專利名稱：使用單晶換能器的超聲多波束發(fā)射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波診斷成像，特別是能夠發(fā)射多個(gè)同時(shí)波束的超聲成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲診斷成像系統(tǒng)通常被優(yōu)選用于器官(例如心臟)的醫(yī)學(xué)診斷，因?yàn)樗鼈兡軌蛲瓿蓪?shí)時(shí)成像。例如，這一實(shí)時(shí)能力使超聲波能夠捕捉到跳動(dòng)的心臟及其瓣膜的運(yùn)動(dòng)。采用超聲波也可實(shí)時(shí)觀察血液的流動(dòng)。為了捕捉快速運(yùn)動(dòng)器官(例如兒童心臟)的運(yùn)動(dòng)，具有能夠?qū)\(yùn)動(dòng)進(jìn)行平穩(wěn)成像的高幀頻是理想的。但是，阻礙高幀頻的一個(gè)限制是所發(fā)射的超聲波行進(jìn)至體內(nèi)的要求深度且合成回波返回到換能器所要求的時(shí)間。由于這樣的發(fā)射一接收環(huán)在掃描每個(gè)用于產(chǎn)生圖像的行時(shí)都是必須的，因此一個(gè)圖像幀所要求的行數(shù)量以及收集每行回波所需的時(shí)間(通常是期望圖像深度的函數(shù))可能對(duì)顯示幀頻強(qiáng)加限制。多種發(fā)射和接收技術(shù)都已被改進(jìn)，試圖克服這個(gè)限制。在接收側(cè)，來(lái)自單個(gè)發(fā)射波束的多個(gè)行的接收將增加幀頻，但會(huì)引入與每個(gè)接收波束同發(fā)射波束中心之間的關(guān)系有關(guān)的人工跡象并表現(xiàn)出空間分辨率的丟失。通過(guò)在實(shí)際所接收的行之間內(nèi)插顯示行能夠人工產(chǎn)生顯示行。在發(fā)射側(cè)，已經(jīng)做出同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束的努力。同時(shí)波束發(fā)射帶來(lái)的一個(gè)困難是來(lái)自多個(gè)發(fā)射波束的回波將被換能器同時(shí)接收，并且必須在接收后被清楚地分段或被分離。處理多個(gè)波束間串音問(wèn)題的工作在B.B.Lee和E.S.Furgason的論文“Golay Codes For Simultaneous Multi-modeOperation In Phased Arrays”中被闡述，該論文發(fā)表在Proceedings ofthe 1982 Ultrasonics Symposium中第821頁(yè)及其后面的頁(yè)碼上以及美國(guó)專利5276654和6221022中。這些出版物為每個(gè)波束提出了不同的編碼方案或孔徑構(gòu)造，并建議在不同焦點(diǎn)區(qū)域發(fā)射同時(shí)波束。盡管這些方法改善了所述問(wèn)題，但來(lái)自每條波束的回波的分離程度仍然不能令人滿意。因此，需要對(duì)這些方法增加或補(bǔ)充解決回波分離問(wèn)題的其它方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用寬帶寬換能器的不同頻帶來(lái)同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，寬帶寬換能器為單晶換能器。使用不同頻帶所發(fā)射的波束可以被編碼，使得不同的編碼在接收時(shí)能夠被區(qū)分開(kāi)。不同頻帶的使用可導(dǎo)致編碼方案更接近正交，并因此根據(jù)頻率劃分能夠更充分地區(qū)分來(lái)自多個(gè)波束的不同回波。通過(guò)同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束，只需要更少的發(fā)射接收環(huán)來(lái)掃描一個(gè)給定體積或區(qū)域，并且能夠提高顯示的幀頻。


圖中圖1展示說(shuō)明了傳統(tǒng)換能器的不同頻帶。
