本发明专利技术涉及用于致动和读取用于超声计算机断层摄影的一组超声转换器(112)的设备(110)，包括：公共基板(116)，具有作为输入通道(124)的第一区域(118)和作为输出通道(126)的第二区域(120)，所述第二区域通过n阱与所述第一区域电分离；在第一区域上用于接收模拟高电压信号的至少一个高电压信号输入(128)；第一区域(118)上的至少一个高电压放大器(132)，其具有高电压CMOS半导体组件并且用于接收和放大模拟高电压信号；第一区域(118)上的至少一组超声转换器(112)，其中，超声转换器(112)中的至少一个被配置用于在发射阶段期间生成超声信号，并且超声转换器(112)中的至少一个用于接收超声测量信号(140)；至少一个多路复用器(156)，用于组合来自至少两个不同超声转换器(112)的超声测量信号(140)以形成公共测量信号(148)；第二区域(120)上的至少一个的低噪声低电压预放大器(152)，其具有CMOS半导体组件并且用于接收测量信号(148)；第二区域(120)上的至少一个输出开关(150)，用于至少在发射阶段期间防止测量信号(148)施加到低电压预放大器(152)上；以及至少一个低电压信号输出(154)，用于向外部控制和评估单元(212)发送预放大的测量信号(148)。
Equipment for activating and reading a set of ultrasonic transducers for ultrasonic computed tomography and ultrasonic computed tomography machine
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】致动和读取用于超声计算机断层摄影的一组超声转换器的设备及超声计算机断层摄影机器
本专利技术涉及一种用于致动和读取用于超声计算机断层摄影的一组超声转换器的设备，并且涉及一种包括至少一个这种类型的设备的超声计算机断层摄影机器。超声计算机断层摄影机器特别适合用于基于超声的成像方法中以早期识别乳腺癌。同样可能有其他使用目的，特别是在无损材料测试或测试技术中。
技术介绍
可用于医学检查的超声计算机断层摄影机器尤其包括至少一个超声头，具有至少一个超声转换器和至少一个控制和评估单元，该控制和评估单元发射用于超声转换器的控制信号并接收在超声转换器处接收的测量信号作为电信号，将其放大并转发给控制和评估单元，特别是用于在测量期间在屏幕上重建实时图像。WO2002/030288A1公开了一种超声计算机断层摄影机器，其尤其可用于基于超声的成像方法中以早期识别乳腺癌。超声计算机断层摄影机器根据发射(transmisson)散射和脉冲回波方法进行操作，并包括：向上开口的容器，将待检查身体部位插入该容器中；固定布置在整个壁区域的容器壁上的超声转换器，所述超声转换器的主要发射方向在每种情况下都垂直于壁区域定向到该容器的内部；耦合介质，其已经被引入到该容器中，润湿待检查身体部位并用于在超声转换器与待检查身体部位之间耦合和传输超声信号；以及与超声转换器互连的具有主存储器的计算机辅助控制和评估单元。在这种情况下，以如下方式体现所述互连：通过电子开关可以选择任意数量的超声转换器作为发射器和接收器两者；由发射器发射的超声信号是超声脉冲并且所有接收器并行接收的信号作为电信号被放大、滤波、数字化并作为数据存储在主存储器中；声音传播时间由存储在主存储器中的数据确定，并且通过所述声音传播时间和几何关系确定各个声速，并且使用被计算地划分为多个区域的容器体积并使用不同数据集的相关性，计算各个区域中的声速；根据各个区域中的声速以及接收的信号的幅度和相位分布(profile)，计算容器中的所有可能的反射点，并将信号作为来自容器中每个点的所有测量的可能反射点的数据求和，从中为每个点分配对应于求和值的大小的颜色值，并取决于所需的分辨率，在三维重建中在每种情况下将所述颜色值分配给至少一个像素。此外，可以在EP2056124A1、WO2011/124379A2和WO2012/110228A1中找到有关可以在此处同样使用的其他评估和重建方法的细节。超声计算机断层摄影机器中的挑战之一在于用于致动和读取一个或多个超声转换器的合适设备的配置。特别地，该设备必须被配置为既能够处理产生足够的声压所需的高电压信号又能够放大弱响应信号。为此目的，该设备通常包括射频脉冲单元、射频隔离开关和低噪声低电压预放大器。WO2005/107962A1公开了超声转换器，其包括具有多个转换器元件的转换器阵列。在那种情况下，每个超声转换器包括至少一个压电体，该压电体在每种情况下具有至少一个底部电极和一个顶部电极以及包括至少一个电路板的耦合层，超声转换器在该电路板上连接到底部电极，其中，在电路板上提供导体轨迹(track)结构，该导体轨迹结构在压电体下方具有恒定的导体轨迹高度，压电体与底部电极电接触，以及其中，在电路板和压电体之间与导体轨迹结构并排的剩余空腔用粘合剂(binder)完全填充。