Ультразвуковой зонд-преобразователь с формирователем микропучка для мультилинейной визуализации

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к медицинcким ультразвуковым системам. Система мультилинейной визуализации с ультразвуковым зондом-преобразователем содержит матрицу преобразовательных элементов, выполненную в виде множества смежных пэтчей преобразовательных элементов, формирователь микропучка, связанный с преобразовательными элементами матрицы, содержащий множество управляемых линий (DL1, DL2, DL3) задержки, связанных с элементами матрицы для создания задержанных эхо-сигналов, множество управляемых переключателей, выполненных с возможностью направления задержанных эхо-сигналов на суммирующий узел (Σ) заданного пэтча или суммирующий узел пэтча, смежного с заданным пэтчем, и выход формирователя микропучка от каждого суммирующего узла, и формирователь пучка системы, имеющий множество каналов, причем каждый канал выполнен с возможностью приема частичного сигнала суммарного пучка с выхода формирователя микропучка. При этом матрица преобразовательных элементов выполнена с возможностью передачи пучка, центрированного на заданном пэтче, первое множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на первой стороне от центра пучка, на суммирующий узел заданного пэтча, второе множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на второй стороне от центра пучка, на суммирующий узел смежного пэтча, и формирователь пучка системы выполнен с возможностью обработки сигналов суммарных пучков, принятых от пэтчей, для формирования мультилинейных сигналов. Использование изобретения позволяет повысить плотность линий сканирования. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Данное изобретение относится к медицинским ультразвуковым системам, в частности к ультразвуковым зондам-преобразователям с формирователями микропучка для мультилинейной визуализации.

Ультразвуковые матричные преобразователи могут иметь один ряд преобразовательных элементов, одномерную (ID) матрицу для визуализации двумерной (2D) плоскости изображения или двумерную (2D) матрицу преобразовательных элементов для визуализации трехмерной области. 2D матрица содержит элементы, продолжающиеся в азимутальном и вертикальном направлении, которые могут управляться полностью независимо, чтобы фокусировать и наводить пучки в любом азимутальном и вертикальном направлении. Эти матрицы могут располагаться в плоскости или на криволинейной поверхности. Настоящее изобретение посвящено матричным преобразователям, в которых используются формирователи микропучка, связанные с группами элементов матрицы, которые по частям формируют пучки для групп элементов с целью образования множества линий приема в ответ на одинарное событие передачи.

Двумерные матричные преобразователи, также как и ID матрицы с большим числом элементов, создают проблему, связанную с большим числом содержащихся в них преобразовательных элементов. Поскольку каждый из этих элементов должен управляться индивидуально при передаче и приеме, для каждого элемента должна быть предусмотрена отдельная сигнальная линия. ID матрица может содержать ряд, состоящий из 100-200 элементов, что требует создания 100-200 сигнальных линий, которые могут помещаться в относительно малом и легком кабеле зонда, но могут быть вынуждены работать с формирователем пучка системы с относительно небольшим числом каналов. 2D матрица может иметь 100-200 рядов элементов в одном направлении и 100-200 столбцов элементов в другом направлении, что в общей сложности составляет тысячи отдельных элементов. Кабель, содержащий много тысяч сигнальных линий, практически неприменим для зонда, который удерживается в руке и которым сонографист должен манипулировать. Реализация настоящего изобретения позволяет решить эти проблемы путем использования интегральной схемы формирователя микропучка, присоединенного к матрице преобразователя, которая выполняет частичное формирование пучка для групп элементов, именуемых пэтчами (patch). Индивидуально задержанные и просуммированные сигналы каждого пэтча проводятся по кабелю стандартного размера в формирователь пучка ультразвуковой системы, где суммарный сигнал от каждого пэтча подается в канал формирователя пучка системы, который завершает операцию формирования пучка. Такое разделение всей операции формирования пучка между формирователем микропучка в зонде и каналами формирователя пучка системы проиллюстрировано, например, в патенте США 5,229,933 (Larson, III), патенте США 5,997,479 (Savord и др.), патенте США 6,013,032 (Savord), а также патенте США 6,126,602 (Savord и др.), что позволяет использовать кабель с относительно малым числом сигнальных линий между зондом и формирователем пучка ультразвуковой системы.