圖2展示說(shuō)明通過(guò)傳統(tǒng)換能器獲得不同頻帶的另一種方法。
圖3展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明原理所構(gòu)造的換能器的不同頻帶。
圖4以框圖形式展示說(shuō)明根據(jù)本分明原理所構(gòu)造的超聲成像系統(tǒng)。
圖5更詳細(xì)地展示說(shuō)明了圖4中的濾波器。
圖6展示說(shuō)明使用匹配濾波器對(duì)編碼回波信號(hào)的接收。
圖7a和7b展示說(shuō)明匹配濾波器系統(tǒng)的帶寬和相位特征。
圖8a和8b展示說(shuō)明失配濾波器系統(tǒng)的帶寬和相位特征。
圖9展示說(shuō)明編碼回波的接收和編碼回波的后續(xù)壓縮。
圖10a-10c展示說(shuō)明在多脈沖系統(tǒng)中使用不同G0lay碼所實(shí)現(xiàn)的好處。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1，傳統(tǒng)PZT壓電超聲換能器的通頻帶60被示出。這一示例中，通頻帶被示為從2MHz延伸到5MHz。一臺(tái)例如這類(lèi)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的換能器要同時(shí)發(fā)射兩條波束時(shí)，需要針對(duì)不同波束使用不同的頻帶來(lái)對(duì)它們進(jìn)行頻率編碼，由此可通過(guò)合成回波的不同接收頻率將它們區(qū)分開(kāi)。但是，同樣需要每個(gè)波束的發(fā)射帶寬要足夠?qū)?，以便合成的接收波束表現(xiàn)出良好的軸向分辨率。因此，為兩個(gè)不同的波束使用了兩個(gè)不同的通頻帶62和64。盡管每個(gè)通頻帶都具有理想寬度來(lái)提供良好的軸向分辨率，但仍可看到每個(gè)通頻帶的頻帶A和B都相當(dāng)程度地彼此重疊。通頻帶的這種重疊可導(dǎo)致所接收的回波表現(xiàn)出一定的串音，其中從一個(gè)發(fā)射方向上的一條波束所接收的回波將包括在其它方向上同時(shí)發(fā)射的其它發(fā)射波束的分量。
改善串音問(wèn)題的一種方法是使用圖2所示的通頻帶66和68，其中可以看到頻帶A和B僅僅在換能器通頻帶60的中心處輕微重疊。盡管這降低了串音問(wèn)題，但其結(jié)果導(dǎo)致每個(gè)發(fā)射波束的頻帶變窄。這不合需要地降低了所接收的回波信號(hào)的軸向分辨率。
圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的解決上述兩個(gè)問(wèn)題的方法。這就是使用一臺(tái)具有寬通頻帶70的換能器。這一示例中，通頻帶70被示為從1.5MHz延伸到6.5MHz。這一寬通頻帶70可被分離的發(fā)射波束通頻帶72和74使用，72和74都以良好的軸向分辨率表現(xiàn)出相對(duì)寬的帶寬。兩個(gè)頻帶A和B的中心重疊區(qū)域相對(duì)較小。
對(duì)于多個(gè)波束寬通頻帶換能器將要使用的一種優(yōu)選換能器是由單晶制造工藝生產(chǎn)的。單晶換能器例如為那些包括PMN-PT和/或PZN-PT的換能器。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“單晶”用來(lái)表示其中晶體包括非常少的晶粒(全部排列在相同方向上)的定向多晶體以及其中晶體僅包括單個(gè)晶粒物質(zhì)的單晶粒晶體。為了制造這些元件，化學(xué)級(jí)PbO、MgO、ZnO、Nb205以及TiO2被用來(lái)形成PMN-PT和PZN-PT組合物。一旦形成這些組合物，則 PMN-PT和PZN-PT單晶可以使用Bridgman和通量技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)，并通過(guò)Laue背面反射方法被定向。之后，采用一種維間(inter-dimensional(ID))切片機(jī)以平行于(001)、(011)和(111)平面的方向?qū)⒕w切割約1mm厚的片。
