具有非对称发射信号的超声系统技术方案

超声系统利用不对称发射信号驱动超声探头元件，所述不对称发射信号增强了探头换能器的极化。使用非对称发射信号使得换能器元件能够经受显著更高的RF发射电压而不会劣化，这继而实现了更高的声输出和改进的可靠性。对于单晶换能器材料，在被用于生成诸如剪切波推动脉冲的长持续时间的高能压力波时，这是特别有利的。

Ultrasonic system with asymmetric emission signals

The ultrasonic system uses asymmetric emission signals to drive the ultrasonic probe components. The asymmetric emission signals enhance the polarization of the transducer. The use of asymmetric transmit signals enables transducer elements to withstand significantly higher RF emission voltage without deterioration, which achieves higher acoustic output and improved reliability. It is particularly advantageous for a single crystal transducer material to be used to generate high energy pressure waves for long duration, such as a shear wave driving pulse.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有非对称发射信号的超声系统
本专利技术涉及医学诊断超声系统，并且，更具体而言涉及一种产生不对称发射信号以保持超声换能器阵列探头的极化的超声系统。
技术介绍
超声探头利用压电换能器元件发射超声波，并接收超声回波信号，所述压电换能器元件在被高电压信号驱动时机械地偏转，并将由于接收的回声信号引起的振动转换为电信号。传统上，这些压电元件由诸如PZT(锆钛酸铅)之类的陶瓷材料制成，多晶陶瓷材料由于其较高的机械效率而是优选的。PZT是一种多晶陶瓷材料。大约十五年前，研究导致开发出针对超声换能器的单晶材料，例如PZN-PT铌酸铅-钛酸铅)和PMN-PT(铌镁酸铅-钛酸铅)。如本文所使用的，术语单晶被用来表示：有取向的压电晶体，其中，晶体包括非常少的晶畴(都在方向上对齐以提供最大净压电响应)；以及单畴晶体，其中，晶体包含单个畴的材料取向，以提供最大的压电响应。与PZT型陶瓷相比，开发出的PZN-PT和PMN-PT单晶具有更高的电能转换成机械能并且反之的效率。因此，单晶换能器对于诸如谐波成像的许多诊断超声应用是优选的。参见，例如，美国专利6532819(Chen等人)。然而，这些新材料并不是没有其自身的限制。已经发现这些材料比针对医学成像使用的典型PZT型陶瓷表现出更低的居里温度和更低的矫顽电场。这些较低的矫顽电场使得这些单晶材料在用于需要高电场并且还保持高能量传输的应用中更容易被去极化。当制造超声换能器时，换能器中的压电材料可以经历极化过程，也称为极化(poling)，以提高换能器元件的灵敏度和效率。在极化期间，压电材料经受的电场大于材料的矫顽电场。极化场被施加一段足够长的时间以使畴对齐以实现材料中的净电极化。在较高温度下对材料进行极化可以加速该过程并缩短实现极化所需的时间长度。一旦冷却并且去除极化场，对齐的压电畴就会在方向上固定。当换能器在工作过程中经受高的维持电压时，这种对齐可能被破坏，导致电极化的减小以及传感器灵敏度和效率的降低。这种电极化的减少被称为去极化。为了防止去极化，可以跨换能器的压电元件提供电DC偏置场，以抵消可以对压电材料去极化的电场，同时也不会导致换能器操作中使用的RF场的减少。遗憾的是，增加电DC偏置场需要在换能器手柄中增加额外的电子元件，并增加了设计的复杂性。因此，希望有一种方法来维持压电材料的极化而不使用DC偏压。超声诊断的一个用途是通过组织弹性或硬度来诊断身体的病变。弹性测量的一种方法是剪切波测量。当身体中的一个点被压缩然后被释放时，邻接的组织被向下压缩，然后当压缩力被释放时向上弹回。但是，由于施加压缩力的组织连续地与周围组织邻连，因而力矢量的未压缩的组织侧将对压缩组织的上下运动进行响应。该横向方向上的波纹效应，称为剪切波，是周围组织对向下压缩力的响应。剪切波将以一个速度通过软组织，并且以另一个更高的速度通过硬组织。通过测量体内某一点处剪切波的速度，可获得关于该位置处组织的病理相关的特性的信息。已经表明，将组织向下推动所需的力可以通过来自超声脉冲的辐射压力产生，通常称为“推动脉冲”。推动脉冲通常是通过向换能器施加持续的高电压驱动信号而产生的长(数百微秒)的脉冲，这导致去极化的风险。由于相同的“推动脉冲”通常在整个身体上以厘米大小的增量进行重复测量，因而剪切波技术可以显著增加去极化问题，特别是当探头具有单晶材料换能器时。
技术实现思路
