DE102005039248A1

DE102005039248A1 - Systeme und Verfahren zum Einstellen des Verstärkungsgrads in einer Ultraschallsonde

Info

Publication number: DE102005039248A1
Application number: DE102005039248A
Authority: DE
Inventors: Thomas Halvorsrod; Kjell Kristoffersen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2006-03-02
Also published as: JP2006061695A; US20060042390A1; JP4759344B2; US7451650B2

Abstract

Beschrieben sind Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads. Die Systeme enthalten eine Sonde (11). Zu der Sonde (11) gehören ein Gehäuse (38), ein Transducerelement (40), das dazu eingerichtet ist, ein signal aufzunehmen, und ein in dem Gehäuse (38) angeordneter einstellbarer Verstärkungsgradverstärker (46), der dazu eingerichtet ist, basierend auf einer Funktion mit einer Steigung ungleich Null einen Verstärkungsgrad einzustellen, der dem Signal zur Verfügung gestellt wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ganz allgemein Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads in einer Ultraschallsonde und insbesondere Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads von Verstärkern.

In Ultraschallbildgebungssystemen wird mittels eines Transducers auf eine Person Ultraschallenergie abgestrahlt. Durch Transducer nimmt Ultraschallechos auf, die von der Person ausgehen. Die Ultraschallechos werden zur Erzeugung eines Bilds der Person verarbeitet.

Wenn die Ultraschallechos von einem Nahfeld her aufgenommen werden, ist es allerdings möglich, dass eine an die Transducerelemente gekoppelte Schaltung übersteuert wird und daher möglicherweise fehlerhaft arbeitet. Falls die Schaltung übersteuert, gehen Daten, die für ein Erzeugen des Bildes zu verwenden sind, verloren.

Außerdem tragen Schaltungselemente in dem Ultraschallbildgebungssystem zum Stromverbrauch bei. Es ist schwierig, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Übersteuerungen der Schaltung zu reduzieren und gleichzeitig einen durch die Schaltung hervorgerufenen Stromverbrauch einzuschränken.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In einem Ausführungsbeispiel wird eine Sonde beschrieben. Zu der Sonde gehören ein Gehäuse, ein Transducerelement, das dazu eingerichtet ist, ein Signal aufzunehmen, und ein in dem Gehäuse angeordneter einstellbarer Verstärkungsgradverstärker, der dazu eingerichtet ist, basierend auf einer Funktion mit einer Steigung ungleich Null einen Verstärkungsgrad einzustellen, der dem Signal zur Verfügung gestellt wird.

In noch einem Ausführungsbeispiel wird ein Ultraschallbildgebungssystem beschrieben. Zu dem Ultraschallbildgebungssystem gehören eine Ultraschallsonde, die ein Gehäuse, ein Transducerelement, das in dem Gehäuse angeordnet und dazu eingerichtet ist, ein reflektiertes Echosignal von einer Person aufzunehmen, und einen in dem Gehäuse angeordneten Verstärker enthält, der konfiguriert ist, um mit dem Transducerelement Daten auszutauschen. Der Verstärker ist dazu eingerichtet, ein Eingangssignal von dem Transducerelement aufzunehmen und basierend auf dem Eingangssignal ein verstärktes Signal auszugeben. Das Ultraschallbildgebungssystem enthält eine einstellbare Regelschleife, die mit dem Verstärker verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, um ein Regelungssignal an den Verstärker auszugeben. Das Regelungssignal variiert basierend auf dem verstärkten Signal.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Einstellen des Verstärkungsgrads eines Verstärkers beschrieben. Zu dem Verfahren gehört es, ein Signal von einer Person zu empfangen, das Signal entsprechend einem Verstärkungsgrad zu verstärken und den Verstärkungsgrad während einer Zeitspanne, in der das Signal von einem Nahfeld her aufgenommen wird, einzustellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallbildgebungssystems, in dem Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads durchgeführt werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Strahlformers eines Sub-Systems und einer Sonde, die einen Transducerarray aufweist, der zusammen mit dem Ultraschallbildgebungssystem nach 1 angeordnet ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses einer Sonde, die reflektierte Echosignale aufnimmt, die von einer Person stammen, an der eine Bildgebung mittels des Ultraschallbildgebungssystems nach 1 durchgeführt wird.
4 zeigt ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels einer Sonde, die die reflektierten Echosignale aufnimmt, die von der Person stammen, an der mittels des Ultraschallbildgebungssystem nach 1 eine Bildgebung durchgeführt wird.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einstellbarer Verstärkungsgradverstärker (AGAs = Adjustable Gain Amplifiers), die an das Transducerarray nach 2 gekoppelt sind.
6 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel von an das Transducerarray nach 2 gekoppelten AGAs.
7 zeigt eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion H(i, f) eines AGA nach 6 als Funktion einer Transkonduktanz in einer einstellbaren Regelschleife des AGA.
8 zeigt eine graphische Darstellung der Übertragungsfunktion H(i, f) bei einer speziellen Frequenz als Funktion einer Transkonduktanz eine Transkonduktanzzelle, die in einem AGA nach 6 angeordnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallbildgebungssystems 10, in dem Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads verwirklicht sind. Das System 10 enthält eine Sonde 11 und ist an ein Sub-System 12 angeschlossen. Das Sub-System 12 enthält einen Strahlformer 13, einen B-Mode-Prozessor 14, einen Abtastkonverter- und Displaycontroller (SCDC = Scan Converter and Display Controller) 16 und einen Systemkern 20. Der B-Mode-Prozessor 14 enthält einen Detektor 21. Der Systemkern 20 enthält eine Anwenderschnittstelle 22, einen Mastercontroller 24 und einen Scansteuerungssequenzer 26. Der Mastercontroller 24 führt Systempegelsteuerungsfunktionen durch. Der Mastercontroller 24 nimmt von einem Anwender über die Anwenderschnittstelle 22 eingegebene Eingangssignale sowie Systemzustandsänderungen entgegen und führt geeignete Veränderungen an dem Strahlformer 13, dem B-Mode-Prozessor 14, dem SCDC 16, dem Scansteuerungssequenzer 26 und der Sonde 11 durch.
Ein Systemsteuerungsbus 28 bildet eine Schnittstelle von dem Mastercontroller 24 zu dem Strahlformer 13, dem B-Mode-Prozessor 14, dem SCDC 16 und zu dem Scansteuerungssequenzer 26. Der Scansteuerungssequenzer 26 ermöglicht Echtzeitsteuereingaben, die Eingaben mit einer Schallvektorrate an den Strahlformer 13, den B-Mode-Prozessor 14 und den SCDC 16 sind. Der Scansteuerungssequenzer 26 wird durch den Mastercontroller 24 mit Vektorfolgen und Synchronisationsoptionen für Schallframeakquisitionen programmiert. Der Scansteuerungssequenzer 26 übermittelt über den Scansteuerungsbus 32 von dem Bediener definierte Vektorparameter an den Strahlformer 13, den B-Mode-Prozessor 14 und den SCDC 16.
