DE10336101A1

DE10336101A1 - Ultraschallsendeimpulsgeber mit Empfangskopplung und Verfahren zur Verwendung

Info

Publication number: DE10336101A1
Application number: DE10336101A
Authority: DE
Inventors: Robert Sammamish Phelps; David A. Fall City Petersen
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: US20040000841A1; US6891311B2; DE10336101B4

Abstract

Sendeimpulsgeber mit einer H-Brücke aus vier Transistoren (86). Der erste und der zweite Transistor (86) der H-Brücke ist mit einer ersten Elektrode (80) des Transducerelements (24) verbunden, und der dritte und vierte Transistor (86) der H-Brücke ist mit einer zweiten Elektrode (82) des Transducerelements (24) verbunden. Ein Differenzempfangsverstärker (94) verbindet den ersten und dritten Transistor (86). Eine erste und zweite Klemmdiode ist mit dem ersten und dritten Transistor (86) und mit Eingängen des Differenzempfangsverstärkers (94) verbunden. Der zweite und vierte Transistor (86) ist mit der gleichen Leistungs- oder Energiequelle verbunden, die entweder in einer Vorwärts- oder in einer Rückwärtsrichtung die gleiche Spannung liefert. Durch Verwendung von abgestimmten Transistorpaaren (beispielsweise ein erstes und drittes abgestimmtes Paar und ein zweites und viertes abgestimmtes Paar) werden symmetrische Sendewellenformen erzeugt. Symmetrische Sendewellenformen erlauben die Verwendung einer Phaseninversion oder von Phasendifferenzen zwischen Sendewellenformen für ein Imaging, beispielsweise ein Harmonic-Imaging von Gewebe. Spektralinhalte der symmetrischen Wellenformen sind schmäler oder enthalten weniger harmonische Information.

Description

Die Erfindung betrifft Sendeimpulsgeber zur Ultraschallabbildung. Insbesondere werden Sendeimpulsgeber geschaffen, die Verbindungen zu Empfangsschaltungen aufweisen.
Ultraschallaufnahmen für Echokardiogrammanwendungen erfordern Transducer mit hohen Volumen-Pro-Zeit Abtastraten. Für das Abbilden von bewegten Strukturen in Echtzeit werden pro Sekunde 20 oder mehr, beispielsweise 35 zwei- oder dreidimensionale Darstellungen erzeugt. Eine große Informationsmenge wird also von einer Ultraschallsonde an eine Ultraschallsystembasiseinheit übertragen.
Verschiedene Transducer und in Zusammenhang stehende Strahlenformer sind für dreidimensionale Ultraschallaufnahmen geschaffen worden. Gegenwärtig werden in erster Linie mechanische Transducer verwendet. Die damit erzeugten Aufnahmen werden jedoch nicht in Echtzeit geliefert, und erfordern typischerweise ein EKG-Gating. Ebenso sind zweidimensionale Transduceranordnungen für ein schnelleres elektronisches Steuern und Volumenerfassen geschaffen worden. Beispielsweise werden verstreute (dünnabgetastete bzw. besetzte) zweidimensionale Anordnungen oder vollabgetastete bzw. besetzte zweidimensionale Anordnungen verwendet. Die verstreuten Anordnungen (Sparse-Arrays) liefern eine schlechte Kontrastauflösung.
Vollbesetzte zweidimensionale Anordnungen verwenden eine teure zusätzliche Strahlenformungs-Hardware. Zweidimensionale Anordnungen erzeugen wiederholt Sendestrahlen und Antwortempfangsstrahlen. Die Strahlen werden innerhalb des dreidimensionalen Rauminhalts gesteuert. Eine elektronische Steuerung erfordert einen Systemkanal für jedes der verwendeten Elemente. Da die Anzahl von Elementen in einer zweidimensionalen Anordnung groß ist, ist die Anzahl an erforderlichen Kanälen groß. Mehr Kanäle benötigen eine größere Anzahl von Kabeln. Das Bereitstellen eines Strahlenformens oder eines teilweisen Strahlenformens innerhalb der Sonde der Transduceranordnung kann die Anzahl an erforderlichen Kabeln reduzieren, jedoch bleibt die erforderliche Anzahl an Kanälen und an Hardware für das Abtasten der zweidimensionalen Anordnung groß. Darüber hinaus sind analoge Verzögerungsglieder, die zum Strahlenformen in der Sonde verwendet werden, teuer und groß, und der Strahlenformer in der Sonde kann eine begrenzte Programmierbarkeit aufweisen.
