用于操作二维换能器阵列的系统和方法技术方案

根据本技术的实施例，公开了用于寻址二维换能器阵列（２０）中换能器（２２）的系统和方法。根据本技术的一个方面，换能器（２２）按行和列排列，列被耦合到共享的发射和接收电路（３７，３８）上，而行被耦合到行选择电路（２８）上。在另一实施例中，每个换能器（２２）被耦合到分离的专用的发射电路（３７）上，列被耦合到共享的接收电路（３８）上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及二维换能器阵列。特别地，本专利技术涉及用于在二维换能器阵列内寻址单个换能器单元的技术。
技术介绍
医学超声成像系统通过发射声波到对象中，并接收和处理所反射的声波而形成图 像。典型地，多个超声换能器既发送发射波又接收反射波。这种扫描包括一系列测量，在所 述测量中，超声波被发射，系统在短时间间隔后切换到接收模式，和反射的超声波被接收、 波束成形，并被处理以用于显示。 换能器单元典型地由输入电压波形单独驱动。通过在输入波形之间实施时间延迟 和幅度差别，单个换能器单元可被控制以产生超声波，这些超声波结合起来形成净超声波， 它沿优选向量方向传输并聚焦于对象的选定区域中。相似地，换能器接收到的反射波可被 数学处理，以使得该净信号指示从对象中的单个焦点区反射的声波。如同发射模式一样，通 过将各种时间延迟和增益施加到从换能器单元接收的信号，并对所得到的波形求和而达到 超声能量的这种集中接收。 由超声成像系统形成的图像的质量或分辨率部分地是阵列中换能器数目的函数。 因此，为了达到高图像质量，需要大量的换能器单元。而且，换能器阵列中的每个换能器通 过单独的电连接而被耦合到发射和接收电路。制造大量电连接的技术难度和花费会限制可 被包括在典型换能器阵列中的换能器的数目。因此，提供用于在大型二维换能器阵列中寻 址换能器的改进技术将是有益的。
技术实现思路
根据本技术的实施例，公开了用于在二维阵列中寻址换能器的系统和方法。根据 本技术的一个方面，换能器按行和列安排，列被耦合到共享的发射和接收电路，而行被耦合 到行选择电路。在另一实施例中，每个换能器被耦合到分离的、专用的发射电路，列被耦合 到共享的接收电路。在这两个实施例中，用于可通信地将换能器连接到信号生成和接收电 路的单个电互连的数目减少了。附图说明 当参照附图阅读以下详细说明时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得 容易理解，所有附图中相同符号代表相同的部分，其中 图1是示例性超声设备，它包括具有根据本专利技术各方面的用于寻址单个换能器的 改进技术的二维换能器阵列； 图2是根据本专利技术各方面的图1中所示的二维换能器阵列的框图； 图3是电压对时间的图，示出了根据本专利技术各方面的图2中所示换能器阵列的行选择定时(timming)和相应的电压输出；3 图4是图3中所示的电压对时间的图的扩展视图，其示出了根据本专利技术各方面的 换能器的头三行的行选择定时； 图5示出了根据本专利技术各方面的二维换能器阵列的替换实施例； 图6-8示出了根据本专利技术各方面的在换能器阵列中使用的接收电路的替换实施例。具体实施例方式这里公开的技术可以使换能器阵列在不用为每个换能器使用单独的专用电子处 理器件的情况下而被制造。根据这里公开的实施例，可以制造使用多个信号总线的二维换 能器阵列，其中每个信号总线可以被几个换能器共享。为了使单个换能器起作用，换能器可 以通过开关而被耦合到信号总线上，所述开关通过选择电路而被激活。通过提供技术上挑 战性较小且更经济的、对阵列中换能器进行寻址的技术，可以制造与现有超声技术相比大 得多的换能器阵列，使能够实现具有大型二维换能器阵列的新的超声技术和设备。 图1是利用根据本专利技术各方面的用于寻址换能器的改进技术的包括大型二维换 能器阵列的示例性超声设备。如图1所示，改进的超声设备10可靠近病人12的组织放置， 并通过通信电缆16与监视器14耦合。监视器14允许超声设备10的操作者重建和观看由 超声设备IO接收的信号所生成的超声图像。另外，监视器14也可通过通信电缆16给超声 设备10提供控制信号。超声设备10可包括外壳18，所述外壳用于容纳换能器阵列20并使 换能器阵列20能够靠近病人12的组织放置。外壳18可包括薄的柔性材料，所述材料允许 超声设备10适合病人12的组织。在一些实施例中，例如，外壳可包括诸如硅基聚合物、聚 氯乙烯的弹性聚合物，或诸如聚乙烯的聚烯烃。