專利名稱：用于醫(yī)學超聲成像中換能器激勵的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學超聲成像系統(tǒng)，并且特別是以不同掃描形式和成{斜莫^行的 相控陣掃描器，以及用于這樣的掃描器的超聲波發(fā)射脈沖和發(fā)射脈沖發(fā)生器的特 性。
背景技術：
通常，發(fā)射的脈沖的特性與特^j斜莫^目關聯(lián)。例如，脈沖持續(xù)時間依據(jù)掃 描器是否運用于B模式，脈沖波(PW)多普勒，或彩色流成像而被調(diào)整。同樣地， 脈沖的中心頻率根據(jù)換能器的頻率響應被設定。
為了改善聲波的傳##性，許多醫(yī)學超聲成像系統(tǒng)的詢問脈沖被構(gòu)成為由逸靳 上升和逐漸下降的振幅包絡調(diào)制的載波。在某些情況下，脈沖的包絡在形狀上為高 斯型曲線。它的優(yōu)勢是在通過如組織的衰減介質(zhì)傳播期間起始高斯脈沖保持它的高 斯形狀。
用于使發(fā)射脈沖成形的另 一個理由是與諧波成像結(jié)合，其中它對減少偶次諧波 電平特別有價值。
概括而言，基波和次諧波模式超聲成像均可通過控制發(fā)射的超聲脈沖的頻鐠的 帶寬而得到改善。該帶寬優(yōu)選^f皮限定在基波周圍的頻率，并最好是在基波的特定 諧波和次諧波處iSiii衰減。
關于發(fā)射技術，超聲發(fā)射器主要分為兩類脈沖發(fā)生器和所謂的任意波形發(fā)生 器(AWG)。
任意波形發(fā)生器已經(jīng)成為高端超聲系統(tǒng)的高級解決方案(例如參見美國專利5,549,111, 5,970,025， 6,104,673和6,469,957 )。 AWG可提供發(fā)射脈沖之間的發(fā)射能 量上的瞬時改變，具有更高分辨率的切趾包絡(apodizationprofile),以及具有低諧 波含量的聲束。由AWG產(chǎn)生的發(fā)射信號一般為分別對每個換能器元件所形成的高 斯或漢明調(diào)制余弦。操怍中，AWG ^^^#的成形的波形的數(shù)字表示，其包括數(shù) 字-才對以轉(zhuǎn)換器和功率放大器(見美國專利6,537,216號)以產(chǎn)生用于換能器的才對以 驅(qū)動信號。然而，現(xiàn)行的任意波形發(fā)生器的實現(xiàn)因其高制it^本，功率4"員和空間 限制而受到限制。
由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的典型邀^刺言號看^^像期望載頻的門控方波。該波形的形 狀或包絡;S^固定，而因此非最理想的。A^脈沖發(fā)生器的唯一可調(diào)^l^:按照載 波周期的整數(shù)的門控長度。高級的脈沖發(fā)生器使用脈寬調(diào)制(PWM)技術并按如 下所述i也工作。
為了產(chǎn)生PWM發(fā)射波形，調(diào)制信號與作為載體的高頻4^或三角波形進4亍比 較。由此產(chǎn)生的比較器的二進制信號饋送給連接到電源的適合的電源開關組。具有 低功耗的PWM (或D類)脈沖發(fā)生器可被有^i也^。出于同樣的原因，PWM 脈沖M器在散熱方面更優(yōu)選。這些因素以及這樣的超聲發(fā)射電路的相對^線本是 它們廣泛應用動機背后的推力。
作為例子，名為"具有釆用脈寬變化的發(fā)射切趾的成像系統(tǒng)"的美國專利 6,135,963號，描述了用于通過控制脈沖占空比來發(fā)射切趾的方法禾^i殳備。
美國專利5,833,614號和6,432,055號討論了幾種類型的PWM發(fā)射波形，該發(fā) 射波形可被用來逼近通過平緩上升和平緩下降的振幅包絡調(diào)制的載波。這樣的 PWM波形包括各種具有兩個電壓電平(+V， 0)的單極性序列和具有三個電壓電 平(+1V, 0，牙口-lV)的雙極性序列。
