[发明专利]超声探头及处理方法

说明书

一种超声探头，其中，每个换能器元件的输出都有局部放大、时间增益补偿和数字化。逆变装置围绕时间增益补偿单元和数字化单元，并且同步逆变功能使得能够抵消确定性失真。

技术领域

本发明涉及超声系统和超声信号的处理，并且特别涉及具有探头内信号数字化的超声探头。

背景技术

常规的超声系统大而昂贵，但是，最近，更便宜的手持式超声系统已经变得可用。由于较低的价格、重量和提高的用户友好性，这种类型的系统可供更多的用户使用，例如可供第三世界国家的助产士使用。另外，高端超声系统越来越多地支持以更高的帧速率进行3D成像，从而能够对快速移动的器官部分(例如，心脏瓣膜)进行成像。

超声换能器探头是超声系统中的关键部件。实际上，探头规格决定了图像质量和帧速率。常规探头的价格很高并且通常主要由复合电缆决定，复合电缆包含多达128条同轴电线，以将模拟回波信号从探头头部传送到超声系统。因此，非常希望降低探头的成本。最重要的是，人们对实现可操控性提高且可穿戴超声的无线探头以及支持高帧速速的3D成像的探头非常感兴趣。

所有这些方面都能够通过对原始超声回波信号执行探头内数字化并结合探头内数据压缩来解决。探头内数字化的主要挑战之一是要保持足够低的耗散。根据安全规定，所允许的超声探头的加热要受到限制。另外，USB提供的接口的功率容量有限并且电池供电的探头/系统的能量容量有限，这对可接受的耗散造成了严重限制。

文献US 2005/203391 A1涉及连续波超声波成像。特别地，提供了发送器和通道计数减少以用于转向的连续波多普勒超声成像。

类似地，公布的专利申请US 2005/203392 A1公开了用于最大程度地减小超声成像系统中的通道的电路和相关联的方法。特别地，该文献提供了用于将来自多个元件的信号组合到同一路径上的电路、控制器和方法。

由于(特别是谐波成像)对信号失真具有严格要求，因此常规超声系统前端的耗散很高。信号失真会引入更高的谐波信号分量，从而干扰组织谐波并降低谐波图像质量。特备地，在对深部组织进行成像的情况下就是这样。压力波在正向方向上的衰减意味着在那些较大的组织深度处也会生成相对较弱的谐波信号。由于依赖于频率的组织衰减，所生成的谐波信号也比反射的基波分量衰减得更多。在这种情况下，接收到的谐波信号可能比反射的基波信号弱40dB(示例)。

因此，由于电子失真，因此难以用低成本的电子器件来处理高次谐波超声信号。因此，需要使得能够对超声回波信号进行低成本的探头内数字化(特别是使得能够进行深部组织成像所希望的谐波成像)的探头设计和处理方法。

发明内容

根据本发明的一个方面的示例，提供了一种超声探头，所述超声探头包括：

超声换能器元件的阵列；

与每个换能器元件相关联的相应的信号处理电路，其中，每个信号处理电路包括：

放大器，其用于接收来自所述换能器元件的信号；

时间增益补偿电路；以及

模数转换器电路，其被连接到所述时间增益补偿电路的输出部，

其中，每个信号处理电路还包括：

开关装置，其在所述放大器的输出部处，所述开关装置用于要么直接地要么利用逆变从所述放大器的输出生成中间两端子输出，其中，所述中间两端子输出被提供给所述时间增益补偿电路的输入部，以及

逆变器，其在所述模数转换器的输出部处，其中，所述逆变器与所述开关装置被同步控制。

在该超声探头中，在经过放大和时间增益补偿之后，换能器元件信号进行局部数字化。