Часто требуется получить множество линий сканирования в ответ на единичное событие передачи, будь то для увеличения частоты кадров на дисплее, либо для увеличения плотности линий сканирования. Множество линий приема может быть образовано от меньшего числа событий передачи несколькими способами. Одна из технологий заключается в создании вставок искусственных линий приема между действительными линиями приема, как описано в патенте США 5,318,033 (Savord). В варианте осуществления, показанном в этом патенте, две искусственные линии приема вводятся между каждой парой действительных линий приема. Другая технология мультилинейного приема, не требующая буферизации ранее полученных линий, заключается в формировании пучков множества линий по мере приема эхо-сигналов от одного события передачи путем использования отдельных неодинаковых задержек эхо-сигналов по мере их приема. Неодинаковые задержки могут создавать множество различных пучков, которые направляются в разных направлениях. Одна из технологий заключается в передаче одного "толстого" пучка, который облучает ультразвуком множество местоположений линий сканирования, как описано в патенте США 4,644,795 (Augustine). Множество пучков формируются из эхо-сигналов, полученных вдоль множества линий сканирования. Еще одна технология заключается в одновременной передаче множества пучков в различных направлениях и одновременном формировании принимаемых пучков во множестве направлений, как описано в патенте США 7,537,567 (Jago и др.) В обоих случаях эхо-сигналы имеют неодинаковые задержки по мере их приема, чтобы по-разному задержать, а затем по отдельности суммировать эхо-сигналы для формирования множества пучков приема одновременно.

Ультразвуковой зонд с формирователем микропучка обычно имеет конструкцию заданной конфигурации, которая взаимодействует с соответствующей конфигурацией формирователя пучка системы. Коммерчески доступные зонды с формирователями микропучка имеют число выходов формирователя микропучка, соответствующее числу каналов формирователя пучка системы. Например, 64-элементный 1D матричный зонд может быть выполнен с восемью пэтчами, каждый из которых имеет восемь индивидуальных преобразовательных элементов, выдавая восемь частично сформированных в пучок сигналов с восьми выходов пэтча, которые соединены с восемью каналами 8-канального формирователя пучка системы.

В публикации WO2007/099474 раскрыта ультразвуковая диагностическая система визуализации, обладающая двумерной матрицей, расположенной во множестве пэтчей множества преобразовательных элементов. Каждый пэтч преобразовательных элементов связан с группой линий задержки формирователя пучка, выход которых может соединяться с выбранным каналом формирователя пучка системы, который формирует частично суммированные пучки каждого пэтча, превращая в конечный сигнал формирования пучка. Способность направлять задержанный сигнал от преобразовательного элемента в выбранный канал формирователя пучка позволяет изменять границы пэтча по мере поступательного перемещения апертуры по матрице.

Однако проблема возникает тогда, когда формирователь пучка системы выполняет мультилинейное формирование пучка. В этом случае разные каналы формирователя пучка системы создают неодинаковые задержки частично сформированному в пучок сигналу (частичный суммарный пучок) для образования разнонаправленных мультилиний, например, одна направлена влево от центра пучка передачи, а одна направлена вправо от центра. Проблема возникает в связи с тем, что при формировании пучка ультразвука используется расширяющаяся апертура при приеме, которая начинается с малой апертуры для начала приема в ближнем поле, причем эта апертура расширяется путем добавления дополнительных элементов к апертуре, по мере того как эхо-сигналы принимаются с увеличивающихся глубин поля. В зависимости от местоположения передаваемых и принимаемых пучков, некоторые из элементов, используемых в ближнем поле в процессе приема, могут принадлежать тому же пэтчу формирователя пучка, который соединен только с единственным каналом формирователя пучка системы. Таким образом, только единственная задержка, а именно задержка единственного канала, может быть использована для эхо-сигналов, принятых в ближнем поле. По мере расширения апертуры добавленными элементами, в конечном счете, будут те, которые находятся в смежных пэтчах, связанных с иными каналами формирователя пучка системы, что позволяет применять неодинаковые задержки, при этом проблема становится менее острой. Желательно всегда принимать сигналы ближнего поля с помощью элементов множества пэтчей формирователя пучка, вне зависимости от местоположения пучков, так чтобы мультилинии всегда могли быть образованы с начального этапа приема эхо-сигналов, даже из ближнего поля.

Согласно принципам настоящего изобретения в ультразвуковом зонде-преобразователе применяется матричный преобразователь, имеющий формирователь микропучка, выходы пэтчей для частичного суммарного пучка которого связаны с каналами формирователя пучка системы. Элементы каждого пэтча имеют стандартное соединение в типовой конфигурации пэтчей, но также могут избирательно переключаться для соединения с суммирующим узлом, по меньшей мере, одного смежного пэтча. Это позволяет элементам типового пэтча избирательно связываться с другими пэтчами, а значит, с множеством отдельных каналов формирователя пучка системы. Формирователь пучка системы далее может формировать множество мультилиний приема одновременно, даже в ближнем поле.

