TW577986B - Generation method and apparatus of dynamic delay curve for ultrasonic image formation system - Google Patents

Description

577986 6005twf.doc/006 A7 _ B7 五、發明說明（|i ) 本發明是有關於一種動態延遲曲線產生方法及裝置， 特別是有關於一種超音波成像系統之動態延遲曲線產生方 法及裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一般，超音波成像系統（例如··醫療檢查用之超音波掃 瞄儀）具有一轉換器陣列（Transducer Array)，其由複數 個轉換器元件（Transducer Elements)以直線型或弧型排 列方式所組合而成。在使用超音波掃晦儀實施目標物之掃 描時’由於波束自某一^目標點反射至每一^轉換器元件亘不 同之距離，所以每一轉換器元件會以不同時間接收到來自 目標點之反射回應信號（Echo Signal)。因此，每一轉換 器元件所接收到之回應信號必需給予適當之延遲，如此才 能使複數個轉換器元件在不同時間所接收到之所有回應信 號同時相加，以產生一單一回應信號。此單一回應信號代 表波束自目標點反射之所有超音波能量。 每一轉換器元件可以定義成爲一個通道（Channel)，例 如：轉換器陣列具Μ個轉換器元件，則通道亦有μ個。通 常，對應於用來接收反射波束之每一轉換器元件之動態延 遲曲線可以下列式子來表示： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 V v2r0 其中，At:延遲加權參數，其用來控制一轉換器元件 所 接收到之回應信號之延遲； X:每一轉換器元件之位置； 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 577986 A7 B7 6005twf.doc/006 五、發明說明（之） Θ:波束操縱角（Beam Steering Angle) ’其定義 爲 波束反射點至轉換器陣列中心點之連線與轉 換器陣列之中垂線間之夾角； V:波束速度；以及 R〇:波束反射點至轉換器陣列中心點之距離。 參考第1圖，其係顯示出對應於超音波成像系統中之 一轉換器元件（通道）之動態延遲曲線圖。如第1圖所示’ 由於波束操縱角Θ爲固定，所以依據上述動態延遲曲線式 子，此轉換器元件（對應某一位置X)之延遲參數只隨著 距離R變化，其中距離R可以延遲週期數N來表示。 第2圖係顯示出备統超音波成像系統中波束成形器 (Beamformer)之部分電路，其包括對應於一轉換器或通道 1(CH#1)之一延遲產生器20、一記憶體24、一內插電路26， 並包括一加法器28與一參數解碼器22。如第2圖所示， 延遲產生器20會依據參數解碼器22所輸出之參數，產生 一粗調延遲控制信號23與一細調延遲控制信號25分別至 記憶體24與內插電路26，其用以控制上述轉換器元件所 接收之回應信號之延遲。換言之，粗調延遲控制信號23 與細調延遲控制信號25乃是由延遲產生器20內部所計算 出之數位動態延遲加權參數K(如第1圖所示）來決定。 第3圖係顯示出傳統超音波成像系統之動態延遲曲線 產生方法之流程圖。此昔知動態延遲曲線產生方法是由第 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !! ♦裝--------矿_!「——參 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 6〇〇5twf.doc/006 A7 _ B7 五、發明說明（>) 2圖中之延^產生器20來實施，藉以產生對應於某一轉換 器元件之數位延遲加權參數K，來控制上述轉換器元件所 接收之回應信號之延遲。如第3圖所示，首先，在步驟S30 中，定義Α=Ν〇+1-φ;>ί=1;ΔΝ=1，其中卜，TR:取樣週 期，Δ%:細解析度周期。在步驟S32中，判斷是否AS0。 如果AS0成立，則到步驟S34中，執行A=A+j -φ;ΔΝ=ΔΝ+1， 再執行步驟S32。如果Α幼成立，則到步驟S36中，執行 Α=Α+Ν0+ΔΝ; j=j+l，再執行步驟34。同時，在AS0成立時， 至步驟S35中，執行K=K+1之運算，此目前所獲得之延遲 加權參數Κ是用以控制上述轉換器元件所接收到之一對應 回應信號之延遲。如此，依據上述傳統超音波成像系統之 動態延遲曲線產生方法，即可獲得對應此轉換器元件之動 態延遲曲線。 單純就用以實施上述傳統動態延遲曲線產生方法之硬 體（亦即第2圖中之延遲產生器20)來看，如果每40MHz要 有一個運算結果輸出，則系統須要提供一 120MHz之時脈 信號。