本發明涉及一種便攜式超聲波診斷設備，并且更具體地，涉及一種便攜式超聲波設備和改善超聲波診斷設備的功率效率的方法。

背景技術：

利用非侵入性和非破壞性性質，在醫療領域中通常使用超聲波診斷設備來獲得對象體內的信息。由于可以向醫生提供受檢者的內部器官的高分辨率圖像而無需直接切割的外科手術和觀察受檢者，因此超聲波診斷系統在醫療領域中非常重要地使用。

超聲波診斷設備是一種系統，該系統將超聲波信號從受檢者的身體表面發送到受檢者體內的目標部位，從所反射的超聲波信號提取信息，并且以非侵入性方式獲得軟組織的斷面或血流的圖像。

與諸如X射線檢查設備、計算機斷層攝影(CT)掃描器、磁共振圖像(MRI)掃描器和核醫學檢查設備的其他成像診斷設備相比，由于上述超聲波診斷系統具有小尺寸、便宜、能夠實時顯示并且具有優異的安全性而不暴露于X射線，因此其通常用于診斷心臟、腹腔內的內部器官、泌尿系統和生殖器官。

由于被恒定地供給功率的交流(AC)電源，在典型的超聲波診斷設備中不會發生電力短缺。然而，近年來，由于使用利用具有有限電力的電池作為電源的便攜式超聲波診斷設備，因此需要通過最小功率提供最大使用時間量的技術。

技術實現要素：

技術問題

現有的便攜式超聲波診斷設備生成具有最大電壓的脈沖信號，不管用于測量的深度如何所述最大電壓是均勻，并且當在較淺深度處執行測量時使用具有相同最大電壓的脈沖信號。因此，由于向電池端和電路部施加高負載，因而功率效率不高。

因此，本發明的一方面是提供一種便攜式超聲波診斷設備以及改善該便攜式超聲波診斷設備的功率效率的方法，所述便攜式超聲波診斷設備能夠通過根據用于測量的深度調整脈沖信號的電壓來改善功率效率。

技術方案

本發明的一個方面提供一種便攜式超聲波診斷設備，包括：測量深度設定部，被配置為設定用于測量的測量深度；電壓供應部，被配置為根據設定的測量深度供應待施加到脈沖生成部的電壓，并且當設定的測量深度越淺時，供應越低的電壓；以及脈沖生成部，被配置為生成待施加到超聲波換能器以生成超聲波的電脈沖，并生成與從電壓供應部供應的電壓相對應的電壓的電脈沖。

便攜式超聲波診斷設備還可包括可變增益放大器，該可變增益放大器被配置為通過放大從超聲波換能器輸入的回波信號來根據反射深度補償衰減。

便攜式超聲波診斷設備還可包括補償特性調整部，該補償特性調整部被配置為根據反射深度來調整可變增益放大器的放大特性。

放大特性可允許增益在所設定的測量深度處具有特定(certain，某一)最大值，并且隨著反射深度在低于設定的測量深度的范圍內越深，具有越大的值。這里，放大特性可具有根據在低于設定的測量深度的范圍內的反射深度增益增加的形式。

本發明的另一個方面提供一種改善便攜式超聲波診斷設備的功率效率的方法，包括：設定用于測量的測量深度；根據所設定的測量深度向脈沖生成部供應電壓，所述脈沖生成部分生成待施加到超聲波換能器的電脈沖，其中，當設定的測量深度越淺時，供應越低的電壓；以及由脈沖生成部根據所供應的電壓生成電脈沖。

該方法還可包括通過使用可變增益放大器放大從超聲波換能器輸入的回波信號來根據反射深度補償衰減。

該方法還可包括根據所設定的測量深度調整根據反射深度的可變增益放大器的放大特性。

所述調整可包括調整放大特性，以允許增益在所設定的測量深度處具有特定最大值，并且隨著反射深度在低于設定的測量深度的范圍內越深，具有越大的值。這里，放大特性可具有根據低于設定的測量深度的范圍內的反射深度增益增加的形式。

