-
STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich auf eine Energieversorgung für die Ultraschallbildgebung. Die Ultraschallbildgebung umfasst unterschiedliche Bildgebungsmodi. Im B-Modus, Farb- oder Flussmodus (Doppler) oder M-Modus werden kurze Impulse von jeweils nur wenigen Zyklen in einer Sequenz erzeugt, um den Patienten zu scannen. Für den Elastizitätsmodus (z.B. akustische Strahlungskraftimpulse oder Scherwellenmodi) ist eine höhere Energie in Form von Druckimpulsen anzuwenden, um eine Verlagerung des Gewebes durch die akustische Energie zu bewirken. Diese Schubimpulse für den Elastizitätsmodus können eine ähnliche Sendeamplitude aufweisen wie die Standard-B-Modus-Bildgebung, jedoch mit längeren Impulsdauern (z.B. mehr als 100 mal so lang). Solche lang dauernden Impulse sind nicht sofort mit Sendeenergieversorgungsnetzwerken in herkömmlichen Ultraschallsystemen kompatibel. Die Energie der herkömmlichen Sendeenergieversorgungen sinkt mit der Zeit, was zu Druckimpulsen führt, die zu fehlerhaften Elastizitätsmessungen führen können. Alternative Vorrichtungen werden in
JP 2015 058 251 A und in
EP 3 469 994 B1 offenbart.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Als Einführung umfassen die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Schaltungen und Systeme zur Energieversorgung in der Ultraschallbildgebung. Die Energieversorgung umfasst eine geschaltete Kapazität. Die Kapazität wird eingeschaltet, um bei der Erzeugung von Druckimpulsen Energie zu liefern, und wird bei anderen Bildgebungsmodi abgeschaltet.
-
In einem ersten Aspekt ist ein Sendersystem für die Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus vorgesehen. Ein Sender ist mit einer programmierbaren Energiequelle verbunden und ist mit Elementen einer Ultraschallwandleranordnung verbindbar. Ein Kondensator ist in Reihe mit einem Schalter verbunden. Der Kondensator und der Schalter bilden einen schaltbaren Erdungspfad von der Verbindung der programmierbaren Energiequelle zu dem Sender. Eine Steuerung ist konfiguriert, um den Schalter für die Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus zu schließen, und konfiguriert, um den Schalter für einen unterschiedlichen Modus der Ultraschallbildgebung zu öffnen.
Bevorzugt wird ein Sendersystem, wobei die programmierbare Energiequelle eine Gleichspannungsquelle umfasst und wobei der Sender eine Vielzahl von Impulsgebern umfasst.
Bevorzugt wird ein Sendersystem, wobei der Schalter Back-to-Back-N-Kanal-MOSFETs umfasst.
Bevorzugt wird ferner ein Sendersystem, wobei der Kondensator einen aus einer Kondensatorbank umfasst, die in Reihe mit dem Schalter verbunden ist. Bevorzugt wird ein Sendersystem, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Schalter für Druckimpulse bei der Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus zu schließen und den Schalter für B-Modus oder Farbflussmodus-Bildgebung für den unterschiedlichen Modus zu öffnen. Weiterhin wird ein Sendersystem bevorzugt, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Schalter von offen auf geschlossen umzustellen, nur wenn eine Spannung am Schalter im Wesentlichen Null ist.
Bevorzugt wird ein Sendersystem, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Strom aus der Energiequelle zu begrenzen, wenn der Schalter zum Laden und Wiederaufladen des Kondensators geschlossen ist.
-
In einem zweiten Aspekt ist ein Ultraschallsystem zur Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus vorgesehen, umfassend ein Sendersystem gemäß dem ersten Aspekt. Eine Energieversorgung weist einen Ausgang auf. Ein Schalter verbindet schaltbar zwischen Ausgang und Erdung. Ein Kondensator ist in Reihe mit dem Schalter zwischen der Erdung und dem Ausgang verbunden.
Bevorzugt wird ein Ultraschallsystem, wobei der Schalter Back-to-Back-N-Kanal-MOSFETs umfasst.
Bevorzugt wird ferner ein Ultraschallsystem, wobei das Ultraschallsystem ferner eine Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, um die Energieversorgung und den Schalter zu steuern, um den Schalter nach einem Aufbau einer Spannung am Kondensator zu schließen.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Ultraschallsystem bevorzugt, wobei das Ultraschallsystem ferner eine Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, um den Schalter während einer B-Modus-Bildgebung offen zu halten und den Schalter während der Elastizitätsmodus-Bildgebung zu schließen.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Ultraschallsystem bevorzugt, wobei das Ultraschallsystem ferner eine Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, um einen Strom der Energieversorgung zu begrenzen, wenn der Schalter geschlossen ist, basierend auf Wärme, die durch einen Regler mit niedrigem Abfall der Energieversorgung erzeugt wird.
-
In einem dritten Aspekt ist ein Verfahren zur Energieversorgung vorgesehen, um Druckimpulse bei der Elastizitätsmodus-Bildgebung durch einen Ultraschallscanner zu erzeugen, wobei das Verfahren von einem Sendersystem gemäß dem ersten Aspekt durchgeführt wird. Eine Versorgung von einem Kondensator zu einem Ausgang einer Energieversorgung wird während der Elastizitätsmodus-Bildgebung eingeschalten. Die Versorgung von dem Kondensator zum Ausgang wird bei einem anderen Bildgebungsmodus ausgeschalten.
