超声波接收装置、方法及系统

摘要

一种超声波接收模块、方法及系统。分别储存对应N个通道的N个回波信号于N组位移暂存器阵列，每一组位移暂存器阵列包括延迟滤波单元与M个位移暂存器。利用一延迟控制器给定一组系数至延迟滤波单元以对M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值。利用N个先入先出缓冲器以暂存N个输出值。利用延迟控制器以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并据以控制一时间多工器依序切换输出N个输出值。利用一乘法器以将从时间多工器接收的输出值乘上对应该通道的一权重值作为一校正值。利用一累加器以累加N个校正值作为一成像值。

权利要求

1.一种超声波接收装置，包括：

N组位移暂存器阵列，用以分别储存对应N个通道的N个回波信号，每一组位移暂存器阵列包括一延迟滤波单元与用以储存该回波信号的串接的M个位移暂存器，N及M为正整数；

一延迟控制器，用以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并给定一组系数至该延迟滤波单元以对该M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值；

N个先入先出缓冲器，耦接至该N组位移暂存器阵列以分别暂存该N个输出值；

一时间多工器，用以依据每一个通道对应的延迟时间依序切换输出该N个输出值；

一乘法器，用以将从该时间多工器接收的该输出值乘上对应该通道的一权重值作为一校正值；以及一累加器，用以累加该N个校正值作为一成像值。

2.根据权利要求1所述的超声波接收装置，其中该N个回波信号是由一模拟数字转换单元转换通过N个孔径元件的N个回波而得到。

3.根据权利要求1所述的超声波接收装置，其中该组系数的M个系数值各为2的幂次方。

4.一种超声波接收方法，包括：

分别储存对应N个通道的N个回波信号于N组位移暂存器阵列，每一组位移暂存器阵列包括一延迟滤波单元与用以储存该回波信号的串接的M个位移暂存器，N及M为正整数；

利用一延迟控制器给定一组系数至该延迟滤波单元以对该M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值；

利用N个先入先出缓冲器以暂存该N个输出值；

利用该延迟控制器以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并据以控制一时间多工器依序切换输出该N个输出值；

利用一乘法器以将从该时间多工器接收的该输出值乘上对应该通道的一权重值作为一校正值；以及利用一累加器以累加该N个校正值作为一成像值。

5.根据权利要求4所述的超声波接收方法，还包括：利用一模拟数字转换单元转换通过N个孔径元件的N个回波而得到该N个回波信号。

6.根据权利要求4所述的超声波接收方法，其中该组系数的M个系数值各为2的幂次方。

7.一种超声波接收系统，包括：

S个孔径单元，每一个孔径单元包括N个孔径元件以接收N个回波，S及N为正整数；

一模拟数字转换单元，用以转换该S×N个回波为S×N个回波信号；

S个根据权利要求1所述的超声波接收装置，分别对应至该S个孔径单元，并用以得到S个成像值；

S个先入先出缓冲器，用以暂存该S个成像值；以及一加法器，用以加总该S个成像值。

8.根据权利要求7所述的超声波接收系统，其中该组系数的M个系数值各为2的幂次方。

说明书

超声波接收装置、方法及系统

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种超声波接收装置、方法及系统。

背景技术

[0002] 一般而言，超声波波束成像器包括传送端与接收端两个部分。传送端主要控制每一个通道所需的时序以达到波束聚焦及偏移的效果，并给予每个通道不同的权重值以提升成像品质。接收端则针对每个通道接收到的信号进行延迟加总(delay and sum，DAS)的动作。所谓的延迟加总是指探头上的各个通道相对于聚焦点位置的路径长度不同，因而施加延迟补偿使得信号可以得到最大的相加性干涉。如此一来，超声波波束成像器取得任意的信号组合以提供主控器产生灰阶影像或是血液流动信息等。

[0003] 目前某些商用超声波成像装置的探头通道数依规格与应用而不尽相同，需要进一步考虑相容性或可扩充性。某些装置更对于每一通道的信号都需要一组后级的处理单元以进行后续的成像运算处理。

