CN116324489A - 具有针对孔的高程控制的1.x维超声换能器阵列以及相关联的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种超声成像系统包括超声探头。所述超声探头包括壳体和换能器阵列，所述换能器阵列具有第一声学元件、第二声学元件和第三声学元件。所述第一声学元件在高程维度上布置在所述第二声学元件与所述第三声学元件之间。所述第一声学元件生成第一模拟超声信号，并且第二、第三声学元件被电耦合以生成第二模拟超声信号。所述超声探头包括与所述第一声学元件通信的第一放大器。所述超声探头包括与所述第二声学元件和所述第三声学元件通信的第二放大器和第三放大器。所述第一放大器和所述第二放大器根据第一增益概况分别将增益应用于所述第一模拟超声信号和所述第二模拟超声信号。所述第三放大器根据与所述第一增益概况不同的第二增益概况仅将增益应用于述第二模拟超声信号。

Description

具有针对孔的高程控制的1.X维超声换能器阵列以及相关联 的设备、系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及使用1.X维换能器阵列的超声成像。特别地，可以将不同的增益概况应用于高程换能器元件，以修改1.X维阵列的孔的高程尺寸并将成像波束聚焦在不同的深度处。

背景技术

超声成像系统常常用于医学成像。超声成像系统通常包括换能器探头以及主处理系统。换能器探头可以包括超声换能器元件阵列。超声换能器元件传送声波穿过患者身体，并且随后在声波被患者身体内的组织和/或器官反射回来时记录回波信号。回波信号的定时和/或强度可以对应于患者的组织、器官或其他特征的尺寸、形状和质量。患者的组织、器官或其他特征可以显示给超声系统的用户。

超声成像系统使用各种类型的换能器阵列。例如，超声系统可以具有一维阵列或二维矩阵阵列。尽管二维矩阵阵列提供了聚焦或操纵成像波束的最大能力，但是二维矩阵阵列需要许多换能器元件并且可能是昂贵的。1.X维换能器阵列可以需要更少的换能器元件，但是仍然保留在高程方向上的控制的一些方面，包括将超声成像波束聚焦在不同深度的能力。然而，利用1.X维阵列聚焦超声成像波束常常需要具有许多电气部件的复杂电路，从而导致超声成像系统的成本增加。

发明内容

本公开的实施例是用于使用1.X维换能器阵列进行超声成像的系统、设备和方法。超声系统可以包括主机、探头和连接线缆。超声成像探头可以包括1.X维换能器阵列。换能器阵列可以朝向患者的解剖结构的区域发送超声信号并接收反射波以形成图像。定位在换能器的中心行的任一侧上的超声换能器的高程行可以用于聚焦超声成像波束。随着成像深度增加，或随着要成像的区域与超声探头之间的距离增加，外高程换能器的增益可以逐渐增加。外高程元件的增益的这种增加有效地增加了换能器阵列的孔的高程尺寸，并且导致解剖结构中更深的区域的数据质量增加。

本公开的一些实施例将单独的增益概况应用于外高程元件和中心元件，以逐渐增加外部换能器元件的增益。其他实施例将公共增益概况应用于所有换能器元件，并将加权概况应用于外部换能器元件，以逐渐增加外部元件的增益。仍其他的实施例通过将接收到的模拟信号转换为数字信号并将延迟应用于外部和/或内部换能器元件来促进成像波束的聚焦。所公开的实施例在患者的解剖结构内的不同深度处提供增加的信号和图像质量，同时减少所需的电路，从而实现更简单、更具成本效益的超声成像探头。

在本公开的示例性方面中，提供了一种超声成像系统。所述超声成像系统包括超声探头，所述超声探头包括：壳体；换能器阵列，其被机械地耦合到所述壳体，其中，所述换能器阵列包括第一声学元件、第二声学元件和第三声学元件，其中，所述第一声学元件在高程维度上布置在所述第二声学元件与所述第三声学元件之间，其中，所述第一声学元件被配置为生成第一模拟超声信号，并且所述第二声学元件和所述第三声学元件被电耦合以生成第二模拟超声信号；第一放大器，其被设置在所述壳体内并且与所述第一声学元件通信；以及第二放大器和第三放大器，所述第二放大器和所述第三放大器被设置在所述壳体内并且与所述第二声学元件和所述第三声学元件通信，其中，所述第一放大器和所述第二放大器被配置为根据第一增益概况分别将增益应用于所述第一模拟超声信号和所述第二模拟超声信号，并且其中，所述第三放大器被配置为根据与所述第一增益概况不同的第二增益概况仅将增益应用于所述第二模拟超声信号。

在一些方面中，所述换能器阵列包括1.X维阵列。在一些方面中，所述换能器阵列包括第一行声学元件、第二行声学元件和第三行声学元件，所述第一行声学元件在所述高程维度上布置在所述第二行声学元件与所述第三行声学元件之间，所述第一行声学元件包括所述第一声学元件，所述第二行声学元件包括所述第二声学元件，并且所述第三行声学元件包括所述第三声学元件。在一些方面中，所述超声探头还包括第一模拟求和电路，所述第一模拟求和电路与所述第一放大器和所述第三放大器通信，所述第一模拟求和电路被配置为组合所述第一模拟超声信号与所述第二模拟超声信号以生成第一模拟输出。

在一些方面中，所述超声探头还包括与所述第一声学元件、所述第二声学元件和所述第三声学元件通信的电路，所述电路包括所述第一放大器、所述第二放大器和所述第三放大器，所述电路与第四声学元件、第五声学元件和第六声学元件通信，所述第四声学元件在所述高程维度上布置在所述第五声学元件与所述第六声学元件之间，所述第一声学元件、所述第二声学元件和所述第三声学元件被布置在所述换能器阵列的第一列中，所述第四声学元件、所述第五声学元件和所述第六声学元件被布置在所述换能器阵列的第二列中，并且所述第一列和所述第二列在方位角维度上彼此间隔开，使得所述换能器阵列的其他列设置在所述第一列与所述第二列之间。

在一些方面中，所述超声探头还包括：第四放大器，其被设置在所述壳体内并与所述第四声学元件通信；第五放大器和第六放大器，所述第五放大器和所述第六放大器被设置在所述壳体内并与所述第五声学元件和所述第六声学元件通信；以及第二模拟求和电路，其与所述第四放大器和所述第六放大器通信，所述第四声学元件被配置为生成第三模拟超声信号，并且所述第五声学元件和所述第六声学元件被电耦合以生成第四模拟超声信号，所述第四放大器和所述第五放大器被配置为根据所述第一增益概况分别将增益应用于所述第三模拟超声信号和所述第四模拟超声信号，所述第六放大器被配置为根据所述第二增益概况仅将增益应用于所述第四模拟超声信号，并且所述第二模拟求和电路被配置为组合所述第三模拟超声信号和所述第四模拟超声信号以生成第二模拟输出。

在一些方面中，所述超声探头还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述方位角维度上平移所述换能器阵列的孔。在一些方面中，所述多路复用器被配置为在所述第一模拟输出与所述第二模拟输出之间进行选择。在一些方面中，所述超声探头还包括：模数转换器(ADC)，其与所述模拟求和电路通信，所述ADC被配置为接收所述模拟求和电路的输出并生成数字超声信号。在一些方面中，所述系统还包括与所述超声探头间隔开的主机系统和在所述主机系统与所述超声探头之间延伸的线缆，所述超声探头被配置为经由所述线缆将所述数字超声信号发送到所述主机系统，并且所述主机系统包括处理器电路，所述处理器电路被配置为基于所述数字超声信号生成超声图像并将所述超声图像输出到与所述处理器电路通信的显示器。在一些方面中，所述第三放大器被配置为增加所述换能器阵列的孔的高程尺寸。在一些方面中，所述超声探头还包括：数字加法器；第一模数转换器(ADC)，其通信地定位在所述第一放大器与所述数字加法器之间；以及第二ADC，其通信地定位在所述第二放大器与所述数字加法器之间。在一些方面中，所述第三放大器包括通信地定位在所述第二ADC与所述数字加法器之间的数字放大器。在一些方面中，所述超声探头还包括：第一数字延迟，其通信地定位在所述第一ADC与所述数字加法器之间；以及第二数字延迟，其通信地定位在第二ADC与所述第三放大器之间。在一些方面中，所述超声探头还包括：第一时钟控制，其与第一ADC和所述第一数字延迟通信；以及第二时钟控制，其与所述第二ADC和所述第二数字延迟通信。

