[發明專利]用于128元件陣列探頭的超聲系統前端電路

在審

• 申請號: 201780048712.2
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN109564278A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: S·R·弗里曼;S·O·施魏策爾;T·薩沃德;J·T·阮;M·巴茨;T·H·阮
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S15/89
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

一種用于超聲系統的前端電路，包括波束形成器FPGA集成電路、具有脈沖發射器和線性波形發射器兩者的發射IC和/或T/R開關、發射控制和接收器IC以及模數轉換器(ADC)IC。僅所述發射IC要求高電壓，并且所述發射/接收開關被集成在所述發射IC中，這將所述接收器IC與高電壓隔離開。所述發射器能夠被修調以調節脈沖上升和下降速率，這實現了具有低諧波頻率含量的脈沖的傳輸，并且因此實現了更好的諧波圖像。

技術領域

本發明涉及醫學診斷超聲系統，并且具體涉及用于具有128個或更多個換能器元件的超聲陣列探頭的前端電路。

背景技術

超聲系統的前端是與超聲探頭通信的系統的部分，其控制來自探頭換能器的超聲的傳輸并且接收和初始地處理來自換能器的返回回波信號。前端電路還控制相關的處理，諸如對回波信號的TGC放大、數字化以及波束形成過程的至少某個部分。期望該電路的大部分以集成電路(IC)的形式來制作以減少系統大小和重量以及希望的成本。但是，現今的超聲系統使用具有多元件陣列換能器的探頭來對波束進行電子地轉向和聚焦，這消除探頭中的機械部件。常規的1D(一維)陣列大小是128個元件，但是具有192個元件和256個元件的探頭也在使用，并且用于3D成像的2D探頭具有成千上萬的換能器元件。對于2D陣列探頭而言，微波束形成器需要使得能夠使用有效尺寸的線纜，但是前端電路通常仍然被用于探頭控制和最終的波束形成。

也期望所述前端電路提供能夠操作要求脈沖傳輸的探頭和使用成形的波形傳輸的那些探頭以及具有多線能力的那些探頭的全方位能力。還期望數字化在波束形成之前完成以使得數字波束形成器能夠被用于所有成像應用。這些要求強加針對集成電路部件的數量和布局的挑戰，因為其導致將許多集成的電路部件互連的增加的IC引腳計數。這些要求針對具有較少數量的換能器元件的探頭和使用復用的那些探頭將降低，但是復用通常降低性能并且因此高效地操作128元件陣列探頭的需要是最低限度的期望的要求。本發明的目標是提供一種用于超聲系統的集成電路前端，其為128元件換能器探頭提供優質性能，所述128元件換能器探頭具有用于高效配置、封裝和p.c.板布局的減少的引腳計數的IC封裝并且考慮針對不同電壓和能力的IC所要求的各種類型的制造。

發明內容

根據本發明的原理，描述了一種用于超聲系統的前端電路，所述前端電路包括波束形成器FPGA集成電路、具有脈沖發射器和線性波形發射器兩者的發射IC、發射控制和接收器IC以及模數轉換器(ADC)IC。僅所述發射IC要求高電壓，并且發射/接收開關被集成在所述發射IC中，這將所述接收器IC與高電壓隔離。所述發射器能夠被修調(trimmed)以調節脈沖上升和下降速率，這實現了具有低諧波頻率含量的脈沖的傳輸以及因此實現了更好的諧波圖像。針對所述線性和脈沖發射器兩者的波形數據被存儲在所述發射控制和接收器IC中，這節省了FPGA上的引腳，其是該數據的常規資源。所述ADC將數字回波信號耦合到所述FPGA以用于在串行總線線路上的波束形成，這節省了在常規并行數據配置上的額外的FPGA引腳。將脈沖和線性波形發射能力兩者包括在所述發射IC中使得能夠將這兩種類型的發射器用在多模式圖像的形成中，諸如將用于多普勒波束的脈沖發射器和用于B模式波束的線性發射器用在顏色流圖像的形成中。

附圖說明

在附圖中：

圖1以框圖形式圖示了根據本發明的原理構建的超聲系統前端的IC的配置。

圖2是根據本發明的原理的將脈沖器和線性波形發射器兩者與發射-接收開關集成在相同的IC上的發射IC的示意性圖示。

圖3是根據本發明的原理構建的發射控制和接收器IC的框圖和示意性圖示。

圖4是圖示了圖1的超聲系統前端電路的操作的流程圖。

圖5是圖示了使用圖1-3的超聲系統前端電路的脈沖器和線性波形發射器兩者采集針對顏色流圖像的回波信號的流程圖。

圖6以框圖形式圖示了使用圖1-3的前端電路的超聲系統。