具有諧波成像能力的超聲設備以一種頻率發(fā)射信號并以該頻率的兩倍接收回 波。使用具有PWM的二次諧》Mj象的實際障礙是在二次諧;&^率上最d 、^J^射能 量。 一個解決方案^J^于選擇在方;^永沖群中發(fā)射的載頻周期數(shù)目。群中較大數(shù)目 的載波周期對應較窄信號帶寬。但是，載波周期數(shù)目的^^可增加會導致系M^交低范 圍的》—岸率。
脈沖反向諧波成^^J用兩個脈沖群，第二個脈沖群作為第一個脈沖群的反向復 制。這樣的禾辨消除了能掩蔽由組織生成的有價值諧波信息的偶次失真產(chǎn)物。但是， 交替減半了成像更新速度。相反，在較高幀率下運行對于心臟成像特別重要。
再另一個方法是^fM雙極(3-態(tài))均勻方波脈沖串，該串在二次諧頻周圍具有
6相對于同樣長度的單極均勻方;^永沖串更'J、的能量。
為了進一步抑制在二次諧波的能量，美國專利5,833,614號講授了包4封目同脈沖 對的發(fā)射波形。在^""對脈沖中的脈沖:￡>1被調(diào)制作為包全##幅的函數(shù)。這些脈沖 相對彼此呈90度的相^J^遲。但是，波形中交替數(shù)目的增加會導致較高的采樣率， 和通常的更復雜的發(fā)射卩tt形成器。同時，當二次膝tt^上被抑制時，奇次諧波 的強^^著的。例如，參考美國專利5,833,614號，第三諧波能級大約為-4dB。
美國專利6,432,055號中公開了交替的3態(tài)的脈沖狄調(diào)制的雙極性波形。這個 脈沖串由對第一分量和該第一分量的反向時移版本求和斜勾造而成。如美國專利 6,432,055號中所示，通iiit當選擇第二分量的時移的時間間隔，可得到二次諧波的 濾波。同時，過濾的脈沖譜是包括基波的高階諧波和次諧波的寬帶，其中每一個都 具有相當大的強度。
因此，需要一種限帶的并iL^選定的f射貞處抑制能量的改進的發(fā)射序列，和能 生成it纟羊序列的發(fā)射發(fā)生器。

發(fā)明內(nèi)容
作為介紹，本發(fā)明包括用于超聲發(fā)|^敫勵的方法禾"殳備。 本發(fā)明可提供以^^上限帶頻語和低電平的二次諧波為特征的發(fā)射波形。 本發(fā)明還可提供在筒潔性，通用性，4線本以及高功率效率上優(yōu)于現(xiàn)有技術，
而保械頻的可編程1"生，發(fā)射:&^形成和切趾包絡的新超聲發(fā)射器。
在第一方面中，發(fā)射波形表示高斯調(diào)制的余弦的階梯近似。該發(fā)射波形被構(gòu)成
為四個單極性的等幅的矩形脈沖的幾f生組成。通過適當選擇脈沖的寬度和它們的時
序關系，當所有偶次諧波被濾餘掉的同時發(fā)射波形頻i普形狀接近高斯型。在振幅方 面，發(fā)射波形具有四個電平，即+2V, +1V， 0， -IV。零均ii^射波形持續(xù)兩個載 波周期。
在第二方面中，發(fā)射》tt形Ait過控制激勵開始的時刻而被支持。 在第三方面中，采樣以預定載頻的8倍的速率發(fā)生。. 以下結(jié)合實施例討論發(fā)明的更多的方面和優(yōu)點。


關于其中的具體實施例本發(fā)明將參考以下附圖描述
圖l描繪了優(yōu)選的發(fā)射波形(數(shù)學上描述為高斯調(diào)制的余弦) 所述波形的階梯近似。在圖1中，時間被以基波(或載波)頻率F。的周期T。的分數(shù)的單位測量； 圖2描繪了與圖1中波形相關的頻譜；
圖3a和圖3b描繪了圖1中的高斯調(diào)制的余弦的1V^弟近似的構(gòu)造的兩個可選實 施例；
圖4為說明有效運用于實現(xiàn)本發(fā)明的常M^i聲成像系統(tǒng)的方框圖5a到5e說明了波形發(fā)生器4剁乍的時序圖6為適于用圖4中成像系統(tǒng)實現(xiàn)的超聲發(fā)射器的實施例的方框圖7是適于用圖4中成像系統(tǒng)實現(xiàn)的超聲發(fā)射器的另一實施例的方框圖8為圖6中超聲發(fā)射器的電l驅(qū)動器的實施例的原理圖9為圖7中超聲發(fā)射器的電;紹區(qū)動器的實施例的原理圖。