有益效果

根據本發明，提供了通過根據用于測量的深度調整脈沖信號的電壓來提供功率效率的效果。

附圖說明

圖1示出根據本發明的一個實施例的便攜式超聲波診斷設備的配置。

圖2示出不是人體的可測量的并且利用根據測量深度所供應的電壓來顯示的體模的示例。

圖3示出測量深度-電壓表的一個示例。

圖4示出由脈沖生成部122生成的具有不同電壓的電脈沖和根據其的回波信號。

圖5是示出根據可變增益放大器123的反射深度的放大特性的示例的曲線圖。

圖6是示出根據本發明的實施例的根據可變增益放大器123的反射深度調整的放大特性并示出當測量深度為10cm時的放大特性的曲線圖。

圖7是示出根據本發明的實施例的根據可變增益放大器123的反射深度調整的放大特性并示出當測量深度為15cm時的放大特性的曲線圖。

圖8是示出根據本發明的實施例的根據可變增益放大器123的反射深度調整的放大特性并示出當測量深度為5cm時的放大特性的曲線圖。

圖9是示出根據本發明的一個實施例的改善便攜式超聲波診斷設備的功率效率的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。在下面的描述和附圖中，基本相同的部件將被稱為相同的附圖標記，并且將省略其重復描述。此外，在本發明的實施例的描述中，當認為對相關技術的公知功能和部件的詳細說明可能不必要地模糊本發明的本質時，將省略所述詳細說明。

圖1示出根據本發明的一個實施例的便攜式超聲波診斷設備的配置。根據該實施例的便攜式超聲波診斷設備包括超聲波換能器110、主電路部120、電池130、測量深度設定部150和補償特性調整部160。

超聲波換能器110根據從主電路部120施加的電脈沖生成超聲波脈沖以檢查受檢者體內，將由受檢者反射的超聲波回波信號轉換為電信號并返回到電信號中，并將該電信號傳遞到主電路部120。超聲波換能器110可以由壓電元件陣列模塊形成。壓電元件陣列模塊可以被配置為允許大量的(諸如64、128、192等)壓電元件布置成陣列形狀。作為壓電元件，可以使用具有高的電-聲轉換效率的鋯鈦酸鉛(PZT)。作為用于驅動壓電元件的電脈沖的電壓，可以使用+100V至-100V的電壓。

主電路部120執行生成待施加到超聲波換能器110的電脈沖，通過分析由超聲波換能器110接收的回波信號來生成超聲波圖像，并將超聲波圖像發送到外部顯示裝置(未示出)的功能。

具體地，主電路部120包括發送和接收部121、脈沖生成部122、可變增益放大器123、模數(A/D)轉換器124、波束形成器125、處理器126和通信部127。

發送和接收部121將由脈沖生成部122生成的電脈沖發送到超聲波換能器110，并將由超聲波換能器110接收的回波信號發送到可變增益放大器123。例如，發送和接收部121可由開關形成，該開關被配置為在發送超聲波時連接TX電路和壓電元件陣列模塊并且當接收超聲回波時連接RX電路和壓電元件陣列模塊。

脈沖生成部122生成待施加到超聲波換能器110用于生成超聲波的電脈沖。這里，脈沖生成部122生成具有與從將在下面描述的電壓供應部140供應的電壓相對應的電壓的電脈沖。

可變增益放大器123放大從超聲波換能器110輸入的回波信號，并根據反射深度補償回波信號的衰減。因為超聲波由于其特性而被吸收到人體中，所以從深處反射并且遲到的信號以其尺寸減小的方式失去更多的能量。因此，當反射深度變得越深時(即，當到達時間越晚時)，應該以越大的值來補償回波信號。因此，根據反射深度的可變增益放大器123的放大特性可以具有根據信號的反射深度或到達時間而增加的形式。