发明内容

[0004] 本发明涉及一种超声波接收装置、方法及系统。

[0005] 根据本发明的第一方面，提出一种超声波接收装置，包括N组位移暂存器阵列、一延迟控制器、N个先入先出缓冲器、一时间多工器、一乘法器以及一累加器，N为正整数。N组位移暂存器阵列用以分别储存对应N个通道的N个回波信号，每一组位移暂存器阵列包括延迟滤波单元与用以储存回波信号的串接的M个位移暂存器，M为正整数。延迟控制器用以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并给定一组系数至延迟滤波单元以对M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值。N个先入先出缓冲器耦接至N组位移暂存器阵列以分别暂存N个输出值。时间多工器用以依据每一个通道对应的延迟时间依序切换输出N个输出值。乘法器用以将从时间多工器接收的输出值乘上对应该通道的一权重值作为一校正值。累加器用以累加N个校正值作为一成像值。

[0006] 根据本发明的第二方面，提出一种超声波接收方法，包括下列步骤。分别储存对应N个通道的N个回波信号于N组位移暂存器阵列，每一组位移暂存器阵列包括延迟滤波单元与用以储存回波信号的串接的M个位移暂存器，N及M为正整数。利用一延迟控制器给定一组系数至延迟滤波单元以对M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值。利用N个先入先出缓冲器以暂存N个输出值。利用延迟控制器以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并据以控制一时间多工器依序切换输出N个输出值。利用一乘法器以将从时间多工器接收的输出值乘上对应该通道的一权重值为作一校正值。利用一累加器以累加N个校正值作为一成像值。

[0007] 根据本发明的第三方面，提出一种超声波接收系统，包括S个孔径单元、一模拟数字转换单元、S个如前述的超声波接收装置、S个先入先出缓冲器以及一加法器，S为正整数。每一个孔径单元包括N个孔径元件以接收N个回波，N为正整数。模拟数字转换单元用以转换S×N个回波为S×N个回波信号。S个超声波接收装置分别对应至S个孔径单元，并用以得到S个成像值。S个先入先出缓冲器用以暂存S个成像值。加法器用以加总S个成像值。

[0008] 为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举一实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

[0009] 图1绘示依照一实施例的超声波接收模块的方块图。

[0010] 图2绘示依照一实施例的内插运算的示意图。

[0011] 图3绘示依照一实施例的超声波接收系统的示意图。

[0012] 主要元件符号说明

[0013] 10：孔径元件

[0014] 15：孔径单元

[0015] 20：模拟数字转换单元

[0016] 100：超声波接收模块

[0017] 110_1～110_4：位移暂存器阵列

[0018] R1～RM：位移暂存器

[0019] 114_1～114_4：延迟滤波单元

[0020] 120：延迟控制器

[0021] 130_1～130_4、310：先入先出缓冲器

[0022] 140：时间多工器

[0023] 150：乘法器

[0024] 160：累加器

[0025] 300：超声波接收系统

[0026] 320：加法器。

具体实施方式

[0027] 本发明所提出的超声波接收模块、方法及系统，每一个接收模块可独立处理多个通道的回波信号，且多个接收模块可组合以处理更多通道或多线获取(multiple line acquisition，MLA)模式下的更多回波信号。

[0028] 请参照图1，其绘示依照一实施例的超声波接收模块的方块图。于图1中，以N等于4为例做说明，然并不限于此，N为正整数。超声波接收模块100包括N组位移暂存器阵列110_1～110_4、一延迟控制器120、N个先入先出(FIFO)缓冲器130_1～130_4、一时间多工器140、一乘法器150以及一累加器(accumulator)160。于图1中，N个孔径元件(aperture element)10接收对应于N个通道的N个回波。模拟数字转换单元20转换此N个回波为对应于N个通道的N个回波信号。

[0029] 每一组位移暂存器阵列110_1～110_4包括一延迟滤波单元(delayfilter unit)与串接的M个位移暂存器R1～RM，M为正整数且可由后续欲进行的内插处理决定M的数值。每一个通道的回波信号依时序储存至对应的位移暂存器R1～RM中。延迟控制器120从一延迟表(delay table)读取所欲还原的深度点中每一个通道对应的延迟时间，并依据所需的精确度给定每个通道中延迟滤波单元对应的一组系数，以对M个位移暂存器R1～RM的数据进行内插运算而得到一输出值。其中，此组系数中的M个系数值为2的幂次方，例如为
0 -1 -2
2、2 、2 、…。