US2001/0043090A1公开了一种集成电路，作为用于致动和读取超声转换器的设备。在那种情况下，单片布置在单个基板上的电路既包括低电压电路又包括高电压电路，其中，低电压电路是基于CMOS构造的，而高电压电路则具有高电压FET。在那种情况下，低电压电路一方面具有被配置为生成信号并将其向超声转换器元件发送的数字逻辑电路，另一方面具有用于接收超声转换器元件的信号并进一步处理其的模拟电路，而高电压电路用于致动超声转换器元件。在US2009/0146695A1和US2016/0242739A1中可以找到在其中使用脉冲来致动超声转换器元件的可比较设备。US2015/0032002A1公开了一种具有多个超声转换器元件和相关联电路的超声转换器探头。该文件提议由CMOS组件构造发射放大器。此外，通过在晶体管构造中使用N阱来实现与基板的隔离。此外，提供输出开关，该输出开关被配置为至少在发射暂停期间防止将测量信号施加到低电压预放大器。此外，公开了多路复用器电路。D.F.Lemmerhirt、X.Cheng、R.D.White、C.A.Rich、M.Zhang、J.B.Fowlkes和O.D.Kripfgans在《IEEE超声波、铁电和频率控制汇刊》2012年第7期第59卷(IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics,andFrequencyControl,Vol.59,No.7,2012)的《一种在标准CMOS中制造的32×32电容式微加工超声转换器阵列(A32×32CapacitiveMicromachinedUltrasonicTransducerArrayManufacturedinStandardCMOS)》中描述了一种转换器阵列的原型，其中，超声转换器和被配置用于致动和读取超声转换器的电路同样集成在公共基板上。在这种情况下，将脉冲施加到每个电容式微加工超声转换器(称为电容式微加工超声转换器(CapacitiveMicromachinedUltrasonicTransducer)，简称CMUT)的底板，其中，一个开关在ON(开)位置保护CMOS电子产品的输入，并在OFF(关)位置将来自CMUT的输出电流转换为电压值。G.Gurun、M.S.Qureshi、M.Balantekin、R.Guldiken、J.Zahorian、S.-Y.Peng、A.Basu、M.Karaman、P.Hasler和L.Degertekin在2008IEEE国际超声波研讨会论文集(ULTSYM)0096(2008IEEEInternationalUltrasonicsSymposiumProceedings(ULTSYM)0096)的《用于与CMUT阵列单片集成的前端CMOS电子产品：电路设计和初步实验结果(Front-endCMOSElectronicsforMonolithicIntegrationwithCMUTArrays:CircuitDesignandInitialExperimentalResult)》，I.Cicek、A.Bozkurt和M.Karaman在《IEEE超声波、铁电和频率控制汇刊》2005年第12期第52卷的《使用2DCMUT阵列进行3D声学成像的前端集成电路的设计(DesignofaFront-EndIntegratedCircuitfor3DAcousticImagingUsing2DCMUTArrays)》，J.Song、S.Jung、Y.Kim、K.Cho、B.Kim、S.Lee、J.Nab、I.Yang、O.-K.Kwon和D.Kim在SPIE会议记录卷832083201A-1(Proc.ofSPIEVol.832083201A本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于致动和读取用于超声计算机断层摄影的一组超声转换器(112)的设备(110)，包括：/n-公共基板(116)，其中，所述基板(116)具有被构造为输入通道(124)的第一区域(118)和被构造为输出通道(126)的第二区域(120)，所述第二区域与所述第一区域电分离，其中，所述第一区域(118)与所述第二区域(120)的分离(122)通过n阱实现；/n-被布置在所述第一区域(118)上的至少一个高电压信号输入(128)，其中，所述高电压信号输入(128)被配置为接收模拟高电压信号；/n-被布置在所述第一区域(118)上的至少一个高电压放大器(132)，其中，所述高电压放大器(132)被配置为接收并放大由所述高电压信号输入(128)提供的所述模拟高电压信号，其中，所述高电压放大器(132)具