從表I能夠認(rèn)識(shí)到多個(gè)不同厚度/寬度切割方向可被有利地應(yīng)用于制造寬帶換能器?；趶木哂?amp;lt;001>和<011>厚度方向的單晶片所獲得的尤其理想的特征，這些晶片代表可被用來(lái)構(gòu)造換能器的晶體的優(yōu)選方向。一旦被切片，晶片將被研磨和拋光。金涂層可被涂覆到晶片的兩個(gè)表面，以形成電極。隨后，單晶片將在劃片機(jī)上被切割成具有不同寬度方向截面的薄片。然后，這些片可在室溫下被極化并被測(cè)量。
完成換能器材料制造之后，可估算不同單晶分片的機(jī)電性能。表I列出了不同切片的壓電和介電性能。如表中所示，根據(jù)上述說(shuō)明所構(gòu)造的切片可獲得非常有效的耦合常數(shù)(k33′-84％到90％)。
表I

對(duì)于一維(1D)換能器應(yīng)用，單晶元件可被切割為一維或準(zhǔn)一維切片形狀，其中長(zhǎng)度>高度>寬度。厚度方向和寬度方向都影響切片的機(jī)電性能。如表I中所展示說(shuō)明的，有效耦合常數(shù)(切片的k33′)取代了縱向耦合常數(shù)(條帶的k33)，這是由于切片長(zhǎng)度方向的鉗位效應(yīng)。通過(guò)有效選擇厚度和寬度方向，能夠?yàn)榍衅瑯悠帆@得非常高的k33’(從0.70到0.90)，它非常接近條帶樣品的k33值。
利用可由此類(lèi)PMN-PT和PZN-PT單晶獲得的高耦合常數(shù)k33，結(jié)合附加改進(jìn)，例如多個(gè)匹配層、偏壓以及多層設(shè)計(jì)，單晶換能器可被設(shè)計(jì)為具有相當(dāng)寬的帶寬。特別地，通過(guò)使用單晶換能器得到的附加帶寬提供了一個(gè)總帶寬，所述總帶寬可被分成用于被多重發(fā)射的發(fā)射波束的不同通頻帶。正如具有本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，這一附加帶寬引發(fā)了多種應(yīng)用可能性，所述應(yīng)用可能性要么不能利用傳統(tǒng)換能器實(shí)現(xiàn)，要么由于這種換能器的限制幾乎不作為有用的。
在超聲換能器的生產(chǎn)中使用PMN-PT和PZN-PT單晶的一個(gè)缺點(diǎn)涉及與聲學(xué)匹配相關(guān)聯(lián)的難點(diǎn)。但是，通過(guò)使用匹配層可以克服聲學(xué)匹配的問(wèn)題。特別地，多個(gè)匹配層的使用可將來(lái)自換能器的聲能量高效地耦合到主體(body)當(dāng)中，因此大大提高了帶寬。
在這一點(diǎn)上，包括這些材質(zhì)的單晶元切片的超聲換能器還可包括多個(gè)匹配層。一種典型的單晶換能器可包括一個(gè)底座和一個(gè)聲透鏡。例如，放入單晶切片和聲透鏡之間的是3個(gè)匹配層。3個(gè)此類(lèi)匹配層結(jié)合單晶切片的使用在寬帶超聲換能器性能方面提供了極好的結(jié)果。
表II舉例說(shuō)明具有不同匹配層數(shù)的PMN-PT單晶換能器(<001>t/<010>w或<011>t/<110>w50-75度截面)的模擬帶寬數(shù)據(jù)。如表II所示，-6dB帶寬的約105％可通過(guò)使用3個(gè)匹配層被確定為可能。
表II

一種典型的寬帶相控陣換能器被構(gòu)造為具有80個(gè)有源元件，它們之間的元件間距為254μm。PMN-PT單晶(<001>t/<010>w或<011>t/<110>w50-75度截?cái)?的單一層被用作結(jié)合3個(gè)匹配層的壓電層，用以改善聲阻抗匹配。一種室溫硫化(RTV)聲透鏡被附加到匹配層前面，用以獲得聲焦點(diǎn)。通過(guò)串聯(lián)電感器和一根6英尺長(zhǎng)的電纜，換能器被結(jié)合到下述的超聲成像系統(tǒng)中。