在本公开的示例性方面中，提供了一种超声成像探头。所述超声成像探头包括：壳体；1.X维换能器阵列，其被机械地耦合到所述壳体，其中，所述换能器阵列包括第一行声学元件、第二行声学元件和第三行声学元件，其中，所述第一行声学元件在高程维度上布置在所述第二行声学元件与所述第三行声学元件之间，其中，所述第二行声学元件和所述第三行声学元件被电耦合；第一放大器、第二放大器和第三放大器，所述第一放大器、所述第二放大器和所述第三放大器被设置在所述壳体内；以及模数转换器(ADC)，其被配置为生成数字超声信号，使得所述超声成像探头输出所述数字超声信号，其中，所述第一放大器被配置为根据第一增益概况将增益应用于与所述第一行声学元件相关联的第一模拟超声信号，其中，所述第二放大器被配置为根据所述第一增益概况将增益应用于与所述第二行声学元件和所述第三行声学元件相关联的第二模拟超声信号，其中，所述第三放大器被配置为根据与所述第一增益概况不同的第二增益概况仅将增益应用于所述第二模拟超声信号，使得所述换能器阵列的孔的高程尺寸增加，并且其中，所述ADC被配置为基于所述第一模拟超声信号或所述第二模拟超声信号中的至少一个模拟超声信号来生成所述数字超声信号。

根据以下详细描述，本公开的额外方面、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

将参考附图描述本公开的说明性实施例，其中：

图1是根据本公开的方面的超声成像系统的示意图。

图2是根据本公开的方面的处理器电路的示意图。

图3是图示根据本公开的方面的具有1.X维换能器阵列的超声成像系统的示例电路的示意图。

图4是图示根据本公开的方面的应用于由换能器阵列的换能器元件生成的电信号的示例增益概况的曲线图。

图5是图示根据本公开的方面的与换能器阵列通信的示例电路的示意图。

图6是图示根据本公开的方面的与换能器阵列通信的示例电路的示意图。

图7是图示根据本公开的方面的与换能器阵列通信的示例电路的示意图。

具体实施方式

出于促进对本公开的原理的理解的目的，现在将参考在附图中所图示的实施例，并且将使用特定语言来对其进行描述。然而，应理解，不旨在对本公开的范围进行限制。如对于本公开所涉及领域的技术人员正常将理解，本公开内完全预期和包括对所描述的设备、系统和方法的任何改动和另外的修改以及对本公开的原理的任何另外的应用。特别是，完全预期到，关于一个实施例所描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤相组合。然而，出于简洁的目的将不单独地描述这些组合的众多重复。

图1是根据本公开的方面的超声成像系统的示意图。系统100用于扫描患者身体的区域、区或体积。系统100包括通过通信链路150与主机130通信的超声成像探头110。在高水平下，探头110朝向解剖对象105(例如，患者身体)发射超声波并接收从对象105反射的超声回波。探头110通过链路150将表示接收到的回波的电信号发送到主机130以进行处理和图像显示。表示接收到的回波的信号可以通过链路150以模拟格式、数字格式和/或模拟和数字格式两者发送。探头110可以采取用于在定位在患者身体内部或外部时对患者的各种身体部位进行成像的任何合适的形式。例如，探头110可以采取手持式超声扫描器(诸如经胸超声心动图(TTE)探头)或基于贴片的超声设备的形式。在一些实施例中，超声探头不是手持式的，而是经由带子、机械保持器和/或粘合剂保持就位。在一些实施例中，探头110可以是导管、经食道超声心动图(TEE)探头或其他腔内或管腔内探头。探头110可以包括图1所示的任何部件。探头110的任何部件可以定位或存储在壳体111中。当探头110是手持式探头时，壳体111被配置为由用户的手抓握。

探头110可以包括换能器阵列112、电路114和通信接口140，所有这些都可以机械地耦合到探头110的壳体。换能器阵列112朝向对象105发射超声信号，并且接收从对象105反射回到换能器阵列112的回波信号。换能器阵列112可以包括声学元件阵列。在示例性实施例中，换能器阵列112是1.X维阵列，诸如1.25D阵列或1.5D阵列。在其他实施例中，换能器阵列可以被布置成一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。声学元件可以被称为换能器元件。每个换能器元件可以朝向对象105发射超声波，并且可以在超声波从对象105反射回来时接收回波。每个换能器元件生成表示接收到的超声回波的模拟电信号。换能器阵列112可以包括产生M个模拟超声回波通道信号160的M个换能器元件。在一些实施例中，M可以是约2、16、64、128、192、500、1000、5000、9000和/或更大、更小或其间的其他合适的值。

位于探头110内的电路114可以是任何合适类型中的任一种，并且可以服务于若干功能。例如，电路114可以包括电阻器、电容器、晶体管、电感器、继电器、时钟、定时器或可以集成在集成电路中的任何其他合适的电气部件。另外，电路114可以被配置为支持发送到换能器阵列112和/或探头110或从换能器阵列112和/或探头110发送的模拟信号和/或数字信号。在一些实施例中，电路114可以包括模拟前端(AFE)、模数转换器(ADC)、多路复用器(MUX)和编码器、以及各种其他部件。在一些实施例中，电路114可以包括硬件部件、软件部件和/或硬件和软件部件的组合。

通信接口122经由L个信号线耦合到电路114。在一些实施例中，电路114可以将所需线的数量从M个信号线减少到L个信号线。这可以通过使用任何合适部件的任何合适方法来实现。例如，可以使用MUX、波束形成器或其他部件来将来自换能器阵列112的M个信号线减少到L个信号线166。在图1的实施例中，L小于M。通信接口122被配置为经由通信链路150将L个信号166发送到主机130。通信接口122可以包括硬件部件和软件部件的组合，其被配置为生成承载来自信号166的信息的信号168以供在通信链路150上发送。在示例性实施例中，信号168是数字信号，使得数字超声数据从探头110发送到主机130。通信链路150可以包括用于将数字信号168传输到主机130的L个数据通道。

主机130可以是任何合适的计算和显示设备，例如工作站、个人计算机(PC)、膝上型计算机、平板计算机、移动电话或患者监测器。在一些实施例中，主机130可以被定位于可移动推车上。在主机130处，通信接口140可以从通信链路150接收数字信号168。通信接口140可以包括硬件部件、软件部件或硬件部件和软件部件的组合。通信接口可以基本上类似于探头110中的通信接口122。

位于主机130内的电路134可以是任何合适类型中的任一种，并且可以服务于任何合适的功能。例如，电路134可以包括电阻器、电容器、晶体管、电感器、继电器、时钟、定时器、处理部件、存储器部件或可以集成在集成电路中的任何其他合适的电气部件。另外，电路134可以被配置为支持发送到探头110或从探头110发送的模拟信号和/或数字信号。电路134可以被配置为处理从探头110接收的数字信号168。例如，电路134可以将从探头110接收的L个信号线扩展到对应于换能器阵列112内的特定换能器元件或换能器元件组或贴片的原始M个信号线。电路134可以被配置为生成用于显示给用户的图像信号174和/或执行用于各种诊断模态或超声类型(B模式、CW多普勒等)的图像处理和图像分析。电路134可以另外包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、专用系综电路(ASIC)、控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、另一硬件设备、固件设备或其任何组合。电路134也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器、GPU和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器内核结合DSP、或任何其他这样的配置的组合。电路134可以被配置为生成用于显示给用户的图像信号174和/或执行用于各种诊断模态的图像处理和图像分析。