[0030] 请参照图2，其绘示依照一实施例的内插运算的示意图。于图2中，in1～inM为位移暂存器R1～RM中的数值，而C1～CM为延迟控制器120所给定的系数。在此实施例中，系数C1～CM为2的幂次方，搭配位移的运算可得乘法的效果。由于模拟数字转换单元20取样频率的限制，取样后的数值其对应的延迟时间仅为取样频率的倍数，因此需要延迟控制器120依据延迟表中的数值给定此组系数以进行辅助的内插运算来得到精确的时间延迟。当位移暂存器R1～RM填满之后，利用管线并行的特性，即可在每个时脉周期(Clock Cycle)得到内插运算后的一输出值。

[0031] N个先入先出缓冲器130_1～130_4耦接至N组位移暂存器阵列110_1～110_4，并分别暂存N个输出值以调节速度。由于每一个通道接收到回波的时间不同，故时间多工器140利用时间分工的方式，依据每一个通道对应的延迟时间依序切换输出对应的输出值至后级的乘法器以进行切趾(apodization)运算。乘法器150将从时间多工器140接收的输出值乘上对应通道的一权重值以减低旁瓣(side lobe)效应而得到一校正值，此权重值例如由一切趾控制器所决定。当每一个通道皆完成对应的权重值运算后，累加器160累加N个校正值作为一成像值。

[0032] 当超声波接收模块可以处理的N个通道数少于实际使用的通道数时，可以使用多个超声波接收模块来完成波束成像。请参照图3，其绘示依照一实施例的超声波接收系统的示意图。超声波接收系统300包括S个孔径单元15、一模拟数字转换单元20、S个超声波接收模块100、S个先入先出缓冲器310以及一加法器320，S为正整数。每一个孔径单元包括N个孔径元件以接收N个回波。模拟数字转换单元20转换S×N个回波为S×N个回波信号。S个超声波接收模块100分别对应至S个孔径单元10，并用以得到S个成像值。由于每一个超声波接收模块的处理速度不一，S个先入先出缓冲器310用以暂存S个成像值以达到时间上的一致性。是故，加法器320可以在相同时间内加总S个成像值，以得到对应某一个深度点的波束输出。

[0033] 举例来说，若超声波接收系统300对应至32个通道，而每一个超声波接收模块100可以处理对应8个通道的回波，如此仅需4组超声波接收模块100即可实现32通道的波束成象功能。若超声波波束成像器的接收端使用1：Y的多线获取模式，亦不用更改超声波接收模块100的硬件结构而采用Y组超声波接收模块100即可以达到扩充的需求。

[0034] 本发明更提出一种超声波接收方法，包括下列步骤。分别储存对应N个通道的N个回波信号于N组位移暂存器阵列，每一组位移暂存器阵列包括延迟滤波单元与用以储存回波信号的串接的M个位移暂存器，N及M为正整数。利用一延迟控制器给定一组系数至延迟滤波单元以对M个位移暂存器的数据进行内插运算而得到一输出值。利用N个先入先出缓冲器以暂存N个输出值。利用延迟控制器以依据一延迟表决定每一个通道对应的延迟时间，并据以控制一时间多工器依序切换输出N个输出值。利用一乘法器以将从时间多工器接收的输出值乘上对应该通道的一权重值作为一校正值。利用一累加器以累加N个校正值作为一成像值。

[0035] 上述超声波接收方法的原理已详述于超声波接收模块100及其相关内容中，故于此不再重述。

[0036] 本发明上述实施例所揭露的超声波接收模块、方法及系统，每一个接收模块可独立处理多个通道的回波信号，且多个接收模块可组合以处理更多通道或多线获取模式下的更多回波信号。此外，利用位移暂存器阵列接收回波信号不仅可以避免存储器繁杂的读写计算，更可利用管线并行的方式在每个时间周期内完成内插运算而达到精确的延迟需求。更进一步地，利用时间多工的方式每次切换一组通道进行切趾运算，可以简化成每一个超声波接收模块中的所有通道仅需共同一组后级的乘法器，可以有效的减少硬件资源。

[0037] 综上所述，虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。