一種用于波束合成過程中的延時實時計算方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于在醫(yī)用診斷超聲設(shè)備圖像的分辨方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于波束合成過程中的延時實時計算方法。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有延時計算方法對在計算精度、資源消耗、適用場景、初始參數(shù)規(guī)模等往往只是偏重于某一方面的問題。本發(fā)明用于波束合成過程中的延時實時計算方法，其特征在于包含以下步驟：(1)利用軟件計算得到每條接收線的所有陣元的初始參數(shù)K和Lo，并將參數(shù)K和Lo預(yù)先存儲到不同的邏輯存儲區(qū)中；(2)通過下式計算從陣元到焦點距離的平方L：Ln＝Ln?1+2n+K；(3)對Ln進行開方，計算陣元到焦點距離dn：(4)根據(jù)所求的陣元到焦點距離dn，以及量化后的焦點位置n，利用公式Addrn＝n+dn，求得每個陣元的相對延時值。
【專利說明】
一種用于波束合成過程中的延時實時計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于在醫(yī)用診斷超聲設(shè)備圖像的分辨方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于波 束合成過程中的延時實時計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在醫(yī)用診斷超聲設(shè)備中，為了提高圖像的分辨率，在接收聚焦過程中往往有多個 焦點甚至于逐點聚焦。對于每個焦點各個陣元的延時參數(shù)有所區(qū)別，所以接收聚焦往往需 要預(yù)先存儲巨大參數(shù)量。為了提高圖像的橫向分辨率，現(xiàn)代醫(yī)用超聲診斷設(shè)備中廣泛采用 的方法是通過一個陣元組進行發(fā)射和接收進行聚焦。因為不同的焦點位置到陣元組中各個 陣元的相對距離是變化的，往往都是預(yù)先計算好存儲在ROM里面。尤其是對于接收聚焦來 說，因為焦點個數(shù)較多甚至于要進行逐點聚焦，所以每個焦點都需要預(yù)先提供一組延時參 數(shù)。對于相控陣成像而言，則更為復(fù)雜，每條線的聚焦參數(shù)都是不同的，所以提供的參數(shù)有 可能達到幾十兆，甚至于上百兆。
[0003] 針對于上述情況，一種解決方法是根據(jù)延時曲線自身的特性對參數(shù)進行壓縮，這 種方法雖然在很大程度上減少了參數(shù)量，然而對于多波束或者是相控陣成像而言參數(shù)量往 往仍然較大。近幾年比較流行的另外一種解決方式是通過實時計算的方式獲取延時參數(shù)。
[0004] 專利號為EP0856831A2的歐洲專利，提出了一種迭代的思路，通過上一點的延時值 以及產(chǎn)生的中間變量，來得到當(dāng)前焦點的延時值，同時更新中間變量。這種方法的缺點是需 要逐點計算延時參數(shù)，對于通道較多或者是多波束的系統(tǒng)方案，需要較多的計算單元。同時 需要滿足一定的條件，而這種條件一般在近場不容易滿足，所以計算延時在近場存在一定 的誤差，隨著焦點深度增加，誤差逐漸減少。
[0005] 美國專利6123617通過分別計算陣元和焦點的坐標(biāo)，然后通過cordic方法直接求 兩坐標(biāo)點之間的距離的方法計算延時，這種方法適用于任意形狀探頭和掃描模式，但是需 要復(fù)雜的距離求取電路，資源消耗仍然較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要針對現(xiàn)有延時計算方法對在計算精度、資源消耗、適用場景、初始參數(shù) 規(guī)模等往往只是偏重于某一方面的問題，提供一種同時考慮計算精度，資源消耗、適用場景 以及初始參數(shù)規(guī)模，在四個方面做出權(quán)衡的用于波束合成過程中的延時實時計算方法。
[0007] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種用于波束合成過程中的延時實時計算方法，其特征在于包含以下步驟：