显示单元132被耦合到电路134。显示单元132可以包括监测器、触摸屏或任何合适的显示器。显示单元132被配置为显示由电路134处理的图像和/或诊断结果。主机130还可以包括键盘、鼠标、触摸屏或被配置为接收用于控制系统100的用户输入的任何合适的用户输入部件。

尽管在将检测到的超声回波数据从探头110传输到主机130以供显示的背景下描述了图1，但是主机130可以生成并发送用于控制探头110的操作(例如，换能器阵列112处的换能器元件的激励)的控制信号。

图2是根据本公开的方面的处理器电路的示意图。处理器电路210可以在探头110、图1的主机系统130或任何其他合适的位置中实施。一个或多个处理器电路可以被配置为执行本文描述的操作。处理器电路210可以是电路114和/或电路134的一部分，或可以是单独的电路。在示例中，处理器电路210可以与换能器阵列112、电路114、通信接口122、通信接口140、电路134和/或显示器132以及超声系统100内的任何其他合适的部件或电路通信。如图所示，处理器电路210可以包括处理器260、存储器264和通信模块268。这些元件可以例如经由一个或多个总线彼此直接或间接通信。

处理器260可以包括被配置为执行本文描述的操作的CPU、GPU、DSP、专用集成电路(ASIC)、控制器、FPGA、另一硬件设备、固件设备或其任何组合。处理器260也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器内核结合DSP、或任何其他这样的配置的组合。

存储器264可以包括高速缓冲存储器(例如，处理器260的高速缓冲存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻式RAM(MRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器、固态存储器设备、硬盘驱动器、固态驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器、或不同类型的存储器的组合。在实施例中，存储器264包括非瞬态计算机可读介质。存储器264可以存储指令266。指令266可以包括当被处理器760执行时使处理器260执行本文中参考探头110及/或主机130(图1)描述的操作的指令。指令266也可以称为代码。术语“指令”和“代码”应当被宽泛地解读为包括任何类型的(一个或多个)计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可以指的是一个或多个程序、例程、子例程、功能、过程等。术语“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或许多计算机可读语句。

通信模块268可以包括任何电子电路和/或逻辑电路，以促进处理器电路710、探头110和/或显示器132和/或显示器266之间的直接或间接数据通信。在这方面，通信模块268可以是输入/输出(I/O)设备。在一些实例中，通信模块268促进处理器电路210和/或探头110(图1)和/或主机130(图1)的各种元件之间的直接或间接通信。

图3是图示根据本公开的方面的具有1.X维换能器阵列的超声成像系统100的示例电路的示意图。例如，图3提供了探头110内的电路的更详细视图。如图3所示，探头110的电路可以包括换能器阵列112。换能器阵列112可以经由多个导体390(包括导体391、导体392、导体393和导体394等)与多个电路或电路系统310通信。导体390中的任一个可以另外被称为导电通路或导电迹线。探头110可以另外包括组合器322和串行器和/或高速电流模式逻辑线缆驱动器(CML)324。如图3所示，主机130还可以经由多个连接导体与探头110通信。具体地，连接导体可以包括功率和控制导体380以及多个换能器导体386。连接导体(包括功率和控制导体380以及换能器导体386)可以一起形成线缆，可以形成多个单独的线缆，或可以以任何其他合适的配置布置。探头110的任何部件可以定位或存储在壳体中。

在一些实施例中，换能器阵列112可以是1.X维阵列。例如，换能器阵列112可以是1.25D阵列、1.5D阵列、1.75D阵列或任何合适类型的1.X维阵列。在一些方面，1.25D阵列可以包括用于在高程上控制孔尺寸的电路。1.5D阵列可以包括被配置为在高程维度上将各种延迟应用于从元件接收信号以便聚焦这些信号的额外电路。在一些实施例中，1.25D和1.5D阵列可以假设对称性，其中，增益和延迟关于高程维度中心对称。1.75D阵列可以在高程上将不同的延迟应用于每个外部元件，并且可以被配置为使声束转向。1.75D阵列可以关于元件的中心行对称，或可以是不对称的。

1.X维阵列可以是指包括单行内部换能器元件的换能器阵列，其中，在该内部换能器元件行的任一侧上具有额外换能器元件行。在一些实施例中，这些额外外部换能器元件行可以是对称的，使得在内部换能器元件行的两侧上存在相等数量的外部元件行。外部换能器元件行可以用于提供高程控制或聚焦控制。在一些实施例中，这些额外外部换能器元件行可以电耦合在一起，使得它们被操作用于一致地发送和接收。

作为示例，图3所示的换能器阵列112可以是1.5维阵列。轴398和399提供图3所示的换能器阵列112的取向方向。具体地，轴398图示了高程或高度方向，并且轴399图示了方位角或横向方向。换能器阵列112包括一行内部换能器元件305b和两行外部换能器元件305a，在高程方向上在内部行305b的任一侧上各有一行外部换能器元件305a。外部元件305a可以包括两倍于内部元件305b的换能器元件，并且可以定位成使得一个外部元件305a在高程方向上定位在每个内部元件305b上方，并且一个外部元件305a在高程方向上定位在每个内部元件305b下方，如图3所示。图3所示的具有一行内部元件305b和两行外部元件305a的实施例可以被称为在高程上的三个元件或在高程上的三行元件。在一些实施例中，换能器阵列112可以仅包括图3所示的三行元件。在其他实施例中，换能器阵列112包括额外元件行。在其他实施例中，换能器阵列112可以包括在高程上的5个换能器元件行、在高程上的7个换能器元件行、9个行或更多行。本公开的一些实施例包括对称换能器元件行，使得使用奇数的换能器元件行。类似于图3所示的换能器阵列112，具有额外外部换能器元件行的实施例也可以耦合外部行，使得外部行被一起驱动。例如，直接紧邻中心行并在中心行的任一侧上定位的两个外部行可以耦合在一起，与第一外部行相邻并在第一外部行的任一侧上的两个或更多个外部行也可以耦合在一起，等等。例如，行305a耦合在一起。

在其他实施例中，行305a可以备选地仅是在高程方向398上定位在换能器行305b上方或下方的单个换能器元件行。在这样的实施例中，换能器阵列112可以仅包括两行换能器元件。在仍其他的实施例中，换能器阵列112可以包括大于二的偶数行换能器元件。

如下文将更详细讨论的，可以将不同的增益概况应用于不同行的换能器元件，以便在患者的解剖结构内的不同深度处进行成像。例如，在图3所示的实施例中，仅从内部行305b接收的信号可以用于在接近换能器阵列112的位置处成像。备选地，当在更远离换能器阵列112的位置处成像时，可以逐渐添加来自外部行305a的信号以在高程上加宽阵列的孔。为了简单起见，参考以对称方式布线的奇数行(例如，图3所示的换能器元件的三行配置)给出探头110内的各种部件的描述。然而，完全预期到，可以根据所呈现的相同原理实施额外数量的行。

在仅具有两个换能器行(行305b和仅定位在行305b上方或下方的单个行305a)的实施例中，从行305b的换能器元件接收的信号可以用于近场成像，并且来自行305b和行305a两者的信号可以用于远场成像。在这样的实施例中，所得到的近场波束和远场波束可能略微未对准，但是未对准可以保持在临床上可接受的量内。在换能器阵列112内仅设置两行换能器的实施例可以通过减少所需的换能器元件的数量来降低制造成本，并且不需要如图3所示的外部元件之间的电耦合。本公开也可以应用于具有关于与用于近场成像的行相关的内部元件的描述以及关于与另外用于远场成像的行相关的外部元件的描述的这种实施例。