На чертежах:

на ФИГ. 1 в виде блок-схемы показаны 2D конвексный матричный преобразователь и зонд-формирователь микропучка по настоящему изобретению;

на ФИГ. 2 показана блок-схема, иллюстрирующая концептуальное представление формирователя микропучка с частичным суммарным пучком;

на ФИГ. 3 показаны три пэтча в стандартной конфигурации формирователя микропучка;

на ФИГ. 4 показана задача мультилинейного формирования пучка с помощью формирователь микропучка при стандартной конфигурации пэтчей;

на ФИГ. 5A-5D показан формирователь микропучка по настоящему изобретению при приеме эхо-сигналов для формирования мультилиний с расширяющейся апертурой согласно принципам настоящего изобретения;

на ФИГ. 6 в виде блок-схемы показан формирователь микропучка, построенный согласно принципам настоящего изобретения;

на ФИГ. 7 показан формирователь микропучка по настоящему изобретению, выполненный с возможностью работы с формирователем пучка системы с более высоким числом каналов;

на ФИГ. 8 показан формирователь микропучка по настоящему изобретению, выполненный с возможностью работы с формирователем пучка системы с меньшим числом каналов.

На ФИГ. 1 в виде блок-схемы показана ультразвуковая система, построенная согласно принципам настоящего изобретения. Зонд 10 имеет двумерный матричный преобразователь 12, который в этом примере обладает кривизной в вертикальном направлении, как и тот, что представлен в патенте США 7,927,280 (Davidsen). Элементы матрицы связаны с формирователем 14 микропучка, расположенным в зонде за матрицей преобразователя. Формирователь микропучка прикладывает регулируемые во времени импульсы передачи к элементам матрицы для передачи пучков в требуемых направлениях и в требуемые фокальные точки в трехмерном поле изображения перед матрицей. Эхо-сигналы от переданных пучков принимаются элементами матрицы и поступают на линии задержки формирователя 14 микропучка, где они подвергаются индивидуальным задержкам. Задержанные сигналы группы преобразовательных элементов, содержащей пэтч, объединяются для формирования частичного суммарного сигнала для этого пэтча. Элементы пэтча в данном варианте осуществления работают совместно, при этом их сигналы индивидуально задерживаются относительно референсной отметки, а затем объединяются формирователем микропучка для формирования одного сигнала от пэтча для проводника зонда или канала формирователя пучка ультразвуковой системы. В типовом варианте реализации объединение выполняется путем направления задержанных сигналов от элементов пэтча на общую шину или суммирующий узел, устраняя необходимость в использовании суммирующих цепей и других сложных схем. Суммирующий узел каждого пэтча связан с проводником кабеля 16, проводящим сигнал частичного суммарного пучка пэтча в базовый блок системы. В базовом блоке системы сигналы пэтчей оцифровываются и направляются в каналы формирователя 22 пучка системы, которые соответствующим образом задерживают каждый сигнал пэтча. Задержанные сигналы пэтчей далее объединяются для формирования когерентного управляемого и сфокусированного пучка приема. Сигналы пучка от 3D поля изображения обрабатываются процессором 24 обработки изображений системы для построения 2D или 3D изображений для выведения на устройство 30 отображения изображений. Управление параметрами ультразвуковой системы, такими как выбор зонда, наведение и фокусировка пучка, а также обработка сигналов и изображений, выполняются под управлением контроллера 26, связанного с различными модулями системы. В случае зонда 10 некоторые из данных управления поступают в формирователь микропучка из базового блока системы по линии передачи данных кабеля 16. Пользователь контролирует многие из этих рабочих параметров посредством панели 20 управления.