亦即，在傳統波束成形器之設計中，需要兩組時脈 信號（40MHz與120MHz)，一組（40MHz)做爲一般信號取樣 之用，另一組（120MHz)則是用來做爲延遲產生器20產生 動態延遲曲線之用。由於，在一系統中使用兩組不同時脈， 除了會增加系統複雜度外，並且易造成系統之不穩定。 有鑑於此，本發明的主要目在於提供一種超音波成像 系統之動態延遲曲線產生方法。上述超音波成像系統具有 一轉換器陣列，其由複數個轉換器元件所組成。每一轉換 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------_-裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr- - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 ^〇〇5twf.doc/006 A7 --- B7 五、發明說明（+) 器元件對應一位置X，並定義Θ爲一波束反射點至該轉換器 陣列中心點之連線與該轉換器陣列之中垂線間之夾角，TR 爲取樣周期，At〇爲細解析度周期，V爲波速速度。上述 超音波成像系統亦具有一參數解碼器。對應於每一轉換器 元件之動態延遲曲線產生方法至少包括下列步驟：（1)自 上述參數解碼器接收三個初始値K〇、化及^，其中K〇爲初 始延遲加權參數，No爲初始延遲週期數，(2) 定義八=化+(|)1、：6=1+仏、0=(1)1、0=04=0、1(=1(();(3)執行如：6+1、 D=B+E、E=C+2;(4)判斷是否Α^Ο，如果A <0不成立，則 執行步驟（5)，反之，則執行步驟（6);(5)執行A=A+C，再 執行步驟（3);以及（6)執行A=A+D、C=C+1，同時並執行 K=K+1，上述延遲加權參數K是用以控制每一轉換器元件 所接收到之回應信號以延遲，然後再執行步驟（3)。 本發明之另一目的在提供一種超音波成像系統之動態 延遲曲線產生裝置。上述超音波成像系統具有一轉換器陣 列，其由複數個轉換器元件所組成。每一轉換器元件對應 一位置X，並定義Θ爲一波束反射點至上述轉換器陣列中心 點之連線與上述轉換器陣列之中垂線間之夾角，TR爲取樣 周期，AtQ爲細解析度周期，v爲波速速度。同時，上述 超音波成像系統亦具有一參數解碼器，其用以提供三個初 始參數KQ、^及^，其中KQ爲初始延遲加權參數，N〇爲初 始延遲週期數，。本發明之動態延遲曲線產 ^/V0K 7^Δ’0 生裝置包括第一加法器至少包括二個輸入端，第一輸入端 6 I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公« ) _ ^91 ^--------fr—：------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 577986 6 ο ο 5 twf . doc / 0 0 6 Α7 ---------Β7______ 五、發明說明（夕） 接收參數1，第二輸入端接收參數Β，第一加法器執行加 法蓮算，並由輸出端輸出運算値。第一鎖存電路鎖存第〜 加法器所輸出的運算値，並將鎖存第一加法器所輸出的蓮 算値作爲參數Β輸出。第二加法器至少包括二個輸入端， 第一輸入端接收參數Ε，第二輸入端接收參數Β，第二加 法器執行加法運算，並由輸出端輸出的運算値。第二鎖存 電路鎖存第二加法器所輸出的運算値，並將鎖存第二加法 器所輸出的運算値作爲參數D輸出。第三加法器至少包括 一個輸入端，第一輸入端接收參數C，第二輸入端接收參 數2，第三加法器執行加法運算，並由輸出端輸出運算値。 第二鎖存電路鎖存第三加法器所輸出的運算値，並將鎖存 第三加法器所輸出的運算値作爲參數Ε輸出。第四加法器 至少包括二個輸入端，第一輸入端接收參數C，第二輸入 端接收參數1，第四加法器執行加法運算，並由輸出端輸 出運算値。第四鎖存電路鎖存第四加法器所輸出的運算 値，並將鎖存第四加法器所輸出的運算値作爲參數C輸出。 第五加法器至少包括二個輸入端，第一輸入端接收參數D， 第二輸入端接收參數A，第五加法器執行加法運算，並由 輸出端輸出運算値。第六加法器至少包括二個輸入端，第 一輸入端接收參數A，第二輸入端接收參數c，第六加法 器執行加法運算，並由輸出端輸出運算値。多工器至少包 括三個輸入端，第一輸入端接收第五加法器所輸出的運算 値，第二輸入端接收第六加法器所輸出的運算値，第三輸 入端接收選擇信號，輸出端輸出一個多工信號。第五鎖存 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} .裝 ----訂---...