[发明专利]有源换能器探针和电路

说明书

背景技术

换能器探针用于例如诊断声图描计法或“超声波扫描术”。诊断超声波扫描术是基于超声的诊断成像技术，用于针对可能的病理学或损伤而可视化皮下身体结构，皮下身体结构包括腱、肌肉、关节、脉管和内部器官。在怀孕期间通常使用产科超声波扫描术，并且产科超声波扫描术被公众广泛认可。

在物理学中，术语“超声波”适用于频率在人类听觉的可听范围外的声能(纵向机械压缩波)。声音的可听范围通常视为约20赫兹-20千赫兹。因此，超声的频率通常视为大于20千赫兹。

超声波扫描术使用含有一个或多个声换能器的探针来发送声音脉冲到材料中。无能何时声波遇到具有不同密度的材料(声阻抗)，声波的部分都会被反射回探针并作为回声被探测到。测量回声传播回探针所需的时间并将其用于计算引起回声的组织界面的深度。结果，当声阻抗之间的差变得更大时，回声也变得更大。

用于医学成像的频率通常在1至18MHz的范围中。较高频率具有相应地较小的波长并能够用于制作具有较小清晰度(detail)的声纳图。然而，声波的衰减在较高频率增加，所以为了对较深组织具有更好的穿透度，经常使用较低频率范围(例如，3-5MHz)。

基本的超声机构包括换能器探针(也称作“探针头”)和包括CPU、换能器脉冲控制器、显示器、存储器、I/O等的“主结构(main frame)”。发送和接收声波的换能器探针是超声机构的关键部件。换能器探针使用压电效应生成并接收声波。更具体地，在探针中，存在一个或多个石英(压电)晶体。当交流电流施加于这些晶体时，它们迅速改变形状，产生超声波。相反地，当超声波撞击到压电晶体上时，它们产生交流电流。因此，相同晶体能够用于发送和接收声波。探针也具有消除背反射的声音吸收物质和有助于聚焦发射的声波的声透镜。

现有技术超声机构10示例于图1中，并包括探针(“探针头”)12、主结构14和将探针12连接至主结构(frame)14的电缆16。探针12包括压电换能器18。主结构14包括“脉冲源”发送器20和接收器22。电缆经常包括100-200根绝缘导线以支持超声探针的各通道并承载功率、地和其它信号。通道专用的每根导线能够承载来自发送器20的高电压传输信号(HVTX脉冲(burst))和接收器22接收的低电压接收信号(LV BX脉冲或“回声”)。HV TX脉冲典型地为峰-峰间200伏，而LV RX脉冲典型地不超过±300毫伏。来自各通道的信号由主结构处理以产生超声图像。

现有技术的商用探针，诸如探针12，通常是无源的，即放大典型地仅在主结构14中执行。此外，探针12典型地不与电缆16阻抗匹配。大多数探针的阻抗为300-500Ω，而电缆的阻抗为约75Ω。这导致LV RX信号的高的衰减量、高的信-噪比(SNR)和信号反射问题。

由于各种原因，放大不用于商用超声探针。其一为，来自主结构发送器的高电压脉冲对诸如运算放大器的精细的半导体装置能够有非常大的损伤。其另一为，在探针头中存在严格的空间和功率限制。即，因为探针被握持并被按压靠着皮肤，所以它们不能制造得太大，而且它们也不能生成太多的热。电子电路的大小和热生成与这些需求相反。还有，具有放大的任何探针将必须保持与标准超声结构兼容，使得设计选择复杂。

在阅读了以下描述并研究了附图的数个图后，现有技术的这些和其它限制对于本领域技术人员是显而易见的。

发明内容

在范例实施例中，一种双向多通道电路包括：第一多个通道端口；第二多个通道端口；以及通道电路，将所述第一多个通道端口耦合至所述第二多个通道端口，以提供多个有源通道。在此范例中，每个有源通道包括：a)放大器，具有输入端和输出端；b)放大器输出端保护器，包括将所述放大器的所述输出端耦合至所述第一多个通道端口中的通道端口的固态开关，所述固态开关具有断开位置和闭合位置；以及c)控制器，耦合至所述第一多个通道端口中的所述通道端口并耦合至所述放大器输出端保护器。由此，所述控制器用于控制所述放大器输出端保护器的所述固态开关。

在另一范例实施例中，一种用于双向信号传播的方法，包括：a)感测第一端口的第一信号的电压电平；b)在所述第一信号的所述电压电平大于阈值电压时，利用固态开关将所述第一端口耦合至放大器的输出端，由此，施加于耦合至所述放大器的输入端的第二端口的第二信号沿第一方向从所述第二端口传播至所述第一端口；以及c)在所述第一信号的所述电压电平大于所述阈值电压时，绕过(bypassing)所述放大器，使得所述第一信号沿第二方向从所述第一端口传播至所述第二端口。