Die Transduceranordnungen weisen Elemente mit einer Masseelektrode und einer Signalelektrode auf, die schaltbar mit separaten Sende- und Empfangssystemkanälen verbunden werden. Wenn das Strahlenformen in der Sonde erfolgt, sind in der Sonde ebenfalls Hochspannungstransistoren oder Dioden enthalten, die als Schalter arbeiten, um die Sendekanäle von den Empfangskanälen zu isolieren (trennen). Diese Hochspannungsvorrichtungen sind schwer in Strahlenformschaltkreise zu integrieren, so dass zusätzlicher Platz benötigt wird.
In einem System, das in der US 5,622,177 offenbart ist, ist die Anzahl von Systemkanälen und Kabeln reduziert, indem ein Zeitmultiplexverfahren (TDM) verwendet wird. Daten von einer Mehrzahl von Elementen werden auf eine einzelne Leitung gemultiplext. Die zeitgemultiplexten Daten (TDM-Daten) haben jedoch andere Eigenschaften als herkömmliche Daten, die das Signal von einem einzelnen Transducerelement repräsentieren. Eine Empfangsschaltungstechnik, die zur Verwendung mit herkömmlichen Daten ausgelegt ist, kann daher Rauschen oder Fehler in die zeitgemultiplexten Daten einbringen bzw. erzeugen.
Einleitend sei gesagt, dass die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele Ultraschallsendeimpulsgeber mit Empfangskopplung aufweisen, und in Zusammenhang stehende Verfahren verwenden. Ein erster Schalter ist zwischen das Transducerelement und einen Empfangsverstärker geschaltet. Ein zweiter Schalter ist zwischen das Transducerelement und eine Energiequelle geschaltet. Beide Schalter werden verwendet, um Sendewellenformen zu erzeugen. Der zweite Schalter, der mit der Energiequelle verbunden ist, wird geöffnet, und der erste Schalter, der mit dem Empfangsverstärker verbunden ist, wird dann während der Empfangsoperation geschlossen. Eine Klemmdiode, die mit dem Empfangsverstärker verbunden ist, und der erste Schalter klemmen die Spannung am Empfangsverstärker, und dienen während der Hochspannungssendeoperation als eine virtuelle Masse, erlauben jedoch, dass die Empfangssignale mit sehr viel kleinerer Amplitude zum Empfangsverstärker während der Niederspannungsempfangsoperation gelangen.
Gemäß einem Aspekt weist eine H-Brücke von Transistoren vier Transistoren auf. Ein erster und ein zweiter Transistor der H-Brücke sind mit einer ersten Elektrode eines Transducerelements verbunden, und ein dritter und vierter Transistor der H-Brücke sind mit einer zweiten Elektrode des Transducerelements verbunden. Ein Differenzempfangsverstärker ist mit dem ersten und dritten Transistor verbunden. Eine erste und zweite Klemmdiode sind jeweils mit dem ersten und dritten Transistor und mit den Eingängen des Differenzempfangsverstärkers verbunden. Der zweite und vierte Transistor sind mit einer gleichen Energie- oder Spannungsquelle verbunden, die die gleiche Spannung sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung liefert. Durch Verwendung eines abgestimmten Transistorpaares (beispielsweise ein erstes und drittes abgestimmtes Paar und ein zweites und viertes abgestimmtes Paar), werden symmetrische Sendewellenformen erzeugt. Die symmetrischen Sendewellenformen erlauben die Verwendung einer Phaseninversion oder von Phasendifferenzen zwischen Sendewellenformen, beispielsweise für eine harmonische Abbildung (Harronic-Imaging) von Gewebe. Der Spektralinhalt von symmetrischen Sendewellenformen beinhaltet weniger gleiche harmonische Information.

Die Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt soll eine Einschränkung dieser Ansprüche darstellen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.

Die Komponenten und die Figuren sind nicht maßstabsgetreu, statt dessen sollen die Prinzipien der Erfindung hervorgehoben werden. Darüber hinaus kennzeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in verschiedenen Ansichten.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallsystems zum Empfangen unterschiedlicher Signaltypen von unterschiedlichen Transducersonden.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Empfangen von Daten, die mit einer Mehrzahl von Transducerelementen in Zusammenhang stehen, auf einen einzelnen Kabel.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Transducers mit isolierten Sende- und Empfangskanälen.
4 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Senders.
5 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Senders.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels, das die Verwendung von isolierten Sende- und Empfangskanälen gemäß 5 darstellt, um akustische Informationen zu senden und zu empfangen.
7 zeigt eine graphische Darstellung von unipolaren Impulsen mit entgegengesetzten Phasen.
8 zeigt eine graphische Darstellung einer mehrdimensionalen Transduceranordnung.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Inneren einer Sonde, die eine mehrdimensionale Transduceranordnung aufweist, die mit Leiterplatten verbunden ist.