有高电压CMOS半导体组件；/n-被布置在所述第一区域(118)上的至少一组超声转换器(112)，其中，所述超声转换器(112)中的至少一个被配置为超声发射器(136)，以便在发射阶段期间生成超声信号，在所述发射阶段中所述高电压放大器(132)在其输出处提供高电压信号，并且其中，所述超声转换器(112)中的至少一个被配置为接收超声测量信号(140)；/n-至少一个多路复用器(156)，被配置为组合已从至少两个相互不同的超声转换器(112)接收的超声测量信号(140)以形成公共测量信号(148)；/n-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个低噪声低电压预放大器(152)，其中，所述低电压预放大器(152)被配置为接收所述测量信号(148)，其中，所述低电压预放大器(152)具有CMOS半导体组件；/n-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个输出开关(150)，其中，所述输出开关(150)被配置为至少在所述发射阶段期间防止所述测量信号(148)被施加到所述低电压预放大器(152)；以及/n-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个低电压信号输出(154)，所述低电压信号输出(154)被配置用于向外部控制和评估单元(212)发送预放大的测量信号(148)。/n...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170927 DE 102017217214.21.一种用于致动和读取用于超声计算机断层摄影的一组超声转换器(112)的设备(110)，包括：
-公共基板(116)，其中，所述基板(116)具有被构造为输入通道(124)的第一区域(118)和被构造为输出通道(126)的第二区域(120)，所述第二区域与所述第一区域电分离，其中，所述第一区域(118)与所述第二区域(120)的分离(122)通过n阱实现；
-被布置在所述第一区域(118)上的至少一个高电压信号输入(128)，其中，所述高电压信号输入(128)被配置为接收模拟高电压信号；
-被布置在所述第一区域(118)上的至少一个高电压放大器(132)，其中，所述高电压放大器(132)被配置为接收并放大由所述高电压信号输入(128)提供的所述模拟高电压信号，其中，所述高电压放大器(132)具有高电压CMOS半导体组件；
-被布置在所述第一区域(118)上的至少一组超声转换器(112)，其中，所述超声转换器(112)中的至少一个被配置为超声发射器(136)，以便在发射阶段期间生成超声信号，在所述发射阶段中所述高电压放大器(132)在其输出处提供高电压信号，并且其中，所述超声转换器(112)中的至少一个被配置为接收超声测量信号(140)；
-至少一个多路复用器(156)，被配置为组合已从至少两个相互不同的超声转换器(112)接收的超声测量信号(140)以形成公共测量信号(148)；
-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个低噪声低电压预放大器(152)，其中，所述低电压预放大器(152)被配置为接收所述测量信号(148)，其中，所述低电压预放大器(152)具有CMOS半导体组件；
-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个输出开关(150)，其中，所述输出开关(150)被配置为至少在所述发射阶段期间防止所述测量信号(148)被施加到所述低电压预放大器(152)；以及
-被布置在所述第二区域(120)上的至少一个低电压信号输出(154)，所述低电压信号输出(154)被配置用于向外部控制和评估单元(212)发送预放大的测量信号(148)。
2.根据前述权利要求所述的设备(110)，其中，所述第一区域(118)被设计成接收和进一步处理5V至120V的电压和电势，并且所述第二区域(120)被设计成接收和进一步处理1nV至10mV的电压和电势。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(110)，其中，所述高电压放大器(132)具有第一带宽，并且其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·佩里克，M·扎普夫，H·杰玛克，R·莱伊斯，
申请(专利权)人：卡尔斯鲁厄技术研究所，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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