Bevorzugt wird ein Verfahren, wobei das Einschalten ein Einschalten für Druckimpulse des Elastizitätsmodus, ein Laden des Kondensators und ein Zuführen von Energie im Elastizitätsmodus umfasst.
Bevorzugt wird ferner ein Verfahren, wobei das Einschalten ein Einschalten nach dem Aufbau einer im Wesentlichen Nullspannung am Kondensator und ein Begrenzen eines Stroms aus der Energieversorgung zum Laden des Kondensators vor dem Senden eines Druckimpulses umfasst.
Das Sendersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder das Ultraschallsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist/sind geeignet, ein Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
-
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt sollte als Beschränkung dieser Ansprüche angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen erläutert und können später unabhängig oder in Kombination in Anspruch genommen werden.
-
Figurenliste
-
Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise skalierbar, sondern es wird Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
- 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Ultraschallsystems mit einer geschalteten Kapazität in der Energieversorgung;
- 2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Ultraschallsendersystems mit einem Schalter und Kondensator für den Elastizitätsmodus;
- 3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Energieversorgung mit einer schaltbaren Kapazität;
- 4 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Energieversorgung während der Ultraschallbildgebung; und
- 5 ist ein exemplarisches Zeitdiagramm zur Steuerung der Energieversorgung mit der geschalteten Kapazität.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN UND DER AKTUELL BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ein zusätzlicher Kondensator oder eine Kondensatorbank kann mit dem Ausgang der Energieversorgung verbunden sein, um die Sender für einen Druckimpuls mit Energie zu versorgen. Eine solche Kapazitätssteigerung reduziert die Agilität der Energieversorgung. Das Aufladen der Kapazität dauert eine Weile, sodass das Scannen bei einer Änderung der zu versorgenden Energie angehalten werden muss. Die Dual-Modus-Bildgebung, bei der für unterschiedliche Modi unterschiedliche Energien bereitgestellt werden, kann eine reduzierte oder unerwünschte Bildrate zur Folge haben.
-
Um eine agile Sendeenergieversorgung für die Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus bereitzustellen, wird ein Kondensator geschalten, der mit dem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist. Dem Sendenetzwerk wird eine schaltbare Kondensatorbank hinzugefügt. Ein Schalter aktiviert den Kondensator nur, wenn er für Anwendungen im Elastizitätsmodus (E-Modus) benötigt wird, ohne die Agilität des Sendeversorgungsnetzwerkes zu verändern, wenn die E-Modus-Kondensatorbank deaktiviert ist. Die Kondensatorbank kann bei Bedarf für den E-Modus eingeschalten werden.
-
Der Schalter kann ein Back-to-Back-Paar von N-Kanal-Energie-MOSFETs sein, das bei Bedarf die Stromleitung in beide Richtungen gewährleistet. Ein intelligenter Steueralgorithmus zum Laden und Entladen der E-Modus-Kondensatorbank stellt sicher, dass der Schalter nur geschlossen wird, wenn die Spannung am Kondensator nahe Null Volt liegt, um große Spitzenströme im Schalter zu vermeiden. Die Steuerung betreibt den Schalter und die Energieversorgung, um die Sendeversorgung zu steuern, um die Spannungswiederaufladung und den Ausgangsstrom basierend auf der Position des E-Modus-Schalters zu optimieren. Die Steuerung steuert den Schalter und den Regler zum Laden des Kondensators.
-
1 zeigt eine Ausführungsform eines Ultraschallsystems zur Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus. Das Ultraschallsystem umfasst einen Ultraschallscanner 10 und lösbar oder fest verbundene Wandlerelemente 14 einer Anordnung. Der Ultraschallscanner 10 umfasst Strahlformer, Filter, Scan-Konverter und/oder andere Komponenten zum Scannen eines Patienten mit Ultraschall, um ein Ultraschallbild zu erzeugen.
-
Der Ultraschallscanner 10 arbeitet in wählbaren oder Kombinationen unterschiedlicher Modi, wie z.B. B-Modus, Farb- oder Fluss-(z.B. Doppler) Modus, M-Modus oder Elastizitätsmodus. Basierend auf dem Scannen eines Patienten erzeugt der Ultraschallscanner 10 ein Bild des Patienten gemäß dem Modus oder den Modi, wie z.B. die Anzeige der Gewebeelastizität an einem oder mehreren Orten mit oder ohne einem B-Modus- und/oder Farbmodus-Bild.
-
Es können verschiedene Elastizitätsmodi bereitgestellt werden, wie z.B. die Scherwellenbildgebung oder die akustische Strahlungskraft-Impulsbildgebung (ARFI). Die Elastizitätsmodi verwenden einen oder mehrere Druckimpulse von Dutzenden oder Hunderten von Zyklen, um die Erzeugung einer Scherwelle zu bewirken und/oder Gewebe zu verlagern. Jedem Druckimpuls kann ein B-Modus- oder eine Sequenz von kurzen (z.B. 1-5 Zyklen) Impulsen folgen, um die Reaktion des Gewebes auf die Verlagerung zu messen. Diese folgenden kurzen Impulse werden verwendet, um das Gewebe nach der Verlagerung, die direkt oder indirekt durch den Druckimpuls verursacht wird, über die Zeit nachzuverfolgen.