Ein Hauptdatenpfad beginnt mit weiter unten erläuterten verstärkten elektrischen Signalen, die von der Sonde 11 an den Eingang des Strahlformers 13 ausgegeben sind. Der Strahlformer 13 wandelt die verstärkten elektrischen Signale in einen Strom von digitalen Abtastdaten um und gibt Empfangsstrahlen aus, die als komplexe I,Q-Daten dargestellt sind, jedoch im Allgemeinen auch als HF- oder Zwischenfrequenzdaten vorliegen können.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, in dem die Sonde 11 einen Sub-Öffnungsstrahlformer 118 (4) enthält, beginnt der Hauptdatenpfad mit der Eingabe eines Abschnitt der verstärkten elektrischen Signale an den Sub-Öffnungsstrahlformer 118 und der Eingabe des übrigen Abschnitts der verstärkten elektrischen Signale an den Strahlformer 13. Der Strahlformer 13 und der Sub-Öffnungsstrahlformer 118. wandeln die verstärkten elektrischen Signale um und geben die Empfangsstrahlen aus.
Die I,Q-Daten werden an den B-Mode-Prozessor 14 ausgegeben. Der B-Mode-Prozessor 14 verstärkt die I,Q-Daten logarithmisch und erfasst eine Hüllkurve der I,Q-Daten. Der B-Mode-Prozessor 14 gibt die I,Q-Daten an den SCDC 16 als verarbeitete Vektorbilddaten aus. Der SCDC 16 nimmt die verarbeiteten Vektorbilddaten entgegen und weist ein Displaygerät 36 an, ein Bild auf einem Display des Displaygeräts 36 wiederzugeben. Beispielsweise kann das wiedergegebene Bild ein zweidimensionales (2D-)Bild sein, das basierend auf der Helligkeit von Pixeln des zweidimensionalen Bildes vielfältige Abschnitte eines Objekts, beispielsweise eines Phantoms oder alternativ eines Menschen, unterscheidet. Ein weiteres Beispiel für ein angezeigtes Bild ist ein dreidimensionales (3D-)Bild. Das Displaygeräts 36 kann beispielsweise ein Grauwertmonitor oder ein Farbmonitor sein.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel scannt das Ultraschallbildgebungssystem 10 in vielfältigen Scanmodi, beispielsweise in einem Grundmodus, einem harmonischen Modus, einem Farbfluss-Modus, einem PDI-Modus (PDI = Power Doppler Imaging), einem Kontrastmodus oder in einem B-Flow-Modus. Im Grundmodus werden Bilder von Echosignalen bei Grundfrequenzen erzeugt, und im harmonischen Modus werden Bilder von Echosignalen bei harmonischen Frequenzen erzeugt. Im Farbfluss-Modus wird ein (nicht gezeigter) Doppler-Prozessor parallel zu dem B-Mode-Prozessor 14 verwendet oder ersetzt diesen. Die I,Q-Daten werden an den Doppler-Prozessor ausgegeben, um Dopplerfrequenzverschiebungsdaten für den Farbfluss-Modus zu extrahieren. Der Doppler-Prozessor berechnet Doppler-Parameter, beispielsweise die Geschwindigkeit, Varianz und Leistung, um eine Bewegung eines Blutstroms im Innern der Person zu bewerten. Die Doppler-Parameter werden mittels verfahren wie Autokorrelation oder Kreuzkorrelation berechnet. Im PDI-Modus wird die Leistung genutzt, um die Bewegung des Blutstroms innerhalb der Person abzuschätzen. Im Kontrastmodus wird ein Kontrastmittel verwendet, das gewöhnlich Luftbläschen enthält, um den Kontrast zwischen Signalen zu verbessern, die von unterschiedlichen anatomischen Strukturen stammen, beispielsweise von einem Tumor und der Leber der Person. Der B-Flow-Modus repräsentiert den Blutstrom innerhalb der Person.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sonde 11 und des Strahlformers 13 des Sub-Systems 12. Die Sonde 11 weist ein Gehäuse 38 auf, das ein Array 39 von Transducerelementen 40, mehrere Sende/Empfangs-(T/R)-Schalter 44, z.B. Dioden, und einstellbare Verstärkungsgradverstärker (AGAs) 46 enthält. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von in der Sonde 11 enthaltenen Transducerelementen größer als vier. In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel enthält die Sonde 11 zwischen einem und vier Transducerelementen. In noch einem Ausführungsbeispiel stimmt die Anzahl von Transducerelementen 40 mit jener der AGAs 46 überein. Falls das Gehäuse 38 beispielsweise vier Transducerelemente 40 enthält, sind in dem Gehäuse 38 vier AGAs 46 enthalten. Falls das Gehäuse 38 in einem anderen Beispiel ein einziges Transducerelement 40 enthält, ist in dem Gehäuse 38 ein einziger AGA 46 enthalten. In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Anzahl von Transducerelementen 40 von jener der AGAs 46. Falls das Gehäuse 38 z.B. vier Transducerelemente 40 enthält, sind in dem Gehäuse 38 beispielsweise drei AGAs 46 enthalten.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält die Sonde 11 den Sub-Öffnungsstrahlformer 118, der zwischen die AGAs 46 und die T/R-Schalter 48 geschaltet ist und eine ähnliche Funktionalität aufweist wie der Strahlformer. Jeder AGA 46 ist unmittelbar an den Sub-Öffnungsstrahlformer 118 gekoppelt, der unmittelbar an den T/R-Schalter 48 gekoppelt ist. Beispielsweise werden weiter unten beschriebene durch den Strahlformer 13 ausgeführte Prozesse durch den Sub-Öffnungsstrahlformer 118 an einem Abschnitt der verstärkten elektrischen Signale durchgeführt, und der Strahlformer 13 führt die Prozesse an einem übrigen Abschnitt der verstärkten elektrischen Signale durch. Der Mastercontroller 24 regelt/steuert die Funktionalität des Sub-Öffnungsstrahlformers 118. Der Mastercontroller 24 gibt fortlaufend Signale an die Sonde 11 aus, und die Signale steuern Verstärkungsgrade der AGAs 46 in der Sonde 11.
Der AGA 46 ist in dem Gehäuse 38 der Sonde 11 angeordnet. Die AGAs 46 sind über mehrere Drähte 41 und 45 und die T/R-Schalter 44 mit den Transducerelementen 40 verbunden. Beispielsweise ist ein erster AGA 46 über den Draht 41, die T/R-Schalter 44 und den Draht 45 mit dem Transducerelement 40 verbunden und ein zweiter AGA 46 ist über den Draht 41, die T/R-Schalter 44 und den Draht 45 mit dem Transducerelement 40 verbunden. Die Drähte 41 verbinden die Transducerelemente 40 mit den T/R-Schaltern 44 und die Drähte 45 verbinden die T/R-Schalter 44 mit den AGAs 46. In einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält das Gehäuse 38 einen einzigen AGA 46, der über den Draht 41, die T/R-Schalter 44 und den Draht 45 mit einem der Transducerelemente 40 verbunden ist. Drähte 47 verbinden die AGAs 46 mit den T/R-Schaltern 48. Das Gehäuse 38 weist beispielsweise eine polygonale, z.B. quadratische, konische oder rechteckige Gestalt und eine (bestimmte) Abmessung auf. Der Strahlformer 13 enthält mehrere T/R-Schalter 48, mehrere Sendefokusverzögerungen 49, mehrere Pulsgeneratoren 50, mehrere Empfangesfokusverzögerungen 80, mehrere Empfangskanäle 82 und einen Empfangssummierer 84.
