專利名稱：超聲波能量轉換裝置以及超聲波成像系統與方法
超聲波能量轉換裝置以及超聲波成像系統與方法技術領域
本公開涉及一種超聲波能量轉換裝置以及超聲波成像系統與方法。
背景技術：
超聲波圖像已有廣泛的應用，其中在醫學的應用甚為普遍，例如可以得知人體內部器官的狀態。
醫用超聲波圖像設備有容易存取、價格低廉、安全性等特性，使得近年來的運用普及率漸漸高于其他的醫學圖像技術。然而，超聲波設備所產生出來的圖像必須要有足夠的成像質量來提供正確的臨床診斷與分析。要有高圖像解析度的超聲波圖像成像技術，其例如是多點聚焦發射方式，然而其會降低圖像成像速度，進而圖像動態掃描速率。因此圖像解析度與成像速度這兩點常需有所取舍。
超聲波圖像合成孔徑聚焦技術(SAFT, Synthetic Aperture FocusingTechnique)最早于1980年代就被提出，且被認定為是一種有效提升圖像解析度又不至于降低太多圖像動態掃描率的方法。SAFT技術可將接收的超聲波通道信號(channel data)于時域或是頻域上進行分析。
近年來，對于超聲波醫學診斷的新應用，例如3D超聲波、心臟超聲波、與彈性圖像等需求開始大幅增加，因此若能達成高速成像的條件就能夠至少應用于上述超聲波等成像方式，才能提供給醫師作為臨床診斷更多的參考與依據。發明內容
本公開提出一種超聲波能量轉換裝置，包括一超聲波能量轉換陣列與一脈沖控制器。超聲波能量轉換陣列由多個超聲波能量轉換單元所組成，用以接收與傳送一超聲波。脈沖控制器輸出多個脈沖信號分別控制這些超聲波能量轉換單元，其中通過這些脈沖信號的輸出延遲，使所傳送的超聲波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向。脈沖控制器可以對應一目標區域，僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。
本公開提出一種超聲波成像系統，包括超聲波能量轉換陣列、前級圖像處理器與后級圖像處理器。超聲波能量轉換陣列，由多個超聲波能量轉換單元(或陣元)所組成，其中這些超聲波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的一部分。該超聲波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電信號。前級圖像處理器接收這些電信號以處理成對應的多個數字子圖像。后級圖像處理器將這些數字子圖像經過相位修正與解調后，還將這些數字子圖像做重合以得到一超聲波圖像。
本公開提出一種超聲波成像方法，包括提供一超聲波能量轉換陣列，其中該超聲波能量轉換陣列是由多個超聲波能量轉換單元組成，這些超聲波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的一部分，其中該超聲波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電信號。此成像方法還包括進行第一次超聲波成像，其包括啟動全部這些超聲波能量轉換單元，并接收由一檢測目標反射回來的一零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波；進行一前級圖像處理步驟，接收該超聲波能量轉換陣列傳來的這些電信號，且處理這些電信號成為多個數字子圖像；以及進行一后級圖像處理步驟，將該數字子圖像經過相位修正與解調后，還將這些數字子圖像做重合以得到一第一超聲波圖像，其中從該第一超聲波圖像中決定該目標區域。此成像方法還包括進行一第二次超聲波成像，包括根據該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的該部分,或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的該部分，重復接收由該檢測目標反射回來的該零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少該對非零度波前反射波；重復進行該前級圖像處理步驟；以及重復進行該后級圖像處理步驟，得到僅屬于該目標區域的一第二超聲波圖像。成像方法還包括將該第一超聲波圖像與該第二超聲波圖像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超聲波圖像，且該第二超聲波圖像與該第三超聲波圖像再進行一關聯運算得到一第四超聲波圖像。
