[发明专利]具有用于阵列换能器的脉冲发生器和线性放大器的超声系统前端电路

说明书

描述了用于超声系统的前端电路，其包括：波束形成器FPGA集成电路、具有脉冲发射器和线性波形发射器两者的发射IC、发射控制和接收器IC，以及模数转换器(ADC)IC。针对线性和脉冲发生器发射器两者的波形数据被存储在发射控制和接收器IC中，从而节省FPGA上的引脚，所述引脚是该数据的常规源。ADC通过串行总线将数字回波数据耦合到FPGA以进行波束形成，从而相对于常规并行数据布置节省额外的FPGA引脚。在发射IC中包括脉冲发生器和线性波形发射能力两者使得能够在形成多模式图像中使用这两种类型的发射器，诸如在形成彩色流图像中使用用于多普勒波束的脉冲发生器和用于B模式波束的线性发射器。

技术领域

本发明涉及医学诊断超声系统，并且具体地涉及具有用于驱动换能器阵列的元件的脉冲发生器和线性放大器两者的前端电路。

背景技术

超声系统的前端是系统的部分，其与超声探头通信，从而控制超声从探头换能器的发射并且接收并初始地处理来自换能器的返回回波信号。前端电路还控制相关处理，诸如回波信号的TGC放大、数字化和波束形成过程的至少部分。期望该电路的大部分以集成电路(IC)形式制造，以减小系统尺寸和重量并且期望地降低成本。但当今的超声系统使用具有多元件阵列换能器的探头来电子地操纵和聚焦波束，从而消除探头中的机械部分。常规1D(一维)阵列尺寸是128个元件，尽管具有192和256个元件的探头在使用中，并且用于3D成像的2D探头具有数千个换能器元件。对于2D阵列探头，尽管前端电路仍然通常用于探头控制和最终波束形成，但是微波束形成器必须使得能够使用有效尺寸的线缆。

还期望前端电路提供全范围的能力，能够操作需要脉冲发射的探头和使用整形波形发射的探头，以及具有多线能力的探头。还期望在波束形成之前完成数字化，使得数字波束形成器能够用于所有成像应用。这些需要对集成电路部件的数量和布局施加了挑战，因为它们导致集成电路部件的增加的引脚计数。针对具有较少元件数量的探头和使用多路复用的探头，这些需要将会减少，但是多路复用通常会降低性能，并且因此高效操作128-元件阵列探头的需要最低限度地是期望需要。本发明的目的是提供一种用于超声系统的集成电路前端，所述集成电路前端为128-元件阵列换能器探头提供额外性能，其中，IC封装具有减少的引脚计数，以用于高效的配置、封装和p.c.板布局，并且考虑不同电压和功能的IC所需的各种类型的制造。

发明内容

根据本发明的原理，描述了用于超声系统的前端电路，其包括：波束形成器FPGA集成电路；具有脉冲发射器和线性波形发射器两者的发射IC；发射控制和接收器IC；以及模数转换器(ADC)IC。仅发射IC需要高电压，发射/接收开关集成在发射IC中，从而将接收器IC与高电压隔离。可以修整发射器以调节脉冲转换速率，从而实现具有低谐波频率内容的脉冲的发射，以及因此更好的谐波图像。线性和脉冲发生器发射器两者的波形数据存储在发射控制和接收器IC中，从而节省了FPGA上的引脚，其是该数据的常规来源。ADC通过串行总线将数字回波数据耦合到FPGA以进行波束形成，从而相对于常规并行数据布置节省了额外的FPGA引脚。在发射IC中包括脉冲发生器和线性波形发射能力两者使得能够在形成多模式图像中使用两种类型的发射器，诸如在形成彩色流图像中使用用于多普勒波束的脉冲发生器和用于B模式波束的线性发射器。

附图说明

在附图中：

图1以框图形式图示了根据本发明的原理构造的超声系统前端的IC的配置。

图2是根据本发明的原理的在相同IC上集成脉冲发生器和线性波形发射器两者以及发射-接收开关的发射IC的示意性图示。

图3是根据本发明的原理构造的发射控制和接收器IC的框图和示意性图示。

图4是图示图1的超声系统前端电路的操作的流程图。

图5是图示使用图1-3的超声系统前端电路的脉冲发生器和线性波形发射器两者采集针对彩色流图像的回波信号的流程图。