傳送到第一波束形成器130和230。
[0120] 在操作s60,第一波束形成器130和230可校正超聲信號中的時間差。在運種情況 下，第一波束形成器130和230的第一時間差校正單元131和231可校正每組的超聲信號 之間的時間差。所述組可包括由同一第一復(fù)合單元132或232組合的超聲信號。第一波束 形成器130和230的復(fù)合單元132和232可在操作s61對每組的超聲信號進(jìn)行組合，并在 操作s62獲得多個第一復(fù)合信號。在必要時，在操作s63,模數(shù)轉(zhuǎn)換單元140和240可將所 述多個第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。所述多個第一復(fù)合信號可被傳送到第二波束形成器 150 和 250。 陽121] 如圖17B中所示，在操作s64,第二波束形成器150和250的第二時間差校正單元 151和251可校正所述多個第一復(fù)合信號之間的時間差。當(dāng)所述多個第一復(fù)合信號之間的 時間差被校正時，在操作s65,第二權(quán)重處理單元153和253可使用所述多個第一復(fù)合信號 來確定權(quán)重，并且在s66和s67,第二復(fù)合單元152和252可使用計算出的權(quán)重來對所述第 一復(fù)合信號進(jìn)行組合W獲得第二復(fù)合信號。 陽122] 在操作s70,信號處理單元260可對第二復(fù)合信號執(zhí)行各種處理（諸如濾波）。在 操作s71，圖像處理單元261可基于經(jīng)過處理的信號來產(chǎn)生超聲圖像。在操作s72,產(chǎn)生的 超聲圖像可被存儲在存儲裝置262中或被顯示在顯示裝置400上。在超聲成像被執(zhí)行的同 時，上述操作s50至s72可被重復(fù)地執(zhí)行。
[0123] 根據(jù)上述波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭，在對多個信號 進(jìn)行聚焦的處理期間可使圖像質(zhì)量的劣化最小化，從而獲得具有良好質(zhì)量的波束形成的圖 像。
[0124] 根據(jù)上述波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭，可在不W高采 樣頻率對信號進(jìn)行采樣W形成波束的情況下獲得具有良好質(zhì)量的圖像，從而減少將在設(shè)備 中處理或發(fā)送的數(shù)據(jù)量。
[01巧]根據(jù)上述波束形成設(shè)備、波束形成方法、超聲成像設(shè)備和超聲探頭，將在設(shè)備中處 理或發(fā)送的數(shù)據(jù)量可被減少，從而節(jié)省了設(shè)備的資源，例如，減少了用于數(shù)據(jù)處理所需的存 儲器的容量或省去了各種組件。
[01%] 根據(jù)上述超聲成像設(shè)備和超聲探頭，不需要實現(xiàn)用于減少將在超聲成像設(shè)備中發(fā) 送或處理的數(shù)據(jù)的插值功能，從而除了使所述設(shè)備變輕并小型化W外，還改善了所述設(shè)備 的設(shè)計上的復(fù)雜度。
[0127] 此外，根據(jù)上述波束形成設(shè)備或波束形成方法，還可獲得經(jīng)濟(jì)效益，諸如縮短了需 要波束形成處理的設(shè)備（諸如超聲成像設(shè)備或雷達(dá)裝置）的制造時間，或節(jié)省了制造成本。
[0128] 盡管已顯示并描述了本發(fā)明的一些實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離 本發(fā)明的原理和精神的情況下可在運些實施例中進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其 等同物限定。
【主權(quán)項】
1. 一種波束形成設(shè)備，包括： 第一復(fù)合單元，被配置為分別為各個組來對多個組中的多個信號進(jìn)行組合，以產(chǎn)生多 個第一復(fù)合信號； 第二復(fù)合單元，被配置為使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所 述多個第一復(fù)合信號進(jìn)行組合。2. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，還包括：第一時間差校正單元，被配置為分別針 對各個組來校正所述多個組中的所述多個信號之間的時間差。3. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，其中，所述多個組中的一個組中的至少一個信 號與另一組中的至少一個信號相同。4. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，其中，第一復(fù)合單元將不同的信號彼此組合以 產(chǎn)生第一復(fù)合信號。5. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，其中，第一復(fù)合單元使用預(yù)定義的權(quán)重或基于 所述多個信號中的至少一個信號而確定的權(quán)重來對所述多個組中的至少一個組中的信號 進(jìn)行組合。6. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，還包括：第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，被配置為當(dāng)所述多 個組中的所述多個信號是模擬信號時，將所述多個組中的所述多個信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。7. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，還包括：第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，被配置為當(dāng)所述多 個第一復(fù)合信號是模擬信號時，將所述多個第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。8. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，還包括：第二時間差校正單元，被配置為校正所 述多個第一復(fù)合信號之間的時間差。9. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，還包括：權(quán)重處理單元，被配置為基于所述多個 第一復(fù)合信號來確定第二復(fù)合單元應(yīng)用的權(quán)重。10. 如權(quán)利要求1所述的波束形成設(shè)備，其中，第一復(fù)合信號的數(shù)量少于輸入到第一復(fù) 合單元的信號的數(shù)量。11. 一種波束形成方法，包括： 輸出多個組中的多個信號； 分別針對各組來對輸出的所述多個組中的所述多個信號進(jìn)行組合以產(chǎn)生多個第一復(fù) 合信號； 使用依據(jù)所述多個第一復(fù)合信號而不同地應(yīng)用的權(quán)重來對所述多個第一復(fù)合信號進(jìn) 行組合，以產(chǎn)生第二復(fù)合信號。12. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，還包括：分別針對各組來校正所述多個組中 的所述多個信號之間的時間差。13. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，其中，所述多個組中的一個組中的至少一個 信號與另一組中的至少一個信號相同。14. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，其中，對輸出的多個信號進(jìn)行組合的步驟包 括：將不同的信號彼此組合以產(chǎn)生第一復(fù)合信號。15. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，其中，對輸出的多個信號進(jìn)行組合的步驟包 括：使用預(yù)定義的權(quán)重或基于所述多個信號中的至少一個信號而確定的權(quán)重來對所述多個 組中的至少一個組中的信號進(jìn)行組合。16. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，還包括：當(dāng)所述多個組中的所述多個信號是 模擬信號時，將所述多個組中的所述多個信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。17. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，還包括：當(dāng)所述多個第一復(fù)合信號是模擬信 號時，將所述多個第一復(fù)合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。18. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，還包括：校正所述多個第一復(fù)合信號之間的 時間差。19. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，還包括：基于所述多個第一復(fù)合信號來計算 由第二復(fù)合單元應(yīng)用的權(quán)重。20. 如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，其中，第一復(fù)合信號的數(shù)量少于輸入到第一 復(fù)合單元的信號的數(shù)量。
【文檔編號】A61B8/00GK105877778SQ201510122673
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年3月19日
【發(fā)明人】金圭洪, 金培瀅, 樸修賢, 宋宗根
【申請人】三星電子株式會社