Jedes Transducerelement 40 erzeugt einen Ultraschallenergiestoß, wenn es von einem durch den Strahlformer 13 erzeugten gepulsten Kurvenverlauf angeregt wird. Die Person nimmt die Ultraschallenergie auf und ruft reflektierte Echosignale hervor, d.h. von der Person reflektierte Ultraschallenergie. Die reflektierten Echosignale enthalten Nahfeldechosignale, die von einem in einem Nahfeld 88 befindlichen Bereich der Person reflektiert sind, und enthalten Fernfeldechosignale, die von einem Bereich der Person reflektiert sind, der sich in einem Fernfeld 90 befindet. Eine Beispiel für aus den Transducerelementen 40 abgestrahlten Ultraschallsignalen eines Nahfelds 88 im Falle einer Niederfrequenz, z.B. 2,5 Megahertz, ist ein Abstandswert im Bereich von vier Zentimeter (cm) zu den Transducerelementen 40. Als weiteres Beispiel eines Nahfelds 88 im Falle von aus den Transducerelementen 40 abgestrahlten Ultraschallsignalen hoher Frequenz, ist ein Abstand zu den Transducerelementen 40, der abhängig von einer Änderung der Hochfrequenz proportional abnimmt. Als noch ein weiteres Beispiel werden die reflektierten Echosignale in einem Zeitraum von 10 Mikrosekunden oder einem Vielfachen davon nach der Abstrahlung der Ultraschallenergie durch die Transducerelemente 40 aus dem Nahfeld 88 empfangen. Ein Beispiel für das Fernfeld 90 ist ein Abstand zwischen vier und zehn Zentimeter zu den Transducerelementen 40. Die von der zu untersuchenden Person zu dem Transducerarray 39 reflektierten Echosignale werden durch die Transducerelemente 40 in elektrische Signale umgewandelt. Die von den Transducerelementen 40 ausgegebenen elektrischen Signale werden über die Drähte 41, die T/R-Schalter 44 und die Drähte 45 an die AGAs 46 angelegt, die die elektrischen Signale verstärken, um die verstärkten elektrischen Signale zu erzeugen. Beispielsweise wird ein von einem ersten der Transducerelemente 40 ausgegebenes elektrisches Signal über den Draht 41, die T/R-Schalter 44 und den Draht 45 an einen ersten der AGAs 46 angelegt, und ein von einem zweiten der Transducerelemente 40 ausgegebenes elektrisches Signal wird über den Draht 41, die T/R-Schalter 44 und den Draht 45 an einen zweiten der AGAs 46 angelegt. Die verstärkten elektrischen Signale werden durch den Strahlformer 13 von dem AGA 46 her über einen Satz von Sende/Empfangs-(T/R)-Schaltern 48 und über Drähte 47 empfangen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die verstärkten elektrischen Signale durch den Sub-Öffnungsstrahlformer 118 und den Strahlformer 13 empfangen. Die T/R-Schalter 48 sind gewöhnlich Dioden, die den Strahlformer 13 vor hohen Spannungen schützen, die durch den Strahlformer 13 erzeugt werden.
Die Transducerelemente 40 werden durch den Strahlformer 13 geeignet getrieben, so dass die durch die Transducerelemente 40 erzeugte Ultraschallenergie in einen Strahl geleitet oder gelenkt wird. Um das Lenken von Ultraschallenergie zu erreichen, werden jedem der Pulsgeneratoren 50 entsprechende Sendefokuszeitverzögerungen 49 auferlegt. Jeder Pulsgenerator 50 ist über die T/R-Schalter 44 und die T/R-Schalter 48 mit einem entsprechenden Transducerelement 40 verbunden. Beispielsweise können Sendefokuszeitverzögerungen 49 aus einer Referenztabelle ausgelesen werden. Durch geeignetes Einstellen der Sendefokuszeitverzögerungen 49 wird der gelenkte Strahl von einer y-Achse um einen Winkel θ abgelenkt und in einem Bereich R auf einen Punkt P fokussiert. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der gelenkte Strahl durch ein geeignetes Einstellen der Sendefokuszeitverzögerungen 49, um einen Winkel θ von der y-Achse abgelenkt und verläuft unter einem Winkel ϕ, der sich aus einer Ebene erstreckt, die durch den Bereich R und die y-Achse gebildet wird.
Die reflektierten Echosignale werden durch jeden Ultraschallenergiestoß erzeugt, der von den anatomischen Strukturen reflektiert wird, die in aufeinanderfolgenden Bereichen entlang des gelenkten Strahls vorhanden sind. Die reflektierten Echosignale werden durch jedes Transducerelement 40 getrennt erfasst, und ein Abtastwert der Stärke der reflektierten Echosignale zu einem Zeitpunkt repräsentiert eine Intensität einer Reflexion, die in einem Entfernungsbereich von den anatomischen Strukturen ausgehend auftritt. Aufgrund von Differenzen der Ausbreitungspfade zwischen dem Punkt P und jedem Transducerelement 40 werden die reflektierten Echosignale allerdings nicht gleichzeitig erfasst und deren Amplituden werden nicht übereinstimmen. Der Strahlformer 13 verleiht jedem der verstärkten elektrischen Signale eine Zeitverzögerung, um verzögerte Signale zu erzeugen, und summiert die verzögerten Signale, um einen der Empfangsstrahlen zu erzeugen, wodurch eine Gesamtmenge der von dem Punkt P reflektierten Ultraschallenergie exakt gekennzeichnet ist. Der Strahlformer 13 versieht jedes der verstärkten elektrischen Signale mit einer Zeitverzögerung, indem er entsprechenden Empfangskanälen 82 jeweilige Empfangsfokuszeitverzögerungen 80 verleiht. Jeder Empfangskanal 82 ist über die T/R-Schalter 48, den Draht 47, den AGA 46, den Draht 45, die T/R-Schalter 44 und den Draht 41 mit einem entsprechenden Transducerelement 40 verbunden. Die Empfangsfokuszeitverzögerungen 80 werden beispielsweise aus einer Referenztabelle ausgelesen. Die verzögerten Signale werden in dem Empfangssummierer 84 aufsummiert, um einen der Empfangsstrahlen zu erzeugen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel empfängt der Sub-Öffnungsstrahlformer 118 einen Abschnitt der verstärkten elektrischen Signale und der Strahlformer 13 empfängt den übrigen Abschnitt der verstärkten elektrischen Signale, und der Sub- Öffnungsstrahlformer 118 und der Strahlformer 13 erzeugen die Empfangsstrahlen.
Der in dem B-Mode-Prozessor 14 integrierte Detektor 21 empfängt die Empfangsstrahlen von dem Strahlformer 13. In einem alternativen Ausführungsbeispiel empfängt der Detektor 21 die Empfangsstrahlen von dem Strahlformer 13 und dem Sub-Öffnungsstrahlformer 118. Die I,Q-Daten beinhalten I- und Q-Werte, die Werte der Empfangsstrahlen sind, die phasengleiche und Quadraturkomponenten einer Stärke reflektierter Echosignale repräsentieren, die von dem Punkt P in dem Entfernungsbereich R und unter dem Winkel θ reflektiert wurden. Der Detektor 21 berechnet eine Stärke (I² + Q²)^1/2, um die verarbeiteten Vektorbilddaten zu erzeugen.