在一些方面中，本专利技术提供了一种将超声能量发射到体内的超声系统。所述超声系统可以包括：超声探头，其具有超声换能器元件阵列；以及发射波束形成器，其具有耦合到所述超声换能器元件的发射通道并且被配置为在它们各自的发射间隔期间向元件施加非对称发射信号。发射波束形成器可以被配置为施加不对称RF信号，和/或所述系统可以包括DC偏置电路，并且所述不对称信号可以包括DC偏置上的对称RF信号。在特定方面中，所述换能器元件可以包括压电陶瓷换能器元件，所述压电陶瓷换能器元件可以是单晶换能器元件。所述单晶换能器元件可以由多种材料制成，例如单晶PMN-PT、PZN-PT、或PIN-PMN-PT。在一些方面中，所述系统可以包括将每个发射通道耦合到换能器元件的T/R开关，并且任选地包括将T/R开关耦合到换能器元件的探头线缆。在特定方面中，所述超声换能器元件可以包括负极化的换能器元件，并且在这样的情况下，所述不对称发射信号表现出关于零参考电压为负的平均幅值。所述超声换能器元件可以包括正极化的换能器元件，并且所述不对称发射信号可以表现出关于零基准电压为正的平均幅值。在一些方面中，每个传发射道可以包括硬件可寻址的存储设备或移位寄存器，所述硬件可寻址的存储设备或移位寄存器被配置为存储数字发射信号数据。每个发射通道还可以包括数模转换器，所述数模转换器被耦合以接收数字发射信号数据以将数据转换为模拟发射信号。每个发射通道可以包括高电压发射放大器，所述高电压发射放大器被耦合以接收模拟发射信号并且将高电压发射信号施加到换能器元件。在特定方面中，本专利技术包括结合剪切波弹性成像来使用不对称发射信号。这样，在一些实施例中，不对称发射信号可以包括推动脉冲发射信号。推动脉冲发射信号的持续时间可以是例如50至1000微秒。附图说明在附图中：图1以框图的形式图示了超声诊断成像系统，该超声诊断成像系统利用不对称发射信号来驱动探头换能器阵列的元件。图2是耦合到换能器阵列的两个元件的发射波束形成器的两个通道的示意性图示。图3是说明本专利技术的不对称发射信号的测得的发射波形的绘图。图4图示了根据本专利技术实施例的超声探头的主要部件。具体实施方式在本专利技术的特定实施例中，描述了一种超声系统，其利用不对称发射信号来驱动探头的换能器元件。发射信号的幅度不对称在增强压电材料的极化的方向上创建了具有较大幅度的电场，并且在与压电材料的极化相反并且使其降低的方向上创建较小的幅度。不对称的发射信号加强了极化，因为在发射脉冲的持续时间内递送给换能器元件的净能量创建了净力矩和电学力，这些力的作用是保持畴对齐并保持极化。现在参考图1，以框图形式示出了根据本专利技术的原理的产生用于超声探头的不对称发射信号的超声系统。在图示的实施方式中，超声系统被设置为发射用于测量体内剪切波的推动脉冲。超声探头10具有能发射和接收超声信号的换能器元件的换能器阵列12。换能器阵列12的元件由诸如PZT、PMN-PT、PZN-PT或PIN-PMN-PT(铌酸铟铅-铌酸镁铅-钛酸铅)的压电陶瓷材料制成。该阵列可以被制造为换能器元件的一维(1D)或二维(2D)阵列。两种类型中的任一类型的阵列能够扫描2D平面并且二维阵列能够被用于扫描在阵列的前面的体积区域。探头线缆40将探头连接到超声系统主机。图4是典型的超声探头10的侧视图，其中，探头线缆40在探头手柄的近端附接。换能器阵列12位于探头的远端11中，当所述远端与患者身体声学接触时，所述换能器阵列12被定位为发射超声并在探头前方的扫描区域80上接收回波信号。探头10的换能器阵列元件通过发射/接收(T/R)开关14耦合到超声系统中的发射波束形成器18和多线接收波束形成器20。发射波束形成器在本领域中是公知的，例如，如在美国专利申请号2013/0131511(Peterson等人)、美国专利6937176(Freeman等人)、美国专利771本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将超声能量发射到身体内的超声系统，所述系统包括：超声探头，其具有超声换能器元件的阵列；以及发射波束形成器，其具有耦合到所述超声换能器元件的发射通道并且被配置为在其各自的发射间隔期间向所述元件施加不对称发射信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.29 US 62/185,9661.一种用于将超声能量发射到身体内的超声系统，所述系统包括：超声探头，其具有超声换能器元件的阵列；以及发射波束形成器，其具有耦合到所述超声换能器元件的发射通道并且被配置为在其各自的发射间隔期间向所述元件施加不对称发射信号。2.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述换能器元件还包括压电陶瓷换能器元件。3.根据权利要求2所述的超声系统，其中，所述压电陶瓷换能器元件还包括单晶换能器元件。4.根据权利要求3所述的超声系统，其中，所述单晶换能器元件还包括单晶PMN-PT、PZN-PT、或PIN-PMN-PT。5.根据权利要求1所述的超声系统，还包括将每个发射通道耦合到换能器元件的T/R开关。6.根据权利要求1所述的超声系统，还包括将T/R开关耦合到所述换能器元件的探头线缆。7.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述超声换能器元件还包括负极化的换能器元件；并且其中，所述不对称发射信号展示出关于零参考电压为负的平均幅度值。8.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·欧文，H·A·孔克尔三世，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL