[发明专利]一种三维超声成像系统

说明书

本发明提供一种三维超声成像系统，包括：一个二维CMUT阵列、模拟前端收发模块、时间增益补偿模块、低通滤波器模块、ADC转化模块、数字信号处理与控制模块，所述模拟前端收发器包括：高压发射/接收隔离开关、跨阻放大器、脉冲发生器；所述二维CMUT阵列和模拟前端收发模块的阵列通过垂直的硅通孔对应连接；所述跨阻放大器包括：一个单端放大器和一个反馈电阻R_f；所述单端放大器由一个共源级放大器MN1级联一个N管类型的源跟随器MN3构成。本发明提供的三维超声成像系统，模拟接收器中的高频跨阻放大器输入电阻低、跨导及反馈电阻高等特点使该系统具有较宽的频带宽度，使系统能够工作在更高的频率中，3D成像的空间分辨率更高。

技术领域

本发明涉及超声医学成像领域，具体涉及一种三维超声成像系统。

背景技术

随着电子技术和超声理论的发展，超声成像检测设备已广泛应用于各行业中，如医学成像诊断、海底地貌绘制、资源勘测、工业无损检测、超声测距、水下沉船打捞、舰艇识别等众多领域。超声成像是指利用超声波束对目标物体进行探测，并对接收到的回波或透射波信号进行检测、存储等处理步骤后，根据不同的成像方式获得目标距离、轮廓以及内部结构等信息，最后以图像的方式将上述信息显示出来。目前，常用的扫描式超声成像主要有以下几种方法，A型显示方式(幅度调制型)、B型显示方式(亮度调制型)、M型、D型，近年来，随着超声成象应用领域的不断扩展，又出现了合相控阵超声成像、成孔径聚焦超声成像、衍射时差法超声成像、超高分辨率超声成像等成像技术。

超声换能器是超声成像的关键部件之一，其性能直接决定了成像系统的画面质量。超声换能器作为一种能量装换装置，它的性能将直接影响着对目标物体的探测性能以及换能器的应用领域，它的主要功能有：(1)在发射阶段：换能器在激励信号的作用下将输入的电能转变为机械能传递出去，实现超声波的发射；(2)在接收阶段，换能器将声能转换电信号，实现超声波的接收。而电容式微机械超声换能器(CapacitiveMicromachinedUltrasonic Transducer,CMUT)检测电路在读取超声回波信号起到关键的作用，目前，检测方法有充放电检测法、电荷转移法及跨阻放大检测法等。充放电法的电路简单，成本较低，可采用CMOS工艺实现集成，数据读取速度较快，缺点为其采用直流电源，放大后的漂移问题严重，影响测量效果；电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免；而跨阻放大检测电路既可以消除自激振荡，改善拖尾现象，还可以调整电路带宽，适用于高频范围。

然而，在现有的跨阻放大检测电路中，跨阻放大器(TIA)的带宽大多集中于5.1MHZ到25MHZ之间，使得超声成像系统的接收回声信号弱、三维超声成像空间分辨率低。此外，由于二维CMUT阵列和模拟前端收发模块的阵列需通过垂直的硅通孔对应连接，目前的超声成像系统中通常的单个CMTU器件应与单个模拟前端收发模块尺寸一致，而在一定的设计指标要求下单个CMUT单元与单个模拟前端收发模块可能尺寸无法匹配，限制其对应连接了，进而可能降低三维超声成像空间分辨率。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服因工作频率低导致的三维超声成像空间分辨率低、放大器带宽低导致接收回声信号弱等不足，提供一种三维超声成像系统。

一种三维超声成像系统，包括：

一个二维CMUT阵列，可复用于接收或发射超声波信息；

模拟前端收发模块，用于处理二维CMUT阵列接收或发生的超声信息；

时间增益补偿模块，用于补偿声波在传输过程中随距离衰减的强度；

低通滤波器模块，用于滤除不必要的杂波信号；

ADC转化模块，用于将模拟信号转化为数字信号；

数字信号处理与控制模块，用于将转换后的数字信号输入到超声图像处理模块进行分析与显示；