专利名称：用于操作二维换能器阵列的系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及二维换能器阵列。特别地，本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
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。
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、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，它包括具有根据本发明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是根据本发明各方面的图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，示出了根据本发明各方面的图2中所示换能器阵列的行
选择定时(timming)和相应的电压输出；
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图4是图3中所示的电压对时间的图的扩展视图，其示出了根据本发明各方面的 换能器的头三行的行选择定时； 图5示出了根据本发明各方面的二维换能器阵列的替换实施例； 图6-8示出了根据本发明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是利用根据本发明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是根据本发明各方面的图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可包括数据获取电路32，所述数据获取电路32从换能器22接收代表 从病人12反射的超声波的数据。然后，数据获取电路32可由该数据生成超声图像。数据 获取电路32也可将相位延迟和信号增益变化引入接收到的数据，以便将超声图像聚焦到 病人内的特定感兴趣区域。接收电路38还可包括用于将从换能器接收到的电压波形转换 为适用于数据获取电路32的数字形式的电路。在一些实施例中，接收电路38可包括放大 器40和模数转换器(ADC)42。放大器40可接收来自换能器22的电压信号，并可将该信号 放大到对于ADC 42适当的电平。ADC 42然后将从换能器22接收的信号转换成可被发送到 数据获取电路32以便处理的数字信号。 T/R开关34通过控制列总线24是被耦合到发射电路37还是接收电路38而控制 到列总线和来自列总线的信号的路由。在发射阶段，T/R开关34将来自脉冲发生器36的 输出信号耦合到列总线24，输出信号由此被发射到由行选择电路28选择的换能器22的行 上。在接收阶段，T/R开关34将列总线24耦合到放大器40。由放大器40从换能器22接 收到的信号然后在被中继到数据获取电路32之前而被ADC 40数字化。
使用如上所述的寻址技术，可以在不用为每个换能器22使用单独互连的情况 下，选择性地激活单独的换能器22。例如，对于100X100的换能器阵列，互连数目可以从 IO，OOO减少到200。这将大大节省制造成本，并且允许制造与典型超声设备相比更大的换 能器阵列。在一些实施例中，超声设备可被配置为同时寻址整个换能器阵列20或换能器20 中诸如单独的行或列的期望子集。 获取超声数据的过程可包括两个阶段输出阶段和接收阶段。在输出阶段，T/R开 关34将一个或多个列总线24耦合到脉冲发生器36的输出，并且控制逻辑30生成其后被 发送给列总线24的输出波形。然后，行选择电路28激活开关26的一个或多个行，从而将 所选换能器22耦合到列总线24上。接着，所选换能器22从脉冲发生器36接收输出电压 波形，并将最终得到的超声波形发射到病人12。在下面将要关于图3进行进一步描述的一
5些实施例中，行选择电路28可通过在输出波形生成过程中短时间段顺次地激活换能器22的每行而扫描整个阵列20。 在接收阶段，T/R开关34将一个或多个列总线24耦合到接收电路38的输入。行选择电路然后激活开关26的一个或多行，从而将所选换能器22耦合到列总线24。然后，所选换能器22接收从病人12反射的超声波形，并将得到的电信号发射到接收电路38，接收电路38将该信号数字化并处理以产生超声图像。正如在发射阶段，行选择电路28可被配置为在反射超声波形的接收过程中，通过短时间段顺次激活换能器22的每一行来扫描整个阵列20。参考示出了寻址换能器的示例性方法的图3和4可以更好地理解行选择定时。