-
Zum Scannen umfasst der Ultraschallscanner 10 eine Energieversorgung 11, einen Sender 13 und einen Erdungspfad 15 mit einem Serienkondensator 16 und einem Schalter 18 als Sendersystem. Die Energieversorgung 11 und der Sender 13 sind für die verschiedenen Bildgebungsmodi konfigurierbar, z.B. mit unterschiedlichen Konfigurationen für unterschiedliche Modi. Die Energieversorgung 11 kann für unterschiedliche Modi unterschiedliche Spannungsniveaus ausgeben. Die Energieversorgung ist positiv oder negativ. Transformatoren können verwendet werden, um positive und negative Energien für die Erzeugung bipolarer Wellenformen bereitzustellen. Für Sender ohne Transformator können sowohl positive als auch negative Energieversorgungen verwendet werden. Der Sender schaltet zwischen diesen Spannungen um, um die Ausgangswellenform zu erhalten. Für die positiven und negativen Energieversorgungen sind separate Erdungspfade 15 und entsprechende Kondensatoren 16 und Schalter 18 vorgesehen. Der Sender 13 erzeugt elektrische Wellenformen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zyklen, Frequenzen, Amplituden, Hüllkurven, Aperturen oder einer anderen Wellenform oder Sendecharakteristik je nach Modus. So werden beispielsweise Wellenformen mit unterschiedlicher Anzahl an Zyklen für die unterschiedlichen Modi erzeugt. Das Sendersystem ist konfigurierbar für die Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus und andere Bildgebungsmodi, sodass unterschiedliche Konfigurationen zu unterschiedlichen Zeiten verwendet werden können. Das Sendersystem kann konfiguriert sein, um mit unterschiedlichen Energien in einem gleichen Modus zu arbeiten, wie z.B. die Bereitstellung von mehr Energie durch eine erhöhte Anzahl von Zyklen pro Wellenform für Druckimpulse und weniger Energie durch eine geringere Anzahl von Zyklen pro Wellenform für die Nachverfolgung von Impulsen im Elastizitätsbildgebungsmodus.
-
Das Sendersystem wird wie im Ultraschallscanner 10 hergestellt bereitgestellt. Alternativ wird das Sendersystem eines zuvor hergestellten Ultraschallscanners 10 geändert oder ersetzt, um das Sendersystem aus 1 zu umfassen.
-
Das Sendersystem implementiert das Verfahren von 4 oder ein anderes Verfahren. Zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Komponenten können vorgesehen werden. So werden beispielsweise andere Energieversorgungen und/oder Sender bereitgestellt. Als weiteres Beispiel ist der Sender 13 Teil eines Sendestrahlformers, wobei die Energieversorgung 11 ein Teil oder separat vom Sendestrahlformer ist.
-
Die Energieversorgung 11 ist eine Gleichspannungsquelle. Es können Strom- und/oder Wechselquellen verwendet werden. Die Energieversorgung 11 ist programmierbar, z.B. um unterschiedliche Ströme und/oder Spannungen bereitzustellen. Alternativ wird eine vorgegebene Energieversorgung mit wählbaren Spannungsteilern oder eine Bank von wählbaren Energieversorgungen verwendet.
-
2 zeigt eine Ausführungsform der Energieversorgung 11. Die Energieversorgung 11 umfasst eine System-Primärenergieversorgung 20, einen Schaltmodus-Regler 22 und einen Regler mit niedrigem Abfall 24. Zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Komponenten können vorgesehen werden. In einer Ausführungsform liefert die System-Primärenergieversorgung 20 12 Volt, 120 Watt Dauerenergie mit 300 Watt Spitzenenergie bei 1 Sekunde mit einem Ausgang von 12 Volt und 25 Ampere Spitzenstrom. Der Schaltmodus-Regler 22 erzeugt eine Spannung von 12-84 Volt bei einem Strom von ca. 4,9 Ampere bei 55 Volt für ca. 270 Watt. Der Strom ist umgekehrt proportional zur Spannung, um über den gesamten Bereich konstante Energie zu liefern. Der Regler mit niedrigem Abfall 24 entfernt oder reduziert Schaltrauschen, um 10-75 Volt mit etwa 4,5 Ampere Strom bei 50 Volt für etwa 225 Watt auszugeben. Andere Spannungsbereiche und entsprechende Ströme können vorgesehen werden. Durch den Steuerungsbetrieb des Schaltmodus-Reglers 22 werden unterschiedliche Spannungen und/oder Ströme zur Versorgung des Senders 13 ausgegeben. Am Ausgang des Schaltmodus-Reglers 22 kann eine vorgegebene Kapazität anliegen. Die Schaltsteuerung des Schalters 18 kann das Verwalten der Ladung dieser vorgegebenen Kapazität unabhängig vom Bildgebungsmodus umfassen, da das Ändern der Ausgangsspannung im Allgemeinen auch das Ändern der Spannung am Ausgang des Schaltmodus-Reglers erfordert.
-
Die Spannungsversorgung 11 weist einen Ausgang 12 auf. Der Ausgang 12 stellt dem Sender 13 eine Spannung zur Verfügung. Der Sender 13 erzeugt Sendewellenformen für ein oder mehrere Wandlerelemente 14 unter Verwendung der gelieferten Energie.
