经由线缆连接的超声探头制造技术

本发明专利技术涉及一种被配置为被操作性耦合到线缆(10)的超声探头(1)，所述线缆(10)包括适于在所述超声探头(1)与数据处理单元之间承载信号的多条通道，所述数据处理单元适于处理所述信号，特别是适于对所述信号进行波束形成并重建成像区域的超声图像。所述超声探头(1)包括：换能器头部和控制器，其包括多个换能器元件，所述多个换能器元件适于根据声透射方案对所述成像区域进行声透射并接收超声信号；以及控制器，其适于响应于来自所述故障检测模块的故障通道的信息而将由所述故障通道承载的所述信号重新分配和/或重新配置到无故障通道中的一条或多条无故障通道上，所述故障检测模块适于检测所述多条通道中的每条通道的完整性。适于检测所述多条通道中的每条通道的完整性。适于检测所述多条通道中的每条通道的完整性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经由线缆连接的超声探头


[0001]本专利技术涉及被配置为经由线缆连接到数据处理单元的超声探头、对应的超声系统以及用于操作超声探头的方法。

技术介绍

[0002]超声(US)探头通常包括发射和接收超声波的换能器元件阵列。波束形成器用于适当地延迟和求和由换能器阵列的元件接收的回波信号。通常考虑由波束形成器形成的波束的方向和聚焦深度来选择延迟。延迟的信号被组合以形成一束适当控制和聚焦的相干回波信号。
[0003]在常规超声系统中，阵列换能器位于US探头中，US探头在成像期间靠着患者的身体放置，并且可以包含一些电子部件，例如开关和放大设备。延迟和信号组合通常由包含在超声系统控制台中的波束形成器执行，探头经由线缆连接到该控制台。因此，大量的原始回波信号通常通过线缆从探头传输到US系统控制台。因此，线缆需要足够高的容量来传输所需的数据速率以及几个数据路径(在下文中指代为通道)，例如由导线形成，以传输来自多个换能器元件的多个信号。
[0004]对于一些US探测器，线缆可靠性是整体可靠性的主要驱动因素。虽然电流环能器线缆的可靠性通常很高，但一些线缆仍可能出现断线。一些断线相对来说是良性的。例如，如果来自128个换能器元件中的每个的信号在128条线缆之一上传输，则一条线缆的损失相对不可能被临床检测到。另一方面，当导体执行独特的功能时，例如电源线或编程线，单次断裂就可能导致整个换能器出故障。数字US探头可能比模拟US探头更容易发生断线，因为每个导体通常会承载来自一个以上换能器元件信号。提高的可靠性通常可以通过使导线更大来解决，但这对人体工程学有负面影响，并可能增加线缆成本。
[0005]在一些情况下，独特功能的容错可以通过冗余线提供。例如，涉及光传输系统的US4306313A提出了用于传输信号的两条或多条光纤以及在这些冗余光纤之间切换的可能性。当所需的冗余光纤数量相对小时，这可能是合适的。然而，US探头通常需要具有大量导线的线缆，以便传输由其换能器阵列的各种元件产生的大量数据，并且因此在线缆中复制所有导线通常是不实际的。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种超声探头、超声系统和方法，其提供了一种解决方案，其中，探头和US系统的处理单元之间的线缆连接是容错的，特别是对于信号路径的中断是容错的，同时保持有利的人机工程学。
[0007]根据权利要求1所述的超声(US)探头、根据权利要求8所述的超声系统和根据权利要求15所述的用于操作超声探头的方法满足或超过了该目的。本文描述的与要求保护的超声探头相关的任何特征、优点或备选实施例也适用于超声系统和方法，并且反之亦然。
[0008]根据本专利技术，提供了一种被配置为被操作性耦合到线缆的超声探头，所述线缆包
