[发明专利]用于驱动超声成像换能器的系统和方法

说明书

本发明公开了一种超声成像系统，所述超声成像系统包括形成换能器阵列的多个换能器元件，所述多个换能器元件中的每个被配置为传输波形。所述超声系统还包括多个驱动电路，所述多个驱动电路被配置为驱动所述换能器阵列，所述多个驱动电路中的每个包括复杂可编程逻辑器件(CPLD)以及启用所述多个驱动电路和所述换能器阵列之间的通信的多个延迟元件，所述多个延迟元件被配置为基于时钟周期将延迟线性地分布到所述多个换能器元件。所述时钟周期充当用于控制由所述多个换能器元件中的每个传输的所述波形的转向角的基础。

背景技术

1.技术领域

本公开整体涉及超声成像设备和系统，更具体地讲，涉及用于通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)驱动超声成像换能器的系统和方法。

2.相关领域

超声成像系统已成为流行的诊断工具，因为它具有广泛的应用范围。具体地讲，由于其非侵入性和非破坏性的性质，超声系统已广泛用于医疗界中。现代高性能超声系统和技术通常用于产生物体(例如，人体器官)的内部特征的二维或三维图像。

超声成像系统通常使用含有宽带宽换能器阵列的探头来传输和接收超声信号。超声系统通过电激励声学换能器元件或声学换能器元件阵列以生成行进到体内的平面波形式的超声信号来形成人体内部组织的图像，该平面波是具有恒定频率和振幅的波。平面波的波前(恒定相位的表面)垂直于平面波的行进方向。超声信号产生从身体组织反射的超声回波信号。各种超声回波信号返回换能器元件并转换为电信号，这些电信号被放大和处理以产生用于组织图像的超声数据。

超声系统采用超声探头，该超声探头含有用于传输和接收超声信号的换能器阵列。超声信号与传输波束形成器一起轴向传输，以形成期望的声束形状，以及与超声探头的扫描头的方向对准的位置。超声系统基于所接收的超声信号用接收波束形成器形成超声图像。最近，以转向角传输平面波超声信号的技术已用于获得快速帧速率超声图像序列。然而，在这种情况下，由于数字电路中的时间分辨率有限，转向角通常是近似和抽取的。基于现场可编程门阵列(FPGA)的传输波束形成器可采用量化来以多个系统时钟循环近似转向角。这种近似可能导致换能器元件上的延迟分布不均匀以及有缺陷的平面波分布。

此外，最近的技术将接收波束形成电路迁移到在通用计算设备(比如工作站、个人计算机、平板电脑、或甚至移动电话)上运行的软件中。这极大地简化了系统的电路并移除了硬件接收波束形成器。该软件通常用FPGA或专用集成电路(ASIC)实现，这大大削减了超声波机器的成本。在接收波束形成器从硬件中移除的情况下，传输波束形成器现在是硬件中的主要成本。

此外，所得图像的质量和分辨率很大程度上取决于此类换能器阵列中换能器元件的尺寸和数量。医学超声机器通常包含大量换能器元件。然而，由于每个换能器元件通常耦接到控制电路，诸如基于FPGA的电路，因此换能器元件数量的增加导致控制电路的复杂性和成本的相关增加。

因此，需要降低传输波束形成电路的复杂性和成本的系统和方法。

发明内容

在一个方面，本公开涉及超声系统，该超声系统包括形成换能器阵列的多个换能器元件，多个换能器元件中的每个被配置为传输波形。超声系统还包括驱动电路，该驱动电路被配置为驱动换能器阵列。驱动电路还包括实现为硬件的传输波束形成器，该传输波束形成器包括复杂可编程逻辑器件(CPLD)，该复杂可编程逻辑器件具有多个延迟元件以在每个传输通道上生成可控延迟，以及多个高电压多路复用器以将传输波束形成器的输出切换到换能器阵列中的某个孔。多个延迟元件被配置为基于时钟周期将延迟线性地分布到多个换能器元件以形成平面波。时钟周期充当用于控制由多个换能器元件中的每个传输的波形的转向角的基础。

在所公开的实施方案中，时钟周期表示单个时钟周期。

在所公开的实施方案中，时钟周期表示多个时钟周期。

在所公开的实施方案中，时钟周期直接应用于多个延迟元件。