外壳18还可包括用于使超声设备10保持 在合适位置的粘性衬垫。替换地，超声设备IO可通过松紧带或皮带而被保持在合适位置。 换能器阵列20被放置在外壳18中，并通过外壳18保持与病人12靠近。换能器阵 列20也可以是柔性的，以便提供与病人12组织的良好的接触。在一个实施例中，换能器阵 列20可高达大约6"高6"宽，并且可包括多达大约1， 000， OOO个换能器，排列成1000X1000 的矩阵。大量换能器能够自动扫描，其中操作员为了获得感兴趣区域内几个图像切片的超 声图像，不用移动超声设备10。而是，几个图像切片可通过电扫描换能器阵列20的行而获 得。为了减少换能器阵列20中用到的电互连的数目，换能器可以如下面所述地被耦合到几 个信号总线或共享互连。 图2是根据本专利技术各方面的图1中所示的大型二维换能器阵列20的框图。换能 器阵列20包括以网格设置的换能器22。为了方便起见，只显示了换能器阵列20的两行和 两列。然而，将会理解，根据本实施例的换能器阵列可包括几个行和几个列，从而总共包括 多达几百万个换能器22。换能器22可以是任何类型的超声换能器，诸如，例如电容性微机 械超声换能器(cMUTS)或压电换能器。 在单独一列上的每个换能器22可被耦合到列总线24上，列总线24是将该列中 的每个换能器22连接到电路的电互连，所述电路被配置为向换能器22发送超声信号和从 换能器22接收超声信号。每个换能器22可以通过开关26有选择地被耦合到列总线24 上。开关26可以是任意类型的固态或其它合适的开关，诸如场效应晶体管或者微机电系统 (MEMS)开关，并且能够传递高电压(50-200V)以支持传输电压。每个开关26的栅极可被耦合到行总线25上，行总线25是将换能器的每行耦合到行选择电路28的电连接。行选择 电路28可以通过经由行总线25给栅极发送信号来选择性地激活一行或多行换能器22，从 而将换能器22的所选行耦合到列总线24。通过控制位于列总线和行总线上的信号，换能器 22可被单独寻址或者一次一行或多行地被寻址。 列总线24将换能器22的每一列通过发射和接收(T/R)开关34耦合到发射电路 37和接收电路38，发射和接收(T/R)开关34决定列总线24是被耦合到发射电路37上还 是接收电路38上。发射电路37可包括控制逻辑30，其被配置为控制经由列总线24而被 发送到换能器22的输出电压波形的生成。为了生成输出电压波形，控制逻辑30可以给脉 冲发生器36发送一个或多个控制信号，脉冲发生器36的输出被耦合到列总线24，并被配 置为输出多个预定的离散电压电平。来自控制逻辑30的信号使得脉冲发生器36的输出电 压逐步达(st印through)到预定的电压电平以产生想要的输出电压波形。在一些实施例 中，脉冲发生器36可生成包括0、 +￥和4三个电压电平的方波。在其它实施例中，脉冲发 生器36可输出包括几个电压电平并接近正弦波形的波形。在另外其它实施例中，脉冲发生 器36可生成模拟输出波形。而且，可以配置控制逻辑30和/或脉冲发生器36来为每个列 总线24产生不同的波形。例如，在一些实施例中，控制逻辑30可以在每个列总线24的输 出波形之间产生相位延迟，从而使总体超声波形聚焦到特定的感兴趣区域。 接收电路38可包括数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声成像设备（１０），包括：二维换能器阵列（２０），包括多个按行和列排列的换能器（２２）；多个电耦合到换能器（２２）的列总线（２４），每个列总线（２４）将单列的换能器（２２）可通信地耦合到相应的发射电路（３７）和相应的接收电路（３８），发射电路（３７）被配置为生成输出电压信号以驱动换能器（２２）产生输出超声波，接收电路（３８）被配置为接收由换能器（２２）响应于反射超声波而生成的输入电压信号；多个开关（２６），每个开关（２６）被串联地耦合在一个换能器（２２）和相应的列总线（２４）之间；多个被电耦合到开关（２６）的行总线（２５），每个行总线（２５）将单行上的开关（２６）电耦合到行选择电路（２８），该行选择电路被配置为选择性地将一行或多行换能器（２２）耦合到它们相应的列总线（２４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BH海德，RS勒万多夫斯基，RG沃德尼基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]