图3是电压对时间的图，示出了根据本发明各方面的图2中所示换能器阵列的行选择定时和相应的电压输出。为了本说明的目的，假设超声换能器的100X100矩阵。曲线图46所包括的是由图2中显示的其中一个脉冲发生器36生成的列总线输出48的图。如图3中所示，列总线输出48是在1/4个输出周期56(T。ut)后从零时刻的零电压开始升到正电压Vpos。在一些实施例中，Vp。s可以大约等于100伏。因此，将会理解，在一些实施例中，图2中所示的开关26将是高电压开关。列总线输出48是近似于正弦波形的阶梯状输出。在替换实施例中，列总线输出48可以是模拟信号或方波信号。另外，应该注意的是，为了方便起见，曲线图46只显示了列总线输出48的1/4。在所示的示例性实施例中，列总线信号的输出频率可以大约是5兆赫兹。因此，在所示实施例中，列总线信号的输出周期可以大约是200纳秒，1/4周期56 (也就是列总线输出48从零升到Vp。s的时间)大约是50纳秒。
如上面讨论的，换能器阵列20的行可以在列总线信号48输出期间被扫描，也就是被顺次激活。每次激活一行，该行在此处称作"行激活间隔"的时间段内保持激活，在这个时间内，被激活的行上的换能器根据列总线电压而被充电或放电。周期时间58(T。y。J代表扫描整个换能器阵列20所花费的时间数。在一些实施例中，整个换能器阵列20每10纳秒可被扫描一次，这样使得100行的换能器阵列22的行激活间隔为0. 1纳秒。在一些实施例中，如图3所示，换能器阵列20可以在列总线信号48的输出期间被扫描几次。这样，由于列总线电压响应于来自脉冲发生器36的输出电压波形变化，换能器22可被激活几次。换能器22每次被激活时，换能器22根据激活间隔期间存在的列总线电压进行充电或者放电。因为换能器是容性的，换能器22滤除由行选择电路28的切换引入的高频分量，从而换能器22的输出超声波形近似于平滑的波形。 曲线图46示出了随着100个行被顺次激活时被施加到第1行和第50行的换能器22上的电压。轨迹50代表被施加到第1行上的电压，轨迹52代表被施加到第50行上的电压。如曲线图46所示，第1行在零时刻后被迅速接通，在这个时刻列总线信号48跃到初始电压电平。当第1行保持激活时，第1行的换能器22充电，直到它们达到列总线24的电压电平为止。因为全部100个行在周期58期间被激活，每一行在等于或者少于被除以行数的周期时间的时间段里保持激活，这种情况下是T，k/100。然而，在换能器22被关闭后，换能器22的输出保持在激活周期期间达到的最后电压电平。 一个周期时间58(T。y。J过后，第1行再次被接通，将第1行提升到那个时刻列总线上存在的电压电平。该过程在换能器22的每一行上继续，直到输出波形完成发射为止。重要的是要注意，尽管事实是每个换能器行在扫描周期期间在稍有不同的时刻上被激活，不同行之间的输出波形的相位差非常小。参考轨迹52代表的第50行，可以更好地理解这一点。
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如曲线图46所示，第50行在T。y。le/2时刻被激活，并且在每个连续的时间间隔T。y&后重新被激活。如可以从曲线图中观察到的，尽管第1行和第50行在不同的时刻被接通，但是这两个波形之间存在非常小的相位延迟，因为它们都是在采样输出电压波形。然而，将会理解，根据切换间隔54，换能器行之间少量的相位延迟会由列总线信号48引入。通常，换能器输出波形之间的相位延迟等于或少于列总线的切换间隔54(Tbus)。
图4是图3中所示曲线图的扩展图，它示出了根据本发明各方面的头三行换能器的行选择定时。图4显示了第1、2、3行在零时刻刚刚之后的选择期间跨换能器的电压。如图4所示，列总线信号48零时刻之后，立刻增加到第一 电压增量V"接下来，轨迹50所代表的第1行、轨迹62所代表的第2行和轨迹64所代表的第3行被依次接通。如上所述，当前所描述的实施例假设换能器阵列20具有100行，周期时间(Teyele)58为10纳秒。因此，当前所描述的实施例中的行激活间隔59大约为0. 1纳秒。换句话说，行选择电路28以0. 1纳秒的增量顺次激活连续的换能器行。因此，如曲线图60所示，第1行在T = 0. 1纳秒时被接通。在T = 0. 2纳秒时，第1行被关闭而第2行被接通。在T = 0. 3纳秒时，第2行被关闭而第3行被接通，等等。在一些实施例中，列总线信号48的上升时间66(THse)可能比行激活间隔59短，由此使得列总线信号48能够在换能器行被接通之前稳定在每个增量电压电平(例如电压V》。 顺次选择单个行的同样过程可以在接收阶段实现，其中反射的超声波形被换能器22接收，且换能器22生成相应的电压信号，所述电压信号经由列总线24而被传递到接收电路38。为了避免混叠(aliasing)，换能器22的采样率可以大于接收的超声波形频率的两倍。因此，对于五兆赫兹的超声波形来说，换能器22的采样率可能大于约10百万采样每秒(MSPS)。因此，对于100行的换能器阵列20，行选择电路的切换频率将近似于10亿采样每秒(GSPS)。另外，因为每列换能器共享相同的ADC 42，ADC 42的采样率也将近似于1GSPS。