[0009] (1)利用軟件計算得到每條接收線的所有陣元的初始參數(shù)K和L〇,并將參數(shù)K和L〇預(yù) 先存儲到不同的邏輯存儲區(qū)中，參數(shù)K和L〇通過下列公式計算：
[0010] K=l+2x C〇S0，L〇 = X2,其中對于凸陣，= 2 * I? (夢/2)，公式中R為探頭 半徑#為任意陣元和探頭中心連線以及中心陣元和探頭中心連線的夾角;對于線陣，X為任 意陣元和中心陣元的距離;β為任意陣元和中心陣元連線以及中心陣元和焦點連線夾角；
[0011] (2)通過下式計算從陣元到焦點距離的平方L:Ln=Ln-i+211+Κ;
[0012] (3)對Ln?行開方，計算陣元到焦點距離4
[00?3 ] (4)根據(jù)所求的陣元到焦點距離dn，以及量化后的焦點位置η，利用公式Addrn = n+ dn，求得每個陣元的相對延時值。
[0014] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，由于相同焦點位置距離各個物理陣元的長度不同，所 謂發(fā)射聚焦就是通過控制各個陣元激勵的時間，使各個陣元產(chǎn)生的響應(yīng)超聲信號同時刻、 同相位到達焦點位置，從而疊加后的發(fā)射波束在焦點位置能量最強。如圖1所示，波束軸中 心位置0,焦點位置F，陣元E1和E2距離焦點F的長度分別為D1和D2,根據(jù)D1和D2的長度不同， 分別計算出陣元E1和E2的延時，使得激勵產(chǎn)生的波形同一時刻到達F處。
[0015] 接收聚焦相對比較復(fù)雜。一般情況下系統(tǒng)實現(xiàn)為將各個通道接收到的AD信號存儲 到延時RAM中，如圖2所示。對于逐點聚焦的系統(tǒng)，對于接收線上每一個采樣點均作為焦點， 根據(jù)焦點位置到陣元的距離得到延時RAM中緩存地址，然后從相應(yīng)位置取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng) 過插值以及變跡之后再求和得到波束合成之后的射頻信號。
[0016] 無論對于發(fā)射還是接收，延時控制都是聚焦最重要的環(huán)節(jié)。本發(fā)明權(quán)衡初始參數(shù) 量、計算精度、適用性以及資源消耗四個方面，提出了一種延時計算方案。
[0017] 線陣和凸陣探頭示意圖分別如圖3和圖4所示。0為波束軸和探頭交點，E為任意陣 元，F(xiàn)為焦點位置，EF為波束軸。根據(jù)余弦定理可得：
[0019] β為0E和0F夾角。0E長度為X，0F長度為r，陣元和焦點之間的距離EF為d。
[0020] 對于線陣：
[0022] Θ為波束軸的偏轉(zhuǎn)角。
[0023] x=width*N
[0024] N為間隔的陣元數(shù)目，width為陣元間距。
[0025] 對于凸陣：
[0028] R為探頭半徑，，為任意陣元和探頭中心連線與中心陣元和探頭中心連線的夾角
[0029]
[0030] f''為相鄰陣元間隔角度，Ν為間隔陣元數(shù)目。
[0031 ]用f對公式進行量化，其中c為聲速，一般取值1540m/s，f s為采樣率。
[0032]量化后公式用下式表示：
[0035] 根據(jù)上式可以得到：
[0036] Ln=Ln-i+2n+K
[0037] 其中，Q =:^.，K = _( l+2x cosP)。
[0038] 由上式可知，根據(jù)Lw通過簡單的加法以及移位操作就可以得到焦點位置在n處， 焦點與陣元距離的平方匕，對Ln進行開方就可以得到焦點與陣元的距離d n。
[0040] 圖5為根據(jù)前述算法設(shè)計的延時實時計算裝置框圖，Lq，K為初始值寄存器。和波束 軸的位置以及偏轉(zhuǎn)角相關(guān)，可以根據(jù)不同的場景由軟件計算好，放在硬件指定位置。η為焦 點位置寄存器，對于發(fā)射聚焦，可以由軟件控制并賦相應(yīng)的值，對于接收聚焦，可以添加另 外一個累加器進行計算得到當(dāng)前焦點的位置。Κ和η通過加法器一和乘法器一得到累加量 Add。初始值LQ和和Add通過加法器二進行求和運算得到陣元和焦點距離的平方L，最后把L 送入開方電路進行開方得到陣元與焦點之間的距離dn。延時/地址計算單元根據(jù)dn的值，計 算出發(fā)射的延時量或者波束合成中采樣點對應(yīng)的所有通道相應(yīng)數(shù)據(jù)在延時RAM中地址。
