[发明专利]用于超声换能器的高电压电源的主动分布

说明书

超声换能器探头的换能器的高电压驱动由主动电源提供，所述主动电源借助于反馈来监测被供应到所述换能器的所述高电压，并且通过将电荷从电容器耦合到所述探头的所述高电压电源线来对高电压传输期间的电压中的下降做出响应，从而防止所述高电压中的陡峭下降。优选地，所述主动电源和所述电容器被定位在所述探头连接器外壳中。

技术领域

本发明涉及医学诊断超声成像，并且具体而言，涉及对超声换能器探头进行供电。

背景技术

超声换能器探头(诸如被用于3D成像的那些超声换能器探头)可以具有被定位在探头中并且被耦合到换能器阵列(传感器)的发射电路，其利用来自被定位在超声系统中的电源的能量来激发换能器元件。对于一些成像模态(诸如剪波弹性成像或PW多普勒)而言，并且对于被用于治疗性应用的探头而言，前端电路可以要求比系统电源所能够供应的电流更高的电流。由探头抽取这些高电流的尝试可能导致将驱动电压提供到前端和换能器的高电压电源的电压水平的下降，其继而导致发射超声的声压的下降，其使成像和治疗效果劣化。补偿该问题的一个方法是被动方法，其是将大电容耦合到高电压电源线。国际专利公开WO 2013/179179描述了一种被耦合到探头的高电压电源线并且被定位在超声系统主机、换能器的系统连接器和/或在探头外壳中的大电容器组(100μF到1000μF)的使用。当探头开始在发射阶段期间抽取额外电流时，被存储在电容器组中的电荷补充来自电源的电荷，维持期望的电压水平。

然而，该方法并不是没有其缺点，其包括放置物理上相当大的电容器组。当其期望将电容器组定位在探头自身中时，出于人体工学原因并且可能地还有探头的应用(例如，需要适配在食道中的TEE探头)可用空间量是有限的。当期望将电容器组定位在换能器的连接器中时，电容器组的物理大小被更好地调节，但是换能器线缆的电阻变为制约因素。例如，如果成像模态可以容忍要求5A的发射脉冲期间的1伏特下降，则线缆电阻需要小于0.2Ω。如果针对3D换能器探头的典型的两米长线缆通过具有2欧姆的电阻的一对导体来分布发射功率，则由线缆导致的电压降落是可接受的下降的电压降落的十倍。这可以通过增加线缆导体的数目或者直径来克服，但是这将使线缆更不灵活、更昂贵并且要求新线缆的开发。其还可以增加线缆的末尾处的接线连接器的大小。因此，在不妥协超声系统和探头的其他方面的情况下解决高电流电压降落问题是期望的。

发明内容

在一些方面中，本发明包括超声成像系统，所述超声成像系统包括主动电源向超声探头中的阵列换能器提供电力。例如，所述超声成像系统可以包括：超声换能器，其被定位在探头外壳中；主动电源，其具有被耦合到高电压电源的输入部和被耦合到所述超声换能器的输出部；以及电压反馈线，其被耦合在所述超声换能器与所述主动电源之间。所述主动电源可以被配置为基于来自所述电压反馈线的反馈电压来调节被供应到所述超声换能器的输出电压。

在特定方面中，所述主动电源(其通过所述换能器线缆中的导体将能量供应到所述探头)可以被定位在所述成像系统中的各个位置，例如在超声系统主机中、所述换能器探头自身中或者在所述换能器探头的连接器中。

在一些方面中，所述主动高电压电源可以被耦合到电容器组，所述电容器组被充电到较高的电压。所述电容器组可以在操作期间放电几十伏特，但是所述主动电源维持所述换能器前端处的对于成像可接受的较高范围内的所述电压。所述主动电源从所述信号路径中更接近于所述传感器的点接收反馈并且误差放大器将所述反馈信号与要么在所述连接器上生成要么由所述超声系统所提供的参考进行比较。响应于所述误差放大器输出，所述主动电源改变其输出以补偿由所述前端传感器提出的所述负载中的所述改变。所述电容器组提供足够的电荷以用于所述主动电源来贯穿所述发射激发的所述持续时间提供由所述传感器所需要的所述电流。所述电容器组的所述电压可以对于所述主动电源足够高以贯穿所述发射间隔维持所述换能器处的期望的电压。所述主动电源的所述使用允许使用几百微法拉的量级的所述电容器组而不是在所述被动情况中的几千微法拉的量级，因为其电压下降可以是比所述换能器前端处的所述电压多出很多伏。

附图说明

在附图中：