超声波系统和成像超声波方法与流程

技术特征：

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：

-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)，所述超声波探头包括多个发送和接收元件(5)，所述数据处理单元包括主处理器(17)以及具有多个运算器(23)的处理器(22)、尤其是图形处理器，

-通过所述数据处理单元(3)生成被设置用于运行所述发送和接收元件(5)的操控数据，其中，将所述操控数据在不满足硬实时要求的标准操作系统(BS)下产生并且关于所述产生异步地写入到构造为环形存储器的发送存储器(20)中，所述发送存储器归属于实时总线系统(BUS-S)，

-与所述操控数据的生成和存储有关地从发送存储器(20)向超声波探头(2)异步地传送操控数据，其中，超声波探头(2)作为实时总线系统(BUS-S)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，并且包括在超声波探头内的部件的探头系统(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)低至少三个数量级，并且所述标准操作系统(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，

-超声波脉冲根据所述操控数据借助于布置在超声波探头(2)中的发送端级(7)来产生，其中，由发送端级(7)操纵的所述发送和接收元件(5)尤其是构造为压电元件，

-将所属的回波信号在超声波探头(2)内模拟地放大，并且同步地无中断地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(14)异步地写入到与所述超声波探头(2)在空间上分离的、被构造为环形存储器的、归属于所述实时总线系统(BUS-S)的接收存储器(21)中，其中，通往所述接收存储器(21)的数据传输无中断地以基本恒定的第二数据传输速率进行，所述第二数据传输速率与涉及从数据处理单元(3)传输数据到超声波探头(2)的第一数据传输速率相差不超过五倍，

-在所述接收存储器(21)中输入数据的选择由所述主处理器(17)控制，并且作为测量数据块分配到多个运算器(23)上，其中，各个测量数据块分别被配设给一组接收元件(5)，

-多个测量数据集与写入过程、也就是向实时总线系统(BUS-S)的接收存储器(21)的写入并行地且异步地通过运算器(23)处理，所述运算器分别由在标准操作系统(BS)下运行的主处理器(17)控制，其中，所述处理分别包括接收射束成形和图像重建并且借助于每个运算器(23)重建部分图像，

-由数据处理单元(3)从所述部分图像生成整体图像作为超声波图像。

11.根据权利要求10所述的超声波方法，其特征在于，除了操控数据和由所述超声波探头(2)提供的测量数据外，在所述数据处理单元(3)内传输消息数据包(MSI)，所述消息数据包实现计数信号量，用于阻止和释放向发送存储器(20)中的以及来自接收存储器(21)的串流的、串行的数据传输，其中，所述消息数据包(MSI)的数据量比通过所述环形存储器(20、21)输送的数据量小至少两个数量级。

12.根据权利要求10或11所述的超声波方法，其特征在于，通过前置放大器(8)以恒定的放大率(增益)模拟地放大在超声波探头(2)内的每个接收信道的回波信号。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的超声波方法，其特征在于，将数据以无明确的时间信息的方式写入到所述发送和接收存储器(20、21)中，其中，在读取所述数据时，隐含地根据所存储的数据块的大小以及存储的顺序、即存储地址来提取所述时间信息。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的超声波方法，其特征在于，所述超声波探头(2)首先自动从发送存储器(20)请求用于运行所述发送和接收元件(5)所需的数据并且在实时总线系统(BUS-S)的范围内使用所述数据，并且其次自动将测量数据写入到接收存储器(21)中。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的超声波方法，其特征在于，所述超声波探头(2)在接通以及在断开与数据处理单元(3)的连接时自动地占据可靠的默认状态。

技术总结
本发明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‑S)。在超声波探头(2)内，探头系统(Son‑S)传送数据，该数据的时钟不精确性(抖动)比实时总线系统(Bus‑S)的时钟不精确性(抖动)小至少三个数量级。同时，操作系统(BS)的响应时间比实时总线系统(Bus‑S)的时钟不精确性(抖动)长至少两个数量级。实时总线系统(Bus‑S)被构造成，在超声波探头(2)的无状态的不在发送运行和接收运行之间进行区分的运行中无中断地以平均恒定速率被受时钟控制地同时通过串流传输发送数据和接收数据。

技术研发人员：O·海德;
受保护的技术使用者：H-明步有限公司;
技术研发日：2020.08.20
技术公布日：2022.04.26