專利名稱：有使用單極或者雙極編碼激勵的波束形成的超聲成象系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲成象系統(tǒng)，并且特別是與增加醫(yī)學(xué)超聲成象中信噪比(SNR)的方法和裝置有關(guān)聯(lián)。
傳統(tǒng)的超聲成象系統(tǒng)包括發(fā)射超聲束并從被研究對象接收反射聲束的超聲換能器單元陣列。具體地說，進行一系列的測量，其中發(fā)射一個聚焦超聲波，在短的時間間隔后系統(tǒng)切換至接收模式，并且接收所反射的超聲波，對其作波束形成并處理以供顯示用。典型地，發(fā)射和接收在每次測量期間被聚焦在相同的方向，以便從沿聲束或掃描線的一系列點取得數(shù)據(jù)。接收器在接收所反射的超聲波時，動態(tài)地聚焦在沿著掃描線的一連串射程(范圍)處。
為了進行超聲成象，陣列的多個換能器單元通常排列成一行或多行，用各自的電壓驅(qū)動。選擇施加電壓的時間延遲(或者相位)和振幅，給定行里的每個換能器單元可以在其控制之下產(chǎn)生各自的超聲波，這些產(chǎn)生的超聲波組合成為一個凈的超聲波，它沿一個優(yōu)選的矢量方向傳播，并且聚焦在沿該聲束的選定點處。每個點火的波束形成參數(shù)都可以予以改變，從而提供最大的焦點改變，或者以別的方式改變對于每個點火所接收數(shù)據(jù)的內(nèi)容，例如，通過沿著相同的掃描線發(fā)射連續(xù)的波束，使每個波束的焦點都相對于先前波束的焦點有所移動。就導(dǎo)向(steered array)陣列來說，改變施加電壓的時間延遲和振幅，波束及其焦點在平面內(nèi)運動，從而掃描該對象。就線性陣列來說，其指向垂直于該陣列的聚焦波束從一次點火到下次點火跨過陣列平移該孔徑，從而對整個對象進行掃描。相同的原理適用于采用換能器探頭在接收模式中接收反射聲音的時候。在接收換能器單元產(chǎn)生的電壓被求和，這樣，凈信號代表從物體中的單一焦點反射的超聲能量。和發(fā)射模式一樣，這種超聲能量的聚焦接收是通過把相應(yīng)的時間延遲(和/或相移)和增益賦予來自每個接收換能器單元的信號而完成的。
超聲圖像由多個圖像掃描線組成。將聚焦的超聲能量發(fā)射在關(guān)注區(qū)域的某點處，然后隨著時間的流逝接收反射能量，即可取得單一的掃描線(或者只限于局部的掃描線小集合)。聚焦的發(fā)射能量被稱為發(fā)射束。在發(fā)射之后的時間里，一或多個接收波束形成器以動態(tài)改變的相位旋轉(zhuǎn)或延遲的方式對每個通道所接收的能量進行相干求和，以便沿所期望掃描線在和流逝時間成正比的范圍內(nèi)產(chǎn)生峰值靈敏度。作為結(jié)果產(chǎn)生的聚焦靈敏度圖案被稱為接收束。掃描線的分辨率是相關(guān)聯(lián)的發(fā)射和接收波束對的指向性的結(jié)果。
波束形成器通道的輸出信號被相干求和，構(gòu)成在對象區(qū)域或所關(guān)注體積中的每個樣品體積的一個相應(yīng)像素強度值。這些像素強度值被對數(shù)壓縮，掃描變換，然后作為正被掃描的解剖組織的圖像被顯示。
在上文所描述類型的醫(yī)學(xué)超聲成象系統(tǒng)中，合乎需要的是使SNR最優(yōu)化。額外的SNR可以被用來在給定成像頻率下增加滲透力，或者通過促進在更高頻率的超聲成像而改進分辨率。
Golay碼在超聲中的使用在采用單一單元的固定焦點換能器檢查無生命物體的無損檢測(NDE)領(lǐng)域是眾所周知的。另外，Golay碼在醫(yī)學(xué)超聲成象領(lǐng)域中也已為人所知。不過，因為動態(tài)聚焦、組織運動(在NDE中并不存在的效應(yīng))和非線性傳播效應(yīng)被認定會引起不能接受的代碼退化，并導(dǎo)致相應(yīng)的范圍退化，所以Golay碼在超聲成象系統(tǒng)中沒有得到廣泛的使用。
于1998年4月20日提交且已轉(zhuǎn)讓給現(xiàn)在受讓人的美國專利申請No.09/063109，披露了進行對換能器陣列的Golay編碼激勵從而改進醫(yī)學(xué)超聲成象中的SNR的方法和裝置。SNR是如此得到改進的在相同的焦點位置在每個波束上連續(xù)發(fā)射一對Golay編碼的基序列，然后解碼波束疊加的數(shù)據(jù)。Golay編碼基序列是通過在過采樣之后用Golay碼對和基序列進行卷積而形成的。Golay碼對是一對二進制(+1，-1)序列，其特性是這兩對序列的自相關(guān)之和是一個Kronecker得爾它(Δ)函數(shù)。過采樣的Golay序列是每個+1和-1之間帶有零的Golay序列，零的個數(shù)比基序列長度小一個大于或等于一的數(shù)值。前面提到的Golay代碼對的特性比起一般代碼具有兩個重要的優(yōu)勢(1)Golay碼沒有射程旁瓣，并且(2)Golay碼可以使用僅僅一個雙極的脈沖發(fā)生器而不是較昂貴的數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器進行發(fā)射。
在實踐中，使用編碼的激勵而產(chǎn)生的圖像可能由于代碼失真而有所退化。當(dāng)表示正代碼符號的信號和表示負代碼符號的信號在非線性傳播后不再相互抵消的時候，雙極代碼出現(xiàn)退化。迫切需要有一種方法能夠減少由非線性傳播造成的代碼退化，以及在僅僅有單極脈沖發(fā)生器的系統(tǒng)上進行編碼激勵。
用于醫(yī)學(xué)超聲成象的編碼激勵是通過在不同的點火上發(fā)射在編碼基序列中的不同代碼或單元符號來實現(xiàn)的。編碼的基序列通過用過采樣的代碼序列和基序列卷積而形成。對于每個點火，編碼的基序列里的指定代碼或單元符號被單位符號替換(例如1或-1)，同時其他的符號位置全部設(shè)置為零。在每次發(fā)射之后，所接收的波形乘以各自的符號，并且基于全部發(fā)射進行累積，從而合成所接收的編碼波形。這種根據(jù)單極編碼發(fā)射合成雙極(一般是多相)代碼的技術(shù)有助于減少由于非線性傳播代碼而引起的代碼退化，并且在僅僅有單極脈沖發(fā)生器的系統(tǒng)上實現(xiàn)編碼激勵。這一技術(shù)的交換條件是幀頻降低，原因是對于每個雙極點火需要兩個單極的發(fā)射點火(firings)。本發(fā)明的方法可以擴展到多相代碼，單發(fā)射代碼(例如Barker碼)，以及空間編碼的發(fā)射。
