一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统及方法与流程

本发明涉及超声成像，尤其涉及一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统及方法。

背景技术：

1、超声成像技术作为现代医学领域的重要成像手段之一，通过发射和接收超声波信号来获取目标对象内部结构的图像，实现非侵入式探查与可视化。

2、波束形成是超声成像过程中的关键步骤之一，其质量直接影响到成像的分辨率和对比度，进而影响到医生对病变部位的判断。

3、现有的波束形成算法主要依赖于数字信号处理技术，在硬件上通常需要借助于复杂的数字信号处理器(digital signal process，dsp)或场程序门阵列(field-programmable gatearray，fpga)来实现。

4、现有的dsp和fpga技术能够在一定程度上实现复杂的波束形成算法，但仍存在诸多缺陷。首先，dsp和fpga的高功耗问题限制了其在便携式超声波成像设备中的应用，尤其是在需要长时间工作的场景下。其次，处理速度的限制使得在高帧率成像时难以保证实时性和稳定性。此外，这些硬件设备的集成度有限，使得系统的体积和成本难以有效降低，不利于超声波成像技术的普及和推广。

5、这些限制在高分辨率和高帧率的超声波成像应用中变得尤为明显。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统及方法。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

3、一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，包括：

4、信号处理模块，用于接收并处理超声探头中多个接收元件采集的多个超声回波信号，得到对应于每个所述超声回波信号的第一信号；

5、延时和加权处理模块，连接所述信号处理模块，所述延时和加权处理模块包括忆阻器阵列，所述忆阻器阵列包括多个忆阻器单元，用于根据所述第一信号调整所述忆阻器阵列中每个所述忆阻器单元的电阻值，并根据电阻值调整后的忆阻器阵列对所有所述第一信号进行延时和加权处理，得到对应于每个所述第一信号的延时加权信号；

6、成像模块，连接所述延时和加权处理模块，用于根据所述延时加权信号形成成像信号。

7、优选地，所述忆阻器阵列为由多个所述忆阻器单元组成的二维阵列。

8、优选地，所述延时和加权处理模块包括：

9、阻值计算单元，用于根据每个所述第一信号对应所需的延时值、加权系数、所述忆阻器单元的初始电阻值进行计算，得到调整阻值；

10、阻值调整单元，连接所述阻值计算单元，用于根据所述调整阻值调整对应的所述忆阻器单元的电阻值；

11、延时加权单元，连接所述阻值调整单元，用于根据电阻值调整后的忆阻器阵列对所述第一信号进行延时和加权处理，得到对应于每个所述第一信号的所述延时加权信号。

12、优选地，所述第一信号对应所需的延时值为所述超声探头中对应接收元件相对于预设标准元件的信号接收的延时时间。

13、优选地，所述加权系数根据自定义设置确定、或者根据每个所述超声回波信号的重要程度或信号质量的评估结果确定。

14、优选地，所述延时和加权处理模块采用以下公式调整所述忆阻器阵列中每个所述忆阻器单元的电阻值：

15、r′＝[r0+α*δt]*β

16、其中，r0表示所述忆阻器单元的初始电阻值；δt表示所述第一信号的延时值；α表示所述延时值到电阻值的转换系数；β表示所述第一信号的加权系数；r′表示所述忆阻器单元调整后的阻值。

17、优选地，还包括：

18、信号分配模块，分别连接所述信号处理模块和所述延时和加权处理模块，用于根据所述超声回波信号的成像贡献度将对应的所述第一信号分配至相应的所述忆阻器单元；

19、所述延时和加权处理模块中的每个所述忆阻器单元用于对分配得到的所述第一信号进行延时和加权处理，得到所述延时加权信号。

20、优选地，所述信号分配模块还用于将靠前的成像贡献度对应的所述第一信号分配至相应的所述忆阻器单元。

21、优选地，所述成像模块还用于对所述延时和加权处理模块输出的多个所述延时加权信号进行合成处理，形成所述成像信号。

22、本发明还提供一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算方法，应用于如上述的于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统中，方法包括：

23、接收并处理超声探头中多个接收元件采集的多个超声回波信号，得到对应于每个所述超声回波信号的第一信号；

24、根据所述第一信号调整忆阻器阵列中每个忆阻器单元的电阻值，并根据电阻值调整后的忆阻器阵列对所有所述第一信号进行延时和加权处理，得到对应于每个所述第一信号的延时加权信号；

25、根据所述延时加权信号形成成像信号。

26、本发明技术方案的优点或有益效果在于：

27、本发明通过动态调整忆阻器阵列中忆阻器单元的电阻值，以模拟超声回波信号的延时和加权处理，基于忆阻器阵列的特点，能够有效加速波束形成的计算过程，同时降低功耗，提高成像的速度和质量。

技术特征：

1.一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述忆阻器阵列为由多个所述忆阻器单元组成的二维阵列。

3.根据权利要求1所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述延时和加权处理模块包括：

4.根据权利要求3所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述第一信号对应所需的延时值为所述超声探头中对应接收元件相对于预设标准元件的信号接收的延时时间。

5.根据权利要求3所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述加权系数根据自定义设置确定、或者根据每个所述超声回波信号的重要程度或信号质量的评估结果确定。

6.根据权利要求1所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述延时和加权处理模块采用以下公式调整所述忆阻器阵列中每个所述忆阻器单元的电阻值：

7.根据权利要求4所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述信号分配模块还用于将靠前的成像贡献度对应的所述第一信号分配至相应的所述忆阻器单元。

9.根据权利要求1所述的基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，其特征在于，所述成像模块还用于对所述延时和加权处理模块输出的多个所述延时加权信号进行合成处理，形成所述成像信号。

10.一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任意一项所述的于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统中，方法包括：

技术总结本发明提供一种基于忆阻器阵列的超声波束形成加速计算系统，包括：信号处理模块，用于接收并处理超声探头中多个接收元件采集的多个超声回波信号，得到对应于每个超声回波信号的第一信号；延时和加权处理模块，用于根据第一信号调整忆阻器阵列中每个忆阻器单元的电阻值，根据调整后的忆阻器阵列对第一信号进行延时和加权处理，得到对应于每个第一信号的延时加权信号；成像模块，连接延时和加权处理模块，用于根据延时加权信号形成成像信号。有益效果：本发明通过动态调整忆阻器阵列中忆阻器单元的电阻值，以模拟超声回波信号的延时和加权处理，基于忆阻器阵列的特点，能够有效加速波束形成的计算过程，同时降低功耗，提高成像的速度和质量。技术研发人员：黄孟钦,朱瑞星,肖林芳受保护的技术使用者：上海深至信息科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20