图5是示出了根据本发明各方面的大型二维换能器阵列的替换实施例。在图5所示的实施例中，阵列20中的每个换能器22都与专用发射脉冲发生器36相关联。不从列总线24获取发射信号，每个专用脉冲发生器36响应于来自相关联的控制逻辑30的驱动信号而向相关联的换能器22提供输出电压波形。控制逻辑30可被编程，以响应于来自发射同步电路27的同步信号生成全输出波形，其可通信地通过全局控制线23而被耦合到控制逻辑30。在该实施例中，来自发射同步电路27的同步信号可同时触发控制逻辑30，使得换能器22同时发射输出波形。并且，通过为每个驱动单元定制控制逻辑30和/或脉冲发生器36，每个换能器22的波形可以被更加个体化(individualized)。 在替换实施例中，发射同步电路27可被去除。在该实施例中，输出超声波形的开始将会由行选择电路28来控制，其将同步信号通过行总线25发送到控制逻辑30。如本实施例所描述的，同步信号可顺次或几乎同时被发送到全部的行。控制逻辑30然后开始驱动脉冲发生器36的程序，以生成输出波形。 每个换能器22的输出可被耦合到列总线24，其将输出信号从换能器22路由到接收电路38。并且，每个换能器22可通过用来控制到达和来自换能器22的信号路由的T/R开关34，和/或通过用来控制换能器行选择的开关26而被耦合到列总线24。除了驱动脉冲发生器36，控制逻辑30还可控制T/R开关34。例如，在发射阶段期间，控制逻辑30可将信号发送到T/R开关，所述T/R开关将换能器22耦合到脉冲发生器36的输出。并且，在发射阶段期间，所有换能器34可被同时耦合到相应的脉冲发生器36，因为发射资源未被共享。在接收阶段期间，控制逻辑30可将信号发送到T/R开关34，所述T/R开关将换能器22耦合到列总线24。根据T/R开关34的激活速度，可以代之以使用低电压MOSFET行选择开关。在接收阶段期间，一次只有一行换能器22可被耦合到列总线24。这样，在反射的超声波形的接收期间，行选择电路28可顺次将换能器22 —次一行地耦合到列总线24。如上关于图3所述，换能器22的输出可被发送到接收电路，其可包括放大器40和ADC 42。
如图2和5所示，在一些实施例中，接收电路38对每个列总线24来说将是共同的，而接收电路38将由被耦合到列总线24的换能器共享。因此，如上所述，接收电路38的采样率可以是换能器22采样率乘以换能器阵列20中的行数。假设换能器采样率为10MSPS和100行的换能器22，则ADC 42的采样率将为约1GSPS。并且，由数据获取电路32接收的数据将会被交织在几行中。然而，在其它实施例中，接收电路38可被安排为使能够使用具有降低的处理速度的ADC 42，并能够提供接收的采样数据的一些预处理。例如，图6和7中所示接收电路38示出了接收电路38的替换实施例，其中接收电路38可在采样数据被从换能器阵列20接收时，暂时将采样数据存储在模拟存储设备中。这样，ADC的处理速度可被降低，和/或数据可在被发送到数据获取电路32之前而被预处理，这将在后面进一步解释。
图6示出了根据本发明各方面的接收电路38的替换实施例。如图6所示，接收电路38可包括模拟存储设备的阵列74，诸如采样和保持(S/H)放大器76和ADC 42。在一些实施例中，模拟存储设备可包括模拟随机存取存储器(RAM)。阵列74可包括用于换能器阵列20中每个换能器22的成对的一个S/H放大器76和一个ADC 42。如此，S/H阵列74可被安排为与换能器阵列20的相应行和列相对应的行和列。每个S/H放大器76可经由列总线24接收来自换能器阵列20中其中一个换能器22的反射波形。例如，阵列74第1列中的S/H放大器76可接收来自换能器阵列20的第1列中换能器22的数据，阵列74第2列中的S/H放大器76接收来自换能器阵列20第2列中换能器22的数据，等等。S/H放大器76可通过适当方式而被耦合到它们相应的列总线24。例如，列总线24可被多路复用到特定列的S/H放大器76。又例如，列总线24可馈送到诸如电荷耦合器件(CCD)那样的通道。