反转由超声换能器表现出的去极化效应的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为反转由超声换能器表现出的去极化效应的方法和系统。本发明专利技术提供了一种超声系统、探头和方法。该超声系统、探头和方法包括换能器，该换能器具有在极化方向(1423)上极化的压电换能器元件(104,1410)。随时间推移，该换能器元件中的一个或多个换能器元件表现出去极化效应。一个或多个驱动电路(1412,1414,1405)被配置为：i)生成具有至少第一极性区段和第二极性区段(652,654)的发射信号(650)，该第一极性区段和该第二极性区段(652,654)具有对应的第一峰值振幅和第二峰值振幅(+V

【技术实现步骤摘要】
反转由超声换能器表现出的去极化效应的方法和系统相关专利申请本专利申请是于2019年7月19日提交的名称为“METHODANDSYSTEMTOPREVENTDEPOLINGOFULTRASOUNDTRANSDUCER”的美国专利申请16/516,798的部分继续申请并且要求该美国专利申请的优先权，该美国专利申请的整个主题据此全文以引用方式并入。
本公开的各方面涉及医学成像。更具体地，某些实施方案涉及用于防止超声换能器去极化和用于在经历时反转去极化效应的方法和系统。
技术介绍
单晶压电材料可用于形成超声探头中的声学叠层。超声探头内使用的声学叠层的制造包括将压电材料与其他层材料堆叠或夹在一起，所述其他层材料诸如为可用于形成匹配层的石墨基材料或重负载环氧材料、嵌入有铜迹线的挠性材料和/或其他非常硬的材料。在制造期间，超声换能器被“极化”以改善压电效应。该极化过程通过以下方式进行：沿着相对于压电材料的参考轴的预定方向将电场施加到换能器。将单晶材料和其他换能器层切割成限定单独换能器元件的子部件。在组装过程期间将换能器元件与电极附接在一起。这些电极用于将发射信号传输到压电材料内的对应换能器元件并且从对应换能器元件收集所接收的信号。在操作期间，在连接到压电材料的电极之间施加发射电压以便在换能器中感应出电场。该电场基于压电效应来产生换能器元件的机械尺寸变化。该机械尺寸变化用于形成由探头发出的声波。该声波在不同解剖层上部分地反射。反射的波在接收操作期间引起换能器元件的机械变形。接收操作期间的机械变形因压电效应而在换能器内感应出电信号。这些电极将电信号传输到超声控制台，在此使用这些电信号形成超声图像。将发射操作和接收操作施加到大量电极以及相关联的大量换能器元件。如果在与初始极化方向相反的方向上施加过高的电压，则可使压电效应劣化。该效应的劣化导致超声探头的灵敏度降低(也称为去极化效应)。劣化的量取决于许多因素，如换能器温度、所施加的电压信号的模式、截止电压极性(正电压或负电压)、换能器的材料组成、换能器的厚度等等。去极化效应是单晶超声探头面临的主要挑战。迄今为止，已提出了尝试减少去极化效应的方法。例如，授予Dillman等人的美国专利6,497,660提出将大偏置电压添加到发射电压信号。Dillman教导了使双极电压信号偏置以在整个发射操作中保持与换能器的极化方向相同的极性。在发射周期期间，Dillman的偏置发生器使双极电压信号偏移，使得双极电压信号并不在静态下处于0伏特，而是处于至少-XV伏特。在图4中，Dillman示出了具有-Xv下的静态、0伏特的峰值和-2XV的最小值的偏置双极电压信号，使得偏置双极电压信号优选地不应过0伏特。然而，为了保持Dillman的大偏置电压，该系统必须包括昂贵且不可靠的高电压偏置电路。另外，在整个发射周期中将大偏置电压施加到探头可缩短探头的寿命并引入其他电路复杂性。通过本申请的剩余部分中参考附图所阐述的此类系统与本公开的一些方面的比较，常规方法和传统方法的附加限制和缺点对于本领域技术人员将变得显而易见。
技术实现思路
根据本文的实施方案，提供了超声系统。超声系统包括换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件。发射电路被配置为生成具有第一极性区段和第二极性区段的发射信号。第一极性区段和第二极性区段具有对应的第一峰值振幅区段和第二峰值振幅区段。偏置发生器被配置为在极化方向的方向上生成偏置信号。偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。任选地，压电换能器元件可由在极化方向上极化的单晶材料形成。单晶材料可表示二元单晶材料。偏置信号可为连续地施加到探头连接器的DC电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有2.5V与10V之间的稳态电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有4V至6V的稳态电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有发射信号的第一峰值振幅或第二峰值振幅中的至少一者的多达15％的稳态电压。任选地，发射信号可包括重复的一系列脉冲。这些脉冲可具有预定脉冲宽度以在发射周期的多达5％内提供有源发射信号。偏置发生器可被配置为在发射周期的90％或更多期间连续地施加偏置信号。发射信号可包括重复的一系列脉冲，这些脉冲具有预定脉冲宽度以在发射周期的多达5％内提供有源发射信号，该偏置发生器被配置为在发射周期期间连续地施加偏置信号。任选地，超声系统可包括耦接到探头电缆的远端的探头。探头电缆可在探头电缆的近端包括探头连接器。探头连接器可被配置为连接到超声控制台。偏置发生器可位于超声控制台内的发射电路下游且在探头连接器之前。超声系统可包括探头。偏置发生器可位于探头中。根据本文的实施方案，提供了超声探头。超声探头包括换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件。探头连接器和发射线从探头连接器延伸到换能器。发射线被配置为以不同模式传输发射信号。不同模式区段具有对应峰值振幅。偏置发生器耦接到发射线。偏置发生器被配置为在极化方向的方向上生成偏置信号。偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。偏置信号在接收时间期间也可为有源的。任选地，压电换能器元件可由在极化方向上极化的单晶材料形成。单晶材料可表示二元单晶材料或三元晶体材料。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有2.5V与10V之间的稳态电压。根据本文的实施方案，提供了一种方法。该方法利用换能器来发射超声信号并从感兴趣区域接收回波超声信号。换能器包括在极化方向上极化的压电换能器元件。该方法生成具有若干极性区段的发射信号。不同极性区段具有对应的不同峰值振幅。该方法在极化方向的方向上生成偏置信号并且将偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。偏置信号在接收时间期间也可为有源的。任选地，该方法可包括提供由在极化方向上极化的单晶材料形成的压电换能器元件。该方法可利用二元或三元单晶材料来形成换能器元件。该方法能够连续地施加DC电压作为偏置信号。该方法可包括以下中的至少一者：生成偏置信号以具有多达10V的稳态电压；生成偏置信号以具有多达6V的稳态电压；生成偏置信号以具有发射信号的第一峰值振幅或第二峰值振幅中的至少一者的多达15％的稳态电压；或在发射周期的90％或更多期间连续地施加偏置信号。根据本文的实施方案，提供了一种超声系统，该超声系统包括：换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件，其中随时间推移，换能器元件中的一个或多个换能器元件可能表现出去极化效应；以及一个或多个驱动电路，该一个或多个驱动电路被配置为：i)生成具有至少第一极性区段的发射信号，这些第一区段具有对应的第一峰值振幅；ii)生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应；以及iii)在极化方向上生成偏置信号，该偏置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声系统，所述超声系统包括：/n换能器，所述换能器具有在极化方向(1423)上极化的压电换能器元件(104,1410)，其中随时间推移，所述换能器元件中的一个或多个换能器元件表现出去极化效应；以及/n一个或多个驱动电路(1413,1414,1405)，所述一个或多个驱动电路(1413,1414,1405)被配置为：/ni)生成具有至少第一极性区段和第二极性区段(652,654)的发射信号(650)，所述第一极性区段和所述第二极性区段(652,654)具有对应的第一峰值振幅和第二峰值振幅(+V