На ФИГ. 2 проиллюстрирована идея создания формирователя микропучка, осуществляющего частичное суммирование. Чертеж на ФИГ. 2 разбит на три области пунктирными линиями 33 и 35. Компоненты зонда 10 показаны слева от линии 33, компоненты базового блока системы показаны справа от линии 35, а кабель 16 показан между этими двумя линиями. Элементы матрицы 12 преобразователя зонда разделены на пэтчи смежных преобразовательных элементов. На чертеже показаны пять пэтчей матрицы 12, каждый из которых включает в себя девять смежных элементов. На чертеже показаны каналы формирователя микропучка для пэтчей 12a, 12c и 12e. Девять элементов пэтча 12a связаны с девятью линиями задержки формирователя микропучка, обозначенными группой DL1. Аналогичным образом девять элементов пэтчей 12c и 12e связаны с линиями задержки, обозначенными группами DL2 и DL3. Задержки, вносимые этими линиями задержки, являются функцией множества переменных, таких как размер матрицы, шаг элементов, разнесение и размеры пэтча, диапазон наведения и фокусировки пучка и т.д. Каждая из групп DL1, DL2 и DL3 линий задержки задерживает сигналы от элементов соответствующего ей пэтча относительно общего референсного значения времени и фазы для данного пэтча. Девять задержанных сигналов от каждой группы линий задержки затем объединяются соответствующим сумматором ∑ для формирования частичного суммарного сигнала матрицы от пэтча элементов. Каждый частичный суммарный сигнал подается на отдельную шину 15a, 15b и 15c, которая связана с проводником кабеля 16, проводящим частичные суммарные сигналы в базовый блок системы. В базовом блоке системы каждый частичный суммарный сигнал подается на линию 22a, 22b, 22c задержки канала формирователя 22 пучка системы. Эти линии задержки направляют и фокусируют частичные суммарные сигналы в общий пучок на выходе сумматора 22s формирователя пучка системы. Полностью сформированный пучок далее направляется в процессор обработки изображений системы для дополнительной обработки сигнала и выведения на дисплей. Хотя пример на ФИГ. 2 содержит 9-элементные пэтчи, следует понимать, что построенная система формирователя микропучка часто будет иметь пэтчи с более высоким числом элементов, например 16, 32, 48, 70 элементов или более. Элементы пэтча могут примыкать друг к другу, быть разнесенными между собой или даже располагаться в шахматном порядке, когда "нечетные" элементы объединены в одном пэтче, а "четные" элементы объединены в другом. Пэтчи могут быть квадратными, прямоугольными, ромбовидными, гексагональными или любой другой требуемой формы.

НА ФИГ. 3 упрощенно представлены матричный преобразователь зонда и формирователь микропучка стандартной конфигурации. Линии 52, 54, 56 и 58 указывают границы между тремя пэтчами формирователя микропучка. Темные области 62, 64 и 66 представляют элементы и линии задержки каждого пэтча. В этом примере каждый пэтч содержит шестнадцать элементов и линий задержки. Элементы и линии задержки каждого пэтча связаны с суммирующим узлом, обозначенным для трех пэтчей позициями 72, 74 и 76. Суммирующий узел объединяет шестнадцать сигналов элементов и линий задержки пэтча и создает один выходной сигнал суммарного пучка, поступающий в канал формирователя пучка системы, как показано выходными стрелками 82, 84 и 86.

Используя данное описание, на ФИГ. 4 проиллюстрирована проблема, с которой сталкиваются при попытке создания мультилинейных сигналов приема с помощью формирователя микропучка стандартной конфигурации. На ФИГ. 4 оттененные треугольники 63, 65, 67 очерчивают шестнадцать элементов и линий задержки трех пэтчей, при этом элементы и линии задержки каждого пэтча соединены с общим суммирующим выходом. Широкие стрелки 2, 2' и 2", направленные вверх, обозначают три пучка передачи, излученные в различные моменты времени и из разных точек вдоль матрицы для сканирования поля изображения перед матрицей. В этом примере каждый пучок передачи облучает ультразвуком в двух положениях 4 (4', 4") и 6 (6', 6") мультилиний, расположенных по обе стороны от центра пучка передачи. Затем осуществляется прием двух мультилиний в ответ на каждый пучок передачи, что будем называть «2x-мультилинией». Может также использоваться мультилиния более высоко порядка, например 4x-, 8x- или 16x-мультилиния. После излучения пучка 2 передачи осуществляется прием эхо-сигналов, начиная с ближнего поля, подвергание неодинаковой задержке и суммированию в формирователе пучка системы, так что мультилинии приема направляются для приема вдоль двух положений мультилиний.

Можно видеть, что пучок 2" передачи расположен в центре пэтча 65. Когда эхо-сигналы принимаются элементами вблизи местоположения этого пэтча, чтобы сформироваться в мультилинии 4" и 6" приема, можно видеть, что они, по меньшей мере, в ближнем поле, принимаются элементами того же пэтча 65. Таким образом, сигналы, принятые в ближнем поле, задерживаются и объединяются в один сигнал суммарного пучка на выходе 84 пэтча и подаются в единственный канал формирователя пучка системы, который создает свою задержку сигнала. Аналогичным образом эхо-сигналы ближнего поля в двух местоположениях 4' и 6' мультилиний по обе стороны от пучка 2' передачи будут приняты только элементами пэтча 65. Эта проблема не возникает в случае пучка 2 передачи, который расположен по центру границы между пэтчами 63 и 65. Эхо-сигналы ближнего поля от местоположений 4 и 6 мультилиний по обе стороны от центра пучка передачи будут приняты элементами пэтчэй 63 и 65 и поданы в два канала формирователя пучка системы, где к раздельным сигналам суммарного пучка могут быть могут применяться неодинаковые задержки. Для этого конкретного пучка передачи и его мультилиний артефакты ближнего поля будут отсутствовать, когда управление пучком различных мультилиний может начинаться в ближнем поле.