-
Der Sender 13 ist ein Impulsgeber, wie beispielsweise ein oder mehrere Transistoren zum Erzeugen einer unipolaren oder bipolaren Sendewellenform unter Verwendung der Energie aus der Energieversorgung 11. Der Sender 13 kann eine Vielzahl von Impulsgebern zum Erzeugen von Wellenformen für unterschiedliche Wandlerelemente 14 in einer Sendeapertur umfassen. Der Impulsgeber kann ein Schaltmodus-Impulsgeber oder ein linearer Impulsgeber sein. Es können auch andere Wellenform-Generatoren verwendet werden.
-
1 zeigt einen Sender 13. 2 zeigt mehrere Sender 13, wie sie beispielsweise unterschiedlichen Sende-anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen und/oder Gruppen von Wandlerelementen 14 zugeordnet sind. Es können beliebig viele Sendeschaltungen vorgesehen werden. In einer Ausführungsform ist der Sender 13 ein Sendestrahlformer oder ist Teil eines Sendestrahlformers.
-
Der Sender 13 ist mit den Elementen 14 der Ultraschallwandleranordnung verbindbar. Da unterschiedliche Wandleranordnungen verwendet werden können, können die Elemente 14 mit dem Sender 13 verbunden oder getrennt werden, z.B. über einen Stecker oder Wandlerverbindungen. Zum Betrieb ist der Sender 13 mit den Wandlerelementen 14 einer Sendeapertur elektrisch verbunden, um elektrische Anregungswellenformen zur Umwandlung in akustische Energie durch die Wandlerelemente 14 zu liefern.
-
Der Schalter 18 ist ein Transistor. Der Schalter 18 kann geöffnet werden, um eine elektrische Verbindung zu verhindern, oder geschlossen werden (Kurzschluss), um eine elektrische Verbindung herzustellen. In einer Ausführungsform ist der Schalter 18 ein N-Kanal-MOSFET, aber es können auch P-Kanal-MOSFET oder andere Transistoren verwendet werden. 3 zeigt eine Ausführungsform des Schalters 18, der aus Back-to-Back-N-Kanal-MOSFETs gebildet ist. Die drains sind miteinander verbunden, und die Schaltersteuerung ist für beide gates vorgesehen. Diese Back-to-Back-Anordnung ermöglicht es, dass der Strom in beide Richtungen fließt, wenn der Schalter 18 geschlossen ist, und verhindert den Stromfluss in beide Richtungen, wenn der Schalter 18 geöffnet ist. Andere Transistoren können in der Back-to-Back-Anordnung verwendet werden. Es können mehr als zwei Transistoren verwendet werden.
-
Der Schalter 18 ist Teil des Pfades 15 vom Ausgang 12 der Energieversorgung 11 oder vom Energieversorgungseingang des Senders 13 zur Erdung. Der Schalter 18 ist zwischen dem Kondensator 16 und der Erdung dargestellt, kann aber auch zwischen dem Ausgang der Energieversorgung 11 und dem Kondensator 16 in anderen Ausführungsformen liegen. Andere Komponenten können in dem Pfad 15 vorgesehen werden.
-
Der Schalter 18 öffnet, um den Pfad 15 von der Erdung zu trennen, und schließt, um den Pfad 15 direkt oder indirekt über den Kondensator 16 mit der Erdung zu verbinden. Durch die Verbindung mit der Erdung lädt der Ausgang der Energieversorgung 11 den Kondensator 16 auf. Durch die Verbindung mit der Erdung kann der Kondensator 16 den Sender 13 mit Energie versorgen. Im getrennten Zustand fließt der Kondensator 16, sodass er auf die dem Sender 13 zugeführte Energie einen reduzierten oder keinen Einfluss aufweist.
-
Der Kondensator 16 ist ein oder mehrere Kondensatoren zur Energiespeicherung. So ist beispielsweise eine Kondensatorbank (z.B. zwei oder mehr) vorgesehen, sodass 10-18 mF (z.B. 14 mF) Kapazität auf engstem Raum in der Ultraschallsonde und/oder dem Ultraschallscanner bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen ist ein einzelner Kondensator vorgesehen, zumindest für jede separate Energieversorgung 11. Andere Kapazitätsmengen können vorgesehen werden. Wenn der Schalter 18 in einem aktiven Wandler wie einem Matrixwandler implementiert ist, kann die Kapazitätsmenge geringer sein.
-
Der Kondensator 16 ist in Reihe mit dem Schalter 18 auf dem Pfad 15 (d.h. vom Ausgang 12 der Energieversorgung 11 zur Erdung) verbunden. Der Kondensator 16 und der Schalter 18 bilden den schaltbaren Pfad 15 zur Erdung von der Verbindung der Energiequelle 11 zu dem Sender 13. Diese Anordnung ermöglicht es, den Kondensator 16 aufzuladen und den Kondensator 16 zu verwenden, um Energie für Druckimpulse bereitzustellen und den Kondensator für andere Modi von der Energieversorgung zu entfernen, wobei Einschränkungen der Agilität der Energieversorgung 11 vermieden werden, um programmierbare Energieniveaus schnell bereitzustellen.
-
In einer Ausführungsform umfasst der Pfad 15 einen Ableitwiderstand 28, der in 2 dargestellt ist. Der Ableitwiderstand 28 ist mit dem Kondensator 16 parallel verbunden, um die Ladung langsam vom Kondensator 16 abzuleiten. In alternativen Ausführungsformen ist der Ableitwiderstand 28 nicht vorgesehen und/oder es sind andere Komponenten zur Ladungsreduzierung vorgesehen.
-
Für den Betrieb des Senders 13 mit der Energieversorgung 11 ist ein Kondensator 26 von dem Eingang des Senders 13 oder Ausgang 12 der Energieversorgung 11 mit der Erdung verbunden. Die Verbindung ist fest und verbindet ohne Umschalten mit der Erdung. Der Kondensator 26 ist nicht von der Erdung und/oder dem Ausgang 12 trennbar, kann es aber sein. Der Kondensator 26 ist ein einzelner Kondensator oder eine Kondensatorbank. Der Kondensator 26 weist eine geringere Kapazität als der Kondensator 16 auf, beispielsweise 0,8 mF mit einem Energiespeicher zur Versorgung der Sender 13. Diese geringere Kapazität ermöglicht ein schnelleres Wiederaufladen, sodass das Sendersystem in unterschiedlichen Modi mit geringer Wiederaufladungszeit arbeitet, wie beispielsweise einer kürzeren Wiederaufladungszeit als der Kondensator 16. Der Kondensator 26 kann im B-Modus, Farb- oder Flussmodus oder in anderen Modi ohne Verzögerung verwendet werden, da das Wiederaufladen während der Umlaufscanzeit erfolgen kann.
-
Das Sendersystem und/oder die Energieversorgung 11 werden von einer Steuerung 30 gesteuert. 3 zeigt die Steuerung 30 und die Steueranordnung für die Energieversorgung 11 und das Sendersystem. Die Steuerung 30 ist eine integrierte Schaltung, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder eine feldprogrammierbare Gate-Anordnung. Alternativ sind diskrete Komponenten oder eine andere Schaltung vorgesehen. Die Steuerung 30 ist durch Software, Hardware und/oder Firmware konfiguriert, um den Schalter 18 und/oder die Energieversorgung 11 zu steuern.
-
Die Steuerung 30 steuert den Schalter 18 und die Sendeenergieversorgung 11. Zur Steuerung des Schalters 18 wird von der Steuerung 30 ein Steuersignal an das Gate des Schalters 18 ausgegeben (z.B. an die Gates der Back-to-Back-Schalter). Wenn der Schalter 18 aus mehreren Transistoren gebildet ist, wird jedem das gleiche Steuersignal zur Verfügung gestellt. Alternativ werden den unterschiedlichen Transistoren separate Steuersignale zur Verfügung gestellt.
-
Zur Steuerung der Sendeenergieversorgung 11 gibt die Steuerung 30 Spannungs- und/oder Stromsteuersignale aus. Die von der Energieversorgung 11 bereitgestellte Spannung und der Strom können separat gesteuert werden, um dem Sender 13 die gewünschte Ausgangsenergie zur Verfügung zu stellen und/oder den Kondensator 16 zu laden. Der Hauptzweck der Stromsteuerung ist das Bestimmen der Änderungsrate der Spannung am Versorgungsausgang 12. Die Steuerung des Stroms während der Spannungsänderung und Wiederaufladungsintervallen steuert die thermische und elektrische Belastung innerhalb der Versorgung 11.
-
Die Steuerung 30 ist konfiguriert, um den Schalter 18 im B-Modus oder anderen nicht-elastischen Bildgebungsmodi offen zu halten und den Schalter 18 in der Elastizitätsmodus-Bildgebung zu schließen. Der Kondensator 16 benötigt Zeit zum Laden, ist also für andere Bildgebungsmodi als den Elastizitätsmodus oder einen anderen Modus mit Wellenformen von zehn oder mehr Zyklen oder mehr Energie um den Faktor 2 oder mehr als B-Modus-Impulse nicht aktiv. Für den B-Modus, den Farbflussmodus, den M-Modus oder andere Nicht-Elastizitätsmodi wird der Schalter 18 so gesteuert, dass er offen ist. Wenn der Schalter 18 geschlossen ist, kann der Schalter 18 ohne Verzögerung geöffnet werden. Das Öffnen des Schalters 18 bewirkt, dass der Kondensator 16 fließt, indem der Pfad 15 von der Erdung getrennt wird. Dadurch liefert der Kondensator 16 keine Energie zum Sender und es wird keine Ladung hinzugefügt. Der Schalter 18 wird während des unterschiedlichen Modus oder der Modi (d.h. während der Nicht-Elastizitätsmodi der Bildgebung) immer offen gehalten. Dadurch kann die Energieversorgung 11 in Echtzeit zwischen unterschiedlichen Energieniveaus (z.B. Spannung und/oder Strom) wechseln, wenn sich der Scan-Modus ändert. Wenn eine Verschachtelung für das Scannen in unterschiedlichen Modi vorgesehen ist, kann der Kondensator 26 der festen Verbindung schnell genug aufladen, um die Änderung des Niveaus ohne Verzögerung beim Scannen zu ermöglichen.
-
Die Steuerung 30 ist konfiguriert, um den Schalter für die Ultraschallbildgebung im Elastizitätsmodus zu schließen. Um zu vermeiden, dass die Energie der für den Druckimpuls zu erzeugenden Wellenform mit vielen Zyklen im Laufe der Zeit abfällt, wird der Kondensator 16 durch Schließen des Schalters 18 aufgeladen und dann verwendet, um mit der Energieversorgung 11 Energie über die Länge oder Zeit des Druckimpulses bereitzustellen.