A/D轉換器124將由可變增益放大器123補償了其損耗的回波信號轉換為數字信號。

波束形成器125執行TX波束形成和RX波束形成。TX波束形成允許脈沖生成部122使用對應于超聲波換能器110的參數生成適當的電脈沖，并且例如根據壓電元件的位置延遲電脈沖的時間，以在超聲波被發送時將超聲波的能量集中在焦點上的一定距離處。RX波束形成是來自A/D轉換器124的數據轉換數字信號，以適合于超聲波換能器110將經數據轉換的數字信號傳遞到處理器126，并且是例如當超聲波信號被接收并且通過對時間延遲的信號求和生成超聲波數據(掃描數據)時根據壓電元件的位置和接收時間來自壓電元件的時間延遲電信號。

處理器126控制波束形成器125以在超聲波換能器處執行適當的波束形成，使用掃描數據生成超聲波圖像以通過通信部127將超聲波圖像發送到外部顯示裝置，或者通過通信部127將掃描數據發送到外部顯示裝置，并且控制便攜式超聲波診斷設備的部件中的每一個。處理器126可以根據需要壓縮掃描數據以減少用于通信的帶寬。

通信部127可以使用有線或無線通信類型的通信模塊用于與外部顯示裝置發送和接收數據。有線通信類型可以包括諸如通用串行總線(USB)電纜等的有線電纜。無線通信類型可以包括藍牙、無線USB、無線局域網(LAN)、無線保真(WiFi)、Zigbee和紅外數據協會(IrDA)中的一個。

被配置為使用通過通信部127發送的超聲波圖像或掃描數據來顯示超聲波圖像的外部顯示裝置可以是例如個人計算機(PC)、智能電話、臺式PC、個人數字助理(PDA)等。

根據實施例，便攜式超聲波診斷設備可以包括其用于顯示由處理器126生成的超聲波圖像的顯示部(未示出)。在這種情況下，可以不提供被配置為將超聲波圖像或掃描數據發送到外部的通信部127。

電池130供應用于便攜式超聲波診斷設備的操作的電力，包括脈沖生成部122生成電脈沖所需的電力。

通常，由于向脈沖生成部122供應均勻的最大電壓(例如，100V)而不管測量深度如何，因此脈沖生成部122生成具有均勻的最大電壓(例如，+100V至-100V的峰到峰值)的電脈沖信號。然而，在本發明的實施例中，設定用于測量的測量深度，并且根據設定的測量深度調整的電壓被供應到脈沖生成部122，從而改善功率效率。當確定用于測量的測量深度時，由于實際上比測量深度更深的位置處的數據是不必要的，因此不需要供應最大電壓。

測量深度設定部150設定用于測量受檢者的測量深度。可以從用戶接收測量深度。便攜式超聲波診斷設備可以包括用于輸入測量深度的用戶界面。根據實施例，當用戶輸入用于診斷、癥狀或目的的部分時，可以根據與其對應的預定參考來設定測量深度。

電壓供應部140根據由測量深度設定部150設定的測量深度生成電壓，并且將該電壓供應到脈沖生成部122。這里，電壓供應部140在測量深度越淺時供應越低的電壓，并且當測量深度越深時供應越高的電壓。例如，可以使用直流(DC)-DC轉換器作為電壓供應部140。在這種情況下，可以通過DC-DC轉換器調制脈沖寬度來調整供應的電壓。根據本發明的實施例，由于脈沖生成部122并非總是供應均勻的最大電壓，而是根據設定的測量深度提供低于最大電壓的電壓，因此施加到電池端和電路部的負載減小，從而提高功率效率。

圖2示出不是人體的可測量的并且根據測量深度利用所供應的電壓來顯示的體模的示例。參考圖2，當最大測量深度為20cm并且設定的測量深度為作為最大測量深度的20cm時，供應100V的最大電壓。然而，當設定的測量深度淺于20cm時，如圖所示供應75V、50V或25V的電壓。

