描述了用于超声系统的前端电路，其包括：波束形成器FPGA集成电路、具有脉冲发射器和线性波形发射器两者的发射IC、发射控制和接收器IC，以及模数转换器(ADC)IC。针对线性和脉冲发生器发射器两者的波形数据被存储在发射控制和接收器IC中，从而节省FPGA上的引脚，所述引脚是该数据的常规源。ADC通过串行总线将数字回波数据耦合到FPGA以进行波束形成，从而相对于常规并行数据布置节省额外的FPGA引脚。在发射IC中包括脉冲发生器和线性波形发射能力两者使得能够在形成多模式图像中使用这两种类型的发射器，诸如在形成彩色流图像中使用用于多普勒波束的脉冲发生器和用于B模式波束的线性发射器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于阵列换能器的脉冲发生器和线性放大器的超声系统前端电路
本专利技术涉及医学诊断超声系统，并且具体地涉及具有用于驱动换能器阵列的元件的脉冲发生器和线性放大器两者的前端电路。
技术介绍
超声系统的前端是系统的部分，其与超声探头通信，从而控制超声从探头换能器的发射并且接收并初始地处理来自换能器的返回回波信号。前端电路还控制相关处理，诸如回波信号的TGC放大、数字化和波束形成过程的至少部分。期望该电路的大部分以集成电路(IC)形式制造，以减小系统尺寸和重量并且期望地降低成本。但当今的超声系统使用具有多元件阵列换能器的探头来电子地操纵和聚焦波束，从而消除探头中的机械部分。常规1D(一维)阵列尺寸是128个元件，尽管具有192和256个元件的探头在使用中，并且用于3D成像的2D探头具有数千个换能器元件。对于2D阵列探头，尽管前端电路仍然通常用于探头控制和最终波束形成，但是微波束形成器必须使得能够使用有效尺寸的线缆。还期望前端电路提供全范围的能力，能够操作需要脉冲发射的探头和使用整形波形发射的探头，以及具有多线能力的探头。还期望在波束形成之前完成数字化，使得数字波束形成器能够用于所有成像应用。这些需要对集成电路部件的数量和布局施加了挑战，因为它们导致集成电路部件的增加的引脚计数。针对具有较少元件数量的探头和使用多路复用的探头，这些需要将会减少，但是多路复用通常会降低性能，并且因此高效操作128-元件阵列探头的需要最低限度地是期望需要。本专利技术的目的是提供一种用于超声系统的集成电路前端，所述集成电路前端为128-元件阵列换能器探头提供额外性能，其中，IC封装具有减少的引脚计数，以用于高效的配置、封装和p.c.板布局，并且考虑不同电压和功能的IC所需的各种类型的制造。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，描述了用于超声系统的前端电路，其包括：波束形成器FPGA集成电路；具有脉冲发射器和线性波形发射器两者的发射IC；发射控制和接收器IC；以及模数转换器(ADC)IC。仅发射IC需要高电压，发射/接收开关集成在发射IC中，从而将接收器IC与高电压隔离。可以修整发射器以调节脉冲转换速率，从而实现具有低谐波频率内容的脉冲的发射，以及因此更好的谐波图像。线性和脉冲发生器发射器两者的波形数据存储在发射控制和接收器IC中，从而节省了FPGA上的引脚，其是该数据的常规来源。ADC通过串行总线将数字回波数据耦合到FPGA以进行波束形成，从而相对于常规并行数据布置节省了额外的FPGA引脚。在发射IC中包括脉冲发生器和线性波形发射能力两者使得能够在形成多模式图像中使用两种类型的发射器，诸如在形成彩色流图像中使用用于多普勒波束的脉冲发生器和用于B模式波束的线性发射器。附图说明在附图中：图1以框图形式图示了根据本专利技术的原理构造的超声系统前端的IC的配置。图2是根据本专利技术的原理的在相同IC上集成脉冲发生器和线性波形发射器两者以及发射-接收开关的发射IC的示意性图示。图3是根据本专利技术的原理构造的发射控制和接收器IC的框图和示意性图示。图4是图示图1的超声系统前端电路的操作的流程图。图5是图示使用图1-3的超声系统前端电路的脉冲发生器和线性波形发射器两者采集针对彩色流图像的回波信号的流程图。图6以框图形式图示了使用图1-3的前端电路的超声系统。具体实施方式首先参考图1，以框图形式示出了根据本专利技术的原理构造的超声系统前端的IC。波束形成器FPGA(现场可编程门阵列)10与系统后端通信，从而接收用于具有阵列换能器的探头的发射-接收成像序列的命令，并且传送回数字波束形成回波数据以用于后端中的图像形成。FPGA10被配置为对接收的回波信号执行数字波束形成，如本领域中已知的。波束形成包括接收由换能器阵列的元件接收的回波信号，并分别延迟回波以使其进入时间和相位一致性中，然后对其求和。实质上，由阵列换能器的不同元件从图像场中的公共点接收的回波被组合以产生相干波束形成回波信号。模拟波束形成器使用延迟线来延迟回波信号以进行组合，但数字波束形成器可以使用各种延迟技术，包括回波信号的采样(数字化)的相对时间，通过移位寄存器对一系列数字回波信号采样进行计时的时间或存储在随机存取存储器中的回波的写-读时间。这些技术描述于例如美国专利US4173007(McKeighen等人)中。可以在FPGA10中实施的代表性数字波束形成器示出在例如美国专利US8137272(Cooley等人)和美国专利US6315723(Robinson等人)中。由FPGA10波束形成的回波信号由ADC18产生并且存储在DRAM存储器中。然后，FPGA根据需要从存储器中提取数据，并且将数据波束形成为数字相干回波信号，所述数字相干回波信号然后被传递到超声系统后端以进行进一步处理和图像形成。DRAM存储器可以包括电耦合到FPGA10的单独的存储器IC。优选地，DRAM存储器集成到与FPGA相同的IC封装。这样的集成IC器件可以制造为电子封装，其中，多个集成电路被封装在统一衬底上，从而便于它们用为单个部件，其包括小得多的体积中的多个集成电路器件的功能和能力。另一种封装方法是将FPGA芯片和(一个或多个)存储器芯片垂直堆叠在p.c.板上，这样可以最大限度地减小封装尺寸(即长度和宽度)以及由芯片在电路板上占用的占用面积。该方法在实现电路板尺寸减小的目的的同时，将无法实现本专利技术的目的之一，即减少IC封装所需的引脚的数量，因为FPGA与存储器IC之间的数据总线、时钟信号和控制线(例如，地址线)将仍需要外部封装引脚。本专利技术的优选实施方式是将FPGA器件和DRAM芯片两者封装在相同IC封装中，使得它们之间的连接可以在封装内部，从而减少和释放FPGA封装上的外部引脚用于其他用途，诸如与前端的其他IC的连接。响应于用于特定发射-接收成像序列的命令，FPGA将发射和接收控制数据(TxRx控制数据)传递到发射控制和接收器IC16。在用于128-元件换能器阵列的优选实施方式中，每个发射控制和接收器IC16接收用于操作换能器阵列的32个元件的控制数据。因此，需要四个发射控制和接收器IC16来操作128-元件阵列。每个发射控制和接收器IC16通过产生阵列的32个元件的发射数据来响应。每个IC16还包括三十二个接收信号路径，所述三十二个接收信号路径包括用于相同的三十二个元件的前置放大器和TCG控制。发射控制和接收器IC为每个换能器元件产生脉冲控制信号和线性波形信号两者。针对每个换能器元件，发射控制和接收器IC为线性发射器输出线性波形信号，并且为脉冲发生器输出发射控制数据，每个换能器元件耦合到线性和脉冲发生器发射器IC14。还耦合到线性和脉冲发生器发射器IC的是控制发射器参数(诸如，发射器增益和使能信号)的控制信号。信号线还连接在发射控制和接收器IC16与线性和脉冲发生器发射器IC14之间，以将接收到的回波信号耦合回到IC16中的接收信号路径的TGC控制的前置放大器。在优选实施方式中，每个线性和脉冲发生器发射器IC14包括脉冲发生器和线性发射器以及用于两个换能器元件12的发射/接收(T/R)开关。因此，针对128-元件换能器阵列需要64个线性和脉冲发生器发射器IC14。在发射-接收周期的接收部分期间，T/R开关闭合以将接收到的信号耦合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于多模式成像的超声系统，所述系统包括：探头，其包括换能器元件的阵列；高电压发射器集成电路，其包括被耦合到换能器元件的所述阵列中的公共换能器元件的脉冲发生器和线性发射器，所述脉冲发生器适于在第一成像模式期间从所述公共元件生成发射脉冲，并且所述线性发射器适于在第二成像模式期间从所述公共元件发射线性波形；波束形成器，其被耦合到所述阵列并且适于对来自所述阵列的回波信号进行波束形成；以及图像处理器，其被耦合以接收来自所述波束形成器的波束形成回波信号，并且适于产生对来自所述第一成像模式和所述第二成像模式的图像数据进行组合的多模式图像。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.04 US 62/370,7971.一种用于多模式成像的超声系统，所述系统包括：探头，其包括换能器元件的阵列；高电压发射器集成电路，其包括被耦合到换能器元件的所述阵列中的公共换能器元件的脉冲发生器和线性发射器，所述脉冲发生器适于在第一成像模式期间从所述公共元件生成发射脉冲，并且所述线性发射器适于在第二成像模式期间从所述公共元件发射线性波形；波束形成器，其被耦合到所述阵列并且适于对来自所述阵列的回波信号进行波束形成；以及图像处理器，其被耦合以接收来自所述波束形成器的波束形成回波信号，并且适于产生对来自所述第一成像模式和所述第二成像模式的图像数据进行组合的多模式图像。2.根据权利要求1所述的超声系统，还包括所述阵列与所述波束形成器之间的TGC前置放大器。3.根据权利要求2所述的超声系统，还包括所述阵列与所述波束形成器之间的模数转换器(ADC)。4.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述第一成像模式包括彩色流成像，并且所述第二成像模式包括B模式成像。5.根据权利要求4所述的超声系统，其中，所述系统适于以时间交错的方式操作所述脉冲发生器和所述线性发射器。6.根据权利要求5所述的超声系统，其中，所述脉冲发生器还适于根据图像场中的点生成多普勒回波信号的多个集成。7.根据权利要求4所述的超声系统，还包括：多普勒处理器，其具有被耦合到所述波束形成器的输入部和被耦合到所述图像处理器的输出部，所述多普勒处理器适于处理从所述脉冲发生器生成的多普勒回波信号；以及B模式处理器，其具有被耦合到所述波束形成器的输入部和被耦合到所述图像处理器的输出部，所述B模式处理器适于处理根据所述线性波形生成的B模式回波信号。8.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述波束形成器包括FPGA波束形成器。9.根据权利要求1所述的超声系统，还包括发射数据存储器，所述发射数据存储器被耦合到所述脉冲发生器和所述线性发射器；其中，所述发射数据存储器包含针对所述脉冲发生器和所述线性...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·弗里曼，T·H·阮，M·巴茨，J·T·阮，T·萨沃德，S·O·施魏策尔，
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
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