Der SCDC 16 empfängt die verarbeiteten Vektorbilddaten von dem B-Mode-Prozessor 14 und wandelt die verarbeiteten Vektorbilddaten in ein Bild für eine Wiedergabe auf einem Bildschirm um. Insbesondere wandelt ein (nicht gezeigter) in dem SCDC 16 angeordneter Abtastkonverter die verarbeiteten Vektorbilddaten von einem Polarkoordinatenformat in ein kartesisches Koordinatenformat um und gibt die verarbeiteten Vektorbilddaten als ein Bild auf dem Displaygerät 36 wieder, das eine zeitlich veränderliche Amplitude der verarbeiteten Vektorbilddaten bildlich darstellt. Alternativ kalibriert der SCDC 16, falls die verarbeiteten Vektorbilddaten in einem kartesische Koordinatenformat vorliegen, die verarbeiteten Vektorbilddaten, um kalibrierte verarbeitete Vektorbilddaten zu erzeugen, und gibt die kalibrierten verarbeiteten Vektorbilddaten auf einem Display wieder.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 100 einer Sonde 102, die die von der Person ausgehenden reflektierten Echosignale aufnimmt. Das Gehäuse 100 ist ein in Form eines Vielecks gestaltetes Gehäuse, das vier Flächen aufweist, zu denen Flächen 104, 106, 108 und 110 gehören. Jede der Flächen 104 und 108 bilden gegenüber der Fläche 106 einen Winkel größer als Null und kleiner 180 Grad. Ein Array 112 von Transducerelementen 40 bildet gegenüber jeder der Flächen 104 und 108 einen Winkel größer Null und kleiner 180 Grad. Die Fläche 110 schließt eine Fläche der Transducerelemente 40 ein und ist entgegengesetzt zu einer Fläche 114 angeordnet, mit der die T/R-Schalter 44 über die Drähte 41 verbunden sind. Die AGAs 46 und die T/R-Schalter 44 sind in einem durch die Flächen 104, 106, 108 und 110 gebildeten Volumen eingeschlossen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 116 einer Sonde 117, die die reflektierten Echosignale aufnimmt, die von der Person ausgehen, an der eine Bildgebung durchgeführt wird. Die Sonde 117 enthält Dioden D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉, D₁₀, D₁₁ und D₁₂, Kondensatoren C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆ und C_shunt, eine Induktivität L, Widerstände R und R_out, die AGAs 46, die Transducerelemente 40 und den Sub-Öffnungsstrahlformer 118. Die Kapazität C_shunt ist zwischen eine Spannung V₁ und die Diode D₂ geschaltet. Die Diode D₁₁ ist zwischen eine Spannung V₂ und den Kondensator C₂ geschaltet. Die Anzahl der Kondensatoren C₃, C₄, C₅ und C₆ stimmen mit der Anzahl der AGAs 46 überein. Falls das Gehäuse beispielsweise zwei AGAs 46 enthält, sind die Kondensatoren C₃ und C₄ mit den zwei AGAs 46 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Anzahlen der Dioden D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉, D₁₀ in dem Gehäuses zu der Anzahl der AGAs 46 proportional. Falls das Gehäuse 116 beispielsweise zwei AGAs 46 enthält, werden die Dioden D₃ und D₄ mit einem der beiden AGAs 46 verbunden und die Dioden D₅ und D₆ werden mit dem anderen der beiden AGAs 46 verbunden. Die Pulsgeneratoren 50 sind über die Dioden D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉ und D₁₀ mit den Transducerelementen 40 verbunden. Beispielsweise ist der Pulsgenerator 50 über die Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄ mit dem Transducerelement 40 verbunden. Als weiteres Beispiel ist der Pulsgenerator 50 über die Dioden D₁, D₂, D₅ und D₆ mit dem Transducerelement 40 verbunden.
Die Pulsgeneratoren 50 übermitteln über einen Draht 119 und über die Dioden D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉, D₁₀ Sendepulse an die AGAs 46. Während einer Übermittlung schließen die Sendepulse, die eine hohe Stärke aufweisen, die Dioden D₁, D₄, D₅, D₇ und D₉ kurz und öffnen die Schaltkreise der Dioden D₂, D₃, D₆, D₈ und D₁₀. Während der Übermittlung sind die AGAs 46 und der Sub-Öffnungsstrahlformer 118 durch die Dioden D₁₁, D₁₂ und den Kondensator C₂ vor der hohen Spannung der Sendepulse geschützt. Durch ein geeignetes Einstellen der den Pulsgeneratoren 50 verliehenen Sendefokuszeitverzögerungen 49 wird der gelenkte Strahl erzeugt und die Ultraschallenergie mittels der Transducerelemente 40 hervorgebracht. Die Person erzeugt die reflektierten Echosignale in Abhängigkeit von der durch die Transducerelemente 40 erzeugten Ultraschallenergie. Während eines Empfangs nehmen die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale auf und erzeugen die elektrischen Signale. Während des Empfangs sind die Dioden D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉, D₁₀ unterbrochen, da die Spannung der reflektierten Echosignale niedrig ist. Während des Empfangs sind die Transducerelemente 40 voneinander isoliert, da die Dioden D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈, D₉, D₁₀ unterbrochen sind. Die AGAs 46 erzeugen die verstärkten elektrischen Signale anhand der durch die Transducerelemente 40 erzeugten elektrischen Signale. Der Sub-Öffnungsstrahlformer empfängt die von dem AGA 46 stammenden verstärkten elektrischen Signale und erzeugt anhand der verstärkten elektrischen Signale die Empfangsstrahlen. Der Sub-Öffnungsstrahlformer 118 erzeugt einen der Empfangsstrahlen, indem er den durch die AGAs 46 erzeugten verstärkten elektrischen Signalen programmierbare Zeitverzögerungen auferlegt. Der Sub-Öffnungsstrahlformer 118 übermittelt die Empfangsstrahlen an das Sub-System 12 über den Draht 119.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines AGA 120, der an einem Eingang IN mit dem T/R-Schalter 44 und an einem Ausgang OUT mit dem T/R-Schalter 48 verbunden ist. Der AGA 120 enthält einen Verstärker 122, der beispielsweise ein rauscharmer Verstärker ist, eine feste Regelschleife 124, die einen festen Rückführungsfaktor (FFF = Fixed Feedback Factor) aufweist, und eine einstellbare Regelschleife 128. Der FFF weist einen konstanten Wert auf. Die einstellbare Regelschleife 128 weist einen einstellbaren Rückführungsfaktor (AFF = Adjustable Feedback Factor), einen Schalter 132, einen Controller 134 und einen Komparator 136 auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält der AGA 120 den Schalter 132 und den Komparator 136 nicht. Der Begriff Controller in dem hier verwendeten Sinn ist nicht auf solche integrierte Schaltkreise beschränkt, die in der Fachwelt als Rechner/Computer be zeichnet werden, sondern bezieht sich im weitesten Sinn auf Prozessoren, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikcontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und andere programmierbare Schaltkreise.
Zu Beispielen für FFF zählen passive Impedanzelemente, beispielsweise eine Induktivität, ein Kondensator und ein Widerstand, und aktive Elemente, beispielsweise eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle (VCVS = Voltage Controlled Voltage Source), eine stromgesteuerte Spannungsquelle (CCVS = Current Controlled Voltage Source), eine stromgesteuerte Stromquelle (CCCS = Current Controlled Current Source), eine spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS = Voltage Controlled Current Source) und eine aus der Induktivität, dem Kondensator, dem Widerstand, der VCVS, der CCVS, der CCCS und der VCCS aufgebaute Kombination. Ein Beispiel einer VCVS beinhaltet einen Spannungsverstärker, ein Beispiel einer CCVS beinhaltet einen Transimpedanzverstärker, ein Beispiel einer CCCS ist ein Stromverstärker, und ein Beispiel einer VCCS umfasst einen Transkonduktanzverstärker. Ein Beispiel einer Kombination eines Widerstands und eines Kondensators beinhaltet den in Reihe mit dem Kondensator geschalteten Widerstand. Ein Beispiel einer Kombination eines Widerstands und eines Induktors ist der in Reihe mit dem Induktor geschaltete Widerstand. Zu Beispielen des AFF gehören eine einstellbare VCVS, z.B. ein einstellbarer Spannungsverstärkungsgradverstärker, eine einstellbare CCVS, z.B. ein variabler Widerstand oder eine variable Transimpedanzzelle, eine einstellbare CCCS, beispielsweise ein variabler Stromverstärker oder eine variable Gilbert-Zelle, eine einstellbare VCCS, beispielsweise ein vari abler Transkonduktanzverstärker und eine aus der einstellbaren VCVS, der einstellbaren CCVS, der einstellbaren CCCS und der einstellbaren VCCS aufgebaute Kombination. Beispielsweise weist ein Kombination aus einem variablen Widerstand, einem variablen Kondensator und einer variablen Induktivität den variablen Widerstand in Reihe mit dem variablen Kondensator und der variablen Induktivität geschaltet auf.