具有<001>t/<010>w切片方向的PMN-31％PT被用來(lái)構(gòu)造換能器。切片的有效耦合常數(shù)(k33′)為0.88且鉗位介電常數(shù)K為1200。PMN-PT單晶片(<001>方向)和匹配層通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂被結(jié)合到一起并被切割成一維陣列。切片厚度對(duì)寬度的縱橫比(t/w)約為0.5。99％以上的元件在構(gòu)造換能器之后依然存在。試驗(yàn)中，中心頻率為2.7MHz，其具有-6dB頻帶邊緣，在低頻側(cè)(低轉(zhuǎn)角頻率)為1.15MHz且在高頻側(cè)(高轉(zhuǎn)角頻率)為4.1MHz。因此，換能器的總-6dB帶寬可由下式計(jì)算
%BW=100*(UpperCornerf-LowerCornerfCenterf)]]>％BW＝100*((4/1-1/15)/2.7)＝109％對(duì)這一換能器而言，-20dB帶寬為130％。上述數(shù)據(jù)說(shuō)明，在具有優(yōu)化電氣設(shè)計(jì)和聲設(shè)計(jì)的單晶換能器中可以獲得一個(gè)非常寬的帶寬(大于-6dB帶寬的100％)。從多個(gè)匹配層單晶換能器獲得的額外帶寬能夠提供一個(gè)寬范圍，用以分割為多個(gè)同時(shí)發(fā)射波束的通頻帶。單晶換能器制造方法的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明可參見(jiàn)美國(guó)專利6425869，其內(nèi)容在此作為參考結(jié)合進(jìn)來(lái)。
參考圖4，以框圖形式示出根據(jù)本發(fā)明原理操作多波束換能器探頭10的超聲系統(tǒng)。探頭10包括一個(gè)按上述說(shuō)明所制造的單晶陣列換能器12。探頭被操縱來(lái)同時(shí)發(fā)射兩個(gè)沿不同方向θ1和θ2的波束來(lái)詢問(wèn)目標(biāo)T1和T2。此處使用的術(shù)語(yǔ)“同時(shí)(simultaneous)”是指一條波束在來(lái)自先前或同時(shí)發(fā)射的波束的回波接收完成之前被發(fā)射。可使用不同編碼的發(fā)射脈沖發(fā)射這兩條波束，所述脈沖已利用諸如FM線性調(diào)頻脈沖編碼技術(shù)、Golay碼或Barker碼的編碼方案被編碼。發(fā)射波束在一臺(tái)發(fā)射波束生成器26的控制下被發(fā)送并且在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻被發(fā)送到陣列換能器12的元件上，該波束生成器26提供具有理想脈沖性質(zhì)的發(fā)射脈沖。系統(tǒng)操作員通過(guò)用戶接口42可選擇發(fā)射波束的某些特征。用戶選定的這些特征被輸入到發(fā)射波形生成器28。發(fā)射波形生成器28可計(jì)算并形成所需要的發(fā)射脈沖，或可從一個(gè)脈沖波形庫(kù)中選擇它們，或可向發(fā)射波束生成器發(fā)送控制參數(shù)，例如波束的頻帶和帶寬(BW)、波束所沿的方向角(θ)以及任何所用的脈沖編碼(Coding)，波束生成器26將使用這些參數(shù)來(lái)產(chǎn)生必要的脈沖波形。響應(yīng)于所發(fā)射的波束，回波沿著各個(gè)波束方向被同時(shí)接收。每個(gè)換能器元件的A/D換能器14將接收的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字采樣，并將其連接到多線波束形成器16的各個(gè)信道中。除了在不同波束方向上的多條線A和B之外，如果需要的話，每個(gè)發(fā)射波束都能聲穿透多條緊密隔開(kāi)的接收線。因此，例如具有4x多線(multiline)時(shí)，兩個(gè)波束的發(fā)射可從單一發(fā)射間隔得到8(2*4＝8)條多線，由此進(jìn)一步提高了幀頻。這一示例中，波束形成器16產(chǎn)生2個(gè)接收波束A’和B’。這些接收波束被匹配濾波器20濾波以便壓縮被編碼的回波，由此產(chǎn)生理想的接收波束A和B(以及每個(gè)波束對(duì)應(yīng)的多線，如果由波束形成器產(chǎn)生)。接收的波束在信號(hào)處理器30中經(jīng)受信號(hào)處理并在圖像處理器40中經(jīng)受圖像處理，用以產(chǎn)生在顯示器50上顯示的一維或二維圖像。