在本文中，術(shù)語“發(fā)射序列”指的是提供給脈沖發(fā)生器的單元符號(element symbol)或單位代碼的序列，與此相反，術(shù)語“脈沖序列”指的是根據(jù)對發(fā)射序列的接收由脈沖發(fā)生器提供的脈沖序列。


圖1是可以經(jīng)編程而包含本發(fā)明的超聲成象系統(tǒng)的框圖。
圖2是在美國專利申請(序列號)No.09/063109所披露類型的超聲成象系統(tǒng)的框圖。
圖3-5是顯示按照美國專利申請No.09/063109講授的基序列(圖3)、過采樣的Golay碼序列(圖4)，以及經(jīng)Golay編碼的基序列(圖5)的脈沖圖。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例供在分開的發(fā)射點火中使用的單位代碼符號發(fā)射序列A和B的脈沖圖。
圖8和9是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例供在分開的發(fā)射點火中使用的單位代碼符號發(fā)射序列A和B的脈沖圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的將互補發(fā)射代碼(例如Golay碼)或所謂的單發(fā)射碼(例如Barker碼)之一合成的超聲成象系統(tǒng)的前端的框圖。
圖11是在5比特雙相位發(fā)射代碼和解碼濾波器的匹配濾波器系數(shù)卷積而產(chǎn)生的壓縮脈沖的例子。
圖12是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的合成空間編碼發(fā)射的數(shù)字超聲成象系統(tǒng)的框圖。
圖1表示的是本發(fā)明可以被包括在內(nèi)的超聲成象系統(tǒng)。它包括具有多個單獨驅(qū)動的換能器單元12的換能器陣列10，每個換能器單元在由發(fā)送器14產(chǎn)生的脈沖化波形激勵的時候產(chǎn)生一個超聲能量短脈沖串(burst)。從被研究的物體反射回換能器陣列10的超聲能量被每個接收換能器單元12轉(zhuǎn)換為電信號，并通過一組發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)18分別加在接收器16上。T/R開關(guān)典型地是二極管，它保護接收電路免受發(fā)射電路所產(chǎn)生的高電壓的影響。發(fā)射信號促使二極管關(guān)閉，或者把信號限定在接收器內(nèi)。發(fā)送器14和接收器16在主控制器20的控制下根據(jù)操作員的指令進行操作。一個完整的掃描過程是通過獲取一系列的回聲而進行的，其中發(fā)送器14被暫時選通從而激勵每個換能器單元12，并且其后每個換能器單元12產(chǎn)生的回聲信號都施加給接收器16。一個通道可以在另一個通道仍然在發(fā)射的時候開始接收。接收器16將來自每個換能器單元的各個回聲信號結(jié)合起來，產(chǎn)生被用來構(gòu)成在顯示器22上顯示的圖像某一行的單個回聲信號。
在主控制器20的指引下，發(fā)送器14驅(qū)動換能器陣列10，使得超聲能量以定向的聚焦波束的形式發(fā)射。要做到這一點，由發(fā)射波束形成器26向多個脈沖發(fā)生器24分配相應(yīng)的時間延遲。主控制器20確定聲學(xué)脈沖將被發(fā)射的條件。根據(jù)該信息，發(fā)射波束形成器26確定脈沖發(fā)生器24將要產(chǎn)生的每個發(fā)射脈沖的時序和振幅。每個發(fā)射脈沖的振幅都由變跡產(chǎn)生電路產(chǎn)生(未顯示)。脈沖發(fā)生器24按順序?qū)l(fā)射脈沖經(jīng)T/R開關(guān)18送給換能器陣列10的各單元，該T/R開關(guān)18保護時間增益補償(TGC)放大器28使之免受可能在換能器陣列存在的高電壓的沖擊。通過以傳統(tǒng)方法恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)發(fā)射焦點時間延遲和變跡加權(quán)，超聲波束可以被定向并聚焦以形成發(fā)射波束。
每個超聲能量短脈沖串產(chǎn)生的回聲信號都從沿著每個發(fā)射波束位于一連串射程的對象反射?；芈曅盘柗謩e由每個換能器單元12檢測，并且，回聲信號在時間上某點處的幅度的采樣表示在特定射程處發(fā)生的反射量。由于在反射點和每個換能器單元12之間的傳播通路的差異，回聲信號不是被同時檢測到，并且它們的振幅不相等。接收器16經(jīng)在每個接收通道中的相應(yīng)TGC放大器28放大各獨立的回聲信號。TGC放大器提供的放大量通過控制線路(未顯示)加以控制。放大的回聲信號饋送給接收波束形成器30。接收波束形成器的每個接收器通道都經(jīng)相應(yīng)的一個TGC放大器28和相應(yīng)的一個換能器單元12耦合。
在主控制器20的指引下，接收波束形成器30跟蹤發(fā)射波束的方向，對沿著每個波束的一連串射程處的回聲信號進行抽樣。接收波束形成器向每個放大的回聲信號賦予適當(dāng)?shù)臅r間延遲和接收變跡加權(quán)，并對這些信號求和從而得到合成的回聲信號，該合成信號準(zhǔn)確地表示從沿著一個超聲波束的某個射程內(nèi)的一點反射的總超聲能量。接收焦點時間延遲使用專用硬件實時地加以計算，或者從查表中讀出。接收通道也具有在由接收波束形成器對接收脈沖求和之前將該接收脈沖濾波的電路。