10 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer mehrdimensionalen Anordnung, die aus Modulen aufgebaut ist.
11A und 11B zeigen graphische Darstellungen von Schritten, die bei der Herstellung einer mehrdimensionalen Anordnung, die vorgeschnittene (pre-diced) Module verwendet, durchgeführt werden.
12 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sendeimpulsgebers mit Empfangskopplung.
13 zeigt eine graphische Darstellung einer bipolaren Sendewellenform gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ein Sendeimpulsgeber mit einer Verbindung zu einem Empfangsvorverstärker, wie in 12 gezeigt, liefert im Wesentlichen symmetrische Sendewellenformen. Eine H-Brücke von Transistoren ist mit einem Transducerelement verbunden, zwischen einer Energiequelle und einem Differenz Empfangsvorverstärker. Klemmdioden sind mit Eingängen des Differenzempfangsvorverstärkers verbunden. Durch Verwendung eines abgestimmten Transistorpaares werden symmetrische Sendewellenformen erzeugt. Der Sendeimpulsgeber kann in einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit)-Bauelement innerhalb einer Sonde ausgebildet sein. Durch Implementieren des Sendeimpulsgebers in der Sonde kann eine große Anzahl an Transducerelementen verwendet werden, ohne dass zusätzliche Kabel benötigt werden, die das Sondengehäuse mit einer Basisabbildungseinheit verbinden.
Ein schnelleres oder komplexeres zweidimensionales oder dreidimensionales Ultraschallabbildes (Ultraschall-Imaging) wird durch Verwendung eines Multiplexverfahrens von einer Sonde geschaffen. Ein Multiplexer ist innerhalb einer Sonde angeordnet, so dass Information von mehreren Transducerelementen auf einen Signalkanal gemultiplext wird, zur Übertragung an eine Basiseinheit oder an ein Ultraschallsystem zur weiteren Verarbeitung. Um zu vermeiden, dass man unterschiedliche Systeme für unterschiedliche Typen von Transducern hat, kann die Empfangsschaltung eines Ultraschallsystems in verschiedenen Modi betrieben werden, basierend auf dem Format der Signale, die durch den Transducer geliefert werden. Unterschiedliche Sendeimpulsgeber können verwendet werden, beispielsweise der in 12 gezeigte Impulsgeber. Alternativ kann eine Sende- und Empfangsweg Separation, wie in den 3 bis 5 gezeigt, verwendet werden. Um die Anzahl an Kanälen, die eine Sonde mit einem Ultraschallsystem verbinden, weiter zu minimieren, ohne die Größe der Sonde nachteilig zu beeinflussen, wird ein Sendekanal von dem Empfangskanal durch ein Transducerelement getrennt. Diese Separation isoliert den Sendekanal während die Integration von Hochspannungsvorrichtungen in der Sonde minimiert wird. Um dem Element die Isolation des Sende- und Empfangskanals zu erlauben, wird die Transduceranordnung aus separat geschnittenen (einem Dicen unterzogen) Modulen hergestellt, wobei jedes Modul Signalverläufe zu gegenüberliegenden Seiten jedes Elements aufweist.
Die im vorangegangenen diskutierten Sendeimpulsgeberentwicklungen für ein Multiplexverfahren können unabhängig von dem Multiplexen oder von anderen Merkmalen verwendet werden. Diese unabhängigen Entwicklungen oder Merkmale werden in den folgenden vier allgemeinen Abschnitten beschrieben. Empfangsschaltkreise zum Empfang von Information, die mit unterschiedlichen Signalformaten in Zusammenhang steht, oder zum Empfang von lediglich gemultiplexten Formaten, werden zuerst beschrieben. Die Isolation des Sendewegs von dem Empfangsweg unter Verwendung eines Transducerelements und damit in Zusammenhang stehende Verfahren zur Verwendung werden als zweites beschrieben. Als drittes wird ein alternativer Sendeimpulsgeber beschrieben, der mit einem Empfangsverstärker in Verbindung steht, ohne einen bestimmten Sende/Empfangs-Routingschalter aufzuweisen. Abschließend werden Transduceranordnungen und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben.
EMPFANGSSCHALTKREIS
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallsystems 10. Das System 10 weist eine Basiseinheit 12 mit einer Empfangsschaltung 14 und einem Bildprozessor 16 auf. Die Empfangsschaltung 14 kann mit unterschiedlichen Typen von Transducersonden 18, 20 über ein Kabel 22 verbunden werden. Eine Mehrzahl von Empfangsschaltungen 14 ist mit den Sonden 18, 20 zur Verarbeitung der Signale von einer Anordnung von Elementen 24 elektrisch verbindbar. Darüber hinaus können verschiedene oder weniger Komponenten in dem System 10 angeordnet sein, beispielsweise nur ein Typ von Transducersonde 18, 20.
Eine Transducersonde 20 weist eine Anordnung von piezoelektrischen oder mikroelektromechanischen Elementen 24 auf zur Umwandlung zwischen akustischer und elektrischer Energie. Die Sonde 20 weist ein einzelnes Element, eine lineare Anordnung von Elementen oder eine mehrdimensionale Anordnung von Elementen auf. Die Sonde 20 weist auch ein Gehäuse auf, welches die Anordnung aufnimmt. Das Gehäuse ist als Handgerät ausgebildet, oder kann für eine Einführung in Hohlräume oder für ein Herz-Kreislauf-System eines Patienten geformt sein. Die Sonde 20 ist mit der Empfangsschaltung 14 durch ein Kabel 22 für jedes Element 24 der Anordnung verbunden. Jedes Kabel 22 liefert ein analoges Signal, welches die akustische Energie repräsentiert, die an einem einzelnen Element 24 empfangen worden ist. Die auf dem Kabel 22 von der Sonde 20 gelieferte Signalisierung weist herkömmliche Signale auf, welche nicht multigeplext sind, oder andere Zwischenschaltungen zwischen dem Element 24 und dem Verbindungsanschluß 32. Die Sonde 20 liefert Signale oder andere Informationen, die anderes formatiert sein können als die Signale von der Sonde 18.
Die Sonde 18 enthält eine lineare oder mehrdimensionale Anordnung von Elementen 24, die mit einem Multiplexer 26 verbunden sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind 1536 Elemente 24 als eine zweidimensionale oder mehrdimensionale Anordnung konfiguriert. Die Sonde 18 weist auch ein Gehäuse auf, welches die Anordnung aufnimmt. Das Gehäuse ist als ein Handgerät ausgebildet oder kann zur Einführung in Hohlräume oder für ein Herz-Kreislauf-System eines Patienten geformt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält die Transducersonde 18 eine mehrdimensionale Transducersonde, die hergestellt wird, indem Module verwendet werden, die im folgenden beschrieben werden. Jedoch können auch andere lineare oder mehrdimensionale Anordnungen verwendet werden, die eine Grundebene verwenden oder mit einer separaten Signalgebung von einer PZT-Komponente (piezoelektrische Komponente) oder Module können verwendet werden.
Die Sonde 18 enthält Vorverstärker 35 und Zeitgewinnsteuerungen 37 als einen Empfangskanal 64 vor dem Multiplexen. Der Empfangskanal 64 ist mit dem Element 24 verbunden. Die vorverstärkte und zeitgewinngesteuerte Information wird an Abtast- und Halteschaltungen 60 geliefert. Die Abtast- und Halteschaltung 60 enthält analoge Verzögerungsglieder, um analoge Information von mehreren Elementen 24 auf ein Ausgangssignal zu Multiplexen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel existiert keine Abtast-Haltefunktion. Analoge Wellenformen werden im Takt mit keiner "Halte"-Operation und keiner "Analog-Verzögerungs"-Operation verschachtelt. Die Verwendung eines Abtastens und Haltens ist kein Erfordernis, sondern eine mögliche Alternative.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel verbrauchen die Empfangsschaltungen in der Sonde weniger als 5 Watt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Multiplexer 26 für jeweils acht Elemente 24 angeordnet, jedoch kann ein einzelner Multiplexer für alle Elemente oder für eine andere Anzahl von Elementen angeordnet sein. Der Multiplexer 26 weist ein analoges oder digitales Schalternetz auf, welche Schalter auf eine Sondensteuerung 28 antworten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kombiniert der Multiplexer 26 von einer Mehrzahl von Elementen 24, indem ein Zeitmultiplexverfahren verwendet wird. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Frequenzmultiplexverfahren oder ein anderes bereits bekanntes oder zukünftiges Multiplexverfahren verwendet werden. Die Sondensteuerung 28 steuert den Multiplexer 26 in Antwort auf ein Taktsignal, so dass analoge Signale von jedem der Elemente innerhalb eines Rahmens der Zeitmultiplexinformation einem bestimmten Zeitschlitz zugewiesen werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Sonde 18 und der in Zusammenhang stehende Multiplexer 26 eine zeitgemultiplexte Sonde auf, wie in der US 5,622,177 diskutiert, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung wird. Darüber hinaus können andere oder weniger Komponenten in der Sonde 18 gebildet sein, beispielsweise zusätzliche Verstärker oder Filter in der Sonde 18, oder es kann eine Sonde ohne Vorverstärker oder Zeitgewinnsteuerung gebildet werden.