-
Für den Elastizitätsmodus kann der Schalter 18 geschlossen und geöffnet werden. Der Schalter 18 wird geschlossen, um den Kondensator 16 zu laden und anschließend den Druckimpuls zu erzeugen. Um Impulse im Elastizitätsmodus nachzuverfolgen, kann der Schalter 18 geöffnet werden. Die Ladezeit für den Kondensator 16 kann akzeptabel sein, da der Druckimpuls nicht direkt zur Bildgebung verwendet wird, sondern Nachverfolgungsimpulse zur Messung der Wirkung des Druckimpulses verwendet werden. Der Schalter 18 wird zur Nachverfolgung geöffnet und für den Druckimpuls geschlossen. Jede Ladezeit (z.B. ungefähr 1 Sekunde) vor jedem Druckimpuls kann akzeptabel sein, da die Bildrate für die Elastizitätsbildgebung niedriger sein kann als für den B-Modus oder andere Bildgebungsmodi. In alternativen Ausführungsformen wird der Schalter 18 sowohl für Druck- als auch für Nachverfolgungsimpulse im Elastizitätsmodus geschlossen gehalten. In noch einer weiteren Ausführungsform steht den Sendern 13 mehr als eine Sendeenergieversorgung 11 zur Verfügung, und die Sender 13 können schnell aus diesen mehreren Versorgungen 11 auswählen. Alle, einige oder nur eine Versorgung 11 umfasst den Schalter 18 und den entsprechenden Pfad 15, während eine der anderen Versorgung oder Versorgungen 11 für andere Modi verwendet wird. Dies ermöglicht eine noch flexiblere Nutzung der Versorgung. So kann beispielsweise die Versorgung 11 für den Elastizitätsmodus zum Beispiel zur Druckimpulserzeugung aufgeladen werden, während die andere Versorgung 11 zur Nachverfolgung verwendet wird. Wenn der Elastizitätsmodus nicht verwendet wird, stehen die Versorgung 11 und andere Versorgungen zur Verfügung.
-
Die Steuerung 30 ist konfiguriert, um die Energieversorgung 11 und den Schalter 18 zum Schließen des Schalters 18 nach dem Aufbau einer Spannung am Kondensator 16 zu steuern. Die Spannung am Kondensator 16 kann sich um verschiedene Beträge unterscheiden, wie z.B. um 30 Volt Differenz (z.B. 75 Volt am Ausgang 12 und 45 Volt am Schalter 18). Würde der Schalter 18 schließen, würde die Spannungsdifferenz zu einem unerwünschten Spitzenstrom führen. Um den unerwünschten Strom zu vermeiden, wird die Spannung am Kondensator 16 gemessen. Bei einem Spannungsabfall wird die Sendeenergieversorgung 11 so eingestellt, dass die Spannung am Ausgang 12 reduziert oder erhöht wird. Die Einstellung führt zu einer im Wesentlichen Null-Spannung am Kondensator 16. Im Wesentlichen bezeichnet hierbei +/-2 Volt. Sobald die Spannung am Kondensator 16 im Wesentlichen Null oder bei Null Volt ist, wird der Schalter 18 geschlossen (d.h. der Schalter 18 wird nur dann von offen auf geschlossen geschalten, wenn eine Spannung am Schalter im Wesentlichen Null ist).
-
Die Steuerung 30 ist konfiguriert, um einen Strom von der Energiequelle oder der Versorgung 11 zu steuern, wenn der Schalter 18 zum Laden des Kondensators 16 geschlossen ist. Die Aufladung erfolgt zunächst vor der Übertragung des Druckimpulses und kann im Elastizitätsmodus erfolgen. Die Energieversorgung 11, wie beispielsweise der Regler mit niedrigem Abfall 24, kann sich überhitzen. Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird der Strom, der zum Laden des Kondensators 16 über die Energieversorgung 11 bereitgestellt wird, begrenzt. Sobald der Schalter 18 geschlossen ist, beginnt sich der Kondensator 16 zu laden. Der Strom ist begrenzt, sodass das Laden 1 Sekunde oder eine andere Zeitspanne in Anspruch nehmen kann, um eine Schmelze oder Schäden durch Überhitzung zu vermeiden. Es kann 1 Sekunde dauern, bis die Spannung hergestellt ist, um das Schließen des Schalters 18 zu ermöglichen und den Kondensator 16 nach dem Schließen zu laden. Es kann nur 50 ms dauern, bis die Spannung am Schalter 18 auf nahezu Null eingestellt ist. 50 ms Schwenkzeiten können für andere Modi erwünscht sein, wenn der Schalter 18 fast sofort schließt. Das Laden des Kondensators 16 dauert zusätzlich, z.B. bis zu 1 Sekunde. Andere Zeiträume können genutzt werden.
-
Im Elastizitätsmodus kann die Ladung des Kondensators 16 verwendet werden, um einen Teil der Energie an den Sender 13 zu liefern. Dies führt zu einer Reduzierung der Ladung auf den Kondensator 16. Der Strom aus der Energieversorgung 11 kann zum Wiederaufladen im laufenden Betrieb oder im Elastizitätsmodus gesteuert werden. So ist beispielsweise eine 100 Hz Impulsfolgefrequenz vorgesehen. Die 100 Hz Impulsfolgefrequenz kann für ca. 1 Sekunde beibehalten werden. Die verwendete Ladungsmenge kann in ca. 10 ms ersetzt werden. So wird beispielsweise die Energie über ca. 0,3 ms ausgegeben, dann wird der Kondensator über 10 ms geladen. Es können auch andere Zeiten verwendet werden. Der Ausgangsstrom des Reglers mit niedrigem Abfall ist begrenzt, um eine Wiederaufladung über die 10 ms oder einen anderen Zeitraum zu ermöglichen und eine Überhitzung zu vermeiden.