具體實施例方式
以下部分將首先討論表示高斯調(diào)制的余弦的!V^弟近似的改i^i聲發(fā)射序列，并 將隨后討論用于產(chǎn)生這樣信號的不同發(fā)射器。
發(fā)射波形
一般地，為了產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)射序列，振幅調(diào)制波形的包絡在多個點 被首先采樣。采樣點的數(shù)目取決于采樣頻率Fs和包絡的持續(xù)時間TE。優(yōu)選地， Fs=MTE,其中M為采樣數(shù)目。降低M值導致PWM發(fā)射脈沖串中脈沖減少，并 通常使得發(fā)射i^形成器的復雜程度降低。在^^可情況下，各脈沖的寬度與采樣點 處的包絡的幅值成比例。因而，脈沖持續(xù)時間如同包絡的振幅一樣平緩增加到最大 值然后平緩減少。
為了減少發(fā)射器的復雜性和制造成本，PWM發(fā)射序列更合理為被粗略地采樣， 如以每個載波周期8次或者甚至4次采樣的速率。因而，為了消除可能的混疊效應， 要凈iL^樣的信號應該被限制在頻譜內(nèi)容內(nèi)。結(jié)果，原始的PWM發(fā)射波形包括至少 兩個載波周期。
實i^目對短的PWM發(fā)射波形，超聲系統(tǒng)將提供符合要求范圍的分辨率。然而， 這樣的波形具有高二次諧波*。因而，除了^^]脈沖反向技術"0卜，通常合成的 PWM發(fā)射序列不適于諧波成像。如前所述，各種濾波技^^是供二次諧波失真的抑 制。但是，這會導致較高的采樣率，擴展了發(fā)射頻譜，并可能增加奇次諧波的強度。
在本發(fā)明中，改進的發(fā)射脈沖串的合成包括如圖1中所示的高斯調(diào)制余弦的階梯近似。然后該圖1中的^N弟近似的發(fā)射脈沖被分解為三個^^永沖序列，如描述
在圖3a中的A， B， C和A+B+C。圖3b給出了可選但等效的發(fā)射波形分割。圖3a 和3b中的M波形A和B為單極性，因為不考慮振幅，兩個或更多脈沖的極'1^^卩 相同(如，正或負)。脈沖串C包括兩個單極性的等幅的矩形脈沖。C的極'f封目對 A或B是l向的。兩種分割均滿足下面差o^要求
在一個實施例中超聲發(fā)射器和換能器之間的l給可以由變換器^是供，或者在另 一實施例中由電容器提供，于是預期在發(fā)射波形中沒有DC分量。參考圖3a，如果 正(A+B)和負(C)脈沖串的電壓-時間乘積湘等的^i牛下，可得到這樣的情況。 在等幅的矩形脈沖的情況中，電壓-時間乘積得到
、=2-t2 —T0/2
(1)
其中時間；為基>&^貞率F0的周期，時間Tj是在脈沖串A中顯示的月永沖持續(xù)時間，
時間1^為在脈沖串C中出現(xiàn)的脈沖持續(xù)時間。
具有T持續(xù)時間的等幅矩形脈沖的頻譜S。(f)由下列給定 sin(丌.f ■ t) ( 2 )
S0(f)
兀.f
其中f是頻率變量。
于是，基本序列A， B和C的頻譜可表示為如下: sin(丌 f . t,)
sA(f)=
(3)
<formula>formula see original document page 9</formula>
(4)
<formula>formula see original document page 9</formula> (5)
公式1代入到公式3中得到
<formula>formula see original document page 9</formula>(6)
對公式(4)， (5)和(6)求和，階梯近似的發(fā)射波形的頻譜S,(f)為
<formula>formula see original document page 9</formula> (7)
特別地，基波頻率峰值位于f = F。 =1/Tn 。將f二F。代入到公式7，得到
峰值:cos(2;r， (8)