Der Multiplexer 26 gibt zeitmultigeplexte oder anders formatierte Daten an einen Leitungstreiber 30. Der Leitungstreiber 30 enthält einen Verstärker oder andere Vorrichtungen, die integriert mit oder separat von dem Multiplexer 26 ausgebildet sind, zur Übertragung von gemultiplexter Information über das Kabel 22. Separate Kabel 22 können für zusätzliche Multiplexer 26 angeordnet werden, beispielsweise 192 oder 256 Kabel 22.
Die Basiseinheit 12 enthält ein Ultraschallabbildungssystem, beispielsweise ein Handgerät, ein wagenbasiertes oder anderes System zur Erzeugung einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Darstellung eines Patienten. Der Empfangsschaltkreis 14 empfängt Information von einer oder von mehreren Transducersonden 18, 20 für eine Strahlenformation, Detektion und andere Ultraschallbildverarbeitungen durch den Bildprozessor 16.
Die Empfangsschaltung 14 weist einen Verbinderanschluß 32 auf, einen Modussteuerprozessor 34, einen Vorverstärker 36, eine Zeitgewinnsteuerschaltung 38, ein Tiefpaßfilter 40, ein Puffer 42, einen Analog/Digital-Wandler 44, einen digitalen Entzerrer (Equalizer) 46, einen digitalen Demultiplexer 48, eine Analyseprozessor 50 und eine auswählbare Verzögerung 52. Darüber hinaus können andere oder weniger Komponenten verwendet werden. Die Empfangsschaltung 14 enthält eine oder verschiedene Kombinationen von zwei oder mehreren Komponenten, die oben beschrieben worden sind. Beispielsweise weist die Empfangsschaltung nur den Vorverstärker 36 oder das Tiefpaßfilter 40 auf. Die Empfangsschaltung 14 ist mit der Transducersonde 20 betreibbar, wobei die Signale von den Elementen 24 verstärkt und/oder vor der Übertragung an die Basiseinheit 12 verarbeitet werden können oder nicht. Ein zweiter Betriebsmodus erlaubt die Übertragung von zeitgemultiplexten oder anders gemultiplexten Signalen, die eine Gruppe von Elementen repräsentieren, über eine Signalleitung oder ein Kabel 22. Die Empfangsschaltung 14 weist einen einzelnen Empfangskanal innerhalb der Basiseinheit 12 auf. Es sind mehrere Empfangskanäle in Verbindung mit unterschiedlichen Kabeln 22 und unterschiedlichen Elementen 24 gebildet.
Der Anschluß 32 weist eine Steckbuchse oder einen Stecker mit elektrischen Kontakten zur Verbindung mit einem Bündel von Kabeln 22 auf. Der Anschluß 32 ist mit verschiedenen Transducersonden 18, 22 verbindbar. Gemäß einem anderen Beispiel ist die Sonde 18 von dem Anschluß 32 getrennt, und die andere Sonde 20 ist mit dem Anschluß 32 verbunden. Der Anschluß 32 hält lösbar physikalischen und elektrischen Kontakt mit dem Bündel von Kabeln 22. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist ein separater Anschluß 32 für verschiedene Sonden 18, 20 bereitgestellt. Die gleiche Basiseinheit 12 und Empfangsschaltung 14 können verwendet werden, um Information von verschiedenen Typen von Transducersonden 18, 20 zu empfangen und zu verarbeiten. Beispielsweise ist der Anschluß 32 mit der Sonde 18 für ein Imaging verbunden, indem eine vollbesetzte zweidimensionale oder 1,5-dimensionale Anordnung verwendet wird. Das Zeitmultiplexverfahren erlaubt die Steuerung in zwei Raumrichtungen für zweidimensionale oder dreidimensionale Abbildungen, während die Anzahl an Kabeln 22 zur Übertragung der Signale an die Basiseinheit 12 minimiert wird. Der gleiche Anschluß 32 verbindet die andere Transducersonde 20 für eine Ultraschallaufnahme (Ultraschall-Imaging), indem Signale verwendet werden, die nicht gemultiplext sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind mehrere Anschlüsse 32 mit Relais oder Festkörperschaltern in der gemeinsamen Empfangsschaltung 14 gebildet, um einen schnellen Zugriff zur Auswahl eines Transducers bereitzustellen. Jeder individuelle Anschluß 32 kann entweder gemultiplexte Transducer 18 oder herkömmliche Transducer 20 akzeptieren.