為了允許電壓供應部140供應根據設定的測量深度調整的電壓，根據測量深度指示電壓的測量深度-電壓表在便攜式超聲波診斷設備的存儲器(未示出)中。處理器126通過參考測量深度-電壓表來控制電壓供應部140，從而調整所供應的電壓。圖3示出上述測量深度-電壓表的一個示例。參考圖3，示出了對應于測量深度3cm至20cm的供應的電壓。這里，排除1cm至2cm是因為超聲波圖像中的感興趣區域通常是定位在距離人體皮膚3cm或更低的深度處的位置。由于1cm至2cm深度的區域主要是皮下脂肪，包括皮膚，所以它們沒有用于臨床診斷的重要信息。

再次參考圖1，脈沖生成部122生成具有與從電壓供應部140供應的電壓相對應的電壓的電脈沖。例如，當從電壓供應部140供應100V的電壓時，脈沖生成部122生成具有+100V至-100V的峰到峰值的電脈沖信號，當供應50V的電壓時，脈沖生成部122生成具有+50V至-50V的峰到峰值的電脈沖信號。

當如上所述脈沖生成部122根據設定的測量深度生成不同電壓的電脈沖信號時，改變通過超聲波換能器110發射到受檢者的超聲波信號的電平。因此，從超聲波換能器110輸入的回波信號的電平也改變。

圖4示出由脈沖生成部122生成的具有不同電壓的電脈沖和根據其的回波信號。參考圖4，當電脈沖的電壓減小時，根據其的回波信號的電平也減小。因此，如上所述，有必要補償回波信號的減小的電平。

為此，在本發明的實施例中，允許根據由測量深度設定部150設定的測量深度來調整根據可變增益放大器123的反射深度的放大特性。參考圖1，補償特性調整部160根據通過測量深度設定部150設定的測量深度來調整根據反射深度(即，信號的到達時間)的可變增益放大器123的放大特性。可變增益放大器123的放大特性的調整可以例如通過用可變元件配置形成可變增益放大器123的一些元件并適當地調整可變元件的元件值來實現。盡管補償特性調整部160被示為與圖1中的可變增益放大器123分離的部件，但補償特性調整部160可以是包括在可變增益放大器123中的部件。

圖5是示出當向脈沖生成部122供應均勻的最大電壓(例如，100V)而不管測量深度如何時根據反射深度的可變增益放大器123的放大特性的示例的曲線圖。參考圖5，放大特性在20cm的最大深度處具有最大增益Gmax，并且具有其中增益根據反射深度線性增加的形式。盡管在圖5中作為示例示出增益根據反射深度線性增加，但根據人體的衰減特性，增益可以像指數函數或對數函數那樣增加。

在本發明的實施例中，為了補償隨著由脈沖生成部122生成的電脈沖的電壓減小而減小的回波信號的電平，可以調整根據反射深度的可變增益放大器123的放大特性，例如，如圖6至圖8所示。圖6、圖7和圖8分別示出當設定的測量深度為10cm、15cm和5cm時的放大特性。

參考圖6至圖8，放大特性被調整為在設定的測量深度處具有最大增益Gmax，并且當反射深度在低于設定的測量深度的范圍內越深時具有越大的增益，即，允許根據在低于測量深度的范圍內的反射深度逐漸增加增益，并且在設定的測量深度處具有最大增益Gmax。

參考圖6，放大特性在10cm的設定的測量深度處具有最大增益Gmax，并且具有其中根據在低于10cm的范圍內的反射深度逐漸增加增益的形式。

參考圖3，當設定的測量深度為20cm，并且在10cm的反射深度處反射的回波信號通過可變增益放大器123以1/2Gmax的增益放大時，由脈沖生成部122生成的電脈沖的電壓為+100V至-100V的峰到峰值。由于當設定的測量深度為10cm時，由脈沖生成部122生成的電壓減小為具有+50V至-50V的峰到峰值，因此回波信號的電平減小至一半。然而，由于10cm的反射深度處的增益是根據放大特性的調整的最大增益Gmax，因此由可變增益放大器123放大的回波信號的電平與電脈沖的電壓為+100V到-100V的峰到峰值的情況相同。

