超声波系统和成像超声波方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超声波系统，其包括超声波探头(2)和与超声波探头在物理上分离的、在操作系统(BS)下运行的数据处理单元(3)，该数据处理单元具有两个环形存储器(20、21)，即接收存储器(21)和发送存储器(20)。为了将超声波探头(2)与环形存储器(20、21)在数据技术上耦联，设有实时总线系统(Bus

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波系统和成像超声波方法


[0001]本专利技术涉及一种尤其是可用作医学技术系统的超声波系统以及一种成像超声波方法。

技术介绍

[0002]例如从US 2013/0079639 A1中已知一种用于借助超声波进行成像的系统和方法。已知的超声波系统包括多个电声转换器，所述电声转换器发送超声波信号以及接收所发送的超声波信号的回波。电声转换器布置在声头中。检测到的模拟信号被数字化，其中，进一步处理数字原始数据。为了转发数据提出一种总线系统。数字化数据可以被存储并且尤其是通过接收波束形成器存储，以便生成最终可显示的超声波图像。
[0003]在EP 2 614 775 A1中描述了一种另外的超声波系统，该超声波系统具有超声波探头、即声头和与超声波探头在空间上分离地的数据处理单元。在超声波探头和数据处理单元之间通过无线接口传送数据。
[0004]由US 2008/0 110 266 A1已知一种超声波系统，该超声波系统具有通过无线的或有线的接口耦联到计算机上的超声波探头。超声波探头具有前置放大器、A/D转换器以及缓冲存储器。为了聚焦所发出的声学信号，提出声学和合成方法。此外，提供接收到的超声波信号的合成聚焦。
[0005]在US 2008/0 294046 A1中描述的超声系统的情况下，声头通过电缆与电池运行的评估单元连接。
[0006]US 2008/0 110 266 A描述了一种具有由声转换器形成的阵列的超声波系统，所述声转换器构造为压电转换器并且通过前置放大器连接到模数转换器上。由模数转换器提供的数字信号在声头内已经部分地被进一步处理。在经由线缆或无线地与声头连接的主单元中进行进一步的数字信号处理。
[0007]在US 2014/0 058 266 A1中详细描述了一种成像的超声波系统的存储器架构。在这种情况下，要处理的数据通过数据网络传输。
[0008]EP 2 627 257 B1描述了一种具有凹陷弯曲的超声波转换器装置的超声波成像系统。在超声波转换器装置中存在多个发送开口，发送开口用未集中的超声波脉冲来检查散射体。与超声波转换器相关联的是控制系统，该控制系统尤其是实现在各种发送开口之间进行切换。
[0009]EP 3 117 774 B1公开了一种基于软件的超声波成像系统，在该超声波成像系统内使用具有直接存储器访问(DMA)的方案。在此，超声波成像系统的前端单元被提供用于以DMA方案传输信道数据。
[0010]由US 2008/0 151 765 A1已知一种用于在传输音频数据时避免抖动的环形缓冲器。环形缓冲器被设置成执行彼此独立的读和写过程。