------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 6〇〇5twf.doc/006 A7 _ B7 五、發明說明（6) 電路鎖存多工器所輸出的多工信號，並將鎖存多工信號作 爲參數A輸出。以及，比較器接收並比較第五鎖存電路所 輸出的參數A，並輸出選擇信號至多工器。 其中，由參數解碼器所輸出的三個初始參數Kq、Nq及 Φ!，用以執行 ΑΑο+ί^、B=l+N0、、D=0、Ε=0、Κ=κ0 之 運算。 在應用本發明之系統中，只需提供一單一時脈信號 40MHz。因此，依據本發明之之動態延遲曲線產生方法及 裝置，可降低超音波成像系統之複雜度，並可提升其穩定 度。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖係顯示出對應於超音波成像系統中一轉換器元 件之動態延遲曲線圖； 第2圖係顯示出傳統超音波成像系統中波束形成器之 部分電路方塊圖； 第3圖係顯示出傳統超音波成像系統之動態延遲曲線 產生方法之流程圖； 第4圖係顯示出依據本發明之一種超音波成像系統之 動態延遲曲線產生方法之流程圖；以及 第5圖係顯示出依據本發明之一種用以產生動態延遲 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t· T-, ϋ ϋ ϋ I· ·ϋ I n ϋ I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 Ο Ο 5 t wf . doc / 0 0 6 A7 ______B7__五、發明說明（7 ) 曲線之延遲產生器。 符號說明： 50 ;第一加法器（First Adder) 52 :第一鎖存電路（First Latch Circuit) 54:第二加法器（Secondary Adder) 56:第二鎖存電路（Secondary Latch Circuit) 58··第三加法器（Third Adder) 60 ··第三鎖存電路（Third Latch Circuit) 62 :第四加法器（Fourth Adder) 64 ··第四鎖存電路（Fourth Latch Circuit) 66 :第五加法器（Fifth Adder) 68 ··第六加法器（Sixth Adder) 70··多工器（Multiplexer) 72 ··第五鎖存電路（Fifth Latch Circuit) 74··比較器（Comparator)實施例 參考第4圖，其係顯示出依據本發明之一種超音波成 像系統之動態延遲曲線產生方法之流程圖。上述超音波成 像系統具有一轉換器陣列，其由複數個轉換器元件所組 成，每一轉換器元件對應一位置X。同時並定義Θ爲一波束 反射點至該轉換器陣列中心點之連線與該轉換器陣列之中 垂線間之夾角，TR爲取樣周期，AtQ爲細解析度周期，V 爲波速速度。再者，上述超音波成像系統亦具有一參數解. 碼器，其用來提供三個初始値Kq、^及私，其中KQ爲初始 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）"— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 ϋ I i-i 1 MB Vjm MUM mm _ p 577986 6005twf.d〇c/006 A7 B7 五、發明說明（y) 延遲加權參數，N〇爲初始延遲週期數，。 1Rai〇 如第4圖所示，對應於每一轉換器元件之動態延遲曲 線產生方法包括下列步驟：首先，在步驟S40中，定義 Α^Νο+φ!、B=l+N〇、、D=0、E=0、K=K〇。在步驟 S42 中’ 執行B=B+1、D=B+E、E=C+2之運算。在步驟S44中，判斷 是否AS0。如果A S0不成立，則至步驟S46，執行A=A+C 之運算，再執行上述步驟S42。如果A幼成立，則至步驟 S48，執行A=A+D、C=C+1之運算，然後再執行步驟S42。 同時’在A <0成立時，到步驟S50中，執行K=K+1之運 算，此目前所獲得之延遲加權參數Κ是用以延遲每一轉換 器元件所接收到之一對應回應信號。 參考第5圖，其係顯示出依據本發明之一種用以在超 音波成像系統中產生動態延遲曲線之延遲產生器。上述超 音波成像系統具有一轉換器陣列，其由複數個轉換器元件 所組成，每一轉換器元件對應一位置X。同時並定義Θ爲一 波束反射點至該轉換器陣列中心點之連線與該轉換器陣列 之中垂線間之夾角，TR爲取樣周期，AtQ爲細解析度周期， V爲波速速度。再者，上述超音波成像系統亦具有一參數 解碼器（未顯示於圖中），其用來提供三個初始値KQ、N0及 Φ!，其中KQ爲初始延遲加權參數，Nq爲初始延遲週期數， .,X2cos2 Θ Φ]=Ζ 一 Ν:νΆ 〇 如第5圖所示’第一加法器5〇的第一輸入端接收參數 1，第二輸入端接收參數Β，第一加法器5〇執行Β=：Β+1的 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公复 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裏i丨丨！ 丨訂i丨^------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 6005twf.doc/〇〇6 A7