為讓本公開的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1繪示依據本發明一實施例，超聲波發射機制示意圖。
圖2繪示依據本發明一實施例，超聲波發射機制示意圖。
圖3繪示依據本發明一實施例，超聲波能量轉換裝置示意圖。
圖4繪示依據本發明一實施例，超聲波發射孔徑與目標區域的控制示意圖。
圖5繪示依據本發明一實施例，超聲波成像系統的功能方塊示意圖。
圖6A-6C繪示超聲波在不同波前角度所獲得子圖像示意圖。
圖7繪示依據本發明一實施例，不同數量子圖像重合模擬示意圖。
圖8繪示依據本發明一實施例，根據目標區域進行關聯運算的機制示意圖。
圖9繪示依據本發明一實施例，相關系數運算的機制與效果示意圖。
圖10繪示依據本發明一實施例，超聲波成像系統示意圖。
主要元件符 號說明
100:發射模塊
102:發射延遲量
104:脈沖信號
108:超聲波能量轉換陣列
108a、108b、108c:區域
109:檢測目標
110:超聲波能量轉換單元
112:超聲波
114:波前
116:行進方向
120:脈沖控制器
122:延遲控制單元
124:高壓脈沖單元
150:接收模塊
151:前級圖像處理器
152:后級圖像處理器
200:反射波
204:通道數據單元
206:前級處理單元
208:模擬到數字轉換單元
209、209’:內插與快速傅利葉變換單元
210:內插單元
212,214:二維快速傅利葉變換單元
216:內插單元
218:相位修正單元
220:逆快速傅利葉變換單元
222:解調單元
224:子圖像重合單元
226:目標區域關聯處理單元
230、232、234:子圖像
250:第一超聲波圖像
260:第二超聲波圖像
262:第四超聲波圖像
300:非目標區域
302:目標區域
310,312:超聲波圖像
314:權重地圖
316:乘法器
318:超聲波圖像
400:超聲波能量轉換陣列
402:多工器
403:發射接收切換單元
404:接收模塊
408:處理器
410:顯示器
412:發射模塊
500:超聲波成像系統具體實施方式
本公開的高速超聲波成像機制包含使用多個超聲波能量轉換單元組成單一陣列或多個陣列的超聲波能量轉換裝置(ultrasound transducer)當作超聲波探頭，以發射平面波。陣列式由多個超聲波能量轉換單元所組成的多個通道，以發射一平面波。超聲波探頭的孔徑大小可通過控制通道的開啟數量來調整。又通過對通道的輸出時間的控制，也可以調整超聲波探頭有不同入射角度，以進行超聲波發射。之后，回波信號接收后可以在頻域上進行一系列的處理。
超聲波探頭的孔徑大小調整除了可以直接控制陣列對應目標區域(ROI，regionofinterest)的通道啟動范圍外，也可以通過選擇性處理與目標區域相對應的通道信號即可。也就是說，例如超聲波能量轉換裝置的全部通道可以發射與接收，但是僅針對選擇的目標區域的通道做后續處理，以減省圖像處理時間。不同入射角度的信號被接收與處理后得到多個子圖像。對這些子圖像再進行圖像重合(image compounding)重建出新的圖像。
經此方式進行超聲波造影可降低超聲波發射能量，達到安全性與節省電能消耗的應用目的，并且選擇性的處理通道信號可大幅減少信號處理的時間并提高成像速度(framerate),且使用圖像重合的技術能夠有效降低斑紋噪聲(speckle noise)并提升圖像解析度(lateral resolution)。
以下舉一些實施例來說明，但是本公開不僅限于所舉的實施例。