再參考公式7，偶次諧波為基波的偶數(shù)倍。因此，偶次諧波頻率F可以被確定為F^ =2nFQ =2n/T。，其中n=l， 2, 3…等等。插入f^F^到表達式(7)的正弦函數(shù)的自變量中得到sin(兀fT。/2)^sin(Tm)二0。因此，滿足公式1 ，圖3a中的發(fā)射波形的頻譜不包括偶次諧波。
本發(fā)明的技術可以抑制靠近第二諧波的頻率范圍。為了證明這個分析，應該注意如果余弦自變量等于2n兀，公式7中的方括號內(nèi)的項為零。這發(fā)生在滿足條件27ifu2=2mr的頻率f = FABS0RPTI。N (n)處。這樣，F(xiàn)abs。，。n(n) = 。例如，通過選擇T2 = 3T。/8 = 3/8F。，發(fā)射頻譜的吸收線由以下l會出
F (n) = M (9)
丄absorption V"乂 3
如圖2所示，第一吸收譜線位于FA,p翻(l)二8F。/3a2.7.F。處。這樣，
本發(fā)明中的發(fā)射序列可提供限帶頻譜和良好的范圍分辨率。而且，它的頻i普不包括基波的二次諧波。
生成超聲發(fā)射波形的方法以圖5a至5e中的圖形說明，其中時間標繪在X軸上而電壓標繪在Y軸上。時間按基頻F。的周期T。的分數(shù)的^^立被測量。具有以上定
義的時間特征的等幅的第一、第二和第三單極性基波形分別在圖5a至5c的圖形中示出。為了提供零-DC發(fā)射波形，第一基波形^^轉(zhuǎn)為如圖5d中的圖形所示。然后，反轉(zhuǎn)的第一、第二和第三基波形被求和，以提供如圖5e中所描繪的高^i周制的余弦的所建議的近似。
在替代實施例中，發(fā)射波形可通過首先對第二和第三基波形求和并且^te從得
到的和中減去第 一基波形來布置。
低失真超聲發(fā)射器
圖4為說明醫(yī)學超聲成像系統(tǒng)400的方框圖。系統(tǒng)400包括控制器401，多通iljl射和接收波束形成器(分別為402和408 ),多個發(fā)射/接收(T/R)開關404，換能器陣列406以及圖^象處理器410。
身體結(jié)構(gòu)的聲照射由發(fā)射;&^形成器402提供，該》tt形成器響應控制器401經(jīng)由發(fā)射/接收(T7R)開關404施加相應的發(fā)射波形到換能器陣列406。(盡管成像系統(tǒng)400被描述為用于發(fā)射波形到身體結(jié)構(gòu)和從身體結(jié)構(gòu)接收波形，但是該成像系
10200880017739.6 統(tǒng)和其中元件可被用于其它結(jié)構(gòu)和用在其他系統(tǒng)中。)
發(fā)射itt形成器402的每個通道包括發(fā)射器和表示期望的發(fā)射波形的采樣的
波形信息源。為了引導并在特定焦點位置聚禁發(fā)射〉tt,將以不同時間延遲^ 敫勵
換能器406。這可通ii^"期望的發(fā)射波形;^^^"通it^遲來實現(xiàn)。波束形成的更多細節(jié)可在前面部分中找到。
在接收過程中，換能器406檢測來自身體結(jié)構(gòu)的回波。接收波形通it^射/接收開關404被;^i口到多通道接收波束形成器408,該形成器響應控制器401以施加適當?shù)难舆t和濾波來產(chǎn)生對圖像處理器410施加的沿空間軸選定的點的相干和(coherent s腿)。
圖6為說明單發(fā)射通it^射器600的第一實施例的方框圖，該發(fā)射器淑皮合并到用于提供本發(fā)明的波束形成的》^^形成器402中。該發(fā)射器600包括功率》丈大器610,波形發(fā)生器620,鎖相環(huán)(PLL) 630，三個可編程電it驅(qū)動器650以及數(shù)字-才對以轉(zhuǎn)換器(DAC) 670。在一個實施例中，可編程電it驅(qū)動器650是相同的。發(fā)射器600的接口包括時鐘終端660,觸發(fā)終端662,參考電壓輸入664以及用以響
668。