五、發明說明（?） 加法運算，並由輸出端輸出運算的數値B。第一鎖存電路 52鎖存第一加法器所輸出的運算數値b，並將鎖存的蓮算 數値B作爲參數b輸出。 弟一^加法益54的弟一^輸入贿接收參數e，第二輸入端 接收參數B，第二加法器54執行D=B+E的加法運算，並由 輸出端輸出運算數値D。第二鎖存電路56鎖存第二加法器 54所輸出的運算數値D，並將鎖存的運算數値D作爲參數 D輸出。 弟二加法器58的第一輸入端接收參數c，第二輸入端 接收參數2，第三加法器58執行E=C+2的加法運算，並由 輸出端輸出運算數値E。第三鎖存電路60鎖存第三加法器 58所輸出的運算數値e，並將鎖存的運算數値£作爲參數 E輸出。 第四加法器62的第一輸入端接收參數c，第二輸入端 接收參數1，第四加法器62執行C=C+1的加法運算，並由 輸出端輸出運算數値C。第四鎖存電路64鎖存第四加法器 62所輸出的運算數値c，並將鎖存的運算數値c作爲參數 C輸出。 …

第五加法器66的第一輸入端接收參數d，第二輸入端 接收參數A，第五加法器66執行A=A+D的加法運算，並由 輸出端輸出運算數値A。第六加法器68的第〜^入端接收 參數A，第二輸入端接收參數C，第六加法器6δ執行A=A+C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

eMH am MB I ΑΒ Μ·· SB e IBM MB 2m· I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6〇05twf . doc/006 五、發明說明（（O) 的加法運算，並由輸出端輸出運算數値A。 多工器70的第一輸入端接收第五加法器66所輸出的 運算數値A，第二輸入端接收第六加法器68所輸出的運算 數値A，第三輸入端接收一個選擇信號，輸出端輸出一個 多工信號。第五鎖存電路72鎖存多工器70所輸出的多工 信號，並將鎖存的多工信號作爲參數A輸出。比較器74 接收並比較第五鎖存電路72所輸出的參數A，並輸出選擇 信號至多工器70。 其中，由參數解碼器（未繪示）所輸出的三個初始參數 K〇、N〇 及(^，用以執行 A=N〇+(h、B=l+N〇、、D=0、E=0、 K=KQ之運算。 與昔知技術相比，由於在本發明之動態延遲曲線產生 方法及裝置中，每一次相加運算都只有兩個數相加，所以 在本發明中每40MHz可獲得一個運算結果輸出。亦即，在 應用本發明之系統中，只需提供一單一時脈信號40MHz。 因此，依據本發明之動態延遲曲線產生方法及裝置，可降 低超音波成像系統之複雜度，並可提升其穩定度。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上’然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------裝--------訂---：------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 577986 A8 B8 C8 D8 6005twf.doc/006 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 1. 一種超音波成像系統之動態延遲曲線產生方法，該 超音波成像系統具有一轉換器陣列，該轉換器陣列是由複 數個轉換器元件所組成，每一轉換器元件對應一位置X， 並定義Θ爲一波束反射點至該轉換器陣列中心點之連線與 該轉換器陣列之中垂線間之夾角，TR爲取樣周期，At。爲 細解析度周期，V爲波速速度，該超音波成像系統具有一 參數解碼器，對應於每一轉換器元件之動態延遲曲線產生 方法至少包括下列步驟： (1) 自該參數解碼器接收三個初始値KQ、^及私，其中 K〇爲初始延遲加權參數，NQ爲初始延遲週期數， X1 cos2 Θ · Φι = N0V2TRAt0 9 (2) 定義 AsNo+cIm、B=l+N〇、、D=0、E=0、K=K0; (3) 執行 B=B+1、D=B+E、E=C+2; (4) 判斷是否ASO，如果A SO不成立，則執行步驟（5)， 反之，則執行步驟（6); (5) 執行A=A+C，再執行步驟（3);以及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (6) 執行A=A+D、C=C+1，同時並執行K=K+1，該延遲加 權參數Κ是用以控制每一轉換器元件所接收到之回應信號 之延遲，然後再執行步驟（3)。 