在圖1所示的系統(tǒng)中，波束形成器輸出信號的頻率由解調(diào)器31移動到基頻帶。完成這一過程的一種途徑是將輸入信號乘以復(fù)數(shù)正弦信號ei2pfdt，這里fd是將信號頻譜移到基頻帶的頻率移動量。解調(diào)信號被提供給信號處理器32，該信號處理器把解調(diào)信號轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)。在B模式(灰度級)中，這是進行了一些額外處理，比如邊緣增強和對數(shù)壓縮的信號包絡(luò)。掃描轉(zhuǎn)換器34接收來自信號處理器32的顯示數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所希望的顯示圖像。特別是，掃描轉(zhuǎn)換器34將聲學(xué)圖象數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)(R-θ)扇形格式或者笛卡爾坐標(biāo)線性陣列轉(zhuǎn)換為在視頻速率下的恰當(dāng)定標(biāo)的笛卡爾坐標(biāo)顯示像素數(shù)據(jù)。然后經(jīng)過掃描轉(zhuǎn)換的聲學(xué)數(shù)據(jù)被提供在顯示器22上進行顯示，該顯示器將B-mode信號包絡(luò)的時變振幅以灰度級的形式繪制出來。對于每個發(fā)射波束顯示一個相應(yīng)的掃描線。
在圖2的系統(tǒng)中，發(fā)射孔徑中的每個換能器單元都使用基序列的編碼序列作為驅(qū)動脈沖驅(qū)動(pulse)，序列中的每個脈沖通常被稱為一片(CHIP)?；蛄惺遣捎肗位的發(fā)射碼進行相位編碼的，以便產(chǎn)生N片的編碼序列，這些序列被存儲在發(fā)射序列存儲器36中。從發(fā)射序列存儲器36中讀出的每個編碼序列在相應(yīng)的發(fā)射點火期間控制多個脈沖發(fā)生器24的激活。例如，換能器單元在被聚焦于期望發(fā)射焦點位置的第一發(fā)射點火期間根據(jù)第一編碼序列，并且在被聚焦于同一發(fā)射焦點位置的第二發(fā)射點火期間根據(jù)第二編碼序列加以脈沖驅(qū)動。第一和第二編碼序列是分別通過利用基序列與第一和第二發(fā)射代碼卷積，即使用這些發(fā)射碼對基序列進行相位編碼而產(chǎn)生的。根據(jù)優(yōu)選的實施例，第一和第二發(fā)射碼是互補的Golay碼，例如Golay碼對[1，1]，和[1，-1]，并且脈沖發(fā)生器24是雙極的。
脈沖發(fā)生器24驅(qū)動換能器陣列10的各單元12，使得對于每個發(fā)射點火所產(chǎn)生的超聲能量聚焦在一個波束中。為了完成這一任務(wù)，發(fā)射焦點時間延遲38被賦予脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的各自的脈沖波形。以傳統(tǒng)方法恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)發(fā)射焦點時間延遲，超聲波束可以聚焦在多個發(fā)射焦點位置處，以完成在圖像平面的掃描。
對于每個發(fā)射，來自換能器單元12的回聲信號被饋給接收波束形成器的相應(yīng)接收通道40。每個接收通道包括一個模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(未顯示)。在主控制器20的指引下(圖1)，接收波束形成器跟蹤發(fā)射波束的方向。接收波束形成器存儲器42把適當(dāng)?shù)慕邮战裹c時間延遲賦予每個接收的回聲信號，并對這些回聲信號求和而得到合成的回聲信號，該合成信號準(zhǔn)確地表示了從某個發(fā)射焦點位置反射的總超聲能量。對于每個發(fā)射點火，經(jīng)過時間延遲的接收信號在接收波束求和器44相加。
來自連續(xù)點火的相加后的接收信號被提供給解碼濾波器46，該濾波器對于第一發(fā)射點火把第一相加的接收信號與第一接收代碼相關(guān)，并且對于第二發(fā)射點火將第二相加的接收信號和第二接收代碼相關(guān)。被聚焦在相同發(fā)射焦點位置處的第一和第二發(fā)射點火而得到的濾波信號被矢量求和器50相加。在本文中，術(shù)語“解碼器”包括解碼濾波器與矢量求和器。
解碼信號被解調(diào)，并被提供給信號處理器32(圖1)。在B模式中，信號處理包括包絡(luò)檢測，邊緣增強和對數(shù)壓縮。在進行了信號處理和掃描轉(zhuǎn)換之后，掃描線在顯示器22上被顯示。這一過程被重復(fù)，使得對于每個發(fā)射焦點位置(在每個束角度一個發(fā)射焦點位置的情況下)或者對于每個矢量(在每個束角度多個發(fā)射焦點位置的情況下)顯示各自的掃描線。
在每個點火期間，脈沖發(fā)生器24被從發(fā)射序列存儲器36或者從專門硬件提供的Golay編碼基序列激勵。根據(jù)來自發(fā)射序列存儲器36的Golay編碼基序列以及來自查表38的發(fā)射焦點延遲，脈沖發(fā)生器給構(gòu)成發(fā)射孔徑的換能器單元12提供Golay編碼脈沖序列。每個Golay編碼基序列的+1和-1單元都由脈沖發(fā)生器24轉(zhuǎn)換成相位相反的脈沖。
Golay代碼對并不被直接發(fā)射，而是在對該序列進行第一過采樣(典型地在40MHz或dt＝0.025微秒時間樣本)，然后將它們和基序列卷積從而形成Golay編碼基序列之后才予以發(fā)射。與Golay代碼序列本身相比，Golay編碼的基序列能夠更為有效地發(fā)射，這是因為在對基序列作適當(dāng)?shù)倪x擇之后其頻譜和換能器通帶匹配得更好。