[0041] 從最后一個陣元發(fā)射完成之后，所有通道開始同步接收數(shù)據(jù)，并進行AD轉(zhuǎn)換存儲 在對應(yīng)的延時RAM中，所以接收聚焦要得到的是在延時RAM中對應(yīng)的地址。如圖2所示，陣元 組中的最后一個陣元(往往是中心陣元)完成發(fā)射，并傳播到焦點位置F并返回到陣元E所經(jīng) 歷的路程為0F+FE，對應(yīng)的量化后數(shù)據(jù)為d n+n。通過圖6所示的計算即可得到對應(yīng)焦點對應(yīng) 的任意通道數(shù)據(jù)在延時RAM中地址Addrn。Addrn = dn+n。
【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明聚焦示意圖；
[0043]圖2是本發(fā)明波束合成模塊框圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明線陣探頭示意圖；
[0045] 圖4是本發(fā)明凸陣探頭示意圖；
[0046]圖5是本發(fā)明距離計算模塊框圖； 圖6是本發(fā)明緩沖地址計算模塊框圖。
【具體實施方式】 [0047] 實施例1
[0048] 以線陣探頭為例對本發(fā)明所采用的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0049] 首先根據(jù)公式
[0054] 計算出初始參數(shù)K和Lo。
[0055] 其中width為陣元間距，N為陣元間隔數(shù)目，Θ為波束軸的偏轉(zhuǎn)角。
[0056] 對于任意掃描密度以及相控陣系統(tǒng)而言，每條掃描線的N或者偏轉(zhuǎn)角Θ可能都不相 同，所以初始參數(shù)K和Lo也可能不同。為了兼容所有可能出現(xiàn)的情況，初始參數(shù)K和Lo對于每 根掃描線單獨控制。由軟件根據(jù)用戶選擇的掃描偏轉(zhuǎn)角度或者掃描模式進行計算然后存儲 到硬件指定的存儲區(qū)內(nèi)。以64通道，512條接收波束的系統(tǒng)為例，假設(shè)K和Lo,分別需要32比 特進行存儲，則總的參數(shù)存儲量只需要256K。
[0057]根據(jù)公式
[0060]計算出陣元和焦點之間的距離。
[0061 ]具體實現(xiàn)方式如圖5所示的硬件實現(xiàn)框架。
[0062]對于接收聚焦而言，焦點η通過另外的累加器進行計算得到。假設(shè)每4個點變一次 焦，則η每次的累加值為4。同樣通過如圖5所示的距離計算單元計算出陣元到焦點之間的距 離，然后通過如圖6所示的緩存地址計算單元得到，焦點位置為η時各個通道數(shù)據(jù)在延時RAM 中地址。
【主權(quán)項】
1. 一種用于波束合成過程中的延時實時計算方法，其特征在于包含W下步驟： (1) 利用軟件計算得到每條接收線的所有陣元的初始參數(shù)K和L。，并將參數(shù)K和L。預(yù)先存 儲到不同的邏輯存儲區(qū)中，參數(shù)K和L。通過下列公式計算： Κ=1+2χ cosi3，L〇 = x2,其中對于凸陣，公式中R為探頭半徑， 為任意陣元和探頭中屯、連線W及中屯、陣元和探頭中屯、連線的夾角；對于線陣，X為任意陣 元和中屯、陣元的距離;β為任意陣元和中屯、陣元連線W及中屯、陣元和焦點連線夾角； (2) 通過下式計算從陣元到焦點距離的平方^1^ = 1^-1+化+1(; (3) 對Ln進行開方，計算陣元到焦點距離山：(4) 根據(jù)所求的陣元到焦點距離dn，W及量化后的焦點位置n，利用公式A(Mrn = n+dn，求 得每個陣元的相對延時值。
【文檔編號】A61B8/00GK105832366SQ201610157361
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】孫瑞超
【申請人】深圳安盛生物醫(yī)療技術(shù)有限公司