Der Modussteuerprozessor 34 enthält einen Steuerprozessor, einen allgemeinen Prozessor, einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder andere analoge oder digitale Vorrichtungen zur Steuerung von Komponenten der Empfangsschaltung 14, beispielsweise des Vorverstärkers 36 und des Tiefpaßfilters 40. In Antwort auf eine durch den Benutzer eingegebene Konfiguration, in Antwort auf Steuersignale, die von der Sondensteuerung 28 geliefert werden, in Antwort auf eine Detektion durch den Anschluß 32 eines Typs der Sonde, oder in Antwort auf die Analyse von Signalen, die von der Ultraschallsonde 18, 20 empfangen worden sind, konfiguriert der Modussteuerprozessor 34 eine oder mehrere Komponenten der Empfangsschaltung 14 zur Verarbeitung gemäß dem Datentyp oder des Datenformats, das von der Sonde 18, 20 geliefert wird. Eigenschaften der Empfangsschaltung sind als Funktion des Datenformats konfigurierbar.
Der Vorverstärker 36 weist Transistoren und andere analoge oder digitale Vorrichtungen auf, um einen breitbandabgestimmten Empfänger mit wenig Rauschen zu bilden. Der Vorverstärker 36 ist programmierbar oder kann auf einen Modussteuerprozessor 34 reagieren, zur Programmierung von Eigenschaften des Vorverstärkers. Für den Betrieb mit der Transducersonde 20 oder für den Betrieb mit Signalen, die ein einzelnes Transducerelement 24 repräsentieren, ist der Vorverstärker 36 derart programmiert, dass eine Impedanzeigenschaft ähnlich der oder gleich der Impedanz des Elements 24 und des Kabels 22 ist, beispielsweise 1 kOhm. Die Impedanz gleicht eine Generalisierung ab, die auf erwarteten Änderungen von Kabelimpedanzen für unterschiedliche Typen von Sonden 20 basiert. Der Vorverstärker 36 kann alternativ programmierbar sein, um spezifische Typen von Sonden 20 mit unterschiedlichen Kabeln 22, Kabellängen oder Elementen 22 abzugleichen. Die Vorverstärkereingangsimpedanz, der Gewinn oder die Frequenzantwort können entweder durch auswählbar geschaltete Komponenten oder durch Änderung des Vorverstärkervorspannstroms gesteuert werden. In der Praxis können beide Verfahren gleichzeitig innerhalb einer integrierten Schaltungsrealisierung verwendet werden. Für den Betrieb mit gemultiplexten Signalen ist der Vorverstärker 36 für einen Impedanzabgleich mit dem Leitungstreiber 30 oder anderen Ausgangsschaltkreisen der Sonde 18 programmierbar. Beispielsweise ist der Vorverstärker 36 programmiert, um ungefähr einen 50 Ohm Impedanzabgleich zu liefern. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden verschiedene Vorverstärker 36 durch den Modussteuerprozessor ausgewählt.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Gewinncharakteristik des Vorverstärkers 36 als eine Funktion des Formats der Signale oder des Typs der Sonde 18, 20 ausgewählt. Gemultiplexte Transducer 18 können einen geringeren Vorverstärkergewinn erfordern als herkömmliche Transducer 20, da Signale bereits innerhalb des Transducers vor dem Multiplexen verstärkt worden sind. Ebenso ist die Rauschleistung des Systemvorverstärkers 36 für gemultiplexte Transducer 18 mit integralen Vorverstärkern 36 nicht so strikt, so dass ein schlechterer Rauschvorverstärker erwünscht sein kann, um Leistung zu sparen oder die Eingangsimpedanz, den Gewinn und die Frequenzantwort in anderer Weise zu optimieren.
Eine andere programmierbare Eigenschaft betrifft die Bandbreite des Vorverstärkers 36. Für gemultiplexte Information ist der Vorverstärker 36 nicht bandbegrenzt oder arbeitet über ein breites Band, so dass Frequenzen mit einer Symbolrate von mehr als dem Doppelten der Mittenfrequenz der Transduceranordnung für ein zeitgemultiplextes Verfahren passieren (beispielsweise mehr als 5 MHz, 30 MHz oder 100 MHz oder mehr). Für multiplexfreie Information kann die Bandbreite 2–15 MHz betragen, beispielsweise in Zusammenhang mit Ultraschallfrequenzen oder dem Frequenzband des Transducers. Andere Eigenschaften des Vorverstärkers 36 können als Funktion des Datenformats, das von der Transducersonde 18, 20 geliefert wird, angepaßt oder geändert werden.
Signalangleichblöcke können in dem Multiplexer 26 oder mit dem Vorverstärker 36 vorhanden sein, um für frequenzabhängige Verluste in den Kabeln 22 ein Vorausgleichen und ein Nachausgleichen bereitzustellen. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen stellt der digitale Equalizer 46 ein Nachausgleichen bereit. Das Ausgleichen kann eine Inter-Symbol-Interference (ISI), also Zwischensymbol-Interferenz minimieren. Beispielsweise kann eine Vorbetonung oder Hochfrequenzverstärkung verwendet werden, bevor das Kabel angesteuert wird, um frequenzabhängige Kabelverluste zu kompensieren. Ein Allpaßkorrekturfilter kann ebenfalls in dem Systemempfänger 14 implementiert sein, um Zwischensymbolinterferenzen vor der A/D-Wandlung weiter zu reduzieren.