圖3-5圖解了由基序列和一對過采樣的Golay序列之一卷積形成發(fā)射Golay編碼基序列的情況?；蛄薪?jīng)設(shè)計使作為結(jié)果產(chǎn)生的超聲脈沖波形和光譜能量最優(yōu)化。在圖3所描寫的例子中，基序列是有下列極性的脈沖序列[+1，+1，+1，+1，-1，-1，-1，-1]。對于第一點火，基序列和對應(yīng)于Golay代碼[+1，+1，+1，-1]的過采樣Golay序列(見圖4)卷積。作為結(jié)果產(chǎn)生的Golay編碼基序列被表示在圖5中。對于第二點火，基序列和對應(yīng)于Golay代碼[-1，+1，-1，-1]的過采樣Golay序列(未表示)卷積。Golay編碼基序列事先計算出來，并儲存在發(fā)射序列存儲器中。發(fā)射序列在激勵換能器單元之后導(dǎo)致對于每個點火其極性由Golay序列給定的超聲脈沖序列。
優(yōu)選的是，如圖2所示的解碼濾波器46包括還進行帶通濾波的有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)，而矢量求和器50包括其輸入端和該FIR濾波器的輸出端耦合的緩沖存儲器。
對于每個點火，譯碼濾波是利用和在發(fā)射期間里所采用的Golay編碼基序列相對應(yīng)的過采樣Golay序列進行的。時間反轉(zhuǎn)的過采樣Golay序列被儲存在存儲器48中，并在適當(dāng)?shù)臅r間被提供給解碼濾波器46。解碼濾波器是執(zhí)行下列相關(guān)操作的有限沖擊響應(yīng)濾波器x(n)*y(-n)‾=Σmx(m+n)y(m)‾----(1)]]>這里*表示卷積，而上劃線表示共軛(如果x和y是復(fù)數(shù))。相關(guān)結(jié)果在矢量求和器50中相加，形成解碼信號，該解碼信號然后被提供給解調(diào)器31。
在美國專利申請第09/063109號所描述的成象系統(tǒng)也可以通過使射頻回聲信號解調(diào)至基頻帶，并且在波束疊加之前或之后進行下采樣而展開其操作。在該事件中，為相關(guān)操作而儲存的過采樣Golay序列被解調(diào)至基頻帶并且下采樣。
圖10是本發(fā)明實施例可適用的方框圖，該實施例合成互補的發(fā)射碼(例如Golay碼)，并且使用單極或者雙極的脈沖發(fā)生器。圖10也適用于合成單發(fā)射碼(例如Barker碼)，并且使用單極或者雙極的脈沖發(fā)生器的實施例。不過，對于互補的發(fā)射碼，解碼濾波器46的輸出信號被送給矢量求和器50(圖2)，與此相反，對于單發(fā)射碼，解碼濾波器46的輸出信號被直接送到解調(diào)器31(圖2)，而不用在從解碼濾波器通過之后進行矢量求和。此外，被提供給解碼濾波器的濾波器系數(shù)依所使用的發(fā)射代碼類型而不同，下文對此將予以詳細解釋。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，互補碼失真通過不同的點火上發(fā)射在編碼基序列(參看圖5)中的不同代碼符號而降低，如圖6和7所示。在圖6中的發(fā)射序列A對應(yīng)著代碼符號+1，而圖7中的發(fā)射序列B對應(yīng)著代碼符號-1，使得從A序列減去B序列就可以得到原始編碼的基序列。圖10表明這可以通過從發(fā)射序列存儲器連續(xù)提供發(fā)射序列A和B(圖6和7)而實現(xiàn)。從第一發(fā)射點火(序列A)產(chǎn)生的波束疊加接收信號在乘法器52中乘以從代碼符號存儲器54取出的代碼符號+1。該第一乘積信號被提供給矢量求和器56。從第二發(fā)射點火(序列B)產(chǎn)生的波束疊加接收信號在乘法器52中乘以從代碼符號存儲器54取出的代碼符號-1。該第二乘積信號也被提供給矢量求和器56。矢量求和器將第一和第二乘積信號相加，以合成波形，該波形在沒有代碼失真的情況下，將根據(jù)圖5所示的編碼基序列在雙極脈沖序列的單發(fā)射點火之后接收。合成的接收波形被送往解碼濾波器46，如圖2所示。這一過程重復(fù)進行，以合成用于互補編碼基序列的接收波形。解碼濾波器46在矢量求和器50的合作下將和互補發(fā)射碼對應(yīng)的合成接收波形解碼。解碼濾波器經(jīng)編程，對于兩個合成接收波形采用各自的一組濾波器系數(shù)。發(fā)射序列、代碼符號和濾波器系數(shù)由主控制器提供。
盡管在圖6和7中描寫的實施例有助于減少由于非線性傳播而引起的代碼退化，但是如果基序列是雙極的那么脈沖發(fā)生器也必須是雙極的。這一限制在另一個優(yōu)選實施例中被去除，在該實施例中如圖8和9所示，在編碼基序列中的不同單元符號在不同的點火上被發(fā)射。圖8所示的發(fā)射序列A對應(yīng)于+1單元符號，而圖9表示的發(fā)射序列B對應(yīng)于-1單元符號，使得從“A”序列減去B序列再一次得到原始編碼基序列。如圖10所表示，圖8和9所示的發(fā)射序列A和B從發(fā)射序列存儲器36中取出，而相應(yīng)的單元符號(例如+1和-1)從單元符號存儲器54中取出。乘法器52和矢量求和器56所合成的接收波形提供給解碼濾波器46，如圖2所示。這一過程重復(fù)進行，以合成用于互補編碼基序列的接收波形。解碼濾波器46在矢量求和器50的合作下將和互補發(fā)射碼對應(yīng)的合成接收波形解碼。對解碼濾波器編程，使其對于這兩個合成接收波形采用各自的一組濾波器系數(shù)。發(fā)射序列、單元符號和濾波器系數(shù)由主控制器提供。