要得到高速成像的方式其一，例如可以采用使超聲波發射源產生平面波信號的發射方式。其只需通過單一次的超聲波信號發射，再經探頭接收后便能合成出一張圖像，能有效減少超聲波發射與接收的等待時間并使得成像速度大幅提升。但是這種發射方式由于缺乏超聲波信號的聚焦性與強度，因此造成超聲波回波信號相對較小，使得接收端信號噪聲比(SNR, Signal- to-Noise Ratio)、圖像對比度(image contrast)、與空間解析度(spatialresolution)都低于傳統超聲波聚焦發射型式所得的圖像。本公開提出的方法是以控制陣列式超聲波探頭中被開啟的陣元數量，以達到孔徑控制(aperture adjust)進行平面波(plane wave)發射。利用陣列的每一個陣元間發射時間的延遲(time delay)方式可以控制超聲波探頭產生不同入射角度的入射方式進行平面波發射。
在本公開，由于探頭發射超聲波能量時不需要每一個通道皆參與發射，其每一個通道的信號發射與接收皆對應其中一個探頭陣元，且可通過多工器(MUX)的選擇，控制通道與陣元的對應關系，藉此通道選擇的方式能夠進行孔徑控制，而孔徑控制方式進行超聲波造影可降低超聲波發射能量，達到安全性與節省電能消耗的應用目的。在超聲波在造影時，如果探頭與組織器官間有相互運動時則可能造成假影(motion artifact)的現象。本公開不必將所有陣元接收的通道信號都進行處理，只選擇性的處理目標區域相對應的通道信號即可，則可大幅減少信號處理的時間并提高成像速度，因此可有效降低假影產生的情況，可以在心臟超聲波，血管造影等的應用。本公開將接收回波所產生的通道信號在頻域上進行一系列的運算處理，避免傳統方式在時域信號做延遲加總(delay and sum)的處理方法，能有效提升運算速度。又，使用圖像重合的技術能夠有效降低斑紋噪聲(speckle noise)的產生，因而提升圖像解析度(lateral resolution)。
圖1繪示依據本發明一實施例，超聲波發射機制示意圖。在本實施例中，超聲波為一平面波。參閱圖1，超聲波112的發射可以通過一發射模塊100的脈沖控制器120來控制，控制所有通道的脈沖信號的發射延遲量102為一致時，則可在每一通道在同時間內產生相同的脈沖信號104而產生平面超聲波。如此，超聲波112的波前(wave front) 114的行進方向116是垂直于超聲波能量轉換陣列108的陣列平面。
每一脈沖信號104會激發超聲波能量轉換陣列108中的每一超聲波能量轉換單元110，且每一超聲波能量轉換單元110皆可用以發射或接收超聲波112，而發射行進方向116如圖1所示。假設垂直于超聲波能量轉換陣列108的角度定義為零度。超聲波能量轉換單元110例如是壓電材料，依照電性的脈沖信號104激發振動以產生超聲波112。反之，當接收反射回來的超聲波時，也會產生電信號由接收模塊150(圖1未示出)接收，以后續處理組成圖像。
圖2繪示依據本發明一實施例，超聲波發射機制示意圖。參閱圖2，其先描述發射的機制。如果要改變發射的超聲波112的波前114角度，發射模塊100中的脈沖控制器120可以控制脈沖信號104之間的時間延遲。詳細來說，調整每一個通道的脈沖信號的發射延遲量102，使每個通道的發射延遲時間依序增加，則可控制每個通道的脈沖信號104依序激發超聲波能量轉換單元110，如此超聲波112的波前114的行進方向116會改變，不再是垂直出射于超聲波能量轉換陣列108的陣列平面。
基于上述的操作機制，就實際的操作，在一次的成像，會發出三個以上的奇數個超聲波112，其包括圖1的零度以外，通過圖2的機制，也包含正負角度對稱的兩個超聲波112。圖3繪示依據本發明一實施例，超聲波能量轉換裝置的示意圖。
參閱圖3也同時參閱圖1的對應部分，超聲波能量轉換裝置包括一脈沖控制單元120與一超聲波能量轉換陣列108。超聲波能量轉換陣列108由多個超聲波能量轉換單元110所組成，構成平面的一陣列。脈沖控制器120輸出多個脈沖信號104分別控制對應的多個超聲波能量轉換單元110，其中通過這些脈沖信號104的輸出延遲，可以使所傳送的超聲波112的平面波前114，依照控制以有不同的行進方向116。
于此，脈沖控制器120可對應一目標區域，僅啟動這些超聲波能量轉換單元110的一些數量。這些數量是對應目標區域做傳送與接收。