Die Zeitgewinnsteuerung 38 ("Depth Gain Control") weist einen einstellbaren Gewinnverstärker zur variablen Verstärkung von analogen Signalen auf. Für Signale, die ein einzelnes Element 24 darstellen, liegt der variable Gewinn beispielsweise zwischen 40 und 80 dB, doch können andere Gewinne verwendet werden, um der Dämpfung von Ultraschallsignalen von ungefähr einem dB pro MHz pro Zentimeter Rechnung zu tragen. Die Zeitgewinnsteuerung 38 arbeitet für gemultiplexte Signale genauso oder anders. Wenn eine Zeitgewinnsteuerung 38 in der Sonde 18 bereitgestellt ist, liefert die Zeitgewinnsteuerung 38 der Empfangsschaltung 14 weniger oder keinen variablen Gewinn für gemultiplexte Signale. Wenn die Zeitgewinnsteuerung 38 einen variablen Gewinn verwendet, trägt der Gewinn dem Zeitmultiplexverfahren Rechnung, indem innerhalb jedes Signalrahmens von den mehreren Elementen 24 der gleiche Gewinn (Verstärkung) verwendet wird.
Das Tiefpaßfilter 40 weist ein Anti-Aliasing-Filter auf, das als ein endliches Impulsantwort- oder unendliches Impulsantwortfilter implementiert ist. Das Tiefpaßfilter 40 führt eine Bandbegrenzung für Signale durch, so dass Signale größer als die Hälfte der digitalen Abtastrate nicht in das Signalspektrum einfließen. Zur Verringerung der Bandbreite des Tiefpaßfilters wird ein größeres Signalrauschverhältnis gebildet, so lange wie Signale, die von Interesse sind, nicht entfernt oder reduziert sind. Signale von Interesse, die von der Sonde 20 geliefert werfen, oder ein einzelnes Element 24 repräsentieren, sind in einem Frequenzband von 2–15 MHz bereitgestellt. Das Tiefpaßfilter 40 ist mit 6 dB nach unten oder einer anderen Sperrfrequenz von 30 MHz programmiert, 15 MHz weniger oder einer anderen Frequenz. Die Bandbreite kann als Funktion des Typs der Aufnahme (Imaging) oder des Typs der verwendeten Sonde 20 programmiert werden. Für gemultiplexte Signale, beispielsweise zeitgemultiplexte Information, ist die Bandbreite größer, um gemultiplexte Signale durchzulassen, während die Inter-Symbol-Interferenz minimiert wird. Beispielsweise beträgt die Bandbreite 30 MHz oder mehr, beispielsweise 50 oder 100 MHz, um eine Nyquist-Kanalform zu bilden oder ein Linearphasentiefpaßfilter mit folgender Betragsantwortsymmetrie: |H(f)| = 1-|H(F(sample-f)| für 0 < f < Fsample, wobei Fsample die gemultiplexte Abtastrate ist (beispielsweise 96 MHz). In der Praxis ist H(F) eine Näherung an einen Nyquist-Kanal, und Fehler werden über den digitalen Equalizer 46 korrigiert.
Das Puffer 42 enthält einen Verstärker und andere analoge Komponenten zur Pufferung von Signalen, die in den Analog/Digital-Wandler 44 eingegeben werden. Das Puffer 42 liefert unabhängig von dem Typ der Daten oder des Datenformats, das verwendet wird, gleiche Eigenschaften, kann jedoch programmierbare Eigenschaften aufweisen, die als Funktion des Datenformats variieren. Beispielsweise können von dem Puffer 42 für gemultiplexte Daten schnellere Anstiegsraten (slew-rate) erforderlich sein. Eine programmierbare Anstiegsratenbegrenzung kann verwendet werden, um Energie im nicht gemultiplexten Modus zu sparen.
Der Analog/Digital-Wandler 44 tastet die analogen Signale ab und gibt digitale Darstellungen in irgendeinem von verschiedenen bereits bekannten Codes oder zukünftig entwickelten Codes aus. Für Daten, die ein einzelnes Element 24 repräsentieren, tastet der Analog/Digital-Wandler 44 die Daten in Antwort auf einen eingegebenen Takt ab, ohne sich jedoch auf andere Zeitgebungsinformation zu beziehen. Für zeitgemultiplexte Daten wird der A/D-Wandlertakteingang mit dem Multiplexer 26 synchronisiert. Die Synchronisation erlaubt eine saubere Trennung der Signale von den unterschiedlichen Elementen 24, mit minimierter Kreuzsignalschnittstelle (Cross-Signal-Interface).