功率放大器610可為傳統(tǒng)變換器M^的B類推4免晶體管^:大器。功率》文大器610的晶體管工作在共柵(或共基)模式，在它們的源極(或發(fā)射極)處提供J^上JM命入阻抗。電it驅(qū)動器650通過各自輸出652供電給功率放大器610。功率放大器610的^l命入阻抗能夠直接對兩個電流求和，如圖5中所示，該兩個電流由那些負責第二和第三基波形(分別為波形5b和5c)的驅(qū)動器650提供。
鎖相環(huán)630包含電壓控制振蕩器(VCO) 632，用于將來自VC0632的輸出分頻的^M器634 (如4^不計數(shù)器)，用于比庫tt自分頻器634的輸出和通過時鐘終端660 ;^口的外部參考信號的相位的相位頻率檢測器636，用于根據(jù)來自相位頻率檢測器636的輸出控制VC0 632的振蕩器頻率的電荷泵和濾波器638，以及用于選4奪振蕩器頻率的相位的多路復用器639。在一個實施例中，分頻器634包括提供來自反向和非反向輸出的2N相移的時鐘線的2N-'階(N為偶整數(shù))扭環(huán)計數(shù)器，其以相移值的升序順序依次l給到多路復用器639的輸入。
波形發(fā)生器620包含三個塊622和地址計數(shù)器626,其中一個塊用于基波形。
塊622中的[個都^^諸如圖5中描述的4比特長的二進制字(即十進制中的16)(4比特長的二進制字是出于說明的目的，其它數(shù)目的比特也可以<賴)。當以8 x F。時鐘讀出塊622時，所得到的序歹"限定了具有2T。持續(xù)時間的波形。為了與相移參考時鐘同時地產(chǎn)生第一、第二和第三基波形，地址計數(shù)器626由多路^]器639饋送。啟動處理經(jīng)由觸發(fā)器終端662開始?；ㄐ瓮ㄟ^數(shù)據(jù)端口 624輸出并分別;^口到電^4區(qū)動器650。
DAC 670由軌到端口 668的數(shù)字編碼控制。相應地，DAC輸出654變?yōu)槭┘拥絽⒖驾斎?64的電壓和數(shù)字編碼的乘積。這樣，DAC670響應由指令寄存器提供的編碼生成比例縮;故電壓。
圖8為說明圖6中所示的開/關可轉(zhuǎn)換的電^y區(qū)動器650的電路圖。電it驅(qū)動器650包4舌^"有漏才及開if^l俞出808的邏I專A^目器802，電阻器804以及具有柵極、漏極和源極的MOSFET晶體管806。晶體管源極通過電阻器804l給到漏極開路l俞出。參考圖6,晶體管柵極810由DAC輸出654饋給。在可選實施例中，共基才ili吉構(gòu)的雙極晶體管可以被使用。不考慮實施，在導通狀態(tài)下流經(jīng)電阻器804的電流與在圖6中標示為REF的DAC輸出電壓成比例。用于控制電;^驅(qū)動器650的開-關狀態(tài)的信號由波形發(fā)生器620 (圖6)產(chǎn)生并施加到^^相器的輸入812。
對于DAC輸出的低電平，晶體管806的閾電壓容限會F^氐切趾的精確度?？紤]到這種情況，圖7中所示的第二實施例提供了修改的發(fā)射器結(jié)構(gòu)。
圖7為說明單發(fā)射通ii^射器700的第二實施例的方框圖，該發(fā)射器能合并到〉tt形成器402中用于提供本發(fā)明的波束形成。該發(fā)射器700包括功率放大器710，波形發(fā)生器720, PLL730,其均與圖6中所示的相應的元件610、 620和630—致。類似的，第二實施例的接口包含時鐘終端760,觸發(fā)終端762,參考輸入764以及兩個命令端口 766和768。上述兩個實施例之間的差異在于電沭^區(qū)動器750的布置。