-
Um den Elastizitätsmodus mit dem B-Modus oder anderen Modi zu verschachteln, können die Sender 13 eine Sequenz von Sendewellenformen für die unterschiedlichen Modi erzeugen. Die Energieversorgung 11 ist programmiert, um die Energie (z.B. das Spannungsniveau) so zu ändern, dass sie für die unterschiedlichen Modi unterschiedlich ist und aufgrund der Verschachtelung zwischen zwei oder mehreren Energieniveaus wechselt. Der Schalter 18 und die Energieversorgung 11 werden so gesteuert, dass sie bei Bedarf die unterschiedlichen Energieniveaus und Energien bereitstellen.
-
4 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Energieversorgung zum Erzeugen von Druckimpulsen in der Elastizitätsmodus-Bildgebung durch einen Ultraschallscanner. Das Verfahren verwendet eine geschaltete Kapazität für die Elastizitätsmodus-Bildgebung und schaltet die Kapazität für andere Modi ab. Das Ultraschallsystem von 1, das Sendersystem von 2 und/oder die Energieversorgung von 3 werden zur Durchführung des Verfahrens verwendet. Es können auch andere Systeme mit einer geschalteten Kapazität verwendet werden.
-
Das Verfahren wird in der angezeigten Reihenfolge oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt (z.B. Schritt 42, dann Schritt 48 oder umgekehrt). Es können zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Schritte vorgesehen werden. So werden beispielsweise die Schritte 44 und/oder 46 nicht ausgeführt. Als ein weiteres Beispiel wird Schritt 42 ausgeführt, ohne Schritt 48 auszuführen, z.B. wenn die Elastizitätsmodus-Bildgebung der einzige Modus ist, der für einen bestimmten Zeitraum verwendet wird.
-
In Schritt 42 wird die kapazitätsbasierte Energie eingeschaltet. Eine Steuerung schließt einen Schalter und verbindet einen Kondensator mit einem Eingang des Senders oder einem Ausgang der Energieversorgung. Der Kondensator versorgt den Sender zusammen mit der Energieversorgung mit Energie. Da der Kondensator als geschaltete Energiequelle dient, wird ein Abfall der für die Druckimpulse in der Elastizitätsmodus-Bildgebung gelieferten Energie begrenzt oder vermieden. Insbesondere kann der Abfall bei Schalt-Impulsgebern begrenzt und bei linear angetriebenen Impulsgebern vollständig eliminiert werden.
-
Für die Elastizitätsmodus-Bildgebung wird die kapazitätsbasierte Energie eingeschalten. Sobald der Elastizitätsmodus aktiviert ist oder zur Vorbereitung auf den Elastizitätsmodus, wird der Kondensator in die Energieversorgung des Senders eingeschalten. Der Kondensator wird für Druckimpulse und/oder Druck- und Nachverfolgungsimpulse des Elastizitätsmodus eingeschalten. In einer Ausführungsform wird die Kapazität für Druckimpulse und nicht für Nachverfolgungsimpulse eingeschalten (d.h. für Nachverfolgungsimpulse ausgeschalten).
-
Um die kapazitätsbasierte Energie einzuschalten, steuert die Steuerung Transistoren. Ein Steuersignal wird an einen Schalter gesendet, der in Reihe mit dem Kondensator oder der Kondensatorbank verbunden ist. Das Steuersignal schaltet einen oder mehrere Transistoren ein, wobei der Kondensator mit der Erdung verbunden wird.
-
Um einen unerwünschten Strom zu vermeiden, kann das Einschalten nach dem Aufbau einer im Wesentlichen Nullspannung am Kondensator in Schritt 44 erfolgen. Die Steuerung misst eine Spannung am Kondensator, beispielsweise an einem parallel zum Kondensator verbundenen Ableitwiderstand. Wenn die Spannung am Kondensator nicht im Wesentlichen Null ist, wird die Spannung der Energieversorgung so eingestellt, dass die Spannung am Kondensator im Wesentlichen Null ist. Der Schalter wird dann geschlossen.
-
Um eine Überhitzung der Energieversorgung zu vermeiden, wird der Strom aus der Energieversorgung zum Laden des Kondensators im Schritt 46 begrenzt. Die Steuerung steuert die Energieversorgung, um den Ausgangsstrom zu begrenzen. Der Kondensator wird geladen, bevor ein Druckimpuls gesendet wird. Die Strombegrenzung ist gleich oder unterschiedlich für die Anfangsladung gegenüber dem Wiederaufladen für nachfolgende Druckimpulse während einer Aktivierung der Elastizitätsmodus-Bildgebung. Der Strom wird basierend auf der Vermeidung von Überhitzung und/oder der verfügbaren Ladezeit begrenzt. Für eine Erstladung stehen eine oder mehrere Sekunden zur Verfügung, um den Schalter zu schließen, um die kapazitätsbasierte Energie einzuschalten und den Kondensator nach dem Schließen aufzuladen, um die Energie bereitzustellen. Für nachfolgende Druckimpulse kann weniger als die gesamte Energie aus dem Kondensator abgeleitet werden. Infolgedessen kann ein unterschiedliches Stromniveau zum Wiederaufladen bereitgestellt werden, z.B. Strom zum Wiederaufladen über 10 ms oder einen anderen Zeitraum.