濾波器20的細(xì)節(jié)在圖5中被示出。如果發(fā)射的信號(hào)完全占據(jù)了換能器通頻帶內(nèi)和顯示信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的單獨(dú)頻帶，則來(lái)自未編碼發(fā)射脈沖的回波可通過(guò)帶通濾波簡(jiǎn)單地分離，此時(shí)濾波器20包括帶通濾波器A(22)和帶通濾波器B(24)。也就是說(shuō)由于回波處于完全分離的通頻帶A和B中，因此不需要編碼的發(fā)射脈沖。但在許多應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者將要求盡可能寬的帶寬來(lái)最大化軸向分辨率，并且不同波束的通頻帶將重疊。這種情況下，在頻率上同另一個(gè)發(fā)射波束相重疊的第一發(fā)射波束的信號(hào)分量將增加從第二發(fā)射波束形成的接收線中的串音。串音自身表現(xiàn)為接收線中的重影人工跡象或雜亂回波。這種情況下，其中單單帶通濾波不足以分離每個(gè)發(fā)射波束的頻率分量，優(yōu)選編碼的發(fā)射脈沖并且使用匹配濾波器22和24將波束形成器16的輸出信號(hào)分離出來(lái)。如圖5所示，單單帶通濾波將產(chǎn)生具有來(lái)自波束B(niǎo)的某種串音“b”的波束A，同樣將產(chǎn)生具有來(lái)自波束A的某種串音“a”的波束B(niǎo)。因而，接收的回波信號(hào)被匹配濾波器A(22)和匹配濾波器B(24)處理，用以從每個(gè)A和B信號(hào)移除大部分串音。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“匹配濾波器”指這樣一種濾波器對(duì)于一個(gè)給定信號(hào)X，其具有信號(hào)X時(shí)間反轉(zhuǎn)的脈沖響應(yīng)。圖6中示出了匹配濾波器92的一個(gè)示例。這一示例中，被編碼的接收信號(hào)具有由波形90所表示的時(shí)域波形。用于這一信號(hào)的匹配濾波器具有一種脈沖響應(yīng)，該脈沖響應(yīng)是這一信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)，如框92中的波形所示。當(dāng)波形90被具有這一特征的濾波器處理時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)壓縮的、未編碼的脈沖94。
圖7a和圖7b中示出了匹配濾波器系統(tǒng)的典型的幅值和相位特征。圖7a中的第一響應(yīng)特征80是一個(gè)編碼接收信號(hào)的幅值響應(yīng)特征。匹配濾波器將具有匹配幅值響應(yīng)82。因此，濾波器輸出信號(hào)將表現(xiàn)出幅值響應(yīng)特征84。由于濾波器是同信號(hào)相匹配的，因此所有的特征都具有一個(gè)從a延展至b的帶寬。
信號(hào)還將表現(xiàn)出圖7b中示出的相位響應(yīng)102。匹配濾波器將表現(xiàn)出互補(bǔ)相位響應(yīng)104。因此，匹配濾波器輸出信號(hào)將表現(xiàn)出線性相位響應(yīng)106。