换能器阵列112内的换能器行可以包括任何合适数量的换能器元件。例如，该行换能器元件305b和两行换能器元件305a全部可以均包括1、2、16、50、64、75、80、90、100个换能器元件、或更大、更小或其间的任何合适数量的换能器元件。每行换能器元件305可以包括奇数或偶数个换能器元件。在一些实施例中，如图3所示，换能器阵列112可以另外被组织成列301。例如，一列换能器301a在图3左侧的换能器阵列112的方位角或横向端部处。如图3所示，列301a包括三个换能器元件：一个中心换能器元件305b和两个外部元件305a。在换能器阵列112包括5行换能器元件的实施例中，列301a将包括5个换能器元件，等等。在方位角方向上与列301a相邻并且在列301a右侧，示出了列301b。列301b也包括三个换能器元件：一个中心元件305b和两个外部元件305a。尽管未标记，但是与列301b相邻且在列301b右侧的换能器列可以是额外列301c等，如通过椭圆所指示的。换能器列301可以以类似的方式继续直到列301l。列301a至301l可以表示换能器列的第一部分。例如，列301a至301l可以构成换能器阵列112中的换能器元件的一半。换能器阵列112中的换能器列301或换能器元件的第二部分(例如，第二半部)被描绘为在列301l的右侧。在各种实施例中，换能器元件的配置不必限于阵列的一半，而是可以分成对应于三分之一、四分之一、三分之二或任何其他部分分数或合适的布置或配置的区段或组。列301m可以表示对应于换能器列301的第二部分的第一换能器列301。与列301m相邻并且在列301m右侧的可以是额外列301n，随后是列301o，等等，如通过第二组椭圆所指示的。因此，这样的换能器元件可以继续直到在换能器阵列112的最右端处的换能器列301z。尽管附图标记301a至301z已经用于指示图3所示的换能器元件列305，但是图3所示的换能器阵列112不必包含26列换能器元件305。更确切地说，并且如前所述，换能器阵列112可以包括任何合适数量的行和/或列。

在一些实施例中，根据一系列声学线或A线生成超声图像，其中，每个线由平移穿过孔的一组阵列元件形成。例如，第一线可以使用一组元件332，第二线使用一组元件334，等等，最后线使用集合336。

在超声检查期间，超声成像系统100可以指定一组换能器元件305来发送超声信号，使得超声能量传播到患者的解剖结构中。超声成像系统100还可以指定一组换能器元件30来接收反射波。在一些实施例中，被选择为发送超声信号的超声换能器305可以是用于接收反射波的相同换能器。在其他实施例中，用于发送超声信号的超声换能器元件305是与接收超声信号的元件不同的元件。例如，在一些实施例中，超声成像系统可以选择一半的超声换能器元件305来将超声信号发送到患者的解剖结构中。如图3中通过框332、334和336所示，被选择用于信号发送的这些元件可以是任何换能器元件。在一些实施例中，换能器元件可以都彼此相邻。例如，图3的框332指示列301a至301l的换能器元件305由超声成像系统100选择以将超声信号发送到解剖结构中并形成换能器阵列112的孔。超声成像系统100可以通过如稍后将讨论的模拟处理器310的电路中的调整来使孔移位，使得孔由列301b至301m限定，如通过框334所示。孔还可以移位以包括列301c至301n、列301d至301o等等，直到如通过框336所示，孔可以被配置为列301m至301z。在一些实施例中，被选择为发送超声信号的换能器元件305不需要彼此直接相邻，而是可以由不用于发送超声信号的一个或多个换能器元件305间隔开。由于框332、334和336识别一起形成孔的换能器阵列112的元件，因此框332、334和336可以另外被称为孔。

如图3所示，换能器阵列112的换能器元件经由多个导体390与多个电路310通信。导体390可以将换能器阵列112的换能器元件305电耦合到电路310。导体390可以是任何合适的形式或类型。在一些实施例中，导体390可以包括位于印刷电路板(PCB)、柔性或非柔性基板上或以任何其他合适的配置定位的导电通路或导电迹线。如图3所示，每个电路310经由四个导体390与六个换能器元件305通信。具体地，如图3所示，列301a的外部换能器元件305a可以经由导体391彼此电耦合并且电耦合到电路310。内部元件305b可以经由导体392与同一电路310通信。列301m的外部元件305a可以经由导体393彼此耦合并且耦合到同一电路310。并且最后，列301m的内部元件305b可以经由导体394与同一电路310通信。下一个电路310可以以类似的方式与列301b和301n的内部元件305b和外部元件305a通信。下一个电路310可以以类似的方式与列301c和301o的元件通信，等等，使得所有换能器元件305与相应的电路310通信。

在其他实施例中，电路310可以与更多或更少的换能器元件305通信。例如，在具有五个换能器行的实施例中，电路310仍然可以与所描述的四个换能器列301通信，但是每列可以包括五个换能器元件。在这样的实施例中，最外面的元件可以经由一个导体390耦合在一起并耦合到模拟处理器310，额外导体390可以将最外面的元件和最里面的元件之间的元件耦合并且耦合到同一电路310，并且额外导体390可以提供最里面的元件和电路310之间的通信。在这样的实施例中，不是四个导体390与电路310通信，而是六个这样的导体390可以与电路310通信。额外换能器元件行305将如可以外推的那样需要额外导体390。另外，其他实施例涉及与多于四个换能器列301通信的一个或多个电路310。这些实施例将需要根据如下文将概述和讨论的实施例对模拟处理器310的电路的额外改变。

如本文更详细描述的，电路310可以包括模数转换器(ADC)，使得电路310的输出是数字数据或比特流。如通过附图标记340所示，在一些实施例中，电路310的输出可以是12比特输出。然而，电路310的输出可以具有任何合适的比特率(例如，4比特、8比特、16比特、24比特、32比特、64比特，或小于、大于所列出的那些比特率或所列出的那些比特率之间的任何合适的数值)。

电路310可以与组合器322通信。组合器322表示可以减少从电路310接收的总信号线并且减少用于将数据发送到主机130的所需信号线的数量的电路。组合器322可以通过任何合适的方法减少信号线的数量。在一些实施例中，组合器322可以包括求和节点。组合器322以及系统100内的任何其他合适的部件或电路可以包括与标题为“ULTRASOUND PROBEWITH MULTILINE DIGITAL MICROBEAMFORMER”并且于2019年2月28日递交的美国申请US16/329,433和/或标题为“DIGITAL ULTRASOUND CABLE AND ASSOCIATED DEVICES,SYSTEMS,AND METHODS”并且于2018年2月16日提交的美国临时申请US 62/631,549中描述的特征类似的特征，这两个申请通过引用整体并入本文。在一些实施例中，组合器322可以是将从电路310接收的数据多路复用到高速串行链路中并且然后将数据传送到主机130以进行处理的多路复用器。在一些实施例中，组合器322可以是数字波束形成器，该数字波束形成器在可选的模拟波束形成器完成波束形成的第一阶段之后执行波束形成的第二阶段(信号的延迟和求和)。

组合器322可以与串行器和高速电流型逻辑(CML)324通信。串行器/CML 324可以将从组合器322和/或电路310接收的线重新布置成高速串行数据流。在一些实施例中，串行器/CML324可以以比探头110内的其他电路更高的数据速率运行。例如，串行数据流可以以2.4Ghz运行，而超声信号路径内的其他电路可以以20MHz运行。串行器/CML 324可以以与标题为“DIGITAL ULTRASOUND CABLE AND ASSOCIATED DEVICES,SYSTEMS,AND METHODS”并且于2018年2月16日提交的美国临时申请US 62/631,549中公开的串行器类似的方式操作，该申请通过引用整体并入本文。因此，在探头110的信号路径中的一个中，数字超声数据(例如，B模式数据)可以经由导体386从探头110发送到主机130。导体386可以是双绞线导体或任何其他合适形式的导体。

