[发明专利]超声系统双极性脉冲调制发射方法

说明书

技术领域  本发明涉及超声技术，尤其涉及超声成像系统中的信号处理，特别是涉及探 头发射的激励信号。

背景技术  现有超声系统的构成一般如图1所示。探头由阵元组成；每个阵元可以接受 电激励信号而发射声波，也可以接收声波并转换之为电信号。与该探头相连接的发射/接收 转换模块主要负责切换系统的发射状态与接收状态；在发射状态时，来自发射模块的激励 信号通过发射/接收转换模块送达探头阵元，激励该探头阵元发射出声波。探头发射孔径中 多个阵元的发射声波形成了发射波束。该发射波束进入人体组织内部后，在传播过程中有 一部分能量会被组织反射或散射回探头表面。所述发射过后，发射/接收转换模块进入接收 状态，探头接收孔径的多个阵元分别接收来自组织反射或散射的回波信息，并通过A/D(模 拟/数字)转换形成多个通道的数字信号进入波束合成模块，被合成为射频超声电信号后传 输给信号处理模块。所述信号处理模块根据系统预定的成像模式对所述射频超声电信号进 行成像处理后送往显示器显示。

在上述传统超声系统中，许多环节技术与探头的发射波形相关，故探头的发射波形对 系统成像有相当大的影响。

因为对信号有过滤作用，探头阵元可以被看作为一个带通滤波器，从而对于不同的组 织，一般使用具有不同滤波特性的探头阵元。例如，对于腹部这类对图象深度要求比较高 的，一般要使用基带频率较低的探头(例如2～5MHz)；对于颈动脉这类浅表组织一般使用频 率高的探头(例如6～12MHz)。因此对于激励信号而言，必需根据探头的特性以及系统成像 需要来设置合适的波形。可以知道，如果激励信号的频率特性与探头带通滤波特性一致的 话，就容易得到较高的发射效率，即发射出去的能量与使用的激励能量之间的比值较高。 这样，不仅在一定的发射能量下可以提高穿透力，还可以改善探头的发热情况。

对于降低发射波束的旁瓣，采取发射变迹是一种有效的措施。所述发射变迹就是通过 控制给予各发射阵元的激励信号，来使得阵元发射波形的幅度有一定的变化。例如，要使 发射孔径的发射声束有较低的旁瓣，可以使发射孔径中的所有阵元的发射波幅度呈一定的 窗形状(例如Hanning窗)，即发射孔径中间的阵元发射高幅度波形；从中间到边界，各阵 元发射波幅度逐渐降低，这样可以有效改善由于旁瓣造成的成像质量问题。

为了使激励信号具有与探头基本一致的带通特性，激励信号的波形要与高斯波相类似； 同时为了能够使每个阵元发射波形的幅度任意可调，比较简单的做法就是调节各个阵元的 激励信号的激励电压强度；因此为了使探头可以发射任意波形，需要超声发射系统可以任 意调节发射电压，或使用N(一自然数，越大越好)极电平来发射激励信号。但是，这种实现 方案成本非常高，一些系统不得已仅使用很少电压级数来设计发射前端，来尽量满足各种 发射波形的需求。

因此常规激励信号的波形如图3所示，T为激励信号长度，W为脉冲宽度，假设发射基 带频率为f0，那么一般有T＝1/f0；W＝T/2。

美国专利US 6,135,963公开了一种用占空比调制激励信号的方法来实现发射变迹的方 案。占空比就是正负脉冲在一个脉冲周期内的比例。如图2所示，假设发射孔径有8个阵 元，发射变迹需要实现的发射波形的幅度曲线类似高斯曲线，即在第四和第五阵元发射波 形幅度大，两边幅度小；该图左边一列为传统通过调制发射电压实现的激励信号实施例。 右边表示对应的使用调节占空比实现的激励信号，该列信号在图3的基础上，针对不同发 射阵元，采用不同的脉宽设置。

上述现有技术的不足之处在于：使用占空比调制的方法，只适用于实现对发射波形的 幅度控制；而实际上，对于各种不同的技术，需要模拟实现的各种发射波形不仅仅是如发 射变迹所要求的具有幅度变化这么简单。例如对于使用传播过程中生成的谐波成分进行成 像的谐波成像技术，就还对发射波形的谐波能量有一定要求，因为该谐波能量越大，对成 像效果的影响越大。

发明内容  本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种超声 系统脉冲调制发射方法，便于简单实现各种需要的发射波形，以及便于提高阵元发射效率。