圖9描述了圖7中所示的電a^區(qū)動器750的電路圖?？删幊屉奿^區(qū)動器750包括具有使能的數(shù)字編程電阻器(DPR) 904和MOSFET晶體管906。晶體管906被設置為其柵極918 l給到參考輸入664,源feM^到可編程電阻器904的公共結(jié)點908上，以及—提供驅(qū)動輸出916的漏極?？删幊屉娮杵?04包含多個雙輸入漏極開路的與非門910以及多個電阻器912。電阻器912被二進制加權(quán)。每一個電阻器912身^^在柵極910的漏極開路輸出和公共結(jié)點908之間。各柵極的第一輸入接^^口到命令端口 668的二進制字的相應比特。該二進制字表示可編程電阻器904的期望電阻。
^f冊極的所有第^^rA^^在4,示為結(jié)點914，于是這樣施加到該結(jié)點的邏輯"l"使柵才及在它們的第一輸7vJi具有邏輯"r，。因此晶體管906產(chǎn)生其定時由波
12形發(fā)生器720確定的電濟J永沖。在可選實施例中，溫度計編碼方案或其與二進制技術的組合可被佳月。該脈沖的振幅可以直接與參考信號成正比而與電阻^l良比。
參考圖9，可編程電卩JU人8R/15變化至8R。因而，對于晶體管906的柵才iUi的
固定電壓，所產(chǎn)生的電流脈沖的振幅將接近24dB的范圍。其他的動態(tài)范圍，可包括較小的或較大的范圍。無^io何，這個范圍限定了用于切趾的可得到的振幅^l岸率。
兩個最"fi4的卩tt形成方法是時間延遲(偏移)和相移。時間延遲方法允許通過《I入與工作頻率和帶寬無關的每通道時間延遲來聚焦并？ 1導波束。相移波束形成器將要求的延遲轉(zhuǎn)換為在特定頻率上的等效的相移，而不是施加真實時間延i^i^一通道。因相移技^it合于形成在預定頻率上的波束，該相應的成像系統(tǒng)與那些采用時間延遲;&^形成器的系統(tǒng)相比較具有更窄的帶。
絕對時移可以通it^遲所組成的波形或延遲波形產(chǎn)生的開始來實現(xiàn)。為了延遲組成的波形，發(fā)射:;tt形成器可使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或用于各通道的
消耗更少的硬件資源。
實現(xiàn)時移的第4方法，《寸延遲被編程到可編#1^遲計數(shù)器中。該計數(shù)器響
應發(fā)射開始信號(SOT)對與絕對延i^目關的時鐘周期數(shù)目計數(shù)。發(fā)射序列在計數(shù)
期間的結(jié)M啟動。因而，延遲的精確度由計數(shù)器時鐘速率確定。
本領域技術人員理解路由多個高采樣(例如，寬帶)的SOT信號可能是復雜的。出于這個理由，本發(fā)明的一個實施例被描述為以T。/8采樣間隔(根據(jù)相位的45
°采樣)產(chǎn)生所應用的SOT，例如，包括有本發(fā)明的超聲系統(tǒng)#^又負責粗聚焦。為了支持精確聚焦，^!^亍的PLL630和730被配置為以8F。速率產(chǎn)生N (N為
偶數(shù)整數(shù))個相移時鐘。因此，這些時鐘的相^L^45。范圍內(nèi)被均勻地分隔開。上述時鐘中的一個被多路復用器639和739選擇并被用于定時波形發(fā)生器620和720。所以，發(fā)射波形可以具有與由^i口的"粗"SOT (或觸發(fā))信號確定的一個相關的N個離散位置。因為相鄰的離散位置是在時間上偏移了T。/8N,所以波束形成器的相位^I岸率婦目位上產(chǎn)生45。/N。例如，實現(xiàn)8級的4^不計數(shù)器，可獲得2.8°的相倒青確度。
本發(fā)明的上述實施例中 一些特征可被扭/i舌如下1. 當保持發(fā)射持續(xù)時間在兩個載波周期內(nèi)時，發(fā)射波形的特征是限帶頻譜和低 電平的二次諧波。
2. 超聲發(fā)射器支持數(shù)字控制的發(fā)射切^J^4青確聚焦。
3. 實施例可以提供與時間無關的輸出阻抗。