如先前提到的，探测器110可以经由图1的通信接口或链路150与主机130通信。链路150可以具有任何合适数量或类型的导体，但是可以包括(一个或多个)功率和/或控制导体380以及一个或多个换能器导体386。

(一个或多个)功率和/或控制通信线380可以包括一个或多个信号和/或功率线，包括导体、双绞线或传输数据、信号或功率的任何其他合适的器件。例如，(一个或多个)通信线380可以包括专用于将控制信号或其他数据从主机130提供到探头110的导体。导体380还可以包括从主机130向探头110内的部件提供必要功率的导体。信号导体可以与控制器或主机130内的任何其他合适的部件通信，并且可以提供用于控制先前提到的时钟、开关、脉冲器、换能器阵列112、电路310、组合器322、串行器/CML324和/或探头110内的任何其他部件的信号。在一些实施例中，导体380中的(一个或多个)信号承载导体可以是双绞线。在其他实施例中，它们可以是单个导体或发送数据信号的任何其他合适的器件。在一些实施例中，经由导体380发送的数据可以是800Mbs数据、或任何合适频率或类型的数据。导体380还可以包括可以与主机130内或任何合适位置处的电源通信的功率线。导体380可以向探头110内的各种部件提供DC或AC电信号。

进一步连接探头110和主机130的可以是多个信号线386。换能器线或导体386可以对应于从串行器/CML324输出的减少数量的信号线。在一些实施例中，换能器线386可以仅包括单个信号线。在其他实施例中，换能器线386可以包括多个信号线。在一些实施例中，换能器线386可以是双绞线。在其他实施例中，它们可以是单个导体、同轴导体或用于发送数据信号的任何其他合适的通信通路。另外，在一些实施例中，换能器导体386可以承载模拟信号。在其他实施例中，导体386可以承载数字信号。在一些实施例中，信号可以在光学链路上承载。在一些实施例中，可以无线地承载信号。

导体380和换能器线386可以一起形成与参考图1描述的连接线缆150类似的一个连接线缆。具体地，导体380和换能器线386可以利用线缆屏蔽缠绕在一起。导体380、换能器导体386和封装在一起的任何对应导体可以具有任何合适的长度，和/或可以是柔性细长构件。例如，导体380、换能器线386和所有相关联的导体的长度可以是1米、2米、3米、或更大、更小或其间的其他合适的值。在其他实施例中，导体380和换能器线386可以形成相同或不同长度的单独的连接线缆。

图3中描绘并且先前参考图1描述的主机130可以包括任何合适电路或可具有任何合适形式。例如，主机130可以包括电路，诸如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、混合器、电源、控制器、滤波器、运算放大器或被配置为执行与波束形成、滤波、处理、超声图像生成和/或显示超声图像或数据相关的各种功能的任何其他合适的电路。

图4是图示根据本公开的方面的应用于由换能器阵列112的换能器元件305生成的电信号的示例增益概况的曲线图400。曲线图400中描绘的增益概况可以应用于从各种换能器元件305接收的信号，从而改进与在相对于探头110的各种位置或深度处的解剖结构内的结构相对应的图像或数据质量。图3所示的部件可以通信地和/或电气地定位在信号路径、信号通路、电路径、电通路或任何其他合适的项目上。

曲线图400包括垂直轴405和水平轴410。沿着水平轴410包括五个位置411、412、413、414和415。曲线图400还包括内部元件增益概况420、外部元件增益概况425和加权增益概况430。

如图4中标记的垂直轴405对应于应用于由换能器阵列112内的一个或多个换能器元件305生成的电信号的增益。曲线图400内沿着垂直轴405的更低位置处的点对应于应用于电信号的更低增益值。相比之下，对应于沿着垂直轴405的更高位置的点对应于应用于电信号的更高增益值。低增益和高增益之间的增益比可以在10dB至60dB的范围内或任何其他合适的范围内。例如，低增益可以是-20dB，并且高增益可以是+20dB。

如图4中标记的水平轴410对应于解剖结构内的解剖对象的深度。在一些情况下，解剖对象的深度可以对应于对象距换能器阵列112的距离。在一些应用中，该深度或距离可以通过测量从当从探头110发射超声能量时到在探头110处接收到反射波或回波的时间量来确定。在这样的应用中，所测量的解剖对象的深度也可以根据时间或以时间为单位来指代。图4将水平轴410标记为深度和/或时间的测量结果。曲线图400左侧的点或沿着水平轴410的更低值对应于从解剖对象到换能器阵列112的更浅深度或更小距离。例如，对于更靠近阵列112并且在患者体内不太深的解剖结构，超声信号的发送和反射的接收之间的时间更短。相比之下，曲线图400右侧的点或沿着水平轴410的更高值对应于更深的深度。例如，对于远离阵列112并且在患者体内更深的解剖结构，超声信号的发送与反射的接收之间的时间更长。位置411、412、413、414、415指定与增益概况420、425和/或430有关的各种深度或时间。在示例中，位置411可以对应于0cM或0uS，位置412可以对应于2cM或26uS，位置413可以对应于3cM或39uS，位置414可以对应于5cM或65uS，并且位置415可以对应于30cM或390uS。在其他示例中，位置411、412、413、414和415可以对应于适合于特定应用的任何合适的深度或时间测量。

增益概况420、425和430图示了应用于从外部元件305a接收的信号的增益可以如何随着深度或时间的增加而增加，从而有效地增加孔的高程尺寸。考虑到与深度增加相关联的衰减增加，孔的尺寸的这种增加增加了接收信号的幅度，从而实现远场中更好的图像质量。增益概况420和425一起与增加孔的高程尺寸的一种方法相关联。增益概况420和430一起与增加孔的高程宽度的另一种方法相关联。在图像的近场中，使用小孔来产生在高程上具有小宽度的声束，从而产生良好的细节和对比度分辨率。然而，该小孔没有足够的能量来看到身体内的深处。为了在远场中实现期望的穿透，使用高程孔中的所有元件。

在一些实施例中，增益概况420、425可以分别用于对内部元件305b和外部元件305a的电信号应用单独的增益概况。曲线图400所示的增益概况420可以表示应用于换能器阵列112内的内部元件305b的增益概况。在沿着水平深度/时间轴410的表示靠近换能器阵列112的位置的点411处，应用于从内部元件305b接收的信号的增益是低的或具有减小的幅度。如通过增益概况425所示的应用于从外部元件305a接收的信号的增益可以在位置411处为零，因为外部元件305a可能不需要从浅位置411接收回波。

随着深度和/或时间沿着水平深度/时间轴410从点411到点412增加，应用于从内部元件305b接收的信号的增益逐渐增加，如通过图4所示的增益概况420所示。在点411和412之间的点处，应用于从外部元件305a接收的信号的增益可以保持为零。因此，在点411和412之间，孔的高程尺寸保持不变，但是应用于由内部元件305b生成的电信号的增益增加，以考虑由穿过患者的解剖结构的介质行进更大距离的超声波引起的衰减。

在点412处，当应用于内部元件305b的增益概况420接近最大值时，少量增益被应用于从外部元件305a接收的信号，如通过增益概况425所示。在点412处，应用于来自内部元件305b的信号的增益可以显著大于应用于来自外部元件305a的信号的增益，如曲线图400所示。应用于来自外部元件305a的信号的减小的增益可以用于在高程上逐渐扩展换能器阵列112的孔。应用于来自外部元件305a的信号的增益增加了由外部元件305a接收的回波信号对超声数据的影响，其对应于所发射的超声成像波束更深且更宽地传播到解剖结构中。

在点414处，应用于从内部元件305b接收的信号的增益概况420可以基本上处于最大值。另外，如通过增益概况425所示，应用于从外部元件305a接收的信号的增益可以显著增加，这继而增加了孔的高程宽度。孔的这种加宽随后可以考虑由从增加深度的位置行进通过解剖结构的超声回波引起的衰减，并且增强接收到的数据或所构建的超声图像的质量。在点415处，分别应用于内部元件305b和外部元件305a的增益概况420和增益概况425两者可以处于最大值。