【技术特征摘要】
20200224 US 16/799,1901.一种超声系统，所述超声系统包括：
换能器，所述换能器具有在极化方向(1423)上极化的压电换能器元件(104,1410)，其中随时间推移，所述换能器元件中的一个或多个换能器元件表现出去极化效应；以及
一个或多个驱动电路(1413,1414,1405)，所述一个或多个驱动电路(1413,1414,1405)被配置为：
i)生成具有至少第一极性区段和第二极性区段(652,654)的发射信号(650)，所述第一极性区段和所述第二极性区段(652,654)具有对应的第一峰值振幅和第二峰值振幅(+VT,-VT)；以及
ii生成具有复极化模式的复极化信号(1421)，所述复极化模式被配置为至少部分地反转由所述一个或多个换能器元件(104,1410)表现出的所述去极化效应。


2.根据权利要求1所述的超声系统，所述超声系统还包括偏置发生器(1420)，所述偏置发生器(1420)被配置为在所述极化方向上生成偏置信号(660)，所述偏置信号(1420)与所述发射信号(650)组合以形成在所述极化方向上偏移的偏置发射信号(670)。


3.根据权利要求2所述的超声系统，其中所述偏置发生器(1420)被进一步配置为在时间上与所述复极化信号(1421)同时生成所述偏置信号(660,1415)，所述偏置信号(660,1415)与所述复极化信号(1421)组合以形成在所述极化方向(1423)上偏移的偏置复极化信号(1416)。


4.根据权利要求1所述的超声系统，其中所述一个或多个驱动电路包括被配置为生成所述发射信号(650)的发射驱动电路(1414)。


5.根据权利要求4所述的超声系统，其中所述一个或多个驱动电路包括被配置为生成所述复极化信号(1421)的复极化驱动电路(1405)。


6.根据权利要求1所述的超声系统，其中所述一个或多个驱动电路包括被配置为生成所述发射信号和所述复极化信号两者的至少一个公共驱动电路(1413)。


7.根据权利要求1所述的超声系统，其中所述一个或多个驱动电路被配置为生成一系列至少一个正脉冲(1433,1441-1443)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德·魏琴伯格，莱茵霍尔德·布鲁斯特，安东·霍尔，布鲁诺·汉斯·海德尔，雷内·赫奇菲舍尔，
申请(专利权)人：通用电气精准医疗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US