脈沖控制器120可以包括一延遲控制單元122與高壓脈沖單元124，通過延遲控制單元122的時間延遲調整高壓脈沖單元124所產生脈沖信號104的時間。超聲波能量轉換陣列108接收高壓脈沖單元 124產生的脈沖信號104，進而使超聲波能量轉換陣列108產生超聲波112，其平面波前114如圖3所示。在本實施例中，實線的波前114的行進方向116是零度。另外以零度為中心，正/負偏離一個角度，例如1° /-1°，發出兩個角度對稱的超聲波112。此兩個波前角度對稱的超聲波112的效用有助于消除圖像的旁瓣(sidelobe)噪聲，其會于后面說明。
圖4繪示依據本發明一實施例，超聲波發射孔徑與目標區域的控制示意圖。參閱圖4，對于超聲波能量轉換陣列108而言，其包含多個超聲波能量轉換單元110，超聲波能量轉換單元110可以依照一目標區域108b所需要的一孔徑而僅啟動超聲波能量轉換單元110的一部分，或是僅取被啟動的超聲波能量轉換單元110中的一部分，但并不以此為限。在本實施例中，取超聲波能量轉換單元110組成的其中一列超聲波能量轉換陣列108來說明，其可以僅在目標區域108b的超聲波能量轉換單元110被啟動，而其它在非目標區域108a與108c的超聲波能量轉換單元110沒有被啟動，因此超聲波的成像范圍僅在目標區域108b。也就是說，在本實施例中，超聲波發射的孔徑僅在于目標區域108b。
本公開采用僅針對目標區域且僅啟動對應的部分，如此可以至少減少成像所需要的處理時間。而超聲波所耗用的能量也可以減省。
以下描述接收機制。圖5繪示依據本發明一實施例，超聲波成像系統的功能方塊示意圖。參閱圖5，超聲波成像系統500也包含一接收模塊150與一超聲波能量轉換陣列108。當發射模塊100控制超聲波能量轉換陣列108發出多個平面超聲波112后，這些超聲波112會從檢測目標,例如人體組織反射,形成一反射波200回到超聲波能量轉換陣列108,被接收模塊150接收。在此，基于反射的自然現象，反射回來的反射波200的波前不維持平面，而是會具有不同波前角度，但是仍對應發出的奇數個超聲波112，即反射波的數量也是奇數個，包含一個零度波前反射波以及正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波。詳細來說，超聲波能量轉換陣列108接收到不同波前角度的反射波200后，將反射波200轉換成多個電信號，傳送至接收模塊150。
接收模塊150包含前級圖像處理器151與后級圖像處理器152。其中前級圖像處理器151系執行前級圖像處理步驟，即接收超聲波能量轉換陣列108傳來的電信號，以處理成對應的多個數字子圖像。后級圖像處理器152系執行后級圖像處理步驟，即將這些數字子圖像經過相位修正與解調后，還將這些數字子圖像做重合以得到一超聲波圖像。此外，超聲波成像系統500還包含如圖3的脈沖控制器120，其作用的機制與功能與前述相同，在此并不予以贅述。
詳細來說，前級圖像處理器151包含通道數據單元204、前級處理單元206與模擬到數字轉換單元208。通道數據單元204系接收超聲波能量轉換陣列108傳來對應反射波200所轉換的電信號。之后，前級處理單元206對這些接收的電信號做前級處理，包括進行信號放大，濾除噪聲等，以得到多組的前級放大信號。之后，模擬到數字轉換單元(ADC) 208接收這些前級放大信號后，將這些前級放大信號轉換成多個數字子圖像。
后級圖像處理器152包含內插(interpolation)與快速傅利葉變換(FFT)單兀209, 209’、相位修正(phase correction)單兀218、逆快速傅利葉變換(inverse FFT,iFFT)單兀220、解調(demodulation)單兀222、子圖像重合(image compounding)單兀224與目標區域關聯處理單元226。
本公開采用的成像機制是在頻域下做較快速的相位修正，之后才得到平面的時域圖像。因此，前述的數字子圖像需要做快速傅利葉變換。然而，從模擬反射波信號轉換成數字信號后會有采樣點數不足的問題，需要增加采樣點。