Ein Beispiel für den Verstärker 122 ist ein Spannungsverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz, z.B. einer unendlichen Eingangsimpedanz, und einer niedrigen Ausgangsimpedanz, z.B. einer Ausgangsimpedanz von Null. Als weiteres Beispiel enthält der Verstärker 122 einen Transimpedanzverstärker, der eine niedrigen Eingangsimpedanz, z.B. eine Eingangsimpedanz von Null, und die niedrige Ausgangsimpedanz aufweist. Als noch ein weiteres Beispiel enthält der Verstärker 122 einen Transadmittanzverstärker, der die hohe Eingangsimpedanz und eine hohe Ausgangsimpedanz, z.B, eine unendliche Ausgangsimpedanz aufweist. Als weiteres Beispiel enthält der Verstärker 122 einen Stromverstärker mit der niedrigen Eingangsimpedanz und der hohen Ausgangsimpedanz. Als weiteres Beispiel enthält der Verstärker 122 einen Leistungsverstärker, der eine definierte Eingangsimpedanz und eine definierte Ausgangsimpedanz aufweist. Die definierte Eingangsimpedanz ist ein Wert von beispielsweise 60 Ohm, der zwischen der niedrigen Eingangsimpedanz und der hohen Eingangsimpedanz liegt. Die definierte Ausgangsimpedanz ist ein Wert, z.B. 60 Ohm, der zwischen der niedrigen Ausgangsimpedanz und der hohen Ausgangsimpedanz liegt. Als noch ein weiteres Beispiel enthält der Verstärker 122 eine aus der niedrigen Eingangsim pedanz, der definierten Eingangsimpedanz, der hohen Eingangsimpedanz, der niedrigen Ausgangsimpedanz, der definierten Ausgangsimpedanz und der hohen Ausgangsimpedanz aufgebaute Kombination. Beispielsweise weist der Verstärker 122 die niedrige Eingangsimpedanz und die definierte Ausgangsimpedanz auf. Der FFF ist mit dem Verstärker 122 parallel geschaltet und ist mit IN und OUT verbunden. Der AFF ist mit OUT und mit dem Schalter 132 verbunden, der mit IN verbunden ist. Der Komparator 136 ist in Reihe mit dem Controller 134 geschaltet und mit dem Schalter 132 verbunden.
Der Verstärker 122 empfängt ein weiter unten beschriebenes Summensignal und verstärkt das Summensignal basierend auf einem auf einer geöffneten Rückkopplungsschleife basierenden als ein fester verstärkungsgrad bezeichneten Verstärkungsgrad des Verstärkers 122, um am Ausgang OUT ein verstärktes elektrisches Signal zu erzeugen. Der FFF tastet ein von OUT ausgegebenes verstärktes elektrisches Signal ab, modifiziert das verstärkte elektrische Signal indem er einen Wert, beispielsweise eine Kapazität, einen Widerstand, eine Induktivität und/oder eine Transkonduktanz, oder alternativ eine aus der Kapazität, dem Widerstand, der Induktivität und der Transkonduktanz aufgebaute Kombination anwendet, und erzeugt an einem Knoten 140 ein festes Regelungssignal. Die einstellbare Regelschleife 128 tastet ein von OUT ausgegebenes verstärktes elektrisches Signal ab, modifiziert das verstärkte elektrische Signal, indem sie einen Wert, beispielsweise eine variable Kapazität, einen variablen Widerstand, eine variable Induktivität und eine variable Transkonduktanz, oder alternativ eine aus der variablen Kapazität, dem variablen Widerstand, der variablen Induktivität, der variablen Transkonduktanz, einem Widerstand, einer Kapazität, einer Induktivität und einer Transkonduktanz aufgebaute Kombination anwendet, und erzeugt an dem Knoten 140 ein einstellbares Regelungssignal. Zu beachten ist, dass die einstellbare Regelschleife 128 ein an dem Ausgang OUT abgetastetes verstärktes elektrisches Signal modifiziert, indem sie wenigstens einen einstellbaren wert, beispielsweise eine variable Kapazität, einen variablen Widerstand, eine variable Induktivität und/oder eine variable Transkonduktanz anwendet.
Wenn die Transducerelemente 40 die von dem Nahfeld 88 ausgehenden reflektierten Echosignale empfangen, ändert der Controller 134 einen Wert des AFF, indem er eine der Funktionen auf den AFF anwendet, zu denen eine Zufallsfunktion, eine Sinusfunktion, eine Kosinusfunktion, eine Tangensfunktion, eine Exponentialfunktion, eine lineare Funktion, eine Quadratwurzelfunktion und eine logarithmische Funktion gehören. Beispielsweise weist die Exponentialfunktion eine Steigung auf, die sich zwischen einer Zahl größer Null und einem Wert entlang sämtlicher Punkte der Exponentialfunktion bewegt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel verändert der Controller 134 einen Wert des AFF, indem er eine Kombination der Funktionen auf den AFF anwendet. Beispielsweise ist die Kombination der Funktionen eine Summe der linearen und Quadratwurzelfunktionen. Als weiteres Beispiel beinhaltet die Kombination der Funktionen die Exponentialfunktion von einem Zeitpunkt A bis zu einem Zeitpunkt B und die lineare Funktion von dem Zeitpunkt B bis zu einem Zeitpunkt C. Als noch ein weiteres Beispiel beinhaltet die Kombination der Funktionen eine Funktion mit einer Steigung von 0,5 von dem Zeitpunkt A bis zu dem Zeitpunkt B und mit einer Steigung von 1 von dem Zeitpunkt B bis zu dem Zeitpunkt C. Als weiteres Beispiel wendet der Controller 134 auf den AFF eine der Funktionen, die in einer Referenztabelle in einem (nicht gezeigten) Arbeitsspeicher gespeichert sind, oder alternativ eine Kombination dieser Funktionen an. In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel wendet der Controller 134 zum Ändern eines Wert des AFF nicht eine konstante Funktion an, die an sämtlichen Punkten entlang der konstanten Funktion eine Steigung von Null aufweist. Beispielsweise wendet der Controller 134 eine nicht konstante Funktion an, die von dem Zeitpunkt A bis zu dem Zeitpunkt B eine Steigung von 0,3, von dem Zeitpunkt B bis zu dem Zeitpunkt C eine Steigung von Null, und von dem Zeitpunkt C bis zu einem Zeitpunkt D eine Steigung von 0,2 aufweist.
Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her empfangen, vergleicht der Komparator 136 ein von dem Controller 134 her aufgenommenes Signal mit einem Referenzsignal. Falls der Komparator 136 basierend auf dem Vergleich ermittelt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mindesten gleich einer vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals ist, gibt der Komparator 136 kein Signal an den Schalter 132 aus, den Schalter 132 zu öffnen. Eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals ist während einer Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, wenigstens gleich der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals. Die vorherbestimmte Amplitude wird gespeichert, bevor der Komparator 136 eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mit der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals vergleicht. Der Schalter 132 bleibt geschlossen, wenn das Transducerelement 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her empfängt.
Wenn der Schalter 132 geschlossen ist, werden ein bei IN vorhandenes elektrisches Signal, ein von dem FFF ausgegebenes festes Regelungssignal und ein von dem AFF ausgegebenes einstellbares Regelungssignal an einem Knoten aufsummiert, um ein Summensignal zu erzeugen, und das Summensignal wird an den Verstärker 122 ausgegeben. In einem Ausführungsbeispiel weist ein von der einstellbaren Regelschleife 128 ausgegebenes einstellbares Regelungssignal entgegengesetzte Polarität gegenüber einem von der festen Regelschleife 124 ausgegebenen festen Regelungssignal auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist ein von der einstellbaren Regelschleife 128 ausgegebenes einstellbares Regelungssignal dieselbe Polarität wie das von der festen Regelschleife 124 ausgegebene feste Regelungssignal auf.
Der Controller 134 fährt damit fort, in einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen auf den AFF anzuwenden. Beispielsweise berechnet der Controller 134 eine Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 aufnehmen, indem er eine von den reflektierten Echosignalen zurückgelegte Distanz mit Zwei multipliziert, um ein Ergebnis zu erzeugen, und das Ergebnis durch eine Geschwindigkeit der reflektierten Echosignale in einem Medium, in dem sich die reflektierten Echosignale fortbewegen, dividiert. Als weiteres Beispiel berechnet der Controller 134 eine Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, nicht, und die Zeitspanne ist in dem Controller 134 gespeichert.
Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 das Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf den AFF. Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her empfangen, vergleicht der Komparator 136 eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mit der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals. Falls der Komparator 136 auf der Grundlage des Vergleichs feststellt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals kleiner ist als die vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals, gibt der Komparator 136 an den Schalter 132 ein Signal aus, um den Schalter 132 zu öffnen. Während einer Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, ist eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals kleiner als die vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals. Als weiteres Beispiel ist eine Amplitude eines durch den Komparator 136 von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals kleiner als die vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals, wenn der AFF angenähert gleich Null oder alternativ gleich Null ist.
Während einer Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 das Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf den AFF. Beispielsweise berechnet der Controller 134 eine Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, indem er eine von den reflektierten Echosignalen zurückgelegte Distanz mit Zwei multipliziert, um ein Ergebnis zu erzeugen, und das Ergebnis durch eine Geschwindigkeit der reflektierten Echosignale in einem Medium, in dem sich die reflektierten Echosignale fortbewegen, dividiert. Als weiteres Beispiel berechnet der Controller 134 eine Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, nicht, und die Zeitspanne ist in dem Controller 134 gespeichert.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wendet der Controller 134 in einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, fortwährend eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen auf den AFF an. Der Komparator 136 vergleicht ein von dem Controller 134 her aufgenommenes Signal mit dem Referenzsignal. Falls der Komparator 136 basierend auf dem Vergleich ermittelt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals kleiner als eine vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals ist, gibt der Komparator 136 kein Signal an den Schalter 132 aus, den Schalter 132 zu öffnen. Eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals ist während einer Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, kleiner als die vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals. Der Schalter 132 bleibt geschlossen, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierte Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen. Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 das Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf den AFF. Der Komparator 136 vergleicht eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mit der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals. Falls der Komparator 136 basierend auf dem Vergleich ermittelt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mindesten gleich einer vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals ist, gibt der Komparator 136 ein Signal an den Schalter 132 aus, den Schalter 132 zu öffnen. Eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals ist während einer Zeitspanne, in der die Transducerelemente 40 die von dem Nahfeld 88 ausgehenden reflektierten Echosignale aufnehmen, wenigstens gleich der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals. In einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 ein Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf den AFF.
In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel fährt der Controller 134, in einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 und dem Fernfeld 90 her aufnehmen, damit fort, eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen auf den AFF anzuwenden. Der Schalter 132 bleibt geschlossen, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 und von dem Fernfeld 90 her aufnehmen.
Ein Typ eines durch den Verstärker 122 erzeugten Ausgangssignals wird in einen Typ eines an den AFF ausgegebenen Eingangssignals konvertiert, und ein Typ eines von dem AFF ausgegebenen Ausgangssignals wird in einen Typ eines an den Verstärker 122 ausgegebenen Eingangssignals konvertiert. Falls der Verstärker 122 beispielsweise ein Transadmittanzverstärker ist, gibt der Transadmittanzverstärker ein Stromsignal aus, wenn ein Spannungssignal an dem Eingang des Transadmittanzverstärkers anliegt. Falls der Verstärker 122 ein Transadmittanzverstärker ist, enthält der AFF eine einstellbare CCVS, die ein von dem Verstärker 122 ausgegebenes Stromsignal abtastet und das Stromsignal in einen Spannungssignal umwandelt, das als ein Eingangssignal an den Verstärker 122 ausgegeben wird. Als ein weiteres Beispiel gibt der Transimpedanzverstärker, falls der Verstärker 122 ein Transimpedanzverstärker ist, ein Spannungssignal aus, wenn ein Stromsignal an den Eingang des Transimpedanzverstärkers ausgegeben wird. Falls der Verstärker 122 ein Transimpedanzverstärker ist, enthält der AFF eine einstellbare VCCS, die ein von dem Verstärker 122 ausgegebenes Spannungssignal abtastet und das Spannungssignal in ein Stromsignal umwandelt, das als ein Eingangssignal an den Verstärker 122 ausgegeben wird. Als noch ein weiteres Beispiel ist der AFF, falls der Verstärker 122 ein Spannungsverstärker ist, der ein Spannungssignal ausgibt, wenn ein Spannungssignal an den Eingang des Verstärkers 122 ausgegeben wird, eine einstellbare VCVS, die das von dem Verstärker 122 ausgegebene Spannungssignal abtastet und ein Spannungssignal ausgibt. Als ein weiteres Beispiel ist der AFF, falls der Verstärker 122 ein Stromverstärker ist, der ein Stromsignal ausgibt, wenn an den Eingang des Verstärkers 122 ein Stromsignal ausgegeben wird, eine einstellbare CCCS, die das von dem Verstärker 122 ausgegebene Stromsignal abtastet und ein Stromsignal ausgibt.
Eine Phase des AFF ist proportional zu einer Phase des FFF. Falls beispielsweise der FFF eine Phase von –90 Grad aufweist, weist der AFF eine Phase von –180 Grad auf, und falls die Phase des FFF sich auf –70 Grad verändert, ändert sich die Phase des AFF auf –140 Grad. Als noch ein weitere Beispiel weist der AFF, falls ein Wert des FFF gleich 1/(2*π*j*0,5 Pikofarad*f) ist und falls ein Wert einer (in 5 gezeigten) zwischen dem Knoten 140 und dem Eingang IN angeordneten Impedanz Z_CC gleich 1/(2*π*j*10 Pikofarad*f) ist, einen Wert auf, der proportional zu 2*π*j*f ist, mit f gleich der Frequenz, j gleich der Quadratwurzel von minus Eins und * als Zeichen für die Multiplikation. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Phase des AFF gleich einer Phase des FFF. Falls der FFF beispielsweise eine Phase von –10 Grad aufweist, weist der AFF eine Phase von –10 Grad auf, und falls die Phase des FFF sich auf –70 Grad verändert, ändert sich die Phase des AFF auf –70 Grad. In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Phase des AFF nicht proportional zu einer Phase des FFF. Falls beispielsweise der FFF eine Phase von –20 Grad aufweist, weist der AFF eine Phase von –70 Grad auf, und falls die Phase des FFF sich auf –70 Grad verändert, ändert sich die Phase des AFF auf –10 Grad. Als ein weiteres Beispiel weist der AFF, falls der FFF eine Phase von –20 Grad aufweist, eine Phase von –70 Grad auf, und falls die Phase des FFF sich auf –60 Grad verändert, bleibt die Phase des AFF bei –70 Grad.