曲线图400另外图示了对从内部元件305b接收的信号和从外部元件305a接收的信号实施单独的增益概况的备选方法，使得孔的高程尺度可以随着深度或时间而增加。在一些实施例中，并且如将参考图6更详细地讨论的，相同的增益概况可以应用于从内部元件305b接收的信号和从外部元件305a接收的信号两者。该增益概况可以具有与图4所示的增益概况420类似的特性，或可以不同。例如，应用于内部元件305b和外部元件305a两者的增益概况可以随着深度而增加增益，以考虑由于更深地行进通过患者的解剖结构的衰减。不是将单独的增益概况应用于从外部元件305a接收的信号以随着深度而增加孔的高程宽度，而是可以另外将增益概况430应用于外部元件305a，使得在被成像解剖对象靠近换能器阵列112定位的小深度处，实际上不存在来自从外部元件305a接收的信号的影响。例如，当来自内部元件305b的信号与来自外部元件305a的信号在更浅的深度处时，从内部元件305b接收的信号分量比来自外部元件305a的信号分量对求和信号的贡献显著更多。然而，随着深度增加，如通过增益概况430所示，外部元件305a逐渐接合，从而允许完全应用类似于增益概况420的公共增益概况。这逐渐增加了孔的高程宽度。如图4所示，在点412左侧的所有深度点处，增益概况430可以抑制应用于来自外部元件430的信号的所有增益。然而，在点412和413之间，增益概况430可以逐渐允许增加来自外部元件305a的信号的增益，因此增加孔的高程尺寸。在点413右侧的所有点处，增益概况430可以允许外部元件305a的完全增益，使得孔的高程宽度处于最大值。增益概况430可以另外被称为加权概况，因为它被选择性地应用于由外部元件305a生成的电信号，使得这些电信号的效果基于概况430而改变。

应注意，图4中公开的和本文描述的增益概况仅仅是示例增益概况，并且任何数量的不同增益概况可以被生成并应用于内部元件305b和/或外部元件305a。例如，各种增益概况可以更快地开始对换能器元件的逐渐增益增加，或在解剖对象到换能器阵列112的更近距离处开始。在其他实施例中，增益可以在更大的深度处开始增加。在仍其他的实施例中，当深度沿着水平轴410增加时，所公开的增益概况中的每个的增益的增加速率可以更大或更小，或可以涉及不同的、变化的或不一致的增益增加速率。

图5是图示根据本公开的方面的与换能器阵列112通信的示例电路的示意图。图5提供了电路310之一内的电路的一个实施例的更详细视图。

图5中描绘的电路310可以包括四个输入导体，包括导体391、392、393和394。这四个导体中的每个可以耦合到发送接收开关(T/R开关)514。每个T/R开关514可以另外耦合到脉冲器516和前置放大器518。前置放大器518可以耦合到求和部件530。每个求和部件530可以耦合到孔平移多路复用器(MUX)540，孔平移多路复用器(MUX)540可以耦合到模数转换器520。MUX 540可以作为开关操作。在一些实施例中，MUX 540可以是开关。在一些实施例中，ADC 520可以是低功率ADC。

图5所示的导体392将列301a(图3)的内部元件305b连接到T/R开关514。类似地，导体391将列301a的外部元件305a连接到额外T/R开关514，导体394将列301m的内部元件305b连接到T/R开关，并且连接器393将列301m的外部元件305a连接到图5所示的最终T/R开关514。

T/R开关514可以被配置为在发送信号路径和接收信号路径之间切换。例如，在发送位置中，T/R开关514可以从脉冲器516接收信号，并且随后将信号发送到换能器阵列112以激励阵列发射超声能量。脉冲器516也可以被称为发送脉冲器。脉冲器516可以接收由主机130生成的发送信号。脉冲器516可以经由导体380与主机130通信。例如，脉冲器516可以经由800Mbs数据导体或任何其他合适的导体或线缆与主机通信。在其他实施例中，脉冲器516还可以被配置为输出被定时为激励换能器阵列112的元件以产生声发送波前的电激励脉冲。脉冲器电路可以位于换能器壳体内。

在接收位置中，T/R开关514可以接收与由换能器阵列112接收的反射波相对应的信号，并将它们发送到前置放大器518。T/R开关514可以另外经由800Mbs数据线或任何合适的导体线缆与主机130通信，并且可以接收关于在发送和接收信号路径之间切换的指令。该通信线缆可以包括在图1的通信线缆或链路150和/或图3的线缆380中。

前置放大器518可以与如图5所示的T/R开关514的输出通信，并且可以经由T/R开关514与换能器阵列112的元件通信。具体地，当T/R开关514由超声系统100设置为接收配置时，与反射波相对应的接收信号可以通过T/R开关514发送到连接的前置放大器518。在一些实施例中，脉冲器516的数量可以等于前置放大器518的数量和T/R开关514的数量。例如，每个T/R开关514可以被配置为从一个脉冲器516接收数据并且将数据从换能器阵列112发送到一个前置放大器518。前置放大器518可以放大从T/R开关514接收的信号，以便通过例如降低本底噪声来改进接收到的信号的质量。前置放大器518的输出可以另外与求和部件530通信。

除了放大从T/R开关514的输出接收的信号之外，前置放大器518还可以实施参考图4讨论的增益概况420或425。例如，与从内部换能器元件305b接收信号的导体392和394通信的前置放大器518可以对接收到的信号实施增益概况420。相比之下，与从外部元件305a接收信号的导体391和393通信的前置放大器518可以对接收到的信号实施增益概况425。

可以采用实施增益概况420和425的各种方法。在一些实施例中，可编程电阻器可以被实施为与可编程电阻器通信。前置放大器518与对应于内部元件305b的导体392和394通信。然后，单独的可编程电阻器也可以被实施为与前置放大器518通信，前置放大器518与对应于外部元件305a的导体391和393通信。可编程电阻器可以包括利用扫掠控制来控制的一组电阻器，该扫掠控制可以从多个不同的电阻器选择中进行选择。在一些实施例中，可编程电阻器可以包括30种不同的电阻器选择。在其他实施例中，可编程电阻器可以包括更多或更少的电阻器选择，诸如两个、四个、八个、十个、15、20、40、50个、或大于、小于所列出的那些或所列出的那些之间的任何合适的数量。选择不同电阻器选择的扫掠控制可以根据增益概况420或425来数字地控制可编程电阻器，这取决于哪些前置放大器518被控制。在一些实施例中，可以在探头110中实施两个可编程电阻器。每个可编程电阻器可以控制前置放大器518中的若干。在其他实施例中，可以实施额外可编程电阻器。

在求和部件530处，经由导体392从内部换能器元件305b接收的信号和经由导体391从外部元件305a接收的信号以模拟方式组合并被发送到孔平移MUX 540。经由导体394来自内部元件305b和经由导体393来自外部元件305a的信号也类似地与求和部件530组合，如图5所示。求和部件530可以另外是模拟加法器电路、求和混频器或用于对信号进行求和的任何合适的电子部件。