因此，內插與快速傅利葉變換單元系進行內插與快速傅利葉變換步驟，即將數字子圖像分別進行采樣點內插與快速傅利葉變換，產生多個頻域數字子圖像。其中內插與快速傅利葉變換單元209包含內插單元210與二維快速傅利葉變換(2D FFT)單元212。另一種方式的內插與快速傅利葉變換單元209’包含二維快速傅利葉變換(2D FFT)單元214與內插單元216。其例如采用內插與快速傅利葉變換單元209，先使用一內插單元210在時域下進行采樣點內插，增加采樣點數(upsampling),再以二維快速傅利葉變換單元212,對該內插單元210完成后的圖像點陣進行時域到頻域的轉換，以得到多個頻域子圖像。另一種方式是采用內插與快速傅利 葉變換單元209’，先以二維快速傅利葉變換單元214先對數字子圖像進行時域到頻域的轉換，以得到多個頻域子圖像，再通過內插單元216對這些頻域子圖像分別進行采樣點內插，以增加采樣點數。
經過時域到頻域的轉換后，前述的這些頻域數字子圖像由相位修正單元218接收，并進行相位修正。接著，修正后的頻域數字子圖像再由逆快速傅利葉變換單元220轉換成時域的多個圖像。
由于實際的圖像數據是負載在超聲波的基頻上。要得到圖像深淺的變化需要由解調單元222將時域的這些圖像解調，并移除基頻成份(baseband data)，如此可得到對應各波前角度反射波的子圖像。
可了解的是，每一個子圖像是對應一個波前角度的反射波，都會經過前述的后級圖像處理所得到。也就是說，這些子圖像包括對應波前角度為零度的子圖像，至少也包括在正與負方向偏離相同波前角度的兩個子圖像。依照實際需要，可以有更多波前角度的反射波信息。由于角度是對稱，其有助于消除圖像噪聲，會于后述。
當獲得多個子圖像后，子圖像重合單元224會將子圖像重合成超聲波圖像。
于此，如果取更多對應不同波前角度的子圖像做子圖像重合的效果會更好，但是相對的會較耗時。因此可以適當取一些數量的子圖像進行重合即可。至于各子圖像中殘留的圖像噪聲，例如旁瓣的噪聲可以利用子圖像重合單元224進行重合以消除圖像噪聲。
以下先描述子圖像消除圖像噪聲的機制。圖6A-6C繪示超聲波在不同波前角度所獲得子圖像示意圖。參閱圖6A，超聲波能量轉換陣列108以-10°的波前角度對檢測目標109成像，其所得到的子圖像230強度的分布如圖6A下圖所示。圖6A下圖的橫坐標代表相對于檢測目標109在超聲波能量轉換陣列108橫向位置，縱坐標代表與超聲波能量轉換陣列108的距離。在中心的亮點是檢測目標109在實際所處位置的圖像強度，也就是主瓣(mainlobe)的圖像。然而由于平面波反射的自然效應，在其它位置會有旁瓣(sidelobe)的圖像噪聲。
相同現象，圖6B以波前角度零度發射對檢測目標109成像的子圖像232，在檢測目標109的實際位置的強度仍會出現區域(local)的主瓣圖像，而旁瓣圖像的延伸方向的會略有不同。圖6C以10°的波前角度發射對檢測目標109成像的子圖像234，在檢測目標109的實際位置的散射點(scatter point)強度仍會出現區域(local)的主瓣圖像,而旁瓣圖像的延伸方向與圖6A的旁瓣圖像是趨向對稱。如果將這些圖像重合，由于主瓣圖像相對會加強，而旁瓣圖像相對會減弱，經過臨界值的濾除后，主瓣圖像則是成像的內容。
圖7繪示依據本發明一實施例，不同數量子圖像重合模擬示意圖。參閱圖7，在圖a表示除了波前角度零度出射的超聲波以外，還包括波前角度10°與-10°發射的兩個超聲波，其三個子圖像重合的結果即如圖6A、圖6B與圖6C的子圖像230、232與234的重合后，其旁瓣圖像仍存在。在圖b d表示更增加其它波前角度發射的超聲波的子圖像的重合結果。從模擬的圖像重合效果可以看出更多波前角度的超聲波的子圖像重合后，其旁瓣圖像更容易消除。然而，更多的波前角度發射的超聲波會耗費更多圖像處理的時間。因此，一般例如僅產生五個子圖像的重合即可，而其旁瓣圖像可再通過其它關聯度運算機制消除。
本公開提出對目標區域進行關聯度運算，由圖5所示超聲波成像系統500中的目標區域關聯處理單元226所執行。圖8繪示依據本發明一實施例，根據目標區域進行關聯度運算的機制示意圖。參閱圖5及圖8，在第一次成像時，超聲波能量轉換陣列108第一次取得的超聲波圖像是第一超聲波圖像250。此時由于目標區域尚未選取，因此超聲波能量轉換陣列108中的超聲波能量轉換單元全部被啟動。之后，在第一超聲波圖像250中決定目標區域302，其他部分的圖像則屬于非目標區域300。在決定目標區域302后，如圖4的方式，控制超聲波能量轉換陣列108依照目標區域302所需要的孔徑而僅啟動超聲波能量轉換陣列108中對應目標區域302的區域108b，重復上述之前級圖像處理步驟與后級圖像處理步驟，以得到僅屬于目標區域302的第二超聲波圖像260。