本發(fā)明可以延伸到雙極單發(fā)射碼(例如Barker碼)。對于雙極單發(fā)射碼，一個特別設(shè)計的代碼序列調(diào)制長度為P的發(fā)射短脈沖串(基序列)。N個短脈沖串的編碼脈沖序列通常被當(dāng)作一個N片的代碼，使得編碼的脈沖序列具有總長度N×P。讓來自波束形成器的輸出信號通過解碼濾波器46(圖10)而使之得到時間上的壓縮，解碼濾波器46是有限沖擊響應(yīng)濾波器。一些編碼波形由匹配濾波，即使用一組是N片代碼的完全相同的拷貝的FIR濾波器系數(shù)而得到最佳壓縮。不過，有時更合乎需要的壓縮效果是利用濾波器系數(shù)數(shù)量多于N或者濾波器系數(shù)和原始N片的代碼不同的FIR濾波器進行失配濾波而得到的。解碼(即壓縮)濾波器的輸出信號是長度等于或者接近于原始發(fā)射短脈沖串長度P、但其振幅是由長N倍的編碼脈沖序列產(chǎn)生的壓縮脈沖信號。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，兩個發(fā)射脈沖序列(無論是和單位單元符號的發(fā)射序列相對應(yīng)的單極脈沖，還是和單位代碼符號的發(fā)射序列相對應(yīng)的雙極脈沖)在分開的點火中發(fā)射，而不是在一次點火中發(fā)射單發(fā)射代碼的雙極脈沖序列。在每個發(fā)射之后，各個接收波形和圖10所示的乘法器52中的相應(yīng)符號相乘，并在矢量求和器56中累加從而合成波形，該波形在沒有代碼失真的情況下將跟在單發(fā)射代碼脈沖序列的單發(fā)射點火之后接收。對于每個發(fā)射點火，發(fā)射孔徑的每個換能器單元12都由脈沖發(fā)生器24的相應(yīng)一個用相應(yīng)的脈沖序列(單極的和雙極)驅(qū)動。相應(yīng)的發(fā)射序列得自于通過發(fā)射代碼(例如Barker碼)和基序列卷積形成的編碼基序列。用來控制每個脈沖發(fā)生器24產(chǎn)生的脈沖的編碼發(fā)射序列都被儲存在發(fā)射序列存儲器36中。
如圖10所示在成對的發(fā)射點火之后由矢量求和器56產(chǎn)生的合成接收信號由解碼濾波器46解碼。對于單發(fā)射碼，解碼濾波器46產(chǎn)生壓縮的脈沖。對于N位發(fā)射代碼，解碼濾波器46優(yōu)選是有M個濾波器抽頭(M≥n)的FIR濾波器，用于從濾波器系數(shù)存儲器48接收一組M個濾波器系數(shù)。濾波器系數(shù)c0、c1、…cM-1的標(biāo)量值在和N位發(fā)射代碼卷積的時候，產(chǎn)生壓縮的接收脈沖序列。
作為例證，圖11表示了從Barker碼系中選出的5片的代碼序列。Barker碼是可達N＝13的各種長度的雙相位(或者二進制)的代碼序列。該組Barker碼的所有代碼由Welch等在″Practical SpreadSpectrum Pulse Compression For Ultrasonic Tissue Imaging，″IEEE Trans Ultrason.，F(xiàn)erroelect.，and Freq.Contr.卷45，第2期，1998年3月，第349-355頁中闡述。如圖11所示，如果5位的Barker碼[1，1，1，-1，1]由匹配的FIR濾波器(即濾波器系數(shù)和發(fā)射代碼的各數(shù)位相同)解碼，那么所取得的壓縮比率是n＝5，這相當(dāng)于7dB的SNR增益。不過，如圖11所見到的那樣，解碼器濾波器輸出信號中的主脈沖被振幅較小的脈沖包圍。這些小振幅的脈沖相當(dāng)于在幅度上比主瓣低1/N倍的軸向或射程旁瓣。
在全部的雙相位碼中，Barker碼的眾所周知的特性是當(dāng)在被匹配濾波器解碼的時候具有可能的最小旁瓣。不過，對于任何單發(fā)射代碼，旁瓣經(jīng)常可以經(jīng)失配濾波而加以抑制，其代價是信號增益和/或主瓣展寬降低(射程分辨率減少)。
圖10所描述的本發(fā)明包括了合成波形的裝置52，54和56，以及對合成接收信號解碼的裝置46，48和50(圖2)，該波形在沒有代碼失真的情況下將跟著單發(fā)射代碼脈沖序列的單發(fā)射點火之后接收。不過，本發(fā)明的簡化優(yōu)選實施例可以通過取消裝置52，54和56并調(diào)整解碼段46、48和50來執(zhí)行兩個功能而實現(xiàn)。例如，為了合成互補的發(fā)射碼，圖2的圖表將是有效的。在后一例子中，接收信號和代碼/單元符號相乘的步驟在解碼段進行，辦法是將用各自的解碼濾波器系數(shù)矢量乘以相應(yīng)的代碼/單元符號而形成的合成濾波器系數(shù)儲存在濾波器系數(shù)存儲器中；矢量求和從而形成合成接收信號的步驟可以通過調(diào)節(jié)矢量求和器50使之對四個而不是二個矢量求和，與用于解碼的矢量求和相結(jié)合一般解碼。這樣，圖2里的裝置46、48和50可以做到在功能上和裝置46、48、50、52、54和56相當(dāng)，所有這些除了圖2的矢量求和器50外，都顯示在圖10中。
同樣地，如果Barker碼代替互補的代碼被使用，裝置52、54和56可以取消，辦法是在如上所述的存儲器48中儲存合成的濾波器系數(shù)，以及在解碼濾波器46之后以及在解調(diào)器之前設(shè)置一個矢量求和器。在這一場合下，矢量求和器僅需要求和兩個矢量。
使用單位單元符號的方法可以延伸到在空間上編碼的發(fā)射(例如使用Hadamard碼)。在使用在空間上編碼的發(fā)射的系統(tǒng)中，M組編碼信號是一組接一組地從換能器陣列的M個發(fā)射單元發(fā)射的。對于每個發(fā)射，全部M個發(fā)射單元都按照對特別一組的編碼同時激活。對于M個發(fā)射事件的每一事件，儲存作為結(jié)果產(chǎn)生的散射數(shù)據(jù)。接著，儲存的散射數(shù)據(jù)用編碼矩陣的逆矩陣解碼，進而得到每個基本信息。
圖12中描寫的是前述類型的系統(tǒng)。換能器陣列10由多個單獨驅(qū)動的換能器單元12組成，每個換能器單元在由各自的脈沖發(fā)生器/接收器58產(chǎn)生的脈沖化波形激勵的時候產(chǎn)生超聲能量的短脈沖串。從研究對象反射回換能器陣列10的超聲能量被每個接收換能器單元轉(zhuǎn)換為電信號，并且分別施加給各自的脈沖發(fā)生器/接收器58。脈沖發(fā)生器/接收器58在主控制器20的控制下響應(yīng)于操作員的指令進行操作。
設(shè)想在有L≥M個換能器單元的陣列里的M個發(fā)射單元，這M個單元同時被激活，以便在K＝M個發(fā)射事件的每個事件期間發(fā)射未聚焦的超聲波。對于每個發(fā)射事件，不同的M單元代碼矢量由控制器20施加給脈沖發(fā)生器/接收器，以便驅(qū)動發(fā)射單元。這M個M單元代碼矢量構(gòu)成不可逆的一個M×M矩陣Q的各列。矩陣Q-1有各列q1、q2---qM.