括适于承载在所述超声探头与数据处理单元之间的信号的多条通道，所述数据处理单元适于处理所述信号，具体地适于对所述信号进行波束形成并且重建成像区域的超声图像。所述超声探头包括：换能器头部，其包括多个换能器元件，所述多个换能器元件适于根据声透射方案对所述成像区域进行声透射并且接收超声信号；以及控制器，其适于从故障检测模块接收关于所述多条通道中的每条通道的完整性的信息，所述故障检测模块适于检测所述多条通道中的每条通道的完整性或不完善，并且其中，所述控制器适于响应于来自所述故障检测模块的故障通道的所述信息而将由所述故障通道承载的所述信号重新分配和/或重新配置到无故障通道中的一条或多条无故障通道上。
[0009]本专利技术为至少单条通道的中断/故障提供容错，并且在一些实施例中，甚至为一个以上的中断导体或故障通道提供免疫。一些实施例没有性能影响，其他实施例需要性能折衷。
[0010]本专利技术的US探头包括换能器头部和通常具有一些电子器件(例如包括控制器)的换能器手柄和/或壳体，但不包括线缆。US探头也称为换能器传感器组件。在优选实施例中，超声探头是数字US探头，也称为数字换能器。数字US探头通常比模拟US探头更容易断线，因为导体通道中的更多执行独特的功能，特别是来自几个换能器元件的信号常常经由一条通道传输。此外，数字信号比模拟信号更容易重新配置。数字US探头优选地包括探头内模数转换器(ADC)，以将探头接收的模拟回波信号转换成数字信号。优选地，在数字US探头中，一些电子器件在线缆的两端都可用，其中，换能器端优选地具有足够的电子器件来支持在检测到故障通道时的本文描述的信号重新分配和/或重新配置。然而，本专利技术的US探头也可以是模拟US探头。US探头优选适用于医学US成像。然而，本专利技术的概念主要涉及线缆故障，并且因此可以应用于经由线缆连接的任何种类的US探头。例如，关于检查技术结构的US探头或水下US探头也在本专利技术的范围内。US探头被配置为连接到线缆，特别是经由连接器，优选地电连接器，其是US探头的部分。在这个意义上，线缆可以可拆卸地连接到探头。然而，也可以设想线缆永久地连接到探头。
[0011]优选地，通道被理解为线缆的信号路径，特别是数字或模拟信号路径。通道将由换能器元件接收的回波信号(也称为超声信号)承载到数据处理单元，并且在大多数实施例中还将承载控制信号，例如配置信息，例如关于传输方案的信息，从控制台(例如数据处理单元)返回到US探头，特别是承载到换能器手柄中的电子器件。通道可以承载控制信号、超声信号或两者。通道优选地被实现为导体，但是也可以是光信号通道，例如光纤。在通道是电信号路径的情况下，它们可以被实现为例如同轴线缆或双绞线。本专利技术通常既适用于单端信号路径，即具有一个地电位或参考线和一个信号线，也适用于差分信号路径，即具有两个互补信号并且取决于信号的电差异。在电缆的情况下，通道可以由例如并排布置或捆扎的导线和/或导体的组件形成。在一个示例中，线缆可以包括多个细同轴，例如128个细同轴，特别是模拟同轴。然而，具有数字信号路径可能是有益的，例如每条通道由双绞线形成，这可以提供高速数据连接。每条通道通常需要每秒大约5Gb或更高的传输速率(流)。如果电学地实现，单条通道中的数据速率可以在每秒4到8Gb的范围内。
[0012]优选地，通道用于(仅)承载数字信号/数据。然而，本专利技术也适用于换能器/线缆配置，其中，给定的一组导体用于承载多种类型的信号，例如在双绞线上承载的功率，该双绞线也可以是数字通道。因此，故障检测模块可以包括电流传感器，该电流传感器监测承载功
率的每个导体上的电流；如果电流在不应该为零的时候为零，则电源被切换到备用导体。在该实施例中，“通道”也可以是承载功率的导体。电流传感器可以由包括在电压调节器中的电流感测电阻器来实现。