如此，將第一超聲波圖像250與第二超聲波圖像260針對目標區域的數據進行關聯運算，例如是相關系數(cross correlation)運算,并以此系數作為圖像調整加權值,將第一超聲波圖像250與第二超聲波圖像260調整后可得到一個較高質量的第三超聲波圖像，例如提升解析度，對比度，信噪比等。此方式可在相同的區域圖像進行重復的處理。例如，經過第一超聲波圖像250與第二超聲波圖像260相關系數運算后所得到第三超聲波圖像，可以再將第二超聲波圖像260與第三超聲波圖像進行關聯運算，其如前述的相關系數運算，之后得到第四超聲波圖像262，依此類推。
然而相關系數運算的方式不限于上述的方式，其也可以連續前后兩張超聲波圖像作相關系數的運算，例如是在取得第二超聲波圖像后，直接連續量取新的一第五超聲波圖像，將連續量取的第二超聲波圖像與第五超聲波圖像進行關聯運算以得到良好圖像質量的第六超聲波圖像，但是這取決于所耗時間與所要圖像解析度之間的要求程度。
圖9繪示依據本發明一實施例，相關系數運算的機制與效果示意圖。參閱圖9，以點擴散函數(Point Spread Function)為例，同一個點的仿體,利用兩種不同的超聲波掃描方式，超聲波圖像310是原先的點擴散函數為理想的點擴散函數，其主瓣窄、旁瓣低。超聲波圖像312的點擴散函數為非理想的點擴散函數，其主瓣寬、旁瓣高。兩者的點擴散函數利用相關系數運算后得到權重地圖(correlation map) 314,其主瓣位置的權重值高、旁瓣位置的權重值低。將超聲波圖像312的點擴散函數以乘法器316乘上權重地圖314，此權重后的點擴散函數的超聲波圖像318的主瓣變窄、旁瓣變低，如此圖像質量得以改善。
換句話說，在圖5的子圖像重合(image compounding)單元224,其子圖像的數量無需過多。而殘留的圖像噪聲另可以利用目標區域關聯處理單元226的處理以較簡易方式消除圖像噪聲。
圖10繪示依據本發明一實施例，超聲波成像系統示意圖。參閱圖10，超聲波成像系統包括超聲波能量轉換陣列400、發射模塊412、接收模塊404、處理器408、顯示器410。發射模塊412包含多工器402、發射接收切換單元403與高壓脈沖單元124，發射模塊412的功能如圖1的發射模塊100。接收模塊404的功用如圖5的接收模塊150。高壓脈沖單元124與接收模塊404通過多工器402的切換與超聲波能量轉換陣列400耦接以達到發射與接收超聲波的操作。且當高壓脈沖單元124進行脈沖信號104發射時，發射接收切換單元403會形成類似一高組抗元件，以阻絕高壓脈沖信號104進入接收模塊404端，以保護模塊元件，當高壓脈沖信號104發射出去后，發射接收切換單元403又會形成類似低阻抗元件以接收來自超聲波能量轉換陣列400接收的回波信號。當接收模塊404得到所有通道的超聲波回波信號后通過處理器408進行一系列的信號數據處后可以顯示于顯示器410。
于此，處理器408雖然繪示成獨立的一個單元，但是處理器408在實際上可以整合處理發射模塊412、接收模塊404以及顯示器410上所需要處理的控制與運算。
雖然本公開已以實施例公開如上，然其并非用以限定本公開，本領域技術人員，在不脫離本公開的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本公開的保護范圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種超聲波能量轉換裝置，包括: 一超聲波能量轉換陣列，由多個超聲波能量轉換單元所組成，該超聲波能量轉換陣列用以接收與傳送一超聲波； 一脈沖控制器，輸出多個脈沖信號分別控制這些超聲波能量轉換單元，其中通過這些脈沖信號的輸出延遲，使所傳送的該超聲波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向，其中，該脈沖控制器可對應一目標區域，僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。