對于每個發(fā)射事件M，m＝1，2，---M，反向散射的信號Rmn(t)，n＝1，2，---N轉(zhuǎn)換成為在一組N個接收單元處的電信號。這些電信號被放大，并被相應(yīng)的脈沖發(fā)生器/接收器58發(fā)射給各自的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器60。對于每個發(fā)射事件，數(shù)字化的信號在控制器20的控制下被儲存在隨機存取存儲器(RAM)62中。在完成對應(yīng)于一個圖像幀的這K個發(fā)射事件結(jié)束之后，儲存在隨機存取存儲器62中的數(shù)據(jù)被取出，并由數(shù)字信號處理器64變換即解碼成為另一個數(shù)據(jù)組Dmn(t)。數(shù)字信號處理器還在解碼的圖象數(shù)據(jù)上進行波束形成。解碼及波束形成后的圖象數(shù)據(jù)在視頻監(jiān)視器22上顯示為單個圖像幀。這一過程重復(fù)進行，以便當(dāng)換能器陣列在關(guān)注的區(qū)域或體積上掃描的時候產(chǎn)生一連串的圖像幀。
根據(jù)采用空間編碼發(fā)射的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)組Dmn(t)按照下列公式轉(zhuǎn)換Dmn(t)=Σi=1Mqm(i)Rin(t)----(2)]]>該轉(zhuǎn)換將這組K個發(fā)射事件解碼，每個發(fā)射事件已經(jīng)在一群M＝K個單元上發(fā)射，得到一個數(shù)據(jù)集，這里發(fā)射單元被孤立，即Dmn(t)對應(yīng)于在接收單元n處接收的來自發(fā)射單元m的信號。解碼的數(shù)據(jù)組Dmn(t)可以被波束形成，從而產(chǎn)生共焦圖像。
盡管任何不可逆矩陣都能用作為編碼矩陣，但是選擇Hadamard矩陣作編碼矩陣有明顯的好處。Hadamard矩陣的各單元要么是+1，或是-1，它們可以簡單地實現(xiàn)為發(fā)射電路的相位倒置。對稱Hadamard矩陣的逆矩陣僅僅是其本身QN-1-(1/N)Q的按比例縮放的版本。一般來說，解碼過程包括在所接收的數(shù)據(jù)組上進行M(M-1)個操作(加法，以及乘法運算)。不過，對于Hadamard編碼，解碼可以在Mlog2M個操作(僅僅是加法)中完成。Hadamard矩陣可以由下列遞歸產(chǎn)生Q2=111-1----(3)]]>Q2M=QMQMQM-QM----(4)]]>這里M＝2，4，8，16---本發(fā)明可以供前述類型的空間編碼發(fā)射使用。在一個優(yōu)選實施例中，圖12中的控制器20經(jīng)編程使一組單極的脈沖發(fā)生器在分開的點火中為編碼矩陣的每一行發(fā)射兩組單極脈沖。例如，為了用單極脈沖發(fā)生器達到用雙極脈沖發(fā)生器所能達到的相同效應(yīng)，從而分別用在一個點火中該組單元符號[+1，+1，-1，+1]脈沖式驅(qū)動一個四單元的陣列，單極脈沖發(fā)生器被激活2次在第一單極點火中，對應(yīng)于在雙極單元符號中的+1的三個單元被脈沖驅(qū)動(即[+1，+1，0，+1])；在第二單極點火中，僅僅對應(yīng)于在雙極單元符號組中的-1的單元被脈沖驅(qū)動(即
)。第一和第二點火產(chǎn)生的接收信號將分別乘以+1和-1，然后被求和從而合成為接收信號，該接收信號假定沒有代碼失真的話，已經(jīng)利用雙極脈沖發(fā)生器從而借助于該組單元符號[+1，+1，-1，+1]脈沖式驅(qū)動一個四單元的陣列而產(chǎn)生。
一般來說，前述的操作可以由圖12的數(shù)字信號處理器64執(zhí)行。基于控制器20的指令，數(shù)字信號處理器64將單元接收數(shù)據(jù)信號的相應(yīng)組乘以相應(yīng)的單元符號組，并將產(chǎn)生的兩組單元接收數(shù)據(jù)相加從而合成數(shù)據(jù)組，該數(shù)據(jù)組如果原始編碼矩陣的該行已經(jīng)在單一點火中使用雙極脈沖發(fā)生器發(fā)射的話應(yīng)當(dāng)已經(jīng)產(chǎn)生。
雖然僅僅針對本發(fā)明的某些優(yōu)選特征進行了圖解以及闡述，許多的修改和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很一目了然的。例如，本發(fā)明不被限制在使用雙相位碼，單發(fā)射碼和空間編碼發(fā)射的射程內(nèi)；也可以使用多相碼。因此應(yīng)當(dāng)理解的是，后附的權(quán)利要求書旨在覆蓋落入本發(fā)明真實精神的射程內(nèi)的全部所有的修改和改變。
權(quán)利要求
1.用來對超聲散射體進行成象的系統(tǒng)，包括包括多個換能器單元的超聲換能器陣列；分別用來脈沖式驅(qū)動所述多個換能器單元的多個脈沖發(fā)生器；發(fā)射序列源，用于分別在第一和第二發(fā)射點火期間向所述脈沖發(fā)生器提供第一和第二發(fā)射序列，所述第一和第二發(fā)射點火被聚焦于發(fā)射焦點位置處，所述第一和第二發(fā)射序列的特性是所述第一發(fā)射序列和第一代碼/單元符號相乘的乘積與所述第二發(fā)射序列和第二代碼/單元符號的乘積進行矢量相加而得到第一編碼基序列；接收器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從構(gòu)成接收孔徑的選定換能器單元接收第一和第二組接收信號，并且產(chǎn)生分別從所述第一和第二組接收信號得出的第一和第二波束疊加信號；以第一和第二組濾波器系數(shù)編程的濾波器，用于分別對所述第一和第二波束疊加信號濾波以構(gòu)成第一和第二濾波信號，所述第一組濾波器系數(shù)是通過將所述第一代碼/單元符號乘以第一組解碼濾波器系數(shù)而得到的，所述第二組濾波器系數(shù)是通過將所述第二代碼/單元符號乘以第一組解碼濾波器系數(shù)而得到的；矢量求和器，用來至少對所述第一和第二濾波信號求和，從而形成解碼信號；處理器，用于形成作為至少所述解碼信號的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像的顯示器。
2.如在權(quán)利要求書1中所述的系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射序列源適合于在第三和第四發(fā)射點火期間向所述脈沖發(fā)生器提供第三和第四發(fā)射序列，第三和第四發(fā)射點火被聚焦于所述發(fā)射焦點位置處，所述第三和第四發(fā)射序列的特性是所述第三發(fā)射序列和第一代碼/單元符號相乘的矢量乘積與所述第四發(fā)射序列和第二代碼/單元符號的乘積進行矢量相加而得到第二編碼基序列，所述第一和第二編碼基序列是互補的；所述接收器經(jīng)進一步編程，分別在第三和第四發(fā)射點火之后，從構(gòu)成所述接收孔徑的所述選定換能器單元接收第三和第四組接收信號，并且提供分別從所述第三和第四組接收信號得出的第三和第四波束疊加信號；所述濾波器進一步以第三和第四組濾波器系數(shù)編程，用于分別對所述第三和第四波束疊加信號濾波以構(gòu)成第三和第四濾波信號，所述第三組濾波器系數(shù)是通過將所述第一代碼/單元符號乘以第二組解碼濾波器系數(shù)而得到的，所述第四組濾波器系數(shù)是通過將所述第二代碼/單元符號乘以所述第二組解碼濾波器系數(shù)而得到的；所述矢量求和器適合于對所述第一至第四濾波信號求和，從而形成所述解碼信號。