[0013]在其他实施例中，经由单独的导体(其不是通道)或者通过(可充电)电池，特别是包括在US探头内的电池，向US探头供电。通道可以由导线制成，导线由诸如Cu、Al或金属合金的导电材料组成。此外，通道的导线可以镀有另一金属的薄层，例如Zn、Au、Ag，以提供抗氧化保护。为了提供防止交叉干扰的保护，通道可以相对于彼此和/或相对于环境被屏蔽，例如它们可以被布置成同轴和/或双绞线几何结构。通道不限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置为被操作性耦合到线缆(10)的超声探头(1)，所述线缆(10)包括适于在所述超声探头(1)与数据处理单元(24)之间承载信号的多条通道(12)，所述数据处理单元适于处理所述信号，具体地适于对所述信号进行波束形成并且重建成像区域的超声图像(52)；所述超声探头(1)包括：换能器头部(4)，其包括多个换能器元件(5)，所述多个换能器元件适于根据声透射方案(26)对所述成像区域(22)进行声透射并且接收超声信号；以及控制器(16)，其适于从故障检测模块接收关于所述多条通道中的每条通道的完整性的信息，所述故障检测模块适于检测所述多条通道中的每条通道的完整性或不完善，并且其中，所述控制器适于响应于来自所述故障检测模块(14)的故障通道的所述信息而将由所述故障通道承载的所述信号重新分配和/或重新配置到无故障通道中的一条或多条无故障通道上。2.根据权利要求1所述的超声探头(1)，其中，所述控制器(16)适于：通过将由所述故障通道(41)承载的所述信号重新路由到所述多条通道(12)中的冗余通道来重新分配所述信号；或者，如果没有冗余通道可用，则修改由所述一条或多条无故障通道承载的所述信号(42)，以便包括与最初由所述故障通道承载的所述信号有关的信息。3.根据权利要求1或2所述的超声探头(1)，其中，所述控制器(16)适于进行所述重新配置和/或所述重新分配，同时保持所述超声图像(52)的质量和/或所述超声图像的刷新率高于预定义阈值。4.根据前述权利要求中的任一项所述的超声探头(1)，包括模数转换器(6)，所述模数转换器被配置为将由所述换能器元件接收的所述信号转换成数字信号，其中，响应于来自所述故障检测模块的故障通道的所述信息，所述模数转换器(6)适于降低其位深度或采样频率，并且所述控制器(16)被配置为通过修改由所述无故障通道承载的所述信号以便包括最初由所述故障通道承载的数字信号来将由所述故障通道(41)承载的所述信号重新分配到所述无故障通道中的至少一些无故障通道。5.根据前述权利要求中的任一项所述的超声探头(1)，包括模数转换器(6)，所述模数转换器被配置为将由所述换能器元件接收的所述信号转换成数字信号，其中，响应于来自所述故障检测模块的故障通道的所述信息，所述控制器(16)被配置为修改由所述无故障通道承载的所述信号，以便包括最初由所述故障通道承载的数字信号，其中，所述修改包括对每个数字化信号样本的最低有效位进行抑制。6.根据前述权利要求中的任一项所述的超声探头(1)，包括模数转换器(6)和探头内存储器(8)，所述模数转换器被配置为将由所述换能器元件接收的所述信号转换成数字信号，所述探头内存储器被配置为缓存数字信号，其中，响应于来自所述故障检测模块的故障通道的所述信息，所述控制器(16)被配置为通过修改由所述无故障通道承载的所述信号以便包括最初由所述故障通道承载的数字信号来将由所述故障通道承载的所述信号重新分配到所述无故障通道中的至少一些无故障通道，并且其中，所述探头内存储器(8)适于在所述换能器元件的接收事件期间缓存从所述
模数转换器(6)接收的所述数字信号的至少部分，并且其中，所述控制器(16)还适于在所述换能器元件的停滞时间期间流出所缓存的数字信号，具体地在一个接收事件的结束与下一发射事件的开始之间的所述停滞时间中流出所缓存的数字信号。7.根据权利要求6所述的超声探头(1)，其中，所述探头内存储器(8)适于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：