图5所示的孔平移MUX 540可以通过在不同位置之间切换来而使孔沿着换能器阵列112在如通过图3中的轴399所示的横向/方位角维度上移位。孔平移MUX 540可以另外被称为开关。例如，如先前所讨论的，在一些实施例中，换能器阵列112的换能器305的一半(或任何其他合适的分数、布置或配置)可以用于将超声成像信号发送和接收到解剖结构中，从而形成换能器阵列112的孔。当导体392和391向换能器列301a提供信号和从换能器列301a提供信号并且导体394和393向换能器列301m提供信号和从换能器列301m提供信号时，图5所示的孔平移MUX 540可以在这两列(列301a和列301m)之间切换。以这种方式，列301a或列301m一次接合。返回参考图3，超声成像系统100可以将孔332限定为换能器列301a至301l。在这种配置中，与列301a和301m通信的模拟处理器310内的孔平移MUX 540将被切换以接合列301a而不是301m。类似地，与列301b和301n通信的孔平移MUX 540将被切换为接合列301b，而不是列301n，等等。最后，与列301I和301z通信的孔平移MUX540将被切换为接合列301I，而不是301z。如果超声成像系统100将孔向右(孔334)移位一个换能器元件305，唯一必要的改变将是与列301a和301m通信的孔平移MUX 540切换到接合列301m。类似地，为了使超声成像系统100将孔移动到孔336，每个孔平移MUX 540将切换以接合另一列301。以这种方式，可以使用换能器阵列112内的任何合适的换能器列301将孔移位到任何合适的位置。方位角或横向方向上来自每个孔的成像数据可以用于形成B模式图像的一个或多个A线。根据由多个孔获得的数据生成的A线可以被组合以生成B模式图像。

图5所示的孔平移MUX 540的输出与ADC 520通信。ADC 520可以被配置为将模拟超声回波信号转换为数字超声回波信号。例如，ADC 520可以接收由换能器阵列112的给定孔生成的经由T/R开关514发送到前置放大器518的模拟超声回波信号，并且将它们转换成数字超声回波信号。数字超声回波信号可以包括表示对应的模拟超声回波信号的波形的数字样本。ADC 520可以采用逐次逼近ADC架构来提供高性能和更低功耗，并且因此可以将探头110的总功耗保持在探头110的热预算内。然而，任何合适的ADC架构都可以用于ADC 520。

图5所示的附图标记340先前参考图3提到，并且表示ADC 520的比特率，并且更一般地表示模拟电路310的输出的比特率。图5所示的部件组可以一起被称为信号路径、信号通路、电路径、电通路或任何其他合适的术语。例如，与T/R开关514和前置放大器518通信的导体392可以被称为信号路径或内部元件信号路径。图5内的部件的任何其他分组可以额外地被称为信号路径，并且也被预期。

图6是图示根据本公开的方面的与换能器阵列112通信的示例电路的示意图。图6图示了本公开的额外实施例。图6所示的所有部件可以基本上类似于图5中所描绘的那些部件。然而，图6所示的电路310可以另外包括权重部件619。在这方面，权重部件619是来自换能器阵列112的外部元件305a的模拟超声信号的信号路径中的额外放大器。因此，权重部件619可以被称为权重放大器。图6所示的部件组可以类似地被称为信号路径、信号通路、电路径、电通路或任何其他合适的术语。

权重部件619可以与前置放大器518的输出通信，前置放大器518经由导体391和393与外部元件305a通信。图6所图示的实施例可以对应于增益概况430。具体地，在图6所示的实施例中，公共增益概况可以应用于内部元件305b和外部元件305a两者的前置放大器518，如前所述。在这些实施例中的一些中，所有前置放大器518可以与公共可编程电阻器通信。可编程电阻器可以非常类似于参考图5描述的可编程电阻器。例如，可编程电阻器可以逐步通过一系列电阻器选择以实施与图4中公开的增益概况类似的增益概况。共同增益概况可以类似于参考图4描述的增益概况420。然后，权重部件619可以将类似于参考图4描述的增益概况430的额外增益概况应用于经由导体391和393从外部换能器元件305a接收的信号。如前所述，增益概况430可以另外被称为加权概况，并且被选择性地应用于由外部元件305a生成的电信号，使得这些电信号的效果基于概况430而改变。通过将权重部件619仅定位在与外部元件305a通信的信号路径中来实现这种选择性应用。在一些实施例中，权重部件619还可以是具有一组电阻器选择的可编程电阻器，其可以以类似的方式实施图4的增益概况或加权概况430。然而，被实施为控制权重部件619的可编程电阻器可以包括比实施所有前置放大器518的公共增益概况的可编程电阻器少得多的电阻器选择。以这种方式，外部元件305a仍然可以逐渐接合以加宽孔的高程宽度，但是需要更少的部件。结果是探头110内的更简单、更便宜且更紧凑电路。还应注意，可以在电路310内使用实施增益概况420、425和/或430或任何其他合适的增益概况的任何合适的方法。在一些实施例中，权重部件619可以是可变增益放大器，其根据类似于图4的增益概况430的额外增益概况进一步作用于先前由前置放大器518作用的从外部元件305a接收的信号。可变增益放大器619可以被配置为放大或衰减输入信号。

图7是图示根据本公开的方面的与换能器阵列112通信的示例电路的示意图。图7图示了本公开的额外实施例。图7所示的所有部件可以基本上类似于图6和/或图5中所描绘的那些部件。然而，图7所示的电路310可以另外包括多个ADC 720、延迟部件722及ADC时钟控制730。图7所示的部件组可以类似地被称为信号路径、信号通路、电路径、电通路或任何其他合适的术语。另外，位于图7中的ADC 720之后的部件可以是图5和6的部件的数字实施方式。例如，图7所示的加权部件或放大器619可以是数字权重部件或放大器。

在图7所示的实施例中，从换能器阵列112接收的模拟信号可以在权重部件619应用加权规则430之前被转换为数字信号。ADC 720可以被定位成与前置放大器518的输出通信。类似于图5和6的ADC 520，ADC 720可以被配置为将模拟超声回波信号转换为数字超声回波信号。ADC 720可以基本上类似于ADC 520，因为它们可以使用逐次逼近ADC架构或可以是任何其他合适类型的ADC。ADC 720可以具有ADC 520的任何特性或特征。

延迟部件722可与ADC 720的输出通信。延迟部件722可以包括硬件部件、软件部件或硬件部件与软件部件的组合。延迟部件722的主要目的可以是聚焦超声成像波束以产生比单独使用孔宽度控制可以实现的波束更窄的波束。这种增强的聚焦是通过延迟信号使得它们在时间上对准以相干地求和来实现的。例如，延迟部件722可以将延迟应用于从内部换能器元件305b和/或外部元件305a接收的信号，以控制超声成像波束的焦点在高程维度上的位置。在示例中，延迟部件722可以从主机130接收命令以将从外部元件305a接收的信号延迟指定的时间量。延迟可以对应于多个样本。在示例中，延迟部件730可以从ADC 720接收超声数据，并且在将数据延迟一个样本的时间量之后，根据信号路径将数据发送到求和部件750或加权部件619。延迟部件722可以将数据延迟任何合适数量的样本。在来自外部元件305a的超声回波信号是延迟的实施例中，随着到外部元件305a的延迟增加，成像数据的焦点可以移动得更靠近超声换能器阵列112，并且反之亦然。延迟部件722可以使用存储器元件或移位寄存器来实施。可以通过调节ADC的采样相位来实现精细延迟控制。在其他实施例中，延迟部件722的额外目的可以是对从换能器元件305接收的信号执行波束形成。因此，延迟部件722可以用于在高程方向或方位角方向或两者上将延迟应用于换能器元件之间的信号。在一些实施例中，方位角维度中的波束形成可以针对元件或子阵列的部分集合(诸如元件对)发生。该部分波束形成可以减少传送到系统的数据量。例如，波束形成元件对将传送到系统的数据减半，从而将相关联的导线数量减半。当在多个元件的集合上执行部分波束形成时，传送到系统和相关联的导线的数据进一步减少。

图7中另外描绘的是ADC时钟控制730。ADC时钟控制730可以另外被称为延迟时钟控制、时钟或任何其他合适的术语。ADC时钟控制730可以与ADC 720和延迟部件722两者通信。ADC时钟控制730可以包括各种电路并且可以执行各种功能。在一些实施例中，先前论述的延迟部件722可以通过移位在时间上接收的数字样本来延迟从ADC 720接收的信号。然后，ADC时钟控制730可以通过允许内部换能器元件305b和/或外部元件305a的不同采样相位来提供对延迟时间的精细控制。ADC时钟控制730的控制对于固定焦点可以是静态的，或对于具有深度的可变焦点可以是动态的。可以在高程或方位角方向上实施固定或动态聚焦。ADC时钟控制730及其与ADC 720和延迟部件722的通信和控制可以包括与标题为“ULTRASOUND PROBE WITH MULTILINE DIGITAL MICROBEAMFORMER”并且于2019年2月28日提交的美国申请US 16/329,433和/或标题为“DIGITAL ULTRASOUND CABLE ANDASSOCIATED DEVICES,SYSTEMS,AND METHODS”并且于2018年2月16日提交的美国临时申请US 62/631,549中描述的那些特征类似的一些特征，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。稍后在图7所示的模拟处理器310的信号路径中的是求和部件750和孔平移MUX740。求和部件750可以基本上类似于图5和图6的求和部件530。然而，由于在图7中公开的实施例中由ADC 720执行的模数转换，求和部件750以数字方式组合来自内部元件305b和外部元件305a的信号。类似地，孔平移MUX740可以执行与图5及图6的孔平移MUX540基本上相同的目的，然而，它可以被数字地实施。求和部件750可以另外包括数字加法器电路、求和混频器、或用于对信号进行求和的任何合适的硬件部件、软件部件或硬件和软件部件的组合。

本领域技术人员将认识到能够以各种方式修改上述设备、系统和方法。因此，本领域普通技术人员将意识到本公开涵盖的实施例不限于上述特定的示例性实施例。在这方面，尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开内容中也可以预想到各种各样的修改、改变和替换。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述内容做出这样的变化。因此，应以与本公开一致的方式广义地解释权利要求。

Claims (16)

1.一种超声成像系统，包括：

超声探头，其包括：

壳体；

换能器阵列，其被机械地耦合到所述壳体，其中，所述换能器阵列包括第一声学元件、第二声学元件和第三声学元件，其中，所述第一声学元件在高程维度上布置在所述第二声学元件与所述第三声学元件之间，其中，所述第一声学元件被配置为生成第一模拟超声信号，并且所述第二声学元件和所述第三声学元件被电耦合以生成第二模拟超声信号；

第一放大器，其被设置在所述壳体内并且与所述第一声学元件通信；以及

第二放大器和第三放大器，所述第二放大器和所述第三放大器被设置在所述壳体内并且与所述第二声学元件和所述第三声学元件通信，

其中，所述第一放大器和所述第二放大器被配置为根据第一增益概况分别将增益应用于所述第一模拟超声信号和所述第二模拟超声信号，并且

其中，所述第三放大器被配置为根据与所述第一增益概况不同的第二增益概况仅将增益应用于所述第二模拟超声信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述换能器阵列包括1.X维阵列。

3.根据权利要求2所述的系统，其中

所述换能器阵列包括第一行声学元件、第二行声学元件和第三行声学元件，

其中，所述第一行声学元件在所述高程维度上布置在所述第二行声学元件与所述第三行声学元件之间，并且

其中，所述第一行声学元件包括所述第一声学元件，所述第二行声学元件包括所述第二声学元件，并且所述第三行声学元件包括所述第三声学元件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

第一模拟求和电路，其与所述第一放大器和所述第三放大器通信，其中，所述第一模拟求和电路被配置为将所述第一模拟超声信号与所述第二模拟超声信号进行组合以生成第一模拟输出。

5.根据权利要求4所述的系统，

其中，所述超声探头还包括与所述第一声学元件、所述第二声学元件和所述第三声学元件通信的电路，

其中，所述电路包括所述第一放大器、所述第二放大器和所述第三放大器，

其中，所述电路与第四声学元件、第五声学元件和第六声学元件通信，

其中，所述第四声学元件在所述高程维度上布置在所述第五声学元件与所述第六声学元件之间，

其中，所述第一声学元件、所述第二声学元件和所述第三声学元件被布置在所述换能器阵列的第一列中，

其中，所述第四声学元件、所述第五声学元件和所述第六声学元件被布置在所述换能器阵列的第二列中，并且

其中，所述第一列和所述第二列在方位角维度上彼此间隔开，使得所述换能器阵列的其他列被设置在所述第一列与所述第二列之间。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

第四放大器，其被设置在所述壳体内并且与所述第四声学元件通信；

第五放大器和第六放大器，所述第五放大器和所述第六放大器被设置在所述壳体内并且与所述第五声学元件和所述第六声学元件通信；以及

第二模拟求和电路，其与所述第四放大器和所述第六放大器通信，

其中，所述第四声学元件被配置为生成第三模拟超声信号，并且所述第五声学元件和所述第六声学元件被电耦合以生成第四模拟超声信号，

其中，所述第四放大器和所述第五放大器被配置为根据所述第一增益概况分别将增益应用于所述第三模拟超声信号和所述第四模拟超声信号，

其中，所述第六放大器被配置为根据所述第二增益概况仅将增益应用于所述第四模拟超声信号，并且

其中，所述第二模拟求和电路被配置为将所述第三模拟超声信号与所述第四模拟超声信号进行组合以生成第二模拟输出。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述超声探头还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述方位角维度上平移所述换能器阵列的孔。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多路复用器被配置为在所述第一模拟输出与所述第二模拟输出之间进行选择。

9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

模数转换器(ADC)，其与所述模拟求和电路通信，其中，所述ADC被配置为接收所述模拟求和电路的输出并且生成数字超声信号。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括与所述超声探头间隔开的主机系统和在所述主机系统与所述超声探头之间延伸的线缆，

其中，所述超声探头被配置为经由所述线缆将所述数字超声信号发送到所述主机系统，并且

其中，所述主机系统包括处理器电路，所述处理器电路被配置为基于所述数字超声信号来生成超声图像并且将所述超声图像输出到与所述处理器电路通信的显示器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第三放大器被配置为增加所述换能器阵列的孔的高程尺寸。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

数字加法器；

第一模数转换器(ADC)，其被通信地定位在所述第一放大器与所述数字加法器之间；以及

第二ADC，其被通信地定位在所述第二放大器与所述数字加法器之间。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第三放大器包括数字放大器，所述数字放大器被通信地定位在所述第二ADC与所述数字加法器之间。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

第一数字延迟，其被通信地定位在所述第一ADC与所述数字加法器之间；以及

第二数字延迟，其被通信地定位在所述第二ADC与所述第三放大器之间。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述超声探头还包括：

第一时钟控制，其与所述第一ADC和所述第一数字延迟通信；以及

第二时钟控制，其与所述第二ADC和所述第二数字延迟通信。

16.一种超声成像探头，包括：

壳体；

1.X维换能器阵列，其被机械地耦合到所述壳体，其中，所述换能器阵列包括第一行声学元件、第二行声学元件和第三行声学元件，其中，所述第一行声学元件在高程维度上布置在所述第二行声学元件与所述第三行声学元件之间，其中，所述第二行声学元件和所述第三行声学元件被电耦合；

第一放大器、第二放大器和第三放大器，所述第一放大器、所述第二放大器和所述第三放大器被设置在所述壳体内；以及

模数转换器(ADC)，其被配置为生成数字超声信号，使得所述超声成像探头输出所述数字超声信号，

其中，所述第一放大器被配置为根据第一增益概况将增益应用于与所述第一行声学元件相关联的第一模拟超声信号，

其中，所述第二放大器被配置为根据所述第一增益概况将增益应用于与所述第二行声学元件和所述第三行声学元件相关联的第二模拟超声信号，

其中，所述第三放大器被配置为根据与所述第一增益概况不同的第二增益概况仅将增益应用于所述第二模拟超声信号，使得所述换能器阵列的孔的高程尺寸增加，并且

其中，所述ADC被配置为基于所述第一模拟超声信号或所述第二模拟超声信号中的至少一个来生成所述数字超声信号。

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