На ФИГ. 5A-5D показано, как данная проблема управления пучком мультилиний ближнего поля может быть преодолена согласно настоящему изобретению. На ФИГ. 5A отправлен пучок 2', расположенный по центру в пэтче 64. Две мультилинии 4' и 6' должны приниматься по обе стороны от центра пучка передачи. В ближнем поле прием эхо-сигналов первоначально осуществляется только четырьмя элементами и линиями задержки пэтча 64, двумя слева от центра пучка передачи и двумя справа от него. Два элемента, расположенные справа от центра пучка, связаны с суммирующим узлом пэтча 64 в стандартной конфигурации. Однако два элемента, расположенные слева от центра пучка, связаны с суммирующим узлом 72 пэтча 62 слева от пэтча 64. Сумма двух принятых и задержанных сигналов, связанных с суммирующим узлом 74, создается на выходе 84 суммарного пучка, а сумма двух принятых и задержанных сигналов, связанных с суммирующим узлом 72, создается на выходе 82 суммарного пучка. Поскольку эти два выхода связаны с разными каналами формирователя пучка системы, они могут задерживаться неодинаково формирователем пучка системы, чтобы создать разные мультилинии, позволяя перенести принятые эхо-сигналы по обе стороны от центра пучка передачи. Для соединения принятых и задержанных сигналов от элементов слева от центра пучка передачи с суммирующим узлом 72 смежного пэтча 62 для каждого пути прохождения сигнала может использоваться двухпозиционный переключатель. Когда переключатель установлен в свое номинальное положение, сигналы от элементов подаются на суммирующий узел 74 пэтча 64 в нормальной конфигурации. Когда переключатель установлен в свое второе положение, сигналы подаются на суммирующий узел 72 смежного пэтча 62.

Как упоминалось ранее, приемная апертура формирователя пучка системы расширяется, по мере того как эхо-сигналы принимаются с большей глубины. В этом примере апертура далее расширяется путем добавления дополнительного элемента по обе стороны от исходных четырех элементов, по мере того как эхо-сигналы принимаются с большей глубины. На ФИГ. 5B показано, что три элемента справа от центра пучка передачи связаны с суммирующим узлом 74 пэтча 64, а три элемента слева от центра пучка передачи связаны с суммирующим узлом 72 пэтча 62. Эти два суммарных пучка подаются в два канала формирователя пучка системы с выходов 82 и 84. Такое расширение апертуры продолжается на более высоких глубинах с помощью добавления одного, а затем другого элемента по обеим сторонам от центра пучка передачи, как показано на ФИГ. 5C и 5D. Как и в начале данного примера, все элементы и линии задержки слева от центра пучка связаны с суммирующим узлом 72 и выходом 82 суммарного пучка смежного пэтча 72, а все элементы и линии задержки справа от центра пучка связаны с суммирующим узлом 74 и выходом 84 суммарного пучка пэтча 64 формирователя микропучка. Формирователь пучка системы, таким образом, обладает возможностью управлять каждой мультилинией по соответствующей стороне от центра пучка, даже на самых малых глубинах приема эхо-сигналов.