參考圖7，放大特性在15cm的設定的測量深度處具有最大增益Gmax，并且具有其中根據低于15cm的范圍內的反射深度逐漸增加增益的形式。

參考圖3，當設定的測量深度為20cm，并且在15cm的反射深度處反射的回波信號通過可變增益放大器123以3/4Gmax的增益放大時，由脈沖生成部122生成的電脈沖的電壓為+100V至-100V的峰到峰值。由于當設定的測量深度為15cm時，由脈沖生成部122生成的電壓減小為具有+75V至-75V的峰到峰值，因此回波信號的電平減小至75％。然而，由于15cm的反射深度處的增益是根據放大特性的調整的最大增益Gmax，因此由可變增益放大器123放大的回波信號的電平與電脈沖的電壓為+100V到-100V的峰到峰值的情況相同。

參考圖8，放大特性在5cm的設定的測量深度處具有最大增益Gmax，并且具有其中根據低于5cm的范圍內的反射深度逐漸增加增益的形式。

參考圖3，當設定的測量深度為20cm，并且在5cm的反射深度處反射的回波信號通過可變增益放大器123以1/4Gmax的增益放大時，由脈沖生成部122生成的電脈沖的電壓為+100V至-100V的峰到峰值。由于當設定的測量深度為5cm時，由脈沖生成部122生成的電壓減小為具有+25V至-25V的峰到峰值，因此回波信號的電平減小至25％。然而，由于5cm的反射深度處的增益是根據放大特性的調整的最大增益Gmax，因此由可變增益放大器123放大的回波信號的電平與電脈沖的電壓為+100V到-100V的峰到峰值的情況相同。

盡管在圖6至圖8中作為示例示出增益根據反射深度和設定的測量深度線性增加，但根據人體的衰減特性，增益可以像指數函數或對數函數那樣增加。

圖9是示出根據本發明的一個實施例的改善便攜式超聲波診斷設備的功率效率的方法的流程圖。根據該實施例的改善功率效率的方法包括由所描述的便攜式超聲波診斷設備執行的操作。因此，即使是在下面被省略但與便攜式超聲波診斷設備相關的內容也將應用于根據實施例的改善功率效率的方法。

在操作710中，測量深度設定部150設定用于測量受檢者的測量深度。

在操作720中，電壓供應部140根據設定的測量深度設定待供應到脈沖生成部122的電壓。

在操作730中，補償特性調整部160根據設定的測量深度調整根據反射深度的可變增益放大器123的放大特性。

在操作740中，電壓供應部140生成設定電壓并將設定電壓供應到脈沖生成部122。

在操作750中，脈沖生成部122生成與所供應的電壓相對應的電壓的電脈沖。

在操作760中，超聲波換能器110由電脈沖生成超聲脈沖并將超聲波脈沖發射到受檢者體內。

在操作770中，超聲波換能器110將從受檢者體內反射和接收的超聲波回聲轉換為電信號。

在操作780中，可變增益放大器123根據在操作730中調整的放大特性放大作為轉換電信號的回波信號，并根據反射深度補償衰減。

在操作790中，A/D轉換器124將由可變增益放大器123補償其損耗的回波信號轉換為數字信號。

上面已經描述了本發明的示例性實施例。本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的實質特征的情況下，可以對本發明進行修改。因此，所公開的實施例不應當被認為具有限制性的觀點，而是具有描述性的觀點。應當理解，本發明的范圍由權利要求而不是由上述描述限定，并且包括在權利要求的等同范圍內的所有差異。