2.—種超聲波成像系統,包括: 一超聲波能量轉換陣列，由多個超聲波能量轉換單元所組成，其中這些超聲波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的一部分，其中該超聲波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電信號； 一前級圖像處理器，接收這些電信號以處理成對應的多個數字子圖像；以及一后級圖像處理器，將這些數字子圖像經過相位修正與解調后，還將這些數字子圖像做重合以得到一超聲波圖像。
3.如權利要求2所述的超聲波成像系統,還包括一脈沖控制器,輸出多個脈沖信號分別控制這些超聲波能量轉換單元，其中通過這些脈沖信號的輸出延遲，以傳送一超聲波，該超聲波的平面波前依照 控制以有不同的行進方向， 其中，該脈沖控制單元可以對應該目標區域，僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一些數量，這些數量對應該目標區域做傳送與接收。
4.如權利要求2所述的超聲波成像系統，其中該前級圖像處理器包括: 一通道數據單元，接收該超聲波能量轉換陣列對應這些反射波所轉換的這些電信號； 一前級處理單元，將這些電信號進行放大與濾除噪聲，得到多組前級放大信號；以及 一模擬到數字轉換單元，接收這些組前級放大信號，以轉換成這些數字子圖像。
5.如權利要求2所述的超聲波成像系統，其中該后級圖像處理器包括: 一內插與快速傅利葉變換單元，這些數字子圖像分別進行采樣點內插與快速傅利葉變換到多個頻域數字子圖像； 一相位修正單元，接收這些頻域數字子圖像，進行相位修正； 一逆快速傅利葉變換單元，將修正后的這些頻域數字子圖像轉換成在時域的多個圖像； 一解調單元，將時域的這些圖像解調，移除一基頻成份后得到多個子圖像；以及 一子圖像重合單元，將這些子圖像重合成該超聲波圖像。
6.如權利要求5所述的超聲波成像系統，其中該內插與快速傅利葉變換單元包括: 一內插單元，在時域下進行采樣點內插，增加采樣點數；以及 一二維快速傅利葉變換單元，對該內插單元完成后的一圖像點陣進行時域到頻域轉換，以得到這些頻域子圖像。
7.如權利要求5所述的超聲波成像系統，其中該內插與快速傅利葉變換單元包括: 一二維快速傅利葉變換單元，對這些數字子圖像進行時域到頻域轉換，以得到這些頻域子圖像；以及一內插單元，對這些頻域子圖像分別進行采樣點內插，增加采樣點數。
8.如權利要求2所述的超聲波成像系統，其中這些反射波的數量是奇數個，包含一個零度波前反射波以及正負波前角度對稱的至少一對反射波。
9.如權利要求2所述的超聲波成像系統，還包括一目標區域關聯處理單元，其中該超聲波能量轉換陣列在第一次取得該超聲波圖像時是一第一超聲波圖像，這些超聲波能量轉換單元全部被啟動，并且從該第一超聲波圖像決定該目標區域，以控制該超聲波能量轉換陣列依照該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的該部分或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的該部分，以取得一第二超聲波圖像， 其中該第一超聲波圖像與該第二超聲波圖像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超聲波圖像，且該第二超聲波圖像與該第三超聲波圖像再進行一關聯運算得到一第四超聲波圖像。
10.如權利要求2所述的超聲波成像系統，還包括一目標區域關聯處理單元，其中該超聲波能量轉換陣列在第一次取得該超聲波圖像時是一第一超聲波圖像，這些超聲波能量轉換單元全部被啟動，并且從該第一超聲波圖像決定該目標區域，以控制該超聲波能量轉換陣列依照該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的該部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的該部分，以取得一第二超聲波圖像， 其中根據直接連續量取新的一第五超聲波圖像與該第二音波圖像進行一關聯運算得到一第六超聲波圖像。