再例如，特定列的S/H放大器76可被串联设置并经由移位寄存器而被耦合，且列总线24可被耦合到移位寄存器列的输入。 在接收阶段期间，换能器阵列20的列总线24被耦合到换能器阵列20的特定行的换能器22，且接收的数据样本被存储在S/H放大器76的相应行中。当S/H放大器76的行获取了新的数据样本之后，每个S/H放大器76然后将数据样本发送到相关联的ADC 42，以便将模拟数据转换为数字信号。被数字化的样本然后经由数据线44而被发送到数据获取电路32。上述过程一行一行地顺次进行。将会理解，对换能器阵列20中的每个换能器22，都会有从S/H阵列74到数据获取电路32的一个数据线44。另外，因为每个S/H放大器76与分离的ADC 42配对，ADC 42的处理速率可能等于换能器22的采样率。例如，假设换能器的采样率为IOMSPS，ADC 42的处理速率也可以是接近10MSPS而不论换能器22的行数是多少。 图7示出了根据本发明各方面的接收电路38的另一个实施例。与图6所示实施例相似，图7中所示实施例也可包括采样保持(S/H)放大器76的阵列74，所述阵列被以对应于换能器阵列20的相应行和列的行和列设置，且每个S/H放大器76可经由列总线24接
8收来自换能器阵列20的其中一个换能器22的反射波形数据。然而，在图7所示实施例中，S/H放大器76的每一行都与一个ADC 42配对。 在该实施例中，在换能器76的行接收数据样本后，S/H放大器76的该行然后被顺次读出到ADC 42。 S/H放大器76的每一行可通过任意适当的方式而被耦合到它们的ADC42。例如，S/H放大器76的该行可被多路复用到ADC 42。又例如，S/H放大器76的行可形成诸如CCD通道那样的通道。再例如，S/H放大器76的行可被安排成串联并经由移位寄存器而被耦合到一起。这样，从S/H放大器阵列74到数据获取电路32的数据线44的数目可被减少。另外，还将理解，以这种方式采集的采样数据可以在被发送到数据获取电路之前从交织的列重新安排为交织的行。 图8示出了根据本发明各方面的接收电路38的又一实施例。在这里所示的实施例中，换能器阵列20的每个列总线24被耦合到模拟RAM库(bank)80，其包括用于换能器阵列20中每个换能器22的模拟RAM82。每个RAM 82包括一系列连续的存储地址，其被配置为存储由换能器阵列20中的相应换能器22接收的反射波形数据。当换能器阵列20中的行在接收阶段期间顺次被行选择电路28激活时，来自换能器22的数据可被保存到相应的RAM 82中。因此，每个RAM库80可包括用于将换能器阵列20中的每一行耦合到RAM库80中对应的RAM 82的电路。例如，在一些实施例中，RAM库80可包括多路复用电路，其将列总线顺次耦合到适当的RAM 82，并通过行选择电路28使之与换能器阵列20的行的激活相一致。在一些实施例中，RAM库82的多路复用电路可部分地由行选择电路28控制。在反射波形接收完成后，用于每个换能器22的反射波形将会被存储在单独RAM 82中。该波形然后从RAM 82中被读出，并被发送到数据获取电路32，如下所述。 在一些实施例中，接收电路38可包括求和器86，当反射波形被从模拟RAM库80读出时，求和器将一次一行地相加反射波形。例如，RAM库80可读出RAM库80单行中每个RAM82的第一存储器地址，然后读出RAM库80同一行中每个RAM 82的第二存储器地址，等等，直到存储在RAM 82那一行中的整个数据集都已经被读出并求和为止。当数据被求和时，求和器86的输出被发送到ADC 42，其将数据数字化并将该数据发送到数据获取电路32。被发送到数据获取电路32的数据由此将是代表一整行换能器22的合成波形。每一行被顺次求和，直到所有数据均已被从每个模拟RAM库80读出为止。参照图8所描述的技术使得ADC 42的采样率能够被降低，因为输出数据的处理可以在接收全部反射波形之后发生，因此其不依赖于换能器22的采样率。并且，通过将每个列的输出合成为相加的信号，只有一个ADC 42被使用，且数据获取电路32只包括一个用于接收反射数据的输入。这样将会降低接收电路38和数据获取电路32的成本和复杂度。 图8所示接收电路38的另一个优点是其还可用于实现波束成形，通过该过程超声波束可指向特定方向，即特定方向上的超声设备10的灵敏度将会增大。为了完成波束成形，两个或更多反射波形会被移相(即时间移位)并被加到一起，以产生代表从特定方向反射的波的合成波形。在图8的接收电路38中，可通过将数据跨一个或多个存储器地址移位而将时间延迟引入到被存储在每个RAM 82中的数据。这样，当数据随后顺次从RAM 82中被读出时，数据的移位将使得该数据被发送到与其它波形相比具有特定时间延迟的求和器。因此，由数据移位引入的时间延迟将依赖于换能器22的采样率和数据被移位的存储器地址的数目。