Реализация настоящего изобретения, обеспечивающего возможность данного разделения принятых эхо-сигналов, проиллюстрирована в виде блок-схемы на ФИГ. 6. Элементы матричного преобразователя 12, как показано, связаны с линиями задержки DL формирователя 14 микропучка ультразвукового зонда. Контроллер 40 формирователя микропучка управляет величинами приложенных задержек посредством участка управления задержкой, обозначенного линиями 44 управления задержкой. Контроллер формирователя микропучка получает сигналы управления по одной или нескольким линиям 42 от основной системы. Матрица 32 переключателей содержит переключатели, каждый из которых выполнен с возможностью приема сигналов от соответствующей линии DL задержки. Хотя переключатели могут быть выполнены в виде механических переключателей, в созданном варианте осуществления они изготовлены в виде полупроводников в качестве аналоговых вентильных схем (passgates). Плечо каждого переключателя в этом предпочтительном варианте осуществления имеет три возможных установочных позиции, а именно положения a, b и c. Положение b является номинальным положением «по прямой», при котором элемент и линия задержки связаны со своим обычным суммирующим узлом. В предыдущем примере это означает, что элементы и линии задержки пэтча 64 связаны с суммирующим узлом 74 и выходом 84, когда переключатели установлены в это положение. Установка переключателя в положение a связывает его элемент и линию задержки с пэтчем, находящимся на одной стороне от пэтча, расположенного «по прямой», а установка переключателя в положение c связывает его элемент и линию задержки с пэтчем на другой стороне. Например, когда переключатель пэтча 64 установлен в положение a, сигналы переключателей поступают на суммирующий узел 72 пэтча 62, расположенного слева, а когда переключатель установлен в положение c, его сигналы поступают на суммирующий узел 76 пэтча 66, расположенного справа. В варианте реализации, представленном на ФИГ. 6, установка всех переключателей, показанных в верхней части матрицы переключателей, в положение b свяжет все их линии DL задержки с выходной линией 34b формирователя микропучка, которая связана через линию кабеля 16 с одним каналом формирователя микропучка системы. Когда все эти переключатели связаны с выходной линией 34b, все их сигналы объединяются в один сигнал суммарного пучка на этой линии. Аналогичным образом, когда переключатели в верхней части установлены в положение a, их сигналы объединяются на выходной линии 34a и поступают по кабелю в другой канал формирователя пучка системы, а когда переключатели установлены в положение c, их сигналы объединяются на выходной линии 34c и поступают по кабелю в третий канал формирователя пучка системы. Использование трехпозиционных переключателей в матрице 32 переключателей, создающее возможность направлять сигнал на один из двух смежных пэтчeй, обеспечивает более высокую гибкость при формировании частичного суммарного пучка, как будет показано на примерах, описанных ниже. Следует понимать, что данная настройка управления, обеспечиваемая сигналами управления переключением пэтчей на линиях 46, поступающих от контроллера формирователя микропучка, возможна при условии существования по обеим сторонам пэтча других пэтчeй. На концах матрицы пэтч не будет иметь другого пэтча за своим концом, а потому данное управление не может осуществляться в полной мере. За исключением этого граничного условия данное управление осуществляется по всей остальной длине матрицы и ее пэтчeй.

Возможность связать сигналы от элемента пэтча не только со своим собственным пэтчем, но и с соседним пэтчем по обеим сторонам создает возможность реконфигурации размера пэтча для различных конфигураций формирователя пучка системы. В предыдущих примерах можно видеть, что каждый пэтч номинально состоит из шестнадцати элементов, и формирователь микропучка, таким образом, создает 16:1 суммарных пучков от пэтча номинальных размеров. Например, если зонд работает с формирователем пучка системы, имеющим вдвое большее число каналов, преимущество увеличенного числа каналов можно извлечь путем переключения на суммарные пучки 8:1, как показано на ФИГ. 7. В этом примере можно видеть, что восемь элементов и линий задержки серединного пэтча 64 связаны с суммирующим узлом 74 и выходом 84 пэтча. Четыре элемента и линии задержки пэтча связаны с суммирующим узлом 72 пэтча 62 слева и его выходом 82, вместе с четырьмя элементами и линиями задержки пэтча 62. Аналогичным образом другие четыре элемента и линии задержки пэтча 64 связаны с суммирующим узлом 76 пэтча 66 справа и его выходом 86, вместе с четырьмя элементами и линиями задержки пэтча 66. Можно видеть, что данное переключение сигналов с элементов матрицы создает суммарные сигналы 8:1 и переопределяет апертуру зонда.

Схема на ФИГ. 8 решает проблему в случае пониженного числа каналов формирователя пучка системы. В этом примере доступен формирователь пучка системы, имеющий только половину от числа каналов по первому примеру. Число сигналов, обрабатываемых каналом формирователя пучка системы, в этом случае может быть удвоено путем установки переключателей для связывания сигналов так, как показано в этом примере. Все элементы и линии задержки пэтча 64 установлены в свое номинальное положение b, связав все свои сигналы с суммирующим узлом 74 и выходом 84 пэтча. Кроме того, восемь элементов и линий задержки соседнего пэтча 62 также связаны с суммирующим узлом 74 путем установки их переключателей в положение c, а восемь элементов и линий задержки другого соседнего пэтча 66 связаны с суммирующим узлом 74 путем установки их переключателей в положение a. Таким образом, на выходе 84 формирователя микропучка создается сигнал суммарного пучка 32:1, который поступает в канал формирователя пучка системы, работающий теперь с более крупными размерами пэтчей в зонде.