某些情況下，可能需要通過(guò)將信噪比與改進(jìn)的帶寬進(jìn)行折中來(lái)增強(qiáng)濾波輸出信號(hào)的軸向分辨率。這種情況下，使用失配濾波器，如圖8a和8b的響應(yīng)特征所示出的。如圖8a所示，接收的信號(hào)再次具有幅值響應(yīng)特征80，其從頻率a延展至頻率b。失配濾波器將具有一種更寬的響應(yīng)特征86，其從頻率a’延展至頻率b’。因此，失配濾波器輸出信號(hào)的幅值響應(yīng)將延展在頻率a’和b’之間。如圖8b所示，被編碼的接收信號(hào)將表現(xiàn)出一個(gè)相位響應(yīng)102。失配濾波器將表現(xiàn)出一種緊密互補(bǔ)的相位響應(yīng)特征108。結(jié)果，濾波器輸出信號(hào)在失配濾波器帶寬內(nèi)將表現(xiàn)出一種基本上線性的相位響應(yīng)110。由于失配濾波器的擴(kuò)展帶寬，接收信號(hào)將具有一個(gè)更寬的帶寬，其提供改善的軸向分辨率但需付出降低信噪比的代價(jià)。如果需要，匹配和失配濾波器的通頻帶可以是時(shí)變的，用以跟隨在回波接收期間從更大深度接收的回波信號(hào)的下降的頻率。
一種提高回波主瓣對(duì)旁瓣比率的編碼方案是Barker碼。圖9展示說(shuō)明來(lái)自一個(gè)編碼發(fā)射脈沖(例如Barker編碼脈沖)的一個(gè)接收回波120。匹配濾波之后，壓縮的回波122將表現(xiàn)出主瓣對(duì)旁瓣的增強(qiáng)的比率，如箭頭124所指出的。但是，Barker編碼脈沖對(duì)濾波輸出信號(hào)122中126處所示的殘余距離旁瓣仍很敏感。如果這些人工跡象是個(gè)問(wèn)題，則可通過(guò)使用Golay碼發(fā)射脈沖減少這些人工跡象。Golay代碼被選擇為成對(duì)的互補(bǔ)偽隨機(jī)碼，它們表現(xiàn)出這樣的特性當(dāng)加入兩個(gè)相關(guān)代碼的自相關(guān)函數(shù)時(shí)，便取消距離旁瓣(MJE Golay，“ComplementarySeries”，IRE Trans.on Info.Theory，IT-7卷，第4期，82-87頁(yè)，1961年4月)。例如，圖10a展示說(shuō)明被第一Golay代碼#1編碼的第一發(fā)射脈沖130。編碼脈沖被發(fā)射，且一個(gè)回波被接收，所述回波在解碼后表現(xiàn)出一個(gè)主瓣132和一個(gè)旁瓣133。與第一脈沖形式相同的第二發(fā)射脈沖130被第二Golay代碼#2編碼并發(fā)射。濾波之后，接收的回波將表現(xiàn)出一個(gè)主瓣134和一個(gè)旁瓣135。由于互補(bǔ)編碼，距離旁瓣133和135互補(bǔ)，即二者組合時(shí)相互抵消，因此從上述兩個(gè)編碼發(fā)射中得到一個(gè)最終接收信號(hào)136。將這一最終接收信號(hào)看作擺脫了抵消的人工跡象的影響。但是，Golay代碼所表現(xiàn)的主瓣對(duì)旁瓣比率通常不如Barker代碼優(yōu)良，因此設(shè)計(jì)者需考慮所需的最理想的屬性來(lái)對(duì)編碼方案做出選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例中，可期望寬帶寬換能器所提供的頻率分離在同時(shí)接收的波束內(nèi)提供10-15dB的串音降低。對(duì)發(fā)射的脈沖使用編碼方案能夠提供另外10-12dB的串音降低。可期望沿空間分離的發(fā)射和接收波束方向的波束形成提供另外10-15dB的串音降低。因此，通過(guò)使用所有的三種串音降低技術(shù)，從一個(gè)波束到另一個(gè)波束的重影人工跡象可被降低高達(dá)30-42dB，同時(shí)在同時(shí)發(fā)射和接收的波束中仍提供良好的軸向分辨率。
可以理解，雖然同時(shí)發(fā)射的波束在二維成像中并不是優(yōu)選的，但三維成像應(yīng)用可以從同時(shí)發(fā)射的波束中獲益，因?yàn)榇祟?lèi)發(fā)射方案可降低體積采集時(shí)間并由此提高顯示體積的幀頻。
權(quán)利要求