Eine durch den FFF zwischen einem Eingang des FFF und einem Ausgang des FFF vorgesehene Phasenverschiebung ist proportional zu einer durch den AFF zwischen einem Eingang des AFF und einem Ausgang des AFF vorgesehenen Phasenverschiebung. Falls der FFF beispielsweise eine Phasenverschiebung von 90 Grad erzeugt, erzeugt der AFF eine Phasenverschiebung von 270 Grad, und falls der FFF die Phasenverschiebung auf 30 Grad verändert, ändert der AFF die Phasenverschiebung auf 90 Grad. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine durch den AFF erzeugte Phasenverschiebung gleich einer durch den FFF erzeugten Phasenverschiebung. Falls der FFF beispielsweise eine Phasenverschiebung von 90 Grad erzeugt, erzeugt der AFF eine Phasenverschiebung von 90 Grad, und falls der FFF die Phasenverschiebung auf 30 Grad verändert, ändert der AFF die Phasenverschiebung auf 30 Grad. In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist eine durch den AFF erzeugte Phasenverschiebung nicht proportional zu einer durch den FFF erzeugten Phasenverschiebung. Falls der FFF beispielsweise eine Phasenverschiebung von 90 Grad erzeugt, erzeugt der AFF eine Phasenverschiebung von 260 Grad, und falls der FFF die Phasenverschiebung auf 30 Grad verändert, ändert der AFF die Phasenverschiebung auf 70 Grad. Als weiteres Beispiel erzeugt der AFF, falls der FFF eine Phasenverschiebung von 90 Grad erzeugt, eine Phasenverschiebung von 260 Grad, und falls der FFF die Phasenverschiebung auf 30 Grad ändert, bleibt die durch den AFF erzeugte Phasenverschiebung von 260 Grad erhalten.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines AGA 150, der über VIN mit dem T/R-Schalter 44 und über VOUT mit dem T/R-Schalter 48 verbunden ist. Der AGA 150 enthält einen Transimpedanzverstärker 152, eine feste Regelschleife 154, die eine Impedanz Z_FB aufweist, und eine einstellbare Regelschleife 156. Die einstellbare Regelschleife 156 enthält eine variable Transkonduktanzzelle 158, den Schalter 132, den Controller 134 und den Komparator 136.
Die feste Regelschleife 154 ist mit dem Transimpedanzverstärker 152 parallel geschaltet und mit einem Knoten 162 und VOUT verbunden. Die variable Transkonduktanzzelle 158 ist mit VOUT und mit dem Schalter 132 verbunden, der mit dem Knoten 162 verbunden ist. Der Transimpedanzverstärker 152 ist über eine Last 166, beispielsweise, einen Kondensator mit einer Kapazität C_L, oder über einen Widerstand, mit Masse verbunden.
Der Transimpedanzverstärker 152 empfängt ein Summensignal und verstärkt das Summensignal basierend auf einem festen Verstärkungsgrad des Transimpedanzverstärkers 152, um an dem Ausgang VOUT ein verstärktes elektrisches Signal zu erzeugen. Die feste Regelschleife 154 tastet ein von VOUT ausgegebenes verstärktes elektrisches Signal ab, modifiziert das verstärkte elektrische Signal durch Anwenden einer Impedanz Z_FB und erzeugt an dem Knoten 162 ein festes Regelungssignals. Die variable Transkonduktanzzelle 158 tastet ein von VOUT ausgegebenes verstärktes elektrisches Signal ab, modifiziert das verstärkte elektrische Signal durch Anwenden einer Transkonduktanz und erzeugt an dem Knoten 162 ein einstellbares Regelungssignal.
Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, verändert der Controller 134 einen Wert einer Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158, indem er eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen anwendet. Der Komparator 136 vergleicht ein von dem Controller 134 her aufgenommenes Signal mit dem Referenzsignal. Falls der Komparator 136 basierend auf dem Vergleich ermittelt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mindesten gleich der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals ist, gibt der Komparator 136 kein Signal an den Schalter 132 aus, den Schalter 132 zu öffnen. Der Schalter 132 bleibt geschlossen, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierte Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen.
Wenn der Schalter 132 geschlossen ist, werden ein durch Dividieren des Eingangs VIN durch die Impedanz Z_CC erzeugtes elektrisches Signal, ein von der festen Regelschleife 154 ausgegebenes festes Regelungssignal und ein von der variablen Transkonduktanzzelle 158 ausgegebenes einstellbares Regelungssignal an dem Knoten 162 aufsummiert, um ein Summensig nal zu erzeugen, und das Summensignal wird an den Transimpedanzverstärker 152 ausgegeben. In einem Ausführungsbeispiel weist der AGA 150 die Impedanz Z_CC nicht auf, falls der Transimpedanzverstärker 152 durch einen Spannungsverstärker ersetzt wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist ein von der variablen Transkonduktanzzelle 158 ausgegebenes einstellbares Regelungssignal entgegengesetzte Polarität gegenüber einem von der festen Regelschleife 154 ausgegebenen festen Regelungssignal auf. In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel weist ein von der variablen Transkonduktanzzelle 158 ausgegebenes einstellbares Regelungssignal dieselbe Polarität wie das von der festen Regelschleife 154 ausgegebene feste Regelungssignal auf. Der Controller 134 fährt damit fort, in einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen auf die variable Transkonduktanzzelle 158 anzuwenden.
Wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 das Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf die variable Transkonduktanzzelle 158. Der Komparator 136 vergleicht eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals mit der vorherbestimmten Amplitude des Referenzsignals. Falls der Komparator 136 basierend auf dem Vergleich ermittelt, dass eine Amplitude eines von dem Controller 134 her aufgenommenen Signals kleiner ist als eine vorherbestimmte Amplitude des Referenzsignals, gibt der Komparator 136 ein Signal an den Schalter 132 aus, den Schalter 132 zu öffnen. In einer Zeitspanne, während der die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen, unterbricht der Controller 134 ein Anwenden einer der Funktionen oder alternativ einer Kombination von diesen auf die variable Transkonduktanzzelle 158.
7 zeigt eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion H(i,f) des AGA 150 gegenüber der Frequenz f, wobei Z_FB gleich 1/(2*π*j*0,5 Pikofarad *f) ist, Z_CC gleich 1/(2*π*j*10 Pikofarad *f) ist und der AFF einen zu 2*π*j*f proportionalen Wert aufweist. Die Übertragungsfunktion H(i,f) ist an einer Ordinate 180 aufgetragen, und die Frequenz f ist an einer Abszisse 182 aufgetragen. Die graphische Darstellung wird durch Berechnen der Übertragungsfunktion H(i,f) erhalten. Die Übertragungsfunktion H(i,f) wird berechnet, indem die Kirchhoffschen Gesetze auf den Knoten 162 angewandt und für VOUT/VIN aufgelöst werden. Die Übertragungsfunktion H(i,f) ergibt sich zu:
wobei A(f) ein fester Verstärkungsgrad des Transimpedanzverstärkers 152 ist, GM eine Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158 ist und i ein von dem Controller 134 her eingegebenes Stromsignal ist, um die variable Transkonduktanzzelle 158 zu steuern. Der Controller 134 ändert GM, indem er den Strom i ändert. Die Übertragungsfunktion H(i,f) ändert sich, wenn sich GM ändert.