1. Система мультилинейной визуализации с ультразвуковым зондом-преобразователем (10), содержащая:

матрицу преобразовательных элементов (12), выполненную в виде множества смежных пэтчей (12a, 12b, 12c, 12d, 12e) преобразовательных элементов;

формирователь (14) микропучка, связанный с преобразовательными элементами матрицы, содержащий:

множество управляемых линий (DL1, DL2, DL3) задержки, связанных с элементами матрицы для создания задержанных эхо-сигналов;

множество управляемых переключателей (32), выполненных с возможностью направления задержанных эхо-сигналов на суммирующий узел (Σ, 72, 74, 76) заданного пэтча или суммирующий узел пэтча, смежного с заданным пэтчем; и

выход (34) формирователя микропучка от каждого суммирующего узла; и

формирователь (22) пучка системы, имеющий множество каналов, причем каждый канал выполнен с возможностью приема частичного сигнала суммарного пучка с выхода формирователя микропучка,

отличающаяся тем, что матрица преобразовательных элементов выполнена с возможностью передачи пучка, центрированного на заданном пэтче;

при этом первое множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на первой стороне от центра пучка, на суммирующий узел заданного пэтча;

при этом второе множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на второй стороне от центра пучка, на суммирующий узел смежного пэтча; и

при этом формирователь (22) пучка системы выполнен с возможностью обработки сигналов (22s) суммарных пучков, принятых

от пэтчей, для формирования мультилинейных сигналов.

2. Система по п. 1, в которой матрица преобразовательных элементов (12) и формирователь (14) микропучка расположены в зонде-преобразователе, а формирователь пучка системы расположен в ультразвуковой системе.

3. Система по п. 2, в которой формирователь (14) микропучка дополнительно содержит контроллер (40) формирователя микропучка, управляющий управляемыми линиями задержки и управляемыми переключателями.

4. Система по п. 2, в которой матрица преобразовательных элементов (12) дополнительно содержит двумерную матрицу преобразовательных элементов.

5. Система по п. 2, в которой матрица преобразовательных элементов дополнительно содержит одномерную матрицу преобразовательных элементов.

6. Система по п. 1, в которой суммирующие узлы дополнительно содержат выходные линии (34) формирователя микропучка.

7. Система по п. 1, в которой суммирующие узлы дополнительно содержат выходные шины (15a, 15b, 15c) формирователя микропучка.

8. Система по п. 1, в которой формирователь пучка системы дополнительно выполнен с возможностью управления принятыми эхо-сигналами, которые должны приниматься вдоль мультилиний, расположенных по обе стороны от центра передаваемого пучка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для коррекции амплитудно-фазового распределения в раскрываемых антенных решетках (АР), функционирующих после развертывания на борту космических аппаратов (КА) в составе бортовых радиолокационных комплексов (БРЛК) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Изобретение относится к радиолокационному измерителю уровня. Техническим результатом является улучшенное функционирование радиолокационного измерителя уровня в условиях влияния узкополосных помех.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам визуализации. Система, формирующая цветовые изображения скорости потока и движения, содержит ультразвуковой зонд, имеющий массив преобразователей для передачи ультразвуковой энергии и приема ультразвуковых эхо-сигналов от местоположения, содержащего движущуюся ткань или текучую среду, допплеровский процессор, для выработки измерений скорости перемещения ткани или скорости кровотока, процессор количественной оценки движения, преобразующий измерения скорости во множество различных цветов для цветового допплеровского изображения, графический процессор, вырабатывающий цветовой индикатор для отображения вместе с цветовым допплеровским изображением, причем цветовой индикатор имеет конечный уровень скорости и опорный уровень для нулевой скорости.

Изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам. Техническим результатом является оптимизация ультразвукового изображения для отображения на удаленных рабочих станциях, терминалах и экранах отображения.

Изобретение относится к области радионавигации. Технический результат заключается в расширении арсенала средств для формирования сигналов спутниковой навигационной системы.

Изобретение относится к неразрушающему контролю заготовок. Способ контроля заготовки включает сохранение данных модели, связанных с заготовкой, в систему контроля и определение относительного положения измерителя удаленности по отношению к заготовке.