3.用來對超聲散射體進行成象的系統(tǒng)，包括包括多個換能器單元的超聲換能器陣列；分別用來脈沖式驅(qū)動所述多個換能器單元的多個脈沖發(fā)生器；發(fā)射序列源，用于分別在第一和第二發(fā)射點火期間向所述脈沖發(fā)生器提供第一和第二發(fā)射序列，所述第一和第二發(fā)射點火被聚焦于發(fā)射焦點位置處，所述第一和第二發(fā)射序列的特性是Barker碼和基序列進行卷積而得到一個編碼基序列；接收器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從構(gòu)成接收孔徑的選定換能器單元接收第一和第二組接收信號，并且產(chǎn)生分別從所述第一和第二組接收信號得出的第一和第二波束疊加信號；乘法器，用于分別以第一和第二單位代碼符號乘以每個第一和第二波束形成信號，從而產(chǎn)生第一和第二乘積；矢量求和器，用來對所述乘法器的乘積相加，從而形成合成信號；解碼濾波器，用于對所述合成信號解碼，以產(chǎn)生至少一個壓縮脈沖；處理器，用于形成作為至少所述至少一個壓縮脈沖的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像的顯示器。
4.用來對超聲散射體進行成象的方法，包括分別在第一和第二發(fā)射點火期間用第一和第二發(fā)射序列驅(qū)動在換能器陣列中構(gòu)成一個發(fā)射孔徑的第一組換能器單元，所述第一和第二發(fā)射點火被聚焦于發(fā)射焦點位置處，所述第一和第二發(fā)射序列分別由第一和第二發(fā)射序列得到，所述第一和第二發(fā)射序列的特性是所述第一發(fā)射序列和第一代碼/單元符號相乘的乘積與所述第二發(fā)射序列和第二代碼/單元符號的乘積進行矢量相加而得到第一編碼基序列；分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從換能器陣列中的構(gòu)成接收孔徑的第二組換能器單元接收第一和第二組接收信號；產(chǎn)生分別從所述第一和第二組接收信號得出的第一和第二波束疊加信號；通過分別施加第一和第二組濾波器系數(shù)，分別對所述第一和第二波束疊加信號濾波以構(gòu)成第一和第二濾波信號，所述第一組濾波器系數(shù)是通過將所述第一代碼/單元符號乘以第一組解碼濾波器系數(shù)而得到的，所述第二組濾波器系數(shù)是通過將所述第二代碼/單元符號乘以第一組解碼濾波器系數(shù)而得到的；至少對所述第一和第二濾波信號求和，從而形成解碼信號；形成作為至少所述解碼信號的函數(shù)的圖像信號；以及顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像。
5.如在權(quán)利要求書4中所述的方法，其特征在于分別在第三和第四發(fā)射點火期間用第三和第四脈沖序列驅(qū)動所述第一組換能器單元，所述第三和第四發(fā)射點火被聚焦于所述發(fā)射焦點位置處，所述第三和第四脈沖序列是分別從第三和第四發(fā)射序列得到的，所述第三和第四發(fā)射序列的特性是所述第三發(fā)射序列和第一代碼/單元符號相乘的矢量乘積與所述第四發(fā)射序列和第二代碼/單元符號的乘積進行矢量相加而得到第二編碼基序列，所述第一和第二編碼基序列是互補的；分別在所述第三和第四發(fā)射點火之后，從所述第二組換能器單元接收第三和第四組接收信號；形成分別從所述第三和第四組接收信號得出的第三和第四波束疊加信號；通過分別施加第三和第四組濾波器系數(shù)，分別對所述第三和第四波束疊加信號濾波以構(gòu)成第三和第四濾波信號，所述第三組濾波器系數(shù)是通過將所述第一代碼/單元符號乘以第二組解碼濾波器系數(shù)而得到的，所述第四組濾波器系數(shù)是通過將所述第二代碼/單元符號乘以第二組解碼濾波器系數(shù)而得到的；對所述第一至第四濾波信號求和，從而形成所述解碼信號。
6.用來對超聲散射體進行成象的方法，包括分別在第一和第二發(fā)射點火期間用第一和第二脈沖序列驅(qū)動在換能器陣列中構(gòu)成一個發(fā)射孔徑的第一組換能器單元，所述第一和第二發(fā)射點火被聚焦于發(fā)射焦點位置處，所述第一和第二脈沖序列分別由第一和第二發(fā)射序列得到，所述第一和第二發(fā)射序列的特性是Barker碼和基序列進行卷積以及所述第二發(fā)射序列和第二代碼/單元符號的乘積而得到第一編碼基序列；分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從換能器陣列中的構(gòu)成接收孔徑的第二組換能器單元接收第一和第二組接收信號；產(chǎn)生分別從所述第一和第二組接收信號得出的第一和第二波束疊加信號；將所述第一和第二波束形成信號分別乘以所述第一和第二單元代碼符號，從而產(chǎn)生第一和第二乘積；至少對所述第一和第二乘積求和，從而形成合成信號；對所述合成信號解碼，從而產(chǎn)生至少一個壓縮脈沖；形成作為所述至少一個壓縮信號的函數(shù)的圖像信號；以及顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像。
7.用來對超聲散射體進行成象的系統(tǒng)，包括包括多個換能器單元的超聲換能器陣列；發(fā)射器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，在第一發(fā)射點火期間響應(yīng)第一脈沖序列并且在第二發(fā)射點火期間響應(yīng)第二脈沖序列脈沖式驅(qū)動構(gòu)成發(fā)射孔徑的選定換能器單元，所述第一和第二發(fā)射點火被聚焦于發(fā)射焦點位置處；接收器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從構(gòu)成接收孔徑的選定換能器單元接收第一和第二組接收信號，并且產(chǎn)生分別從所述第一和第二組接收信號得出的第一和第二波束疊加信號；合成器，將所述第二波束疊加信號從第一波束疊加信號中減去，以構(gòu)成第一合成信號；子系統(tǒng)，用于形成作為至少所述合成信號的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像的顯示器。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括單元符號存儲器，其中所述第一和第二脈沖序列是單極的，并且所述合成器包括具有第一和第二輸入端以及一個輸出端的乘法器，和其輸入端和所述乘法器輸出端耦合的矢量求和器，所述第一和第二乘法器輸入端分別適用于接收所述第一波束疊加信號和在第一接收周期期間來自所述單元符號存儲器的第一值，并且分別進一步適用于接收所述第二波束疊加信號和在第二接收周期期間來自所述單元符號存儲器的第二值，所述第一第二值極性是相反的。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括代碼符號存儲器，其中所述第一和第二脈沖序列是雙極的，并且所述合成器包括具有第一和第二輸入端以及一個輸出端的乘法器，和其輸入端和所述乘法器輸出端耦合的矢量求和器，所述第一和第二乘法器輸入端分別適用于接收所述第一波束疊加信號和在第一接收周期期間來自所述代碼符號存儲器的第一值，并且分別進一步適用于接收所述第二波束疊加信號和在第二接收周期期間來自所述代碼符號存儲器的第二值，所述第一第二值極性是相反的。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射器經(jīng)進一步編程，在第三發(fā)射點火期間用第三脈沖序列并且在第四發(fā)射點火期間用第四脈沖序列驅(qū)動構(gòu)成所述發(fā)射孔徑的所述選定換能器單元，所述第三和第四發(fā)射點火被聚焦于所述發(fā)射焦點位置處，所述接收器經(jīng)進一步編程，分別在所述第三和第四發(fā)射點火之后，從構(gòu)成所述接收孔徑的所述選定換能器單元接收第三和第四組接收信號，并且產(chǎn)生分別從所述第三和第四組信號得出的第三和第四波束疊加信號，所述合成器適用于從所述第三波束疊加信號中減去所述第四波束疊加信號，以構(gòu)成第二合成信號，由所述子系統(tǒng)形成的所述圖象信號是所述第一和第二合成信號的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第一脈沖序列和所述第二脈沖序列的反相的第一疊加基本上等于由基序列和第一發(fā)射碼卷積而形成的第一編碼基序列，所述第三脈沖序列和所述第四脈沖序列的反相的第二疊加基本上等于由基序列和第二發(fā)射碼卷積而形成的第二編碼基序列，所述第一和第二發(fā)射碼是互補的，所述子系統(tǒng)包括用第一和第二組濾波器系數(shù)編程以分別對所述第一和第二合成信號濾波的解碼濾波器，所述第一和第二組濾波器系數(shù)分別是所述第一和第二發(fā)射代碼的相應(yīng)函數(shù)。