2. 如申請專利第1項所述之超音波成像系統之動態延 遲曲線產生方法，其中複數個轉換器是以直線型方式來排 列。 3·如申請專利第1項所述之超音波成像系統之動態延 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 其中複數個轉換器是以弧型方式來排 577986 6005twf.d〇c/〇〇6 六、申請專利範圍 遲曲線產生方法 列。 刀#4· 一種超音波成像系統之動態延遲曲線產生裝置，該 超音波成像系統具有一轉換器陣列，該轉換器陣列是由複 數^換器兀件所組成，每—轉換器元件類—位置χ， 並疋義Θ爲一波束反射點至該轉換器陣列中心點之連線與 曰亥轉換器陣列之中垂線間之夾角，Α爲取樣周期，爲 細解析度周期，V爲波速速度，該超音波成像系統具有一 參數解碼器，其用以提供三_始_ kg UcK，其中 K〇爲气始延遲加權參數，N。爲初始延遲週期 Λ _Ί Λ： COS2 Θ 斗 7… '’該延遲產生器至少包括： 一 1一加法器，至少包括二個輸入端，一第一輸入端 接收:參數1，一第二輸入端接收一參數Β，該第一加法 器執行加法運算，並由一輸出端輸出一運算値； 一第一鎖存電路’鎖存該第一加法器所輸出之該運算 値’並將鎖存該第一加法器所輸出之該運算値結果作爲該 參數Β輸出； 一第一加法器，至少包括二個輸入端，該第一輸入端 接收一參數Ε，該第二輸入端接收該參數β，該第二加法 器執行加法運算’並由該輸出端輸出之該運算値； 一第二鎖存電路’鎖存該第二加法器所輸出之該運算 値’並將鎖存該第二加法器所輸出之該運算値作爲一參數 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 ^ΤΠ〇χ 297公爱 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裳—-----訂---------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 8 888 ABCD 6005twf.doc/〇〇6 六、申請專利範圍 D輸出； 桌二加法器，至少包括二個輸入端，該第一輸入端 接收:參數C ’該第二輸入端接收一參數2，該第三加法 器執行加法蓮算，並由該輸出端輸出該運算値； 一第三鎖存電路’鎖存該第三加法器所輸出之該運算 値’並將鎖存該第三加法器所輸出之該運算値作爲該參數 E輸出； 一第四加法器，至少包括二個輸入端，該第一輸入端 接收該參數C ’該第二輸入端接收該參數1，該第四加法 器執行加法運算，並由該輸出端輸出該運算値； 一第四鎖存電路’鎖存該第四加法器所輸出之該運算 値’並將鎖存該第四加法器所輸出之該運算値作爲該參數 C輸出； 一第五加法器，至少包括二個輸入端，該第一輸入端 接收該參數D，該第二輸入端接收一參數a，該第五加法 器執行加法運算’並由該輸出端輸出該運算値； 一第六加法器，至少包括二個輸入端，該第一輸入端 接收該參數A，該第二輸入端接收該參數C，該第六加法 器執行加法運算’並由該輸出端輸出該運算値； 一多工器，至少包括三個輸入端，該第一輸入端接收 該第五加法器所輸出之該運算値，該第二輸入端接收該第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -----------AW- ^--------訂—^------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 577986 A8 B8 6 0 0 5twf.doc/ 0 06_g_ 六、申請專利範圍 六加法器所輸出之該運算値，一第三輸入端接收一選擇信 號，該輸出端輸出一多工信號； 一第五鎖存電路，鎖存該多工器所輸出之該多工信號， 並將鎖存該多工信號作爲該參數A輸出；以及 一比較器，接收並比較該第五鎖存電路所輸出之該參 數A，並輸出該選擇信號至該多工器； 其中，由該參數解碼器所輸出的三個初始參數KQ、Nq 及^，用以執行 Α^ο+φ!、B=1+Nq、、D=0、E=0、K=K〇 之運算。 5. 如申請專利第4項所述之超音波成像系統之動態延 遲曲線產生裝置，其中複數個轉換器是以直線型方式來排 列。 6. 如申請專利第4項所述之超音波成像系統之動態延 遲曲線產生裝置，其中複數個轉換器是以弧型方式來排 列。 -----------裝--------訂、--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）