-
5 zeigt ein Zeitdiagramm für die Schritte 42, 44 und 46. Der Zeitpunkt für mehrere Schaltsequenzen - zwischen B-Modus in den Zeiträumen 50, 54 und 62 und Druckimpulse oder den Elastizitätsmodus in den Zeiträumen 52 und 60 und den Dopplermodus in dem Zeitraum 58. Der Schalter ist während des Zeitraums 50 geöffnet. In diesem Zeitraum 50 kann es zu einer B-Modus-Bildgebung kommen. Am Ende der B-Modus-Bildgebung wird die Bodenplatte des Kondensators auf 0 Volt entladen. Die Spannung der Deckplatte entlädt sich ebenfalls auf nahezu Null Volt. Im Zeitraum 52 ist der Schalter geschlossen. Die Bodenplatte bleibt bei 0 Volt, und die Deckplatte lädt sich auf die Spannung auf, um den Druckimpuls zu liefern und Impulse des Elastizitätsmodus nachzuverfolgen. Der Druckimpuls und die Nachverfolgungsimpulse werden dann erzeugt. Für das Scannen im B-Modus nach dem Betrieb im Elastizitätsmodus wird der Schalter im Zeitraum 54 geöffnet. In diesem Zeitraum 54 wird die Spannung der Deckplatte auf die Spannung für die B-Modus-Bildgebung erhöht, sodass der Betrieb mit einer B-Modus-Zielspannung möglich ist. Die Spannung der Bodenplatte wird ebenfalls erhöht. Am Ende des Zeitraums 54 wird die Deckplatte auf eine geringere Spannung entladen, während die Bodenplatte auf 0 Volt entladen wird. Im Zeitraum 56 wird der Schalter wieder geschlossen. Während dieses Zeitraums 56 wird die Deckplatte auf die Spannung zum Liefern der Druck- und Nachverfolgungsimpulse aufgeladen, welche erzeugt werden. Wenn die Doppler-Bildgebung verschachtelt ist, kann der Schalter im Zeitraum 58 geöffnet werden. Während des Zeitraums 58 wird die Deckplatte entladen, um eine niedrigere Zielspannung für die Energieversorgung von Dopplerübertragungen zu erreichen, was zu einer Entladung der Bodenplatte führt, beispielsweise unter 0 Volt. Die Dopplerimpulse werden erzeugt. Am Ende des Zeitraums 58 wird die Bodenplatte auf 0 Volt aufgeladen. Im Zeitraum 60 werden für den Elastizitätsmodus andere Druck- und Nachverfolgungsimpulse erzeugt, sodass die Deckplatte auf die Elastizitätsmodusspannung aufgeladen wird und dann die Impulse erzeugt werden. Im Zeitraum 62 kehrt das Scannen zur B-Modus-Bildgebung zurück, sodass der Schalter geöffnet wird, die Deckplatte auf die Zielspannung für die B-Modus-Übertragung geladen wird und dann B-Modus-Impulse erzeugt werden. Andere Sequenzen und entsprechende Ladungen und Entladungen können verwendet werden. Der Wechsel vom Dopplermodus in den Elastizitätsmodus zeigt, warum der Schalter in beiden Polaritäten sowohl leiten als auch isolieren muss, da die Spannung der Bodenplatte unter 0 Volt fallen kann.
-
Es ist nicht erforderlich, dass der Schalter für Nicht-Elastizitätsmodi geöffnet werden muss. Wenn die Spannung auf einem für den anderen Modus erforderlichen Niveau liegt, muss der Schalter nicht geöffnet werden. Der Hauptgrund, den Schalter im Nicht-Elastizitätsmodus zu öffnen, ist eine Vereinfachung, um die Spannung schnell auf die für diesen Nicht-Elastizitätsmodus benötigten Wert einzustellen. Wenn keine Änderung erforderlich ist, kann der Schalter geschlossen bleiben. Die Energieversorgung ist programmierbar, sodass sie über den gesamten Bereich nahezu kontinuierlich einstellbar ist. Die Versorgung kann auf einen engeren Satz verwendeter Spannungen beschränkt werden, um die Anzahl der Spannungswechselereignisse zu minimieren.
-
In erneuter Bezugnahme zu 4 wird die Energieversorgung durch den Kondensator im Schritt 48 abgeschaltet. Der Kondensator ist von der Erdung getrennt, sodass der Kondensator keine Energie an den Sender abgibt und keine Ladung hinzugefügt wird. Diese Trennung ist für alle anderen Bildgebungsmodi vorgesehen (z.B. für andere Modi als den Elastizitätsmodus). Durch das Entfernen des Kondensators als Energiequelle entfällt die Zeit zum sicheren Wiederaufladen des Kondensators. Dadurch kann die Energieversorgung das zu liefernde Energieniveau (z.B. das Spannungsniveau) schneller anpassen. Dies kann zu einer schnelleren Bildrate oder Impulsfolgefrequenz führen, als wenn der Kondensator eingeschalten wäre.
-
Obwohl die Erfindung voranstehend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu beachten, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, die voranstehende detaillierte Beschreibung nicht als einschränkend, sondern als veranschaulichend zu betrachten, und es ist zu verstehen, dass es die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, sind, die dazu bestimmt sind, Geist und Umfang dieser Erfindung zu definieren.