在一个实施例中，数据移位通过设置如指针84所示的起始存储器地址来完成。指
针84决定模拟RAM 82中存储反射波形的第一数据样本的位置。因此，模拟RAM 82可包括
足够用于保存全反射波形加上最大时间延迟的存储器。在来自换能器22的所有输出数据
均已被存储到模拟RAM 82之后，想要的延迟将已经被实现。当反射波形数据从每个RAM 82
被顺次读出时，该读出过程将会在每个RAM 82的第一存储器地址上开始。 本发明的技术效果包括在换能器阵列中寻址一个或多个换能器，以生成超声波和
/或接收反射的超声波，其中该换能器被耦合到共享的电互连。其它技术效果包括接收的超
声数据的预处理，以便能够降低模数转换器和数据获取电路的处理速度。 所写的该说明使用例子公开本发明，包括最佳模式，也使本领域技术人员能实现
本发明，包括制造和使用任何设备或系统，并实施任何引用的方法。本发明的可专利范围由
权利要求定义，并可包括本领域技术人员想到的其它例子。如果这些其它例子没有不同于
权利要求字面语言的结构元素，或者他们包括与权利要求字面语言无实质差别的等同结构
元素，则这些其它例子应该在权利要求的范围中。 元件列表
10超声设备
12病人
14监视器
16电缆
18外壳
20换能器阵列
22换能器
23控制线
24列总线
25行总线
26开关
27发射同步电路
28行选择电路
30控制逻辑
32数据获取电路
34发射合接收开关
1010超声设备
36脉冲发生器
37发射电路
38接收电路
40放大器
42模数转换器
44数据线
46曲线图
48列总线输出
50轨迹
52轨迹
54切换间隔
56输出周期
58周期时间
59行激活间隔
60曲线图
62轨迹
64轨迹
66上升时间
74模拟存储设备阵列
76采样和保持放大器
80RAM库
82RAM
84指针
86求和器
11。
权利要求
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)。
2. 根据权利要求1的超声成像设备(IO)，其中发射电路(37)包括被配置为输出多个 预定的电压电平的脉冲发生器(36)。
3. 根据权利要求1的超声成像设备(IO)，其中开关(26)是微机电系统开关。
4. 根据权利要求l中的超声成像设备(IO)，其中接收电路(38)包括用于每个列总线 (24)的模数转换器(42)。
5. 根据权利要求1的超声成像设备(IO)，其中接收电路(38)包括多个模拟存储设备， 每个模拟存储设备可被耦合到相应的换能器(22)并被配置为存储由相应换能器(22)生成 的输入电压信号的数据样本。
6. 根据权利要求1的超声成像设备(IO)，其中接收电路(38)包括多个模拟存储设备， 每个模拟存储设备可被耦合到相应的换能器(22)并包括多个存储器单元(82)，所述存储 器单元被配置为存储多个与由相应换能器(22)生成的输入电压信号相对应的数据样本。
7. 根据权利要求6的超声成像设备(10)，其中接收电路(38)包括求和器(86)，所述求 和器被耦合到模拟存储设备并被配置为将来自模拟存储设备的数据样本求和以生成一个 或多个合成波形；禾口被耦合到求和器(86)的输出的模数转换器(42)，其被配置为将被求和的数据转换为数字信号。
8. —种操作超声成像设备(10)的方法，包括通过多个可选择地耦合到信号总线的超声换能器(22)接收反射的超声波形，并生成 与反射的超声波形相对应的接收的电压波形；在生成该接收的电压波形期间，顺次将多个超声换能器(22)的每一个耦合到信号总线。
9. 根据权利要求8的方法，包括生成多个输出电压波形，和将多个输出电压波形的每 一个发送到多个超声换能器(22)的其中之一。
10. 根据权利要求8的方法，包括生成输出电压波形和将输出电压波形发送到信号总 线，该信号总线可选择地被耦合到多个超声换能器(22);在生成输出电压波形期间，顺次将多个超声换能器(22)的每一个耦合到信号总线。
全文摘要
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。
文档编号B06B3/04GK101745501SQ20091026061
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者B·H·海德, R·G·沃德尼基, R·S·勒万多夫斯基 申请人:通用电气公司