盡管參考M實施例已對發(fā)明進行了如上描述，應該理解到很多變化和修改可 在不離開本發(fā)明范圍內(nèi)作出。例如，不同的波形發(fā)生器，電it驅(qū)動器，開關或輸出 放大器配置可被4吏用。因此，上文詳細說明旨在被理解為本發(fā)明目前最優(yōu)實施例的 說明，而不是作為本發(fā)明的限定。僅由包括所有等效物的下列權(quán)利要ij^戈所增力口的 權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種醫(yī)學超聲成像系統(tǒng)中的換能器激勵的方法，該方法包括如下步驟(a)以預定方式構(gòu)成激勵波形，其中該波形表示被乘以余弦載波的高斯包絡的門控的階梯近似；(b)根據(jù)換能器的基頻選擇載頻F0，F(xiàn)0＝1/T0。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)進一步包括構(gòu)成激勵波形在2T。的 激乂動間隔內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(a)進一步包括構(gòu)成如雙極性波形的 激勵波形。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)進一步包括構(gòu)成如恭DC波形的 激勵波形。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)進一步包括合成激勵波形以使其 沒有偶次諧波錄
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(a)進一步包括 (a)設置第一、第二和第三基波形，并且其中所述第一基波形包括以相等持續(xù)時間T,為特征的第一和第二脈沖，其中T, =0.375TQ。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一基波形的所述第一和第二脈沖為單 極性并且以等幅為特征。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中設置第一基波形的步驟進一步包括(a) 在時間上使第二脈沖偏移于第一脈沖，所述偏移等于T。/2;(b) 在所述激勵間隔的中心上疊加所述第一基波形的中心。
9、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第二和第三基波形為具有持續(xù)時間 T, 二0.375T。的單極性的等幅脈沖；并且其中布置第二和第三基波形的步冬tii一步包4勁口下步驟 (a )在時間上使第二基波形的中心在反向方向上從激勵間隔的中心偏移T。/16;(b )在時間上使第三基波形的中心在正向方向上從激勵間隔的中心偏移T。/16。
10、如權(quán)利要求i所述的方法，其中所述構(gòu)成激勵波形的步驟包^ia合所tt 波形的步驟，所iii且合步4fii一步包括反轉(zhuǎn)第一波形的極性。
11、 一種用于產(chǎn)生具有可編程切J財n時(相)移的激勵波形的超聲發(fā)射器，該發(fā)射器包括鎖相環(huán)(PLL),其響應具有頻率8xF。的參考時鐘來產(chǎn)生具有用戶可選相移的 時鐘信號，其中F。為換能器的基頻；具有多個波形輸出的波形發(fā)生器，用于響應觸發(fā)信號和時鐘信號來提供相應的 波形，并且以預定方式構(gòu)成激勵波形，其中該波形表示被乘以余弦載波的高斯包絡 的門控的F射弟近似；根據(jù)換能器的基頻選^i亥載^M率F。；各自具有波形輸入和電^^出的第一、第二和第三可編程電^5區(qū)動器，響應參 考電壓和從波形發(fā)生器的對應波形輸出^>到對應波形輸入的各自波形來提供來 自電;;戶u^出的電流^[言號；用于響應電l驅(qū)動器的電力^ir出上的電流信號以產(chǎn)生激勵波形的功率放大器；以及控制所述激勵波形的切處因子和時(相)移的第一和第^旨4^存器。