1.一種超聲成像系統(tǒng)，其包括探頭，所述探頭包括具有換能器頻帶的單晶換能器陣列；發(fā)射波束形成器，所述發(fā)射波束形成器被耦合到換能器陣列的元件上，并被控制以使探頭在相同的發(fā)射間隔內(nèi)在不同的波束方向上發(fā)射兩個(gè)或更多的波束，其中每個(gè)波束占據(jù)所述換能器頻帶的一個(gè)基本上不同的帶寬；接收波束形成器，所述接收波束形成器被耦合用于在相同接收間隔內(nèi)響應(yīng)于所發(fā)射的波束來(lái)處理兩個(gè)或更多的接收波束，所述接收波束具有與所發(fā)射波束一致的操縱方向；被耦合到波束形成器的濾波器，所述濾波器起到對(duì)接收波束進(jìn)行濾波的作用；被耦合到濾波器的信號(hào)處理器；被耦合到信號(hào)處理器的圖像處理器；以及被耦合到圖像處理器的顯示器，所述顯示器顯示從接收波束分量形成的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中發(fā)射波束形成器還包括脈沖編碼器，它起到使探頭在不同波束方向上發(fā)射不同編碼的發(fā)射脈沖的作用。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲成像系統(tǒng)，其中脈沖編碼器包括線性調(diào)頻脈沖編碼器、Barker碼編碼器或者Golay碼編碼器之一。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中濾波器包括帶通濾波器，所述帶通濾波器具有對(duì)應(yīng)于不同帶寬的通頻帶。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中濾波器包括同發(fā)射波束的特征相匹配的兩個(gè)或更多的匹配濾波器。
6.如權(quán)利要求2所述的超聲成像系統(tǒng)，其中濾波器包括同編碼發(fā)射脈沖的特征相匹配的兩個(gè)或更多的匹配濾波器。
7.如權(quán)利要求5所述的超聲成像系統(tǒng)，其中匹配濾波器具有分別同預(yù)期接收信號(hào)的帶寬相匹配的通頻帶，并具有以下相位響應(yīng)特征，所述特征是預(yù)期接收信號(hào)相位特征的各自的互補(bǔ)。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中濾波器包括兩個(gè)或更多的失配濾波器，所述失配濾波器具有在考慮預(yù)期接收信號(hào)特征時(shí)所選擇的特征。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中波束的帶寬在頻率上基本不重疊。
10.如權(quán)利要求9所述的超聲成像系統(tǒng)，其中濾波器包括帶通濾波器。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中波束的帶寬在頻率上部分重疊。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲成像系統(tǒng)，其中發(fā)射波束形成器使用不同編碼的脈沖來(lái)發(fā)射所述波束，且其中濾波器包括同波束編碼相匹配的匹配濾波器。
13.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，其中波束形成器包括多線波束形成器。
14.如權(quán)利要求13所述的超聲成像系統(tǒng)，其中多線波束形成器起到以下作用產(chǎn)生與每個(gè)發(fā)射波束的操縱方向基本對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)或更多的波束。
全文摘要
一種超聲成像系統(tǒng)使用寬帶寬換能器來(lái)發(fā)射多個(gè)同時(shí)波束。這些波束占據(jù)換能器帶寬的不同頻帶，并且被操縱為在不同的波束方向上。被調(diào)諧到不同頻帶的帶通濾波器分離所接收的波束。如果所述不同頻帶相重疊，則可通過(guò)為發(fā)射波束使用編碼脈沖并使用匹配濾波器分離所接收的所述同時(shí)波束的回波信號(hào)來(lái)降低兩個(gè)波束之間的串音。一種單晶換能器被用作寬帶寬換能器。
文檔編號(hào)G10K11/34GK1875293SQ200480032434
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
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