Eine Kurve 186 gibt die Übertragungsfunktion H(i,f) wieder, wenn eine Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158 gleich Null Siemens ist; eine Kurve 188 veranschaulicht die Übertragungsfunktion H(i,f), wenn eine Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158 gleich ein Pikosiemens ist, und eine Kurve 190 zeigt die Übertragungsfunktion H(i,f), wenn eine Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158 gleich drei Pikosiemens ist.
8 zeigt eine graphische Darstellung der Übertragungsfunktion H(i,f) als Funktion eines Wertes des AFF. Die graphische Darstellung wird bei einer festen Frequenz von beispielsweise drei Megahertz erlangt. Die Übertragungsfunktion H(i,f) ist an einer Ordinate 200 aufgetragen, und eine Transkonduktanz der variablen Transkonduktanzzelle 158 ist an einer Abszisse 202 aufgetragen. Falls eine Übertragungsfunktion der einstellbaren Regelschleife 156 proportional zu dem Strom i ist, wird die Übertragungsfunktion H(i,f) bei der festen Frequenz durch den Strom i gesteuert.
Zu technischen Effekten der Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Verstärkungsgrads gehören ein Verhindern einer Übersteuerung des Verstärkers 122, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, und eine Minimierung der verbrauchten Strommenge. Die einstellbare Regelschleife verhindert ein Übersteuern des Verstärker 122, indem sie einen Verstärkungsgrad des AGA 120 steuert. Ein Verstärkungsgrad es AGA 120 wird durch ein Steuern eines an den Verstärker 122 ausgegebenen Summensignals gesteuert. Ein an den Verstärker 122 ausgegebenes Summensignal wird gesteuert, indem eine der Funktionen oder alternativ eine Kombination von diesen auf den AFF angewandt werden, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale entweder von dem Nahfeld 88 und/oder von dem Fernfeld 90 her aufnehmen. Die verbrauchte Strommenge ist minimal, weil der Komparator 136 den Schalter 132 öffnet, wenn die Transducerelemente 40 das reflektierte Echosignale von dem Fernfeld 90 her aufnehmen. Außerdem ist die Strommenge minimal, weil der durch den AFF verbrauchte Strom, wenn die Transducerelemente 40 die reflektierten Echosignale von dem Nahfeld 88 her aufnehmen, proportional zu einem Grad der Dämpfung der durch die Transducerelemente 40 erzeugten Ultraschallenergie ist. Zu beachten ist, dass der AGA 120 auch bei Sonden verwendet wird, die mit Sub-Systemen verbunden sind, die sich von dem Sub-System 12 unterscheiden.
Während die Erfindung anhand vielfältiger spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich ist, die Erfindung mit Abwandlungen zu verwirklichen, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.
ELEMENTELISTE

Claims

Sonde (11), zu der gehören: ein Gehäuse (38); ein Transducerelement (40), das dazu eingerichtet ist, ein Signal aufzunehmen; und ein einstellbarer Verstärkungsgradverstärker (46), der in dem Gehäuses (38) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, basierend auf einer Funktion mit einer Steigung ungleich Null einen Verstärkungsgrad einzustellen, der auf das Signal angewendet wird.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) einen rauscharmen Verstärker, der dazu eingerichtet ist, das Signal zu verstärken, eine feste Regelschleife (124), die in Parallelschaltung mit dem rauscharmen Verstärker verbunden ist, und eine einstellbare Regelschleife (128) enthält, wobei die einstellbare Regelschleife (128) an einen Eingang und an einen Ausgang des rauscharmen Verstärkers gekoppelt ist.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) einen rauscharmen Verstärker enthält, der eine festen Verstärkungsgrad, eine feste Re gelschleife (124) und eine einstellbare Regelschleife (128) aufweist, wobei die feste Regelschleife (124) einen festen Rückführungsfaktor aufweist, der verwendet wird, um den feste Verstärkungsgrad einzustellen, wobei die einstellbare Regelschleife (128) einen einstellbaren Rückführungsfaktor aufweist, der verwendet wird, um den festen Verstärkungsgrad einzustellen.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) einen rauscharmen Verstärker enthält, der einen festen Verstärkungsgrad und eine einstellbare Regelschleife (128) aufweist, wobei die einstellbare Regelschleife (128) einen einstellbaren Rückführungsfaktor aufweist, der verwendet wird, um den festen Verstärkungsgrad einzustellen, bis die Sonde (11) das Signal mindestens entweder von einem Nahfeld (88) und/oder einem Fernfeld (90) empfängt.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) eine feste Regelschleife (124) enthält, die mindestens entweder eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle, eine spannungsgesteuerte Stromquelle, eine stromgesteuerte Stromquelle und/oder eine stromgesteuerte Spannungsquelle aufweist.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) eine einstellbare Regel schleife (128) und einen Controller (134) enthält, der dazu eingerichtet ist, um einen einstellbaren Rückführungsfaktor der einstellbaren Regelschleife (128) einzustellen.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker (46) eine einstellbare Regelschleife (128) und einen Controller (134) enthält, der dazu eingerichtet ist, um einen einstellbaren Rückführungsfaktor der einstellbaren Regelschleife einzustellen, und die einstellbare Regelschleife (128) mindestens entweder eine einstellbare spannungsgesteuerte Spannungsquelle, eine einstellbare spannungsgesteuerte Stromquelle, eine einstellbare stromgesteuerte Stromquelle und/oder eine einstellbare stromgesteuerte Spannungsquelle enthält, die durch den Controller (134) geregelt/gesteuert werden.
Sonde (11) nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Verstärkungsgradverstärker eine feste Regelschleife (124) und eine einstellbare Regelschleife (128) enthält, die eine Phase aufweist, die entweder proportional, übereinstimmend oder nicht proportional zu einer Phase der festen Regelschleife (124) ist.
Ultraschallbildgebungssystem (10), zu dem gehören: eine Ultraschallsonde (11) mit einem Gehäuse (38); ein Transducerelement (40), das innerhalb des Gehäuses (38) angeordnet und dazu eingerichtet ist, um ein von einer Person reflektiertes Echosignal aufzunehmen; ein Verstärker (122), der in dem Gehäuse (38) angeordnet ist, und eingerichtet ist, um mit dem Transducerelement (40) zu kommunizieren, wobei der Verstärker (122) dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal von dem Transducerelement (40) aufzunehmen und basierend auf dem Eingangssignal ein verstärktes Signal auszugeben; eine einstellbare Regelschleife (128), die mit dem Verstärker (122) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, um ein Regelungssignal an den Verstärker (122) auszugeben, wobei das Regelungssignal basierend auf dem verstärkten Signal variiert.
Ultraschallbildgebungssystem (10) nach Anspruch 9, bei dem die einstellbare Regelschleife (128) während eines Zeitabschnitts, in dem das reflektierte Echosignal von dem Objekt her durch das Transducerelement (40) empfangen wird, von dem Verstärker (122) getrennt ist.