技术实现思路

[0011]本专利技术的任务在于，与所述现有技术相比，尤其是在有效和安全的数据处理的方面，进一步开发借助超声波的成像。
[0012]根据本专利技术，所述任务通过具有权利要求1的特征的超声波系统来解决。所述任务同样通过根据权利要求10的成像超声波方法来解决。下面结合超声波方法阐述的本专利技术的设计方案和优点在意义上也适用于该装置，即超声波系统，并且反之亦然。
[0013]超声波系统利用可运动的、尤其是构造为手持式设备的超声波探头以及数据处理单元工作，所述超声波探头包括多个发送和接收元件，所述数据处理单元与超声波探头有线或非有线地耦联。在任何情况下，数据处理单元与超声波探头在物理上分离，即与超声波探头没有固定的几何关系地间隔开。在典型的设计方案中，在超声波探头和数据处理单元之间通过线缆建立数据连接。在各种情况下，超声波探头包括多个发送端级、发送接收分离器、模拟前置放大器和模数转换器，以及至少一个数字连接部件，超声波探头通过该连接部件以数据技术方式与数据处理单元耦联。而在超声波探头中没有设置数据处理、尤其是射束成形(波束成形)。
[0014]超声波系统的数据处理单元具有两个构造为环形存储器的存储器，即接收存储器和发送存储器(它们也统称为环形缓冲器)以及被构造成生成超声波图像的计算单元。在此，环形存储器表示包括超声波探头以及所提到的数据连接装置、尤其是线缆的实时总线系统(RTS)的部件。同时，环形存储器连接到存在于实时总线系统(RTS)外部的、为计算单元的运行而设置的操作系统(BS)、尤其是标准操作系统中。
[0015]在超声波探头内传送数据并借助内置在超声波探头中的时钟设定器(clock)进行时钟控制的系统称为探头系统(Son
‑
S)。
[0016]探头系统(Son
‑
S)的时钟不精确性(Jitter抖动)、即执行时间不精确性比实时总线系统(RTS)的时钟不精确性(抖动)小至少三个数量级。也就是说，探头系统(Son
‑
S)以比实时总线系统(RTS)高得多的时间精度来工作。同时，计算单元的操作系统(BS)的响应时间比实时总线系统的时钟不精确性(抖动)长至少两个数量级。因此，操作系统(BS)的响应时间与超声波探头的时钟不精确性相差至少105倍。尽管有分别涉及时间不精确性或时间差的这五个数量级，但由超声波系统生成的图像作为实时图像被感知。通过实时总线系统(RTS)，在超声波探头和与该超声波探头间隔开的数据处理单元之间的发送数据和接收数据同时通过串流无中断地以平均恒定速率以脉冲方式在超声波探头的无状态的、不在发送和接收运行之间区分的运行中传输。
[0017]总体而言，根据本专利技术的超声波方法(在该超声波方法内，待检查的对象暴露于超声波脉冲并记录回波信号)具有以下特征：
[0018]‑
提供包括多个发送和接收元件的超声波探头以及与该超声波探头在数据技术上耦联的数据处理单元，该数据处理单元包括主处理器以及尤其是具有多个运算器的图形处理器形式的另外的处理器，
[0019]‑
通过数据处理单元生成被设置用于运行发送和接收元件的操控数据，其中，操控数据在没有满足硬实时要求的标准操作系统下产生并且关于其产生异步地被写入到构造为环形存储器的发送存储器中，该发送存储器归属于实时总线系统，
[0020]‑
与操控数据的生成和存储有关地从发送存储器向超声波探头异步传送操控数
据，其中，超声波探头作为实时总线系统的部件运行并且操控数据以平均恒定的第一数据传输速率无暂停地通过串流传送，并且包括超声波探头内的部件的探头系统的时钟不精确性(抖动)比实时总线系统的时钟不精确性(抖动)低至少三个数量级，并且标准操作系统的响应时间比实时总线系统的响应时间长至少两个数量级，
[0021]‑
超声波脉冲根据操控数据借助于布置在超声波探头中的发送端级来产生，其中，由发送端级操纵的发送和接收元件尤其是构造为压电元件，
[0022]‑
所属的回波信号在超声波探头内模拟地放大并且同步地无中断地并且以恒定的时钟频率数字化并且通过串流实时地无间隙地没有进一步处理地经由数据连接装置、尤其是线缆异步地关于数字化写入与超声波探头在空间上分离地的被构造为环形存储器的归属于实时总线系统的接收存储器中，其中，通往接收存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声波系统，所述超声波系统包括超声波探头(2)以及数据处理单元(3)，所述超声波探头包括多个发送和接收元件(5)，所述数据处理单元与超声波探头(2)在物理上分离并且通过数据连接装置(14)与所述超声波探头连接，其中，超声波探头(2)具有多个模拟前置放大器(8)、多个模数转换器(9)以及至少一个数字连接部件(11、12、13)，并且数据处理单元(3)具有两个环形存储器(20、21)、即接收存储器(21)和发送存储器(20)以及具有被构造用于生成超声波图像的计算单元(15、16、17、19、22)，并且为了将超声波探头(2)与计算单元(15、16、17、19、22)在数据技术上耦联而设置有包括所述数据连接装置(14)的实时总线系统(Bus
‑
S)，所述环形存储器(20、21)也连接到所述实时总线系统中，并且所述实时总线系统一方面连接到在超声波探头(2)内传输数据的探头系统(Son
‑
S)上并且另一方面连接到被设置用于运行计算单元(15、16、17、19、22)的操作系统(BS)上，并且所述探头系统(Son
‑
S)的时钟不精确性(抖动)比所述实时总线系统(Bus
‑
S)的时钟不精确性(抖动)小至少三个数量级，并且所述操作系统(BS)的响应时间比所述实时总线系统的时钟不精确性长至少两个数量级，并且与所述探头系统(Son
‑
S)和所述操作系统(BS)配合作用的所述实时总线系统(Bus
‑
S)被构造成用于，在超声波探头(2)的无状态的、不在发送运行与接收运行之间区分的运行中，同时通过串流无中断地以平均恒定速率受时钟控制地传输发送数据和接收数据。2.根据权利要求1所述的超声波系统，其特征在于，通过所述数据连接装置(14)建立在超声波探头(2)与集成到数据处理单元(3)中的根复合体(15)之间的连接，所述根复合体主要被设置用于传输涉及发送数据以及接收数据的消息数据包(MSI)，其中，通过所述消息数据包(MSI)实现计数信号量，用于在时间上阻止和释放向发送存储器(20)中的以及来自接收存储器(21)的串流数据传输。3.根据权利要求2所述的超声波系统，其特征在于，在每个发送和接收元件(5)上游连接有发送接收分离器(6)，所述发送接收分离器被构造用于对于各恰好一个时钟为所述发送和接收元件(5)受时钟控制地加载n个编码中的一个编码，其中，n至少为四并且设置(n
‑
1)个发送编码和恰好一个接收编码。4.根据权利要求2或3所述的超声波系统，其特征在于，准备用于传输消息数据包(MSI)的数据传输容量不大于如下各数据传输容量的1％，各所述数据传输容量被提供用于经由数据连接装置(14)一方面传输操控数据并且另一方面传输测量数据。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声波系统，其特征在于，在所述探头系统(Son
‑
S)的时间抖动(TSon)、所述实时总线系统(Bus
‑
S)的抖动(TBus)和所述操作系统(BS)的响应时间(TBS)之间存在如下关系：6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声波系统，其特征在于，所述接收存储器(21)被构造成用于将配设给发送数据集的接收数据块存储长达至少20ms。7.根据权利要求6所述的超声波系统，其特征在于，发送数据流被设置用于连续地、不中断地操控所述发送和接收元件(5)，并且所属的、存放在所述发送存储器和接收存储器(20、21)中的接收数据在时间上被无间隙地、连续地并且以不具有在每个单独情况下所属的时间信号的方式被存储。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超声波系统，其特征在于，在所述超声波探头(2)和所述环形存储器(20、21)之间的数据连接装置(14)被构造为PCIe连接装置。9.根据权利要求8所述的超声波系统，其特征在于，所述数据连接装置包括将超声波探头(2)与数据处理单元(3)连接的线缆(14)。10.一种成像超声波方法，其中，使待检查的对象经受超声波脉冲并且记录回波信号，所述方法具有以下特征：
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提供超声波探头(2)以及与所述超声波探头在数据技术上耦联的数据处理单元(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：H明步有限公司，
类型：发明
国别省市：