[發明專利]具有低頻率、低電壓數字微波束形成器的超聲探頭

有效

• 申請號: 201780053852.9
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN109642942B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: B·J·薩沃德
• 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;G10K11/34
• 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

超聲探頭(106)包含陣列換能器(101)以及被耦合到所述陣列的元件的微波束形成器。所述微波束形成器包括模擬ASIC(102)，其中，發射器和放大器被耦合到所述陣列(101)的元件。所述微波束形成器還包括：將接收到的回波信號轉換成數字數據的模數轉換器，以及位于數字ASIC(103)中的數字波束形成電路。數字ASIC(103)以比數字ASIC(103)的數字集成電路過程的頻率低的核心頻率計時，并且數字ASIC(103)以比數字集成電路過程被設計的電壓低的電源電壓來操作，這兩者都降低了所述微波束形成器的功耗。

技術領域

本發明涉及醫學診斷超聲系統，并且具體涉及具有數字微波束形成器的超聲探頭。

背景技術

超聲陣列換能器使用波束形成器來發射并且適當地延遲并求和從所述換能器陣列的元件接收到的超聲回波信號。所述延遲是在考慮要由波束形成器形成的波束的方向(轉向)和聚焦深度的情況下選取的。在從每個元件接收到的信號被波束形成器的通道恰當地延遲之后，經延遲的信號被組合以形成被恰當地轉向和聚焦的相干回波信號的波束。在超聲束發射期間，個體元件的致動的時間是接收延遲、轉向和聚焦發射波束的補充。已知對延遲的選取能根據陣列元件的幾何結構以及由波束詢問的圖像場的幾何結構來確定。

在常規的超聲系統中，所述陣列換能器被定位在探頭中，所述探頭在成像期間抵靠著患者的身體來放置，并且包含一些電子部件，諸如調諧元件、開關和放大器件。延遲和信號組合是由被包含在超聲系統主機中的波束形成器來執行的，所述探頭通過線纜被連接到所述波束形成器。

用于陣列換能器和波束形成器的前述系統架構對于大多數一維(1D)換能器陣列足夠非常好，其中，換能器元件的數量和波束形成器通道的數量是大致相同的。當換能器元件的數量超過波束形成器通道的數量時，通常采用多路復用，并且在任何時間點，僅換能器的元件的總數量的子集能夠被連接到波束形成器。1D陣列中的元件的數量的范圍能夠從小于一百個到數百個，并且典型的波束形成器具有128個波束形成器通道。該系統架構解決方案隨著用于二維(2D)和三維(3D)成像的二維陣列換能器的出現而變得難以維持。這是因為2D陣列換能器在體積區域上在方位角和仰角兩者上對波束進行操縱和聚焦。針對這種波束形成所需的換能器元件的數量通常為數千個。那么問題的關鍵變為將探頭連接到波束形成器所在的系統主機的線纜。即使是最細的導電細絲的數千導體的線纜也變得粗并且笨重，如果不是不可能的話，使得探頭的操作變得麻煩。

該問題的解決方案是在探頭自身中執行波束形成中的至少一些波束形成，如在美國專利5229933(Larson，III)中所描述的。在該專利中所示的超聲系統中，波束形成被劃分在探頭與系統主機之間。通過被稱為微波束形成器的微電路在探頭中來完成元件組的初始波束形成，其中，產生部分地波束形成的加和。這些部分地波束形成的加和(數量少于換能器的數量)通過合理尺寸的線纜被耦合到系統主機，在所述系統主機中，完成波束形成過程，并且產生最終的波束。在探頭中的部分波束形成是由被Larson，III稱為組內處理器的器件來完成的，在微波束形成器中，其形式是被附接到陣列換能器的微電子器件。還參見美國專利5997479(Savord等人)；美國專利6013032(Savord)；美國專利6126602(Savord等人)；以及美國專利6375617(Fraser)。換能器陣列和微波束形成器的數千個元件之間的數千個連接是在微電路和陣列間距的微小尺寸上完成的，而微波束形成器與系統主機的波束形成器之間的較少的線纜連接是由更常規的線纜技術來完成的。各種平面和彎曲陣列格式能夠與微波束形成器一起使用，諸如在美國專利7821180(Kunkel，III)和美國專利7927280(Davidsen)中所示的彎曲陣列。微波束形成器也能夠與一維數陣列以及與作為一維陣列而操作的2D陣列一起使用。例如參見美國專利7037264(Poland)。