12.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述子系統(tǒng)包括用一組濾波器系數(shù)編程以對所述第一合成信號濾波從而構(gòu)成壓縮脈沖信號的解碼濾波器。
13.用來對超聲散射體進行成象的系統(tǒng)，包括包括多個換能器單元的超聲換能器陣列；發(fā)射器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，響應(yīng)在第一發(fā)射點火期間設(shè)定的第一單極脈沖并且響應(yīng)在第二發(fā)射點火期間設(shè)定的第二單極脈沖同時脈沖式驅(qū)動構(gòu)成發(fā)射孔徑的選定換能器單元；接收器，它和所述換能器陣列耦合并經(jīng)編程，分別在第一和第二發(fā)射點火之后，從構(gòu)成接收孔徑的選定換能器單元接收第一和第二組接收信號；合成器，分別將所述第二組接收信號從第一組接收信號中減去，以構(gòu)成一組合成信號；處理器，用于形成作為至少所述合成信號組的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像的顯示器。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括單元符號存儲器，所述合成器適用于為所述接收孔徑中的每個換能器對第一產(chǎn)生信號和第二產(chǎn)生信號相加，所述第一產(chǎn)生信號是所述第一組的相應(yīng)接收信號和來自所述單元符號存儲器的第一值的乘積，而所述第二產(chǎn)生信號是所述第二組的相應(yīng)接收信號和來自所述單元符號存儲器的第二值的乘積，所述第一和第二值在極性上是相反的。
15.用來對超聲散射體進行成象的方法，包括在第一和第二發(fā)射點火期間分別用第一和第二脈沖序列驅(qū)動在換能器陣列中構(gòu)成發(fā)射孔徑的第一組換能器單元；分別在第一和第二發(fā)射點火之后從在該換能器陣列中構(gòu)成接收孔徑的第二組換能器單元接收第一和第二組接收信號；分別從所述第一和第二組接收信號形成第一和第二波束疊加信號；將所述第二波束疊加信號從所述第一波束疊加信號中減去，以構(gòu)成第一合成信號；形成作為至少所述第一合成信號的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示有一部分表示所述圖像信號的圖像。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述第一脈沖序列和所述第二脈沖序列分別由第一和第二發(fā)射序列而得到，所述第一發(fā)射序列和所述第二發(fā)射序列的反相結(jié)果的疊加構(gòu)成第一編碼基序列，
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述第一脈沖序列和所述第二脈沖序列分別由第一和第二發(fā)射序列而得到，所述第一發(fā)射序列和所述第二發(fā)射序列均是由Barker碼和基序列卷積而形成的編碼基序列而構(gòu)成的。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括下列步驟在第三和第四發(fā)射點火期間分別用第三和第四脈沖序列驅(qū)動所述第一組換能器單元，所述第三和第四發(fā)射點火聚焦在所述發(fā)射焦點位置；分別在所述第三和第四發(fā)射點火之后從所述第二組換能器單元接收第三和第四組接收信號；分別從所述第三和第四組接收信號形成第三和第四波束疊加信號；將所述第四波束疊加信號從所述第三波束疊加信號中減去，以構(gòu)成第二合成信號；形成作為所述第一和第二合成信號的函數(shù)的圖像信號。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述第三脈沖序列和所述第四脈沖序列分別由第三和第四發(fā)射序列而得到，所述第三發(fā)射序列和所述第四發(fā)射序列的反相結(jié)果的疊加構(gòu)成第二編碼基序列，
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述第一、第二、第三和第四脈沖序列分別由第一、第二、第三和第四發(fā)射序列而得到，所述第一、第二、第三和第四發(fā)射序列均是由第一和第二互補碼和基序列卷積而形成的編碼基序列而構(gòu)成的。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述第一和第二互補碼構(gòu)成Golay碼對。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述第一和第二脈沖序列是單極的。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述第一和第二脈沖序列是雙極的。
24.用來對超聲散射體進行成象的方法，包括在第一和第二發(fā)射點火期間分別用第一和第二單極脈沖組驅(qū)動在換能器陣列中構(gòu)成發(fā)射孔徑的第一組換能器單元，所述第一組換能器單元對于所述第一和第二發(fā)射點火同時被驅(qū)動；分別在所述第一和第二發(fā)射點火之后從在該換能器陣列中構(gòu)成接收孔徑的第二組換能器單元接收第一和第二組接收信號；分別將所述第二組接收信號從所述第一組接收信號中減去，以構(gòu)成一組合成信號；形成作為至少所述合成信號組的函數(shù)的圖像信號；以及用來顯示表示所述圖像信號的圖像。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于將所述第二組接收信號從所述第一組接收信號中減去的步驟包括對所述接收孔徑中的每個換能器的第一產(chǎn)生信號和第二產(chǎn)生信號相加的步驟，所述第一產(chǎn)生信號是所述第一組的相應(yīng)接收信號和來自單元符號存儲器的第一值的乘積，而所述第二產(chǎn)生信號是所述第二組的相應(yīng)接收信號和來自所述單元符號存儲器的第二值的乘積，所述第一和第二值在極性上是相反的。
全文摘要
醫(yī)學(xué)超聲成象用的編碼激勵通過在不同的點火上發(fā)射在編碼基序列中的代碼或單元符號實現(xiàn)。編碼的基序列通過用過采樣的代碼序列卷積基序列而形成。對于每個點火,編碼基序列里的指定代碼或單元符號由單位符號替換(即1或－1),同時其他的符號位置全部設(shè)為零。在每個發(fā)射之后,所接收的波形乘以各自的符號并且累加從而合成所接收的編碼波形。
文檔編號G01S15/89GK1266989SQ0010430
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月16日
發(fā)明者R·Y·奇奧, L·J·托馬斯三世 申請人:通用電氣公司