Группа изобретений относится к медицине. Группа изобретений включает устройство, постоянный машиночитаемый носитель и способ работы устройства ультразвуковой визуализации.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Техническим результатом является увеличение дальности действия лазерного дальномера.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Технический результатом является повышение точности калибровки мобильного пеленгатора - корреляционного интерферометра в азимутальных и угломестных секторах углов, где условия для проведения измерений не обеспечены, при сохранении высокой точности калибровки в азимутальных секторах, в которых условия для проведения измерений обеспечиваются.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковой томографии. Ультразвуковая система для обнаружения газового кармана содержит ультразвуковой зонд, блок получения второй гармонической составляющей ультразвукового эхо-сигнала для каждой глубины из множества глубин вдоль каждой линии сканирования из множества линий сканирования и блок выявления изменения центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам визуализации. Система, формирующая цветовые изображения скорости потока и движения, содержит ультразвуковой зонд, имеющий массив преобразователей для передачи ультразвуковой энергии и приема ультразвуковых эхо-сигналов от местоположения, содержащего движущуюся ткань или текучую среду, допплеровский процессор, для выработки измерений скорости перемещения ткани или скорости кровотока, процессор количественной оценки движения, преобразующий измерения скорости во множество различных цветов для цветового допплеровского изображения, графический процессор, вырабатывающий цветовой индикатор для отображения вместе с цветовым допплеровским изображением, причем цветовой индикатор имеет конечный уровень скорости и опорный уровень для нулевой скорости.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам визуализации. Система, формирующая цветовые изображения скорости потока и движения, содержит ультразвуковой зонд, имеющий массив преобразователей для передачи ультразвуковой энергии и приема ультразвуковых эхо-сигналов от местоположения, содержащего движущуюся ткань или текучую среду, допплеровский процессор, для выработки измерений скорости перемещения ткани или скорости кровотока, процессор количественной оценки движения, преобразующий измерения скорости во множество различных цветов для цветового допплеровского изображения, графический процессор, вырабатывающий цветовой индикатор для отображения вместе с цветовым допплеровским изображением, причем цветовой индикатор имеет конечный уровень скорости и опорный уровень для нулевой скорости.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным способам определения координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) морской шумящей цели (далее КПДЦ) по информации шумопеленгаторных станций (далее ШПС), установленных на подвижных носителях (подводных лодках, надводных кораблях, подводных аппаратах) либо стационарно.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным способам определения координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) морской шумящей цели (далее КПДЦ) по информации шумопеленгаторных станций (далее ШПС), установленных на подвижных носителях (подводных лодках, надводных кораблях, подводных аппаратах) либо стационарно.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным способам определения координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) морской шумящей цели (далее КПДЦ) по информации шумопеленгаторных станций (далее ШПС), установленных на подвижных носителях (подводных лодках, надводных кораблях, подводных аппаратах) либо стационарно.

Изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам. Техническим результатом является оптимизация ультразвукового изображения для отображения на удаленных рабочих станциях, терминалах и экранах отображения.

Изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам. Техническим результатом является оптимизация ультразвукового изображения для отображения на удаленных рабочих станциях, терминалах и экранах отображения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения координат затонувших объектов (летательных аппаратов, кораблей и т.п.). Достигаемый технический результат - снижение временных и материальных затрат на поиск затонувшего объекта и повышение точности определения его координат.

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в акустических излучающих трактах для возбуждения ультразвуковых излучателей.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам измерения с использованием сдвиговой волны. Ультразвуковая система для измерения свойства исследуемой области у субъекта с использованием сдвиговой волны содержит ультразвуковой зонд, выполненный с возможностью последовательно передавать, в каждое из множества фокусных пятен в исследуемой области, толкающий импульс для генерации сдвиговой волны, причем каждое из множества фокусных пятен имеет взаимно отличающееся значение глубины, и принимать ультразвуковые эхо-сигналы смежно с каждым из множества фокусных пятен, детектор сдвиговых волн, который указывает свойство, которое генерируемая сдвиговая волна имеет в фокусном пятне, и средство оценки свойства, выполненное с возможностью оценивать второй параметр, который указывает на свойство исследуемой области, в качестве функции извлекаемых первых параметров во множестве фокусных пятен.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при построении систем, предназначенных для обнаружения целей гидролокационным методом в морской среде и измерения их параметров.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к медицинcким ультразвуковым системам. Система мультилинейной визуализации с ультразвуковым зондом-преобразователем содержит матрицу преобразовательных элементов, выполненную в виде множества смежных пэтчей преобразовательных элементов, формирователь микропучка, связанный с преобразовательными элементами матрицы, содержащий множество управляемых линий задержки, связанных с элементами матрицы для создания задержанных эхо-сигналов, множество управляемых переключателей, выполненных с возможностью направления задержанных эхо-сигналов на суммирующий узел заданного пэтча или суммирующий узел пэтча, смежного с заданным пэтчем, и выход формирователя микропучка от каждого суммирующего узла, и формирователь пучка системы, имеющий множество каналов, причем каждый канал выполнен с возможностью приема частичного сигнала суммарного пучка с выхода формирователя микропучка. При этом матрица преобразовательных элементов выполнена с возможностью передачи пучка, центрированного на заданном пэтче, первое множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на первой стороне от центра пучка, на суммирующий узел заданного пэтча, второе множество управляемых переключателей выполнено с возможностью направления сигналов от элементов, находящихся на второй стороне от центра пучка, на суммирующий узел смежного пэтча, и формирователь пучка системы выполнен с возможностью обработки сигналов суммарных пучков, принятых от пэтчей, для формирования мультилинейных сигналов. Использование изобретения позволяет повысить плотность линий сканирования. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх