驱动二维换能器阵列的设备和方法、医学成像系统 |
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| 申请号 | CN201210191844.X | 申请日 | 2012-06-11 | 公开(公告)号 | CN102813530B | 公开(公告)日 | 2016-03-16 |
| 申请人 | 三星电子株式会社; 汉阳大学校产学协力团; | 发明人 | 宋宗根; 权五儆; 赵庚一; 金东郁; 金培滢; | ||||
| 摘要 | 驱动二维换能器阵列的设备和方法、医学成像系统。所述设备包括：多个 驱动器 ，分别驱动包括在二维换能器阵列中的多个换能器；驱动 控制器 ，控制所述多个驱动器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于驱动二维(2D)换能器阵列的设备，所述设备包括： |
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| 说明书全文 | 驱动二维换能器阵列的设备和方法、医学成像系统技术领域[0001] 本公开涉及一种驱动二维(2D)换能器阵列的设备、医学成像系统和驱动2D换能器阵列的方法。 背景技术[0002] 二维(2D)换能器阵列包括m×n个换能器，并用在用于获得高分辨率三维(3D)图像的多通道波束形成。这里，2D换能器阵列由驱动设备驱动。换句话说，驱动设备驱动换能器，以将超声信号发送到对象并从对象接收超声信号。发明内容 [0003] 提供一种容易地扩展和控制多通道的用于驱动二维(2D)换能器阵列的设备、医学成像系统以及驱动2D换能器阵列的方法。 [0004] 提供一种实现有用于执行所述方法的计算机程序的非暂时计算机可读记录介质。 [0005] 将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面，部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本实施例的实施而得知。 [0006] 根据本发明的一方面，一种用于驱动二维(2D)换能器阵列的设备包括：多个驱动器，分别驱动包括在2D换能器阵列中的多个换能器；驱动控制器，控制所述多个驱动器，其中，所述多个驱动器的每个包括寄存器、比较器、脉冲频率设置器、多脉冲控制器、发送信号产生器、信号收发器、发送和接收开关、以及接收信号放大器。 [0007] 根据本发明的另一方面，一种用于驱动2D换能器阵列的设备包括：多个驱动器，分别驱动包括在2D换能器阵列中的多个换能器；存储器，存储延迟时间控制信息并存储接收器换能器控制信息，其中，延迟时间控制信息用于控制每个换能器的发送波束形成的延迟时间，接收器换能器控制信息用于从所述多个换能器之中选择接收器换能器，其中，在所述多个驱动器将发送信号发送到2D换能器阵列之后，用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息被存储在存储器中。 [0008] 根据本发明的另一方面，一种医学成像系统包括：探头，包括用于驱动2D换能器阵列的驱动设备和用于处理从驱动设备输出的接收信号的前端处理设备；主系统，合成从探头输出的接收信号，其中，驱动设备包括用于驱动包括在2D换能器阵列中的多个换能器之中的每个换能器的多个驱动器，其中，所述多个驱动器的每个包括寄存器、比较器、脉冲频率设置器、多脉冲控制器、发送信号产生器、信号收发器、发送和接收开关、以及接收信号放大器。 [0009] 根据本发明的另一方面，一种通过使用包括多个驱动器和驱动控制器的驱动设备来驱动2D换能器阵列的方法包括：将存储在驱动控制器的存储器中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息发送到所述多个驱动器之中的每个驱动器的寄存器；对从寄存器输出的延迟时间控制信息与从驱动控制器输出的参考码进行比较；根据比较的结果，从与所述多个驱动器之中的具有与参考码相同的延迟时间控制信息的驱动器相应的换能器对发送信号进行发送；从包括在2D换能器阵列中的换能器接收接收信号；参照从寄存器输出的接收器换能器控制信息来处理接收的接收信号，其中，在执行接收信号的接收和接收信号的处理中的至少一个时，将用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息存储在存储器中。 [0011] 通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚并更易于理解，其中： [0012] 图1是示出根据本发明的实施例的驱动设备的框图； [0013] 图2是示出根据本发明的实施例的图1的驱动控制器的框图； [0014] 图3是示出根据本发明的实施例的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息的示图； [0015] 图4是示出根据本发明的实施例的将发送和接收波束形成控制信息从存储器发送到多个驱动器的方法的示图； [0016] 图5是根据本发明的实施例的驱动设备的时序图； [0017] 图6是示出根据本发明的实施例的在前端处理设备、存储器和多个驱动器之间的数据加载时间的框图； [0018] 图7是示出根据本发明的另一实施例的被实现为专用集成电路(ASIC)的驱动设备100的框图； [0019] 图8是根据本发明的实施例的医学成像系统的框图； [0020] 图9是示出根据本发明的实施例的驱动二维(2D )换能器阵列的方法的流程图。 具体实施方式[0021] 现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。为此，本实施例可具有不同的形式，不应被解释为限于在此阐述的描述。因此，下面仅是通过参照附图描述实施例以解释本描述的各方面。 [0022] 图1是示出根据本发明的实施例的驱动设备100的框图。参照图1，驱动设备100包括多个驱动器110和驱动控制器120。多个驱动器110之中的驱动器112包括寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123、多脉冲控制器1124、发送信号产生器1125、信号收发器1126、发送和接收开关1127以及接收信号放大器1128。 [0023] 涉及本实施例的元件在图1的驱动设备100中示出。因此，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：除了图1的元件还可进一步包括其他通用元件。 [0024] 图1的多个驱动器110、驱动控制器120、寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123、多脉冲控制器1124、信号收发器1126、发送和接收开关1127以及接收信号放大器1128可对应于一个或多个处理器。处理器可被实现为多个逻辑门的阵列或者通用微处理器与存储可在通用微处理器中执行的程序的存储器的组合。可选地，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：可使用其他类型的硬件来实现处理器。 [0025] 根据本实施例的驱动设备100驱动二维(2D)换能器阵列200。例如，驱动设备100将用于驱动2D换能器阵列200的发送信号发送到2D换能器阵列200，或者从2D换能器阵列200接收接收信号。这里，接收信号可以是从对象反射的回波信号。对象可以是人体的胸部、肝脏、腹部等，但不限于此。 [0026] 根据本实施例的多个驱动器110可分别对应于包括在2D换能器阵列200中的多个换能器。因此，多个驱动器110一对一地驱动多个换能器。 [0027] 更具体地，由m行n列形成的多个驱动器110可被布置为驱动由m行n列形成的2D换能器阵列200。因此，多个驱动器110的位于(m，n)的驱动器112驱动2D换能器阵列 200的位于(m，n)的换能器212。结果，为了驱动2D换能器阵列200，可提供包括具有与包括在2D换能器阵列200中的换能器的数量相同的数量的驱动器的多个驱动器110。 [0028] 以下，为了方便，将示例性地描述多个驱动器110之中的驱动器112，然而，该描述可应用于多个驱动器110之中的每个驱动器。 [0029] 如在图1所示，根据本实施例的多个驱动器110之中的驱动器112包括寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123、多脉冲控制器1124、发送信号产生器1125、信号收发器1126、发送和接收开关1127以及接收信号放大器1128的全体。 [0030] 因此，由于用于驱动2D换能器阵列200的单元被集成在驱动器112中，因此多个驱动器110单独地进行驱动，从而容易地扩展和控制2D换能器阵列200。 [0031] 此外，接收信号放大器1128包括在驱动器112中以处理接收信号。因此，使用在驱动设备100中接收的接收信号产生的图像的质量被改善。 [0032] 更详细地，如果多个2D换能器阵列200相互连接以扩展2D换能器阵列200，因此多个驱动器110进行扩展以对应于扩展的2D换能器阵列200。这里，如果多个扩展的驱动器100处理接收信号，则多个驱动器110相互连接并因此受到扩展噪声的影响。因此，使用在驱动设备100中接收的接收信号产生的图像的质量会下降。 [0033] 因此，多个驱动器110的每个包括接收信号放大器1128并因此针对接收信号执行放大操作。结果，使用在驱动设备100中接收的接收信号产生的图像的质量被改善。 [0034] 此外，根据本实施例的2D换能器阵列200可以是电容式微加工超声换能器(cMUT)，根据本实施例的驱动设备100可以是专用集成电路(ASIC)，但是本实施例不限于此。换句话说，可使用微机电系统(MEMS)技术制造cMUT。因此，在cMUT中，可通过2D阵列容易地实现多通道集成，因此，根据使用cMUT的波束形成可获得高分辨率的三维(3D)图像。 [0035] 根据本实施例的多个驱动器110分别驱动包括在2D换能器阵列200中的每个换能器，驱动控制器120控制多个驱动器110。 [0036] 现在将更详细地描述多个驱动器110。多个驱动器110的每个包括寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123、多脉冲控制器1124、发送信号产生器1125、信号收发器1126、发送和接收开关1127以及接收信号放大器1128。 [0037] 寄存器1121存储多条控制信息。例如，寄存器1121存储延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息中的至少一个。这里，延迟时间控制信息用于控制每个换能器的发送波束形成的延迟时间，接收器换能器控制信息用于从多个换能器之中选择接收器换能器。存储在寄存器1121中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息可从驱动控制器120输出并被存储在寄存器1121中。 [0038] 例如，根据本实施例的寄存器1121可以是N位移位寄存器。这里，N可以是大于等于1的自然数。在该情况下，可通过(N-1)位实现延迟时间控制信息，可通过1位实现接收器换能器控制信息。 [0039] 延迟时间控制信息包括用于控制从驱动器112发送到换能器212的发送信号的延迟时间的信息。因此，延迟时间控制信息可以是用于控制从换能器212发送到对象的发送信号的延迟时间的信息。此外，根据本实施例的延迟时间控制信息可以是延迟时间控制码。 [0040] 接收器换能器控制信息包括用于从包括在2D换能器阵列200中的换能器之中选择接收器换能器的信息。例如，接收器换能器控制信息包括用于选择是否接收由换能器212接收的接收信号的信息。 [0041] 因此，可针对由根据接收器换能器控制信息从包括在2D换能器阵列200中的换能器之中选择的换能器接收的接收信号执行接收波束形成。 [0042] 稍后将参照图3更详细地描述存储在寄存器1121中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息。 [0043] 比较器1122将从寄存器1121输出的延迟时间控制信息与从驱动控制器120输出的参考码进行比较。这里，参考码可从驱动控制器120输出，并随后可被直接输入到比较器1122或通过寄存器1121被输入到比较器1122。例如，参考码可以是由参考计数器产生的码，以发送发送信号。 [0044] 因此，比较器1122将从寄存器1121输出的延迟时间控制信息与参考码进行比较，以产生发送脉冲时序。 [0045] 例如，如果根据比较器1122的比较结果从寄存器1121输出的延迟时间控制信息与参考码相同，则比较器1122控制脉冲频率设置器1123和多脉冲控制器1124以分别执行用于发送信号的产生的脉冲频率设置和多脉冲控制。 [0046] 如果根据比较器1122的比较结果从寄存器1121输出的延迟时间控制信息与参考码不同，则驱动器112不将发送信号发送到换能器212。 [0047] 因此，比较器1122控制从驱动器112发送到换能器212的发送信号的时序。结果，驱动器112产生用于发送波束形成的被实施了延迟时间的发送信号。 [0048] 如在图1中所示，根据本实施例的寄存器1121和比较器1122作为单独的单元被安装。然而，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：寄存器1121和比较器1122可被集成到执行寄存器1121和比较器1122的操作的一个单元中。 [0049] 如果根据比较器1122的比较结果延迟时间控制信息与参考码相同，则脉冲频率设置器1123设置用于发送波束形成的脉冲频率。这里，脉冲频率设置器1123可根据脉冲频率控制数据来设置脉冲频率。此外，脉冲频率控制数据可从驱动控制器120输出并随后可被直接输入到脉冲频率设置器1123或通过寄存器1121被输入到脉冲频率设置器1123。 [0051] 如果根据比较器1122的比较结果延迟时间控制信息与参考码相同，则多脉冲控制器1124控制发送波束形成的脉冲的数量。这里，多脉冲控制器1124可根据脉冲数量控制数据控制在相同条件下产生的脉冲的数量。此外，脉冲数量控制数据可从驱动控制器120输出并随后可被直接输入到多脉冲控制器1124或通过寄存器1121被输入到多脉冲控制器1124。 [0052] 因此，多脉冲控制器1124可以是控制作为序列的脉冲的输出的控制块。根据本实施例的多脉冲控制器1124可以是脉冲序列控制器，但不限于此。 [0053] 如在图1中所示，寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123和多脉冲控制器1124作为单独的单元被安装。然而，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123和多脉冲控制器1124可被集成到执行用于发送波束形成的延迟时间控制、是否执行接收操作的控制、用于发送波束形成的频率设置和用于发送波束形成的脉冲数量控制的一个控制块或一个单元中。 [0054] 发送信号产生器1125在脉冲频率设置器1123和多脉冲控制器1124的控制下根据预定数量的具有预定频率的脉冲来产生发送信号。 [0055] 例如，发送信号产生器1125可以是模拟高电压电路，模拟高电压电路产生大约50V至大约120V的高电压脉冲，以发送到换能器112。根据本实施例的发送信号产生器1125可以是包括高电压金属氧化物半导体(MOS)的高电压脉冲发生器，但不限于此。 [0056] 信号转发器1126将发送信号产生器1125产生的发送信号发送到换能器212并从换能器212接收接收信号。这里，从换能器212接收的接收信号可以是从对象反射的回波信号。 [0057] 根据本实施例的信号收发器1126可以是连接到发送信号产生器1125的cMUT板(pad)，并与换能器212发送和接收信号，但不限于此。 [0058] 发送和接收开关1127参照从寄存器1121输出的接收器换能器控制信息导通或断开。换句话说，如果针对接收信号执行接收波束形成，则发送和接收开关1127将从信号收发器1126接收的接收信号发送到接收信号放大器1128。因此，发送和接收开关1127可避免高电压发送信号影响接收信号放大器1128。 [0059] 例如，如果接收器换能器控制信息指示执行对从换能器212接收的接收信号进行接收，则发送和接收开关1127导通。 [0060] 如果接收器换能器控制信息指示不执行对从换能器212接收的接收信号进行接收，则发送和接收开关1127断开。 [0061] 根据本实施例的发送和接收开关1127可以是保护电路或保护开关，但不限于此。 [0062] 接收信号放大器1128对从发送和接收开关1127输出的接收信号进行放大。根据本实施例的接收信号放大器1128可以是前置放大器，但不限于此。 [0063] 被接收信号放大器1128放大的接收信号可被存储在输出缓冲器(未示出)中以被发送到控制驱动设备100的前端处理设备(未示出)。 [0064] 根据本实施例的前端处理设备可被安装在驱动设备100的外部，根据本实施例的输出缓冲器可被安装在驱动控制器120中，但本实施例不限于此。 [0065] 因此，根据本实施例的多个驱动器110中的驱动器112的每一个驱动器包括用于驱动与驱动器112相应的包括在2D换能器阵列200中的换能器之中的换能器212的装置或单元，从而容易地扩展2D换能器阵列200。 [0066] 换句话说，寄存器1121、比较器1122、脉冲频率设置器1123、多脉冲控制器1124、发送信号产生器1125、信号收发器1126、发送和接收开关1127以及接收信号放大器1128被集成到驱动器112中。因此，多个驱动器110以瓦片(tile)的形式连接并因此容易地被扩展和控制。这提高了根据使用环境适当地构成执行波束形成的孔径的形状的扩展。 [0067] 因此，根据本实施例的驱动设备100的体系结构，2D换能器阵列200的每个通道可被单独地控制。换句话说，驱动设备100可将用于对对象的预定位置进行波束形成的发送脉冲延迟时间给予每个通道。此外，驱动设备100可针对每个通道设置发送脉冲的频率，并针对每个通道设置是否执行用于接收波束形成的接收操作。 [0068] 图2是示出根据本发明的实施例的图1的驱动控制器120的框图。参照图2，驱动控制器120包括时序控制器122、存储器124、参考码计数器126和输出缓冲器128。 [0069] 图2的驱动控制器120包括与本实施例相关的元件。因此，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：驱动控制器120还可包括除了图2的元件之外的其他通用元件。此外，图2的时序控制器122和参考码计数器126可对应于一个处理器或多个处理器。 [0070] 驱动控制器120控制多个驱动器110以控制2D换能器阵列200的所有通道。换句话说，驱动控制器120控制多个驱动器110，从而多个驱动器110驱动2D换能器阵列200。 [0071] 时序控制器122将控制信号输出到多个驱动器110、存储器124和参考码计数器126。这里，控制信号从前端控制设备300被输出以控制驱动设备100。可选地，时序控制器 122可产生用于控制驱动设备100的控制信号并将控制信号输出到多个驱动器110、存储器 124和参考码计数器126。 [0072] 例如，用于控制驱动设备100的控制信号可包括下列中的至少一个：用于控制时序的时钟、用于控制包括在2D换能器阵列200中的每个换能器的发送波束形成的延迟时间控制信息、用于从包括在2D换能器阵列200中的换能器之中选择接收器换能器的接收器换能器控制信息、关于用于发送波束形成的脉冲频率的信息、以及关于用于发送波束形成的脉冲的数量的信息。 [0073] 这里，前端处理设备300可以是模拟前端板(FEB)，但不限于此。 [0074] 存储器124存储延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息、关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息中的至少一个。这里，延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息、关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息可从时序控制器122输出并被存储在存储器124中。 [0075] 根据本实施例的存储器124可以是静态随机存取存储器(SRAM)，但不限于此。存储器124可以是包括硬盘驱动器(HDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存和存储卡的一般存储介质。 [0076] 存储器124将延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息发送到寄存器1121，直接或通过寄存器1121将关于脉冲频率的信息发送到脉冲频率设置器1123，并直接或通过寄存器1121将关于脉冲的数量的信息发送到多脉冲控制器1124。 [0077] 以下，为了描述的方便，延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息、关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息将被称为发送和接收波束形成控制信息。 [0078] 更具体地，存储器124可存储2D换能器阵列200的所有换能器的发送和接收波束形成控制信息。 [0079] 为了驱动m×n的2D换能器阵列200，将安装m×n的多个驱动器110。存储器124存储(1，1)换能器的发送和接收波束形成控制信息、(1，2)换能器的发送和接收波束形成控制信息、……、(m，n)换能器的发送和接收波束形成控制信息。 [0080] 在此情况下，存储器124将(1，1)换能器的发送和接收波束形成控制信息发送到(1，1)驱动器，并将(1，2)换能器的发送和接收波束形成控制信息发送到(1，2)驱动器，等等。根据该方法，存储器124将(m，n)换能器的发送和接收波束形成控制信息发送到(m，n)驱动器。 [0081] 因此，存储器124可将用于控制换能器212的发送和接收波束形成控制信息发送到驱动换能器212的驱动器。 [0082] 此外，按构成多个驱动器110的每个列或者按构成多个驱动器110的每个行，并行输出存储在存储器124中的发送和接收波束形成控制信息。这里，按每个列并行输出表示按多个列中的每个列同时执行数据输出操作(即，在多个列之间同时执行数据输出操作，例如，在存在两个列的情况下，同时执行第一列的信息的输出和第二列的信息的输出，也即，同时执行多个列的信息输出)，按每个行并行输出表示按多个行中的每个行同时执行数据输出操作(即，在多个行之间同时执行数据输出操作，例如，在存在两个行的情况下，同时执行第一行的信息的输出和第二行的信息的输出，也即，同时执行多个行的信息输出)。在此情况下，数据输出操作可以是加载操作，但不限于此。 [0083] 稍后将参照图4更详细地描述将发送和接收波束形成控制信息从存储器124发送到多个驱动器110的方法。 [0084] 存储器124还通过时序控制器122从前端处理设备300接收发送和接收波束形成控制信息，存储发送和接收波束形成控制信息，并将发送和接收波束形成控制信息输出到多个驱动器110。 [0085] 这里，发送信号从多个驱动器110被发送到2D换能器阵列200，然后，下一发送和接收波束形成控制信息被存储在存储器124中。例如，当下一发送和接收波束形成控制信息在被存储在存储器124中时，驱动设备100对于与从多个驱动器110发送的发送信号相应的接收信号执行处理操作。 [0086] 如上所述，根据本实施例的驱动设备100同时执行用于将发送和接收波束形成控制信息存储在存储器124中的操作和在发送信号从多个驱动器110被发送之后执行的操作。因此，驱动设备100可减少用于将大量的发送和接收波束形成控制信息加载到多个驱动器110所花费的时间。稍后将参照图5对此进行更详细的描述。 [0087] 参考码计数器126产生参考码并将参考码发送到多个驱动器110的每个。换句话说，由于参考码计数器126产生一个参考码，并将该参考码发送到多个驱动器110中的每个驱动器的比较器1122，故多个驱动器110的比较器1122共享相同的参考码。 [0088] 如上所述，比较器1122将存储在寄存器1121中的延迟时间控制信息与参考码进行比较。此外，仅当根据比较结果延迟时间控制信息与参考码相同时，驱动器112才驱动换能器212将发送信号发送到对象。 [0089] 根据本实施例的参考码计数器126可以是格雷码(gray code)计数器，但不限于此。 [0090] 因此，驱动控制器120通过使用由参考码计数器126产生的参考码来实现包括在2D换能器阵列200中的每个换能器的延迟时间。 [0091] 输出缓冲器128存储分别从多个驱动器110输出的放大的接收信号，并将放大的接收信号输出到前端处理设备300。根据本实施例的前端处理设备300从输出缓冲器128接收放大的接收信号，并对放大的接收信号执行预定的处理操作。 [0092] 如上所述，由于根据本实施例的驱动设备100包括存储器124，驱动设备100可减少大量延迟时间控制信息的加载时间和对象的容积(volume)扫描所花费的时间。因此，驱动设备100可增加每秒可获得的容积的数量，即，容积率。 [0093] 图3是示出根据本发明的实施例的延迟时间控制信息311和接收器换能器控制信息312的示图。参照图3，示出作为图1和图2的寄存器1121的示例的N位移位寄存器31。 [0094] N位移位寄存器31存储从存储器124输出的延迟时间控制信息311和接收器换能器控制信息312。这里，延迟时间控制信息311由(N-1)位实现，接收器换能器控制信息由1位实现。 [0095] 现在将更详细地描述延迟时间控制信息311。延迟时间控制信息311由前端处理设备300产生并随后顺序通过时序控制器122和存储器124被发送到寄存器1121。 [0096] 这里，以主时钟的周期的最小单位来产生延迟时间控制信息311。根据本实施例的主时钟可以是用于控制从时序控制器122输出的时序的时钟。 [0097] 这里，主时钟是200MHz，延迟时间控制信息311由11位实现。如果主时钟是200MHz，则主时钟的周期是5纳秒。在此情况下，延迟时间控制信息311可控制在大于5纳秒和大约10纳秒之间的延迟时间。 [0098] 换句话说，如果主时钟的周期是t秒，并且延迟时间控制信息311由n位实现，则延迟时间控制信息311可控制的最大延迟时间可按下面的等式1计算： [0099] DMax＝t×2n (1) [0100] 其中，DMax表示延迟时间控制信息311可控制的最大延迟时间，t表示主时钟的周期，n表示延迟时间控制信息311的位数。因此，延迟时间控制信息311可控制t和DMax之间的延迟时间。 [0101] 驱动设备100可实现的用于发送波束形成的波束聚焦角可根据最大延迟时间确定，并且所述波束聚焦角可确定在由发送和接收波束形成所产生的图像中可产生的容积的场区域。 [0102] 驱动设备100可实现的发送波束形成的聚焦点的光斑尺寸可根据最小延迟时间确定，并且所述光斑尺寸可最大化基于波束聚焦的接收强度。 [0103] 如上所述，主时钟的周期或延迟时间控制信息311的位数可被控制，以控制从换能器212发送的发送信号的延迟时间、用于发送波束形成的波束聚焦角以及基于波束聚焦的接收强度。 [0104] 接收器换能器控制信息312可以是0或1。如果接收器换能器控制信息312是0，则发送和接收开关1127断开，从而不针对由换能器212接收的接收信号执行接收操作。如果接收器换能器控制信息312是1，则发送和接收开关1127导通，从而针对由换能器212接收的接收信号执行接收操作。 [0105] 如果执行：使用行解码器或列解码器来控制是否接收由换能器212接收的接收信号，则难以同时将多个接收信号发送到外部。因此，难以扩展2D换能器阵列200。 [0106] 因此，根据本实施例的驱动设备100通过使用接收器换能器控制信息312而非使用行解码器或列解码器，来控制是否针对由换能器212接收的接收信号执行接收操作。 [0107] 换句话说，前端处理设备300确定是否针对由换能器212接收的接收信号执行接收操作。此外，根据所述确定，接收器换能器控制信息312从前端处理设备300顺序通过时序控制器122、存储器124、和寄存器1121被发送到发送和接收开关1127。发送和接收开关1127参照发送器换能器控制信息312导通或断开，从而控制是否针对由换能器212接收的接收信号执行接收操作。 [0108] 因此，根据本实施例的驱动设备100容易地扩展2D换能器阵列200。 [0109] 图4是示出根据本发明的实施例的将发送和接收波束形成控制信息从存储器124发送到多个驱动器110的方法的示图。根据本实施例的发送和接收波束形成控制信息可包括延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息、关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息中的至少一个。以下，为了描述的方便，延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息将被示例性地描述，但是本发明不限于此。因此，可应用关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息。 [0110] 按构成多个驱动器110的每个列或按构成多个驱动器110的每个行来并行输出根据本实施例的存储器124中存储的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息。 [0111] 将参照图4示例性地描述由m行n列形成的m×n的多个驱动器110。如在图4中所示，多个驱动器110中的每个包括寄存器1121。因此，存储器124按N个列并行输出多个驱动器110的每个的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息。 [0112] 根据本实施例的按N个列并行输出表示同时输出N个列中的每个列中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息(即，对于N个列，同时执行各个列的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息的输出)。换句话说，构成第一列的(1，1)驱动器、(2，1)驱动器，……，(M，1)驱动器的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息被顺序输出。同时，构成第二列的(1，2)驱动器、(2，2)驱动器，……，(M，2)驱动器的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息被顺序输出。因此，根据上述方法，构成第N列的(1，N)驱动器、(2，N)驱动器，……，(M，N)驱动器的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息被顺序输出。 [0113] 由于以如上所述的按每个列并行加载根据本实施例的存储器124中存储的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息，因此可减少存储器124的加载时间。 [0114] 参照图4描述了按每个列并行输出的方法，但是本实施例不限于此。因此，与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：可应用按行并行输出的方法。 [0115] 图5是根据本发明的实施例的驱动设备100的时序图51。参照图5，时序图51示出启用接收器换能器的Rx_EN 511、启用发送波束形成的Tx_EN 512、指示时钟的CLK_IN513、指示数据的DATA_IN 514和启用至存储器124的数据加载的LOAD 515的时序流。 [0116] 第一时间间隔52指示存储器124将数据发送到包括在多个驱动器110中的寄存器1121的时间。例如，如参照图4所示，在第一时间间隔52，存储在存储器124中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息被并行输出到构成多个驱动器110的每个列或每个行。与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：第一时间间隔52可以是数据加载时间。 [0117] 第二时间间隔53指示执行发送波束形成的时间。例如，第二时间间隔53指示分别驱动包括在2D换能器阵列200中的换能器将发送信号发送到对象的多个驱动器100所花费的时间。与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：第二时间间隔53可以是发送脉冲时间。 [0118] 第三时间间隔54指示执行接收操作和接收波束形成所花费的时间。例如，第三时间间隔54指示多个驱动器110和前端处理设备300处理分别从包括在2D换能器阵列200中包括的换能器接收的接收信号所花费的时间。与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：第三时间间隔54可以是接收读出时间。 [0119] 第四时间间隔55指示前端处理设备300将数据发送到存储器124所花费的时间。这里，从前端处理设备300发送到存储器124的数据可以是用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息。与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：第四时间间隔55可以是存储器加载时间。 [0120] 如在图5中所示，第四时间间隔55包括在第三时间间隔54中。换句话说，从前端处理设备300至存储器124的数据发送可以与接收操作和接收波束形成同时执行。这里，数据发送与接收操作和接收波束形成的同时执行指示：数据可在结束发送波束形成之后的任何时间从前端处理设备300被发送到存储器。 [0121] 在此情况下，发送波束形成的结束指示：在将发送信号从包括在2D换能器阵列200中的换能器发送到对象之后。换句话说，执行接收操作和接收波束形成的时间可包括下列所有时间：从换能器发送的发送信号到达对象所花费的时间、从对象反射的接收信号到达换能器所花费的时间、换能器接收的接收信号被多个驱动器110处理所花费的时间、从多个驱动器110输出的接收信号被前端处理设备300处理所花费的时间、以及前端处理设备300处理的接收信号被进行接收波束形成所花费的时间。 [0122] 因此，在多个驱动器110将发送信号发送到2D换能器阵列200之后，用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息被存储在存储器124中。 [0123] 可选地，当用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息被存储在存储器124时，多个驱动器110可针对与发送的发送信号相应的接收信号执行处理操作。 [0124] 为了描述的方便，在图5中，第四时间间隔55与第三时间间隔54同时开始，但是不限于此。因此，可在与第三时间间隔54相应的任何时间执行第四时间间隔55的数据加载操作。 [0125] 以下，将描述用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息。 [0126] 根据本实施例的驱动设备100可多次执行发送和接收波束形成。在此情况下，存储器124存储用于当前执行的发送和接收波束形成的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息，多个驱动器110针对存储在存储器124中的延迟时间控制信息执行发送和接收波束形成。此外，多个驱动器110参照存储在存储器124中的接收器换能器控制信息来导通或断开发送和接收开关127。 [0127] 因此，如果发送波束形成被执行并且发送和接收开关1127被断开或导通，则不再参考存储在存储器124中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息。 [0128] 因此，在发送波束形成结束之后，可将用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息从前端处理设备300发送到存储器124。结果，在当前的发送波束形成结束之后，用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息可被存储在存储器124中。 [0130] 驱动设备100使用大量的数据来驱动2D换能器阵列200。该大量的数据可由前端处理设备300产生并可通过多个驱动器110被发送到2D换能器阵列200。因此，根据本实施例的驱动设备100包括存储器124，因此可减少数据加载时间。现在将参照图6对此进行更详细的描述。 [0131] 图6是示出根据本发明的实施例的在前端处理设备300、存储器124和多个驱动器110之间的数据加载时间的框图。参照图5和图6，前端处理设备300在第四时间间隔55将时钟和数据发送到存储器124。此外，存储器124在第一时间间隔52将数据并行发送到多个驱动器110。这里，数据可包括延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息等。 [0132] 由于如上所述并行执行从前端处理设备300至存储器124的数据发送，因此第一时间间隔52的加载时间不长。可在可比第一时间间隔52花费相对更长时间的第四时间间隔55同时执行接收操作和接收波束形成。 [0133] 由于驱动设备100包括如上所述的存储器124，因此可减少加载数据所花费的时间。因此，当通过执行发送和接收波束形成获得3D图像时，可最大化每单位时间扫描波束的数量，可增加每秒可获得的容积的数量(即，容积率)。 [0134] 因此，根据本实施例的存储器124存储包括在2D换能器阵列200中的所有换能器的延迟时间控制信息、接收器换能器控制信息等。此外，并行执行根据本实施例的从存储器124至多个驱动器110的数据发送。 [0135] 因此，如果多个驱动器110以M个列构成，则由于使用存储器124，加载时间可被减少到1/M。 [0136] 图7是示出根据本发明的另一实施例的被实现为专用集成电路(ASIC)700的驱动设备100的框图。图7的ASIC 700对应于图1的驱动设备100的实施例。因此，驱动设备100不限于图7所示的单元。此外，关于图1至图6描述的内容可被应用到图7的ASIC700，因此将省略重复的描述。 [0137] ASIC 700包括cMUT驱动器710和驱动控制器720。这里，cMUT驱动器710对应于图1的多个驱动器110的示例，驱动控制器720对应于图1的驱动控制器120的示例，因此将省略重复的描述。 [0138] cMUT驱动器710包括移位寄存器和比较器711、脉冲控制器712、脉冲序列控制器713、Tx脉冲发生器714、cMUT板715、保护电路716、以及前置放大器717。 [0139] 移位寄存器和比较器711对应于图1的寄存器1121和比较器1122的示例，脉冲控制器712对应于图1的脉冲频率设置器1123的示例。此外，脉冲序列控制器713对应于图1的多脉冲控制器1124的示例，Tx脉冲发生器714对应于图1的发送信号产生器1125的示例，cMUT板715对应于图1的信号收发器1126的示例。保护电路716对应于图1的发送和接收开关1127的示例，前置放大器717对应于图1的接收信号放大器1128的示例。因此，将省略重复的描述。 [0140] 驱动控制器720包括参考产生器721、LVDS块722、时序控制器723、SRAM块724、格雷码计数器725、以及缓冲器阵列726。 [0141] 参考产生器721连接到前端控制器(未示出)以产生参考，LVDS块722连接到前端控制器以发送数据和时钟。这里，LVDS指示实现高速数据通信的方式。 [0142] 时序控制器723对应于图2的时序控制器122的示例，并控制ASIC 700的全部时序。SRAM块724对应于图2的存储器124的示例，格雷码计数器725对应于图2的参考码计数器126的示例，缓冲器阵列726对应于图2的输出缓冲器128的示例。因此，将省略重复的描述。 [0143] 在图7中，脉冲控制器712、LVDS块722、时序控制器723以及格雷码计数器725可以是200MHz的操作块。此外，移位寄存器和比较器711、脉冲序列控制器713和SRAM块724可以是33.3MHz的操作块。 [0144] 现在将更详细地描述图7中示出的信号。D_ON是用于设置频率的控制位。如果nD_ON由n位实现，则可设置2的频率。DATA_P指示用于多个换能器中的每个换能器的发送波束形成的延迟码和接收器换能器控制位。P_CNT指示用于设置发送脉冲的数量的控制位。 n 如果P_CNT由n位实现，则可发送2个脉冲。Rx指示用于输出接收信号的输出节点。Rx_EN指示用于控制接收时序的信号，Tx_EN指示用于控制发送时序的信号。LOAD指示用于将数据加载至SRAM块724的信号。DATA IP和DATA IN指示用于将数据输入LVDS块722的两个输入端，从而输出DATA_IN。CLKIN和CLKIP指示用于将时钟输入LVDS块722的两个输入端，从而输出CLK_IN。IREF指示参考电流输入节点，RxOUT指示接收信号输出节点。 [0145] 图8是根据本发明的实施例的医学成像系统800的框图。参照图8，医学成像系统800包括探头810和主系统820。探头810包括驱动设备100、2D换能器阵列200和前端处理设备300。驱动设备100包括多个驱动器110和驱动控制器120。前端处理设备300包括前端控制器310、接收信号处理器320、模数转换器(ADC)330和延迟时间控制信息产生器 340。主系统820包括合成器821、诊断图像产生器822、显示单元823、存储单元824和输出单元825。 [0146] 图8的驱动设备100、2D换能器阵列200和前端处理设备300分别对应于图1和图2的驱动设备100、2D换能器阵列200和前端处理设备300的实施例。因此，关于图1至图7描述的内容可被应用到图8的医学成像系统800，因此将省略重复的描述。 [0147] 根据本实施例的医学成像系统800提供对象的诊断图像。例如，医学成像系统800显示指示对象的诊断图像或将指示对象的诊断图像的信号输出到显示指示对象的诊断图像的外部装置。 [0148] 这里，对象可以是人体的胸部、肝脏、腹部等，但不限于此。另外，根据本实施例的诊断图像可以是3D超声图像，但不限于此。 [0149] 探头810包括2D换能器阵列200、驱动2D换能器阵列200的驱动设备100、以及处理从驱动设备100输出的接收信号的前端处理设备300。 [0150] 驱动设备100包括分别驱动包括在2D换能器阵列200中的换能器的多个驱动器110和控制多个驱动器110的驱动控制器120。此外，根据本实施例的多个驱动器110的每个包括寄存器、比较器、脉冲频率设置器、多脉冲控制器、发送信号产生器、信号转发器、发送和接收开关、以及接收信号放大器。 [0151] 前端处理设备300处理接收信号并产生延迟时间控制信息。这里，接收信号可以是从驱动设备100的驱动控制器120输出的放大的接收信号，延迟时间控制信息可以是用于控制发送波束形成的延迟时间的信息。此外，根据本实施例的前端处理设备300可以是模拟前端板(FEB)，但不限于此。 [0152] 前端控制器310控制前端处理设备300。例如，前端控制器310控制接收信号处理器320和ADC 330以处理接收信号，并控制延迟时间控制信息产生器340以产生延迟时间控制信息。 [0153] 前端控制器310可产生用于从包括在2D换能器阵列200中的换能器之中选择接收器换能器的接收器换能器控制信息、关于用于发送波束形成的脉冲频率的信息、以及关于用于发送波束形成的脉冲的数量的信息。 [0154] 前端控制器310产生的接收器换能器控制信息、关于脉冲频率的信息和关于脉冲的数量的信息可被发送到驱动设备100的驱动控制器120。 [0155] 接收信号处理器320根据预定处理操作对从驱动设备100的驱动控制器120输出的放大的接收信号进行处理。例如，接收信号处理器320可包括低噪声放大器(LNA)(未示出)、可变增益放大器(VGA)(未示出)、抗混叠滤波器(未示出)。LNA降低从对象反射的模拟信号的噪声，VGA根据输入信号控制增益值，抗混叠滤波器滤除混叠成分。这里，VGA可以是根据至焦点的距离补偿增益的时间增益补偿器(TGC)，但不限于此。 [0156] ADC 330将从接收信号处理器320输出的处理的接收信号转换为数字信号。 [0157] 可提供多个接收信号处理器320和多个ADC 330。例如，可根据多个驱动器110的行数或列数来提供接收信号处理器320和ADC 330。 [0158] 将示例性地描述m×n的多个驱动器110。换句话说，可针对多个驱动器110的m个行来提供m个接收信号处理器320和m个ADC 330或者针对多个驱动器110的n个列来提供n个接收信号处理器320和n个ADC 330。 [0159] 延迟时间控制信息产生器340产生用于控制发送波束形成的延迟时间的延迟时间控制信息。根据本实施例的延迟时间控制信息产生器340可以是发送波束形成器，但不限于此。延迟时间控制信息产生器340产生的延迟时间控制信息可被发送到主系统820的驱动设备100和合成器821。 [0160] 根据本实施例的延迟时间控制信息包括关于延迟时间的信息。延迟时间是波束形成的时间延迟值，并且可根据对象的焦点与包括在2D换能器阵列200中的每个换能器之间的距离被计算，但不限于此。 [0161] 为了描述的方便，延迟时间控制信息产生器340包括在图8的探头810中，但不限于此。因此，延迟时间控制信息产生器340可包括在主系统820中。 [0162] 主系统820合成从探头810输出的接收信号，并产生、显示、输出及存储诊断图像。 [0163] 合成器821合成从探头810输出的数字接收信号。例如，合成器821根据延迟时间控制信息产生器340产生的延迟时间控制信息来合成从探头810输出的接收信号。 [0164] 更具体地，探头810输出与m个行对应的m个接收信号或与n个列对应的n个接收信号，并因此合成器821将输出的接收信号合成为一个信号。根据本实施例的合成器821可以是接收波束形成器，但不限于此。 [0165] 诊断图像产生器822通过使用合成器821合成的接收信号来产生诊断图像。更具体地，诊断图像产生器822可包括数字信号处理器(DSP)(未示出)和数字扫描转换器(DSC)(未示出)。根据本实施例的DSP处理合成器821合成的接收信号，以形成表示b模式(亮度模式)、c模式(颜色模式)或d模式(多普勒模式)等的图像数据。DSC产生扫描转换的诊断图像以显示由DSP产生的图像数据。 [0167] 与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：根据本实施例的医学成像系统800可不包括显示单元823，而是可包括用于将诊断图像产生器822产生的诊断图像输出到外部显示单元(未示出)的输出单元825。 [0168] 存储单元824存储执行医学成像系统800的操作时产生的数据。例如，存储单元824可存储从探头810输出的接收信号；表示b模式、c模式或d模式的图像数据；或者扫描转换的诊断图像。 [0169] 与本实施例相关的领域的普通技术人员将理解：根据本实施例的存储单元824可以是包括硬盘驱动器(HDD)、ROM、RAM、闪存或存储卡的一般存储介质。 [0170] 输出单元825可通过有线/无线网络或有线串行通信，将数据发送到外部装置或者从外部装置接收数据。这里，网络可以包括互联网、局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)、广域网(WAN)、个人局域网(PAN)等，但不限于此。因此，网络可以是能够发送和接收信息的其他类型的网络。 [0171] 根据本实施例的存储单元824和输出单元825还可包括图像读取和搜索功能，以被集成到诸如图像存档通信系统(PACS)的形式。 [0172] 图9是示出根据本发明的实施例的驱动2D换能器阵列的方法的流程图。参见图9，所述方法包括在图1、图2和图8中示出的驱动设备100或医学成像系统800中以时间序列处理的操作。因此，尽管在下面省略图1、图2和图8的驱动设备100或医学成像系统 800的上述操作，但是上述方法可被应用到图9的方法。 [0173] 在操作901，存储在驱动控制器120的存储器124中的延迟时间控制信息和接收器换能器控制信息被发送到多个驱动器110的每个的寄存器1121。 [0174] 在操作902，比较器将从寄存器1121输出的延迟时间控制信息与从驱动控制器120输出的参考码进行比较。 [0175] 在操作903，根据操作902的比较结果，与多个驱动器110之中的具有与参考码相同的延迟时间控制信息的驱动器112相应的换能器212对发送信号进行发送。 [0176] 在操作904，驱动设备100从包括在2D换能器阵列200中的每个换能器接收接收信号。 [0177] 在操作905，接收信号放大器1128、接收信号处理器320和ADC 330中的至少一个参照从寄存器1121输出的接收器换能器控制信息来处理在操作904中接收的接收信号。 [0178] 当操作904和操作905中的至少一个在被执行时，在操作906，前端处理设备300将用于下一发送波束形成的延迟时间控制信息和用于选择下一接收器换能器的接收器换能器控制信息存储在存储器124中。 [0179] 现在将参照图5的时序图更详细地描述图9的流程图。操作901指示图5的第一时间间隔52，操作902和操作903指示图5的第二时间间隔，操作904和操作905指示图5的第三时间间隔54，操作906指示图5的第四时间间隔55。 [0180] 因此，根据本实施例的驱动设备100和医学成像系统900可被容易地扩展和集成，并可减少对象的波束形成和产生诊断图像所花费的时间。 [0181] 如上所述，根据本发明的上述一个或多个实施例，可容易地扩展多通道，当扩展多通道时可容易地控制驱动，并可减少驱动设备100的数据加载时间，从而增加每秒可获得的容积的数量。 [0182] 本发明的实施例可被写为计算机程序，并且可在使用计算机可读记录介质执行程序的通用数字计算机中被实现。此外，在实施例中使用的数据结构可通过几个单元被写入计算机可读记录介质。计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(例如，ROM、RAM、USB、软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM或DVD)等。 [0183] 应该理解，这里描述的示例性实施例应仅被认为是描述意义上的而非为了限制的目的。每个实施例中的特征或各方面的描述应被通常解释为对于其他实施例中其他类似特征或方面是可用的。 |
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