12、 如權(quán)利要求ll所述的超聲發(fā)射器，其中所述波形發(fā)生器經(jīng)由第一、第二和第三數(shù)據(jù)端口存^t^^取第一、第二和第三 基波形，所述波形發(fā)生器包括3 x 16可尋址的二進制數(shù)據(jù)矩陣和保存所必也址的4 比特地址計數(shù)器，并且其中所述計數(shù)器進一步包括定時和啟動輸入，所述定時和啟動輸入各自^^到多路 復用器的輸出和觸發(fā)終端。
13、 如權(quán)利要求11所述的超聲發(fā)射器，其中功率放大器為包括第一和第二高壓晶體管的變換器耦合的B類4斜免放大 器，所述第一和第二高壓晶體管中的#"^個具有柵極、源極和漏極，兩個晶體管以 共才鵬吉構(gòu)耦合；以及其中第一高壓晶體管的源fe^給到第一電l驅(qū)動器的電^^T出，第二高壓晶體 管的源極與所述第二和第三電l驅(qū)動器的電出井給在"^。
14、 如權(quán)利要求ll所述的超聲發(fā)射器，其中該PLL包含電壓控制振蕩器(VOC)，用于將來自VCO的輸出分頻的分 頻器，用于比4棘自分頻器的輸出和所述參考時鐘的相位的相位頻率一S則器，用于 根據(jù)來自所述相位4&則器的輸出控制VCO頻率的電荷泵，以及多路^器，并且其中所述分頻器包括提供來自反轉(zhuǎn)和非反轉(zhuǎn)輸出的2N個相移的時鐘線的2N_' 階(N為偶數(shù)整數(shù))扭環(huán)計數(shù)器，該2『'階扭環(huán)計數(shù)器以相移值的升序順序M^到所述多路復用器的輸入，所述多路復用器具有2W個輸入、提供所述時鐘信號的輸出、以彭給到所述第一指4^f存器的i^^端口。
15、 如權(quán)利要求ll所述的超聲發(fā)射器，其中所述第一、第二和第三電力t驅(qū)動器 中的[個進一步包括j腿晶體管，所述晶體管具有柵極、源極和供電^M動器輸 出的漏極，該第一、第二和第三電l驅(qū)動器的所述^S晶體管的柵極與參考電壓源 井給到4。
16、 權(quán)利要求15所述的超聲發(fā)射器，其中所述第一、第二和第三電:;紹區(qū)動器中 的f個進一步包才嫂輯反相器和電阻器，所述邏輯反相器具有輸入結(jié)點和漏極開路輸出，所述電阻器^^在所述漏極開路輸出和所述^a晶體管的源極之間，所述 輸入結(jié)點分別M^^到所述波形發(fā)生器的第一、第二和第三數(shù)據(jù)端口 。
17、 如權(quán)利要求15所述的超聲發(fā)射器，其中所述參考電壓源包括布置為響應第 ^旨^^存器提供的代碼以產(chǎn)生比例電壓的數(shù)字-才勤以轉(zhuǎn)換器(DAC )。
18、 如權(quán)利要求15所述的超聲發(fā)射器，其中所述第一、第二和第三電*^區(qū)動器 中的^"個進一步包括多個二進制加權(quán)電阻器，每個電阻器具有兩個終端，以及多 個與非門，每個與非門具有兩個輸入和漏極開路輸出。
19、 如權(quán)利要求18所述的超聲發(fā)射器，其中所述電阻器的第一終端相應^4給到所述與非門的漏極開路輸出； 所述電阻器的第二終端與所述低壓晶體管的源極M^在^;以及 所述與非門的第一輸入^^到第3旨令寄存器的對應位線。
20、 如權(quán)利要求19所述的超聲發(fā)射器，其中所述第一、第二和第三電it驅(qū)動器 的與非門的第^llr入相應;i^^到所述波形發(fā)生器的第一、第二和第三數(shù)據(jù)端口 。
全文摘要
一種醫(yī)學超聲成像中換能器激勵的方法?；诟咚拐{(diào)制余弦的階梯近似，在保持發(fā)射持續(xù)時間在兩個載波周期內(nèi)時，發(fā)射波形提供限帶頻譜和低電平的二次諧波。該波形被構(gòu)成為四個單極性的等幅的矩形脈沖的線性結(jié)構(gòu)。而且，所描述的實施例支持數(shù)字控制的發(fā)射切趾和聚焦。
文檔編號A61B8/14GK101677804SQ200880017739
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者S·A·拉扎 申請人:超科公司