11.一種超聲波成像方法，包括: 提供一超聲波能量轉換陣列，其中該超聲波能量轉換陣列是由多個超聲波能量轉換單元所組成，該超聲波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的一部分，其中該超聲波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電信號； 進行第一次超聲波成像，包括: 啟動全部這些超聲波能量轉換單元，并接收由一檢測目標反射回來的一零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波； 進行一前級圖像處理步驟，接收該超聲波能量轉換陣列傳來的這些電信號，且處理這些電信號成為多個數字子圖像；以及 進行一后級圖像處理步驟，將該數字子圖像經過相位修正與解調后，還將這些數字子圖像做重合以得到一第一超聲波圖像，其中從該第一超聲波圖像中決定該目標區域； 進行一第二次超聲波成像，包括: 根據該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動這些超聲波能量轉換單元的該部分，或是僅取被啟動的這些超聲波能量轉換單元中的該部分，重復接收由該檢測目標反射回來的該零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少該對非零度波前反射波， 重復進行該前級圖像處理步驟；以及 重復進行該后 級圖像處理步驟，得到僅屬于該目標區域的一第二超聲波圖像；以及 將該第一超聲波圖像與該第二超聲波圖像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超聲波圖像，且該第二超聲波圖像與該第三超聲波圖像再進行一關聯運算得到一第四超聲波圖像。
12.如權利要求11所述的超聲波成像方法，其中該前級處理步驟包括: 接收該超聲波能量轉換陣列對應這些反射波所轉換的這些電信號； 將這些電信號進行放大與濾除噪聲，得到多組前級放大信號；以及 接收這些組前級放大信號，以轉換成這些數字子圖像。
13.如權利要求11所述的超聲波成像方法，其中該后級處理步驟包括: 進行內插與快速傅利葉變換步驟，對這些數字子圖像分別進行采樣點內插與快速傅利葉變換到多個頻域數字子圖像； 將這些頻域數字子圖像，進行相位修正； 將修正后的這些頻域數字子圖像轉換成在時域的多個圖像； 將時域的這些圖像解調，移除一基頻成份后得到多個子圖像；以及 將這些子圖像重合成該第一超聲波圖像或該第二超聲波圖像。
14.如權利要求13所述的超聲波成像方法，其中該內插與快速傅利葉變換步驟包括: 在時域下進行采樣點內插，增加采樣點數；以及 對該內插完成后的一圖像點陣進行時域到頻域轉換，以得到這些頻域子圖像。
15.如權利要求13所述的超聲波成像方法，其中該內插與快速傅利葉變換步驟包括: 對這些數字子圖像進行時域到頻域轉換，以得到這些頻域子圖像；以及 對這些頻域子圖像分別進行采樣點內插，增加采樣點數。
全文摘要
一種超聲波能量轉換裝置以及超聲波成像系統與方法，該超聲波能量轉換裝置包括由多個超聲波能量轉換單元組成的一超聲波能量轉換陣列，用以接收與傳送一超聲波。一脈沖控制器輸出多個脈沖信號分別控制這些超聲波能量轉換單元，其中通過這些脈沖信號的輸出延遲，使所傳送的該超聲波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向。脈沖控制器可以對應一目標區域，僅啟動這些超聲波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。
文檔編號A61B8/00GK103181779SQ201210054820
公開日2013年7月3日 申請日期2012年3月5日 優先權日2011年12月28日
發明者胡長霖, 楊善義, 李秀桓 申請人:財團法人工業技術研究院