Die digitalisierten Abtastwerte werden an einen adaptiven digital Equalizer 46 geliefert. Der digitale Equalizer 46 weist ein programmierbares endliches Impulsantwortfilter auf, beispielsweise durch die Verwendung eines Schieberegisters 54, von Multiplizierern 56 und eines Summierers 58 implementiert. In alternativen Ausführungsbeispielen wird ein Prozessor oder eine andere Vorrichtung verwendet, um den Equalizer 46 zu implementieren. Der digitale Equalizer 46 filtert zeitgemultiplexte Information, um Inter-Symbol-Interferenz (auch Zwischensymbolinterferenz genannt) zu entfernen. Die Filterkoeffizienten, die für die Multiplizierer 56 verwendet werden, basieren auf einer Transferfunktion oder einer Erzeugung von Zwischensymbolinterferenz von dem Element 24 über verschiedene Stufen oder Komponenten der Empfangsschaltung 14, die mit dem analogen Signal arbeitet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Filterkoeffizienten programmierbar, um Adaptionen oder Änderungen der Übertragungsfunktion zu erlauben. Die Koeffizienten werden in Antwort auf ein Testsignal ausgewählt oder einer anderer Datenverarbeitung, die detektierte Differenzen in der Übertragungsfunktion berücksichtigt, beispielsweise erzeugt durch unterschiedliche Sonden 18, unterschiedliche Verarbeitungscharakteristiken der analogen Komponenten der Empfangsschaltung 14 oder Änderungen aufgrund der Zeit und Temperatur. Für Signale, die ein einzelnes Element 24 repräsentieren oder multiplex freie Signale läßt der digitale Equalizer 46 die Signale durch, so dass keine Verzögerung in einer einzelnen Stufe gebildet wird, mit einem Multipliziererkoeffizienten von eins.
Der Demultiplexer 48 weist einen digitalen Demultiplexer auf, beispielsweise ein Netzwerk von Schaltern, um Signale von verschiedenen Zeitschlitzen in einem Rahmen einer Zeitmultiplexinformation zu trennen. Der Demultiplexer 48 arbeitet als konditionaler Demultiplexer. Die empfangenen Signale werden digital degemultiplext. Der Demultiplexer gibt beispielsweise Signale von unterschiedlichen Elementen 24 auf unterschiedlichen Ausgängen zur Strahlformation und anderer Bildverarbeitung durch den Bildprozessor 16 aus. Für herkömmliche Signale oder multiplex freie Signale liefert der Demultiplexer 48 die Information an den Bildprozessor 16 zur Strahlformation.
Der optionale Analyseprozessor 50 weist einen digitalen Signalprozessor auf, einen allgemeinen Prozessor, einen ASIC, analoge Komponenten, digitale Komponenten und Kombinationen davon, um den A/D-Wandler 44 mit dem Multiplexer 26 zu synchronisieren, oder Koeffizienten für den digitalen Equalizer 46 auszuwählen. Der Analyseprozessor 50 arbeitet auf ein Testsignal. Die Sondensteuerung 28 veranlaßt den Multiplexer 26, ein bekanntes oder vorbestimmtes digitales oder analoges Testsignal über das Kabel 22 und die Empfangsschaltung 14 an den Analyseprozessor 50 zu übertragen.
Das Testsignal wird als Teil einer Kalibrierfunktion übertragen, beispielsweise in Antwort auf eine Benutzereingabe oder einer Verbindung der Sonde 18 mit dem Anschluß 32. Die Basiseinheit 12b befiehlt oder die Sondensteuerung 28 erzeugt automatisch die Testsignale. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden die Testsignale periodisch gesendet. Ein Testsignal wird beispielsweise in einer Präambel oder einem Header jedes Rahmens der zeitgemultiplexten Information gesendet. Die Synchronisation und/oder die adaptive Ausgleichung (Entzerrung) werden in Antwort auf das periodische Senden der Testsignale geliefert. Für eine Stabilität minimieren sich einige phasensensitive Erfassungssequenzen, beispielsweise die Erfassung für Dopplerverarbeitung oder liefern Adaption oder Änderungen der Phasenlage durch Synchronisation oder Entzerrung.
Das Multiplexen und/oder das Verarbeiten der Empfangssignale wird in Antwort auf die Analyse des Testsignals ausgelegt. Beispielsweise ist der Betrieb des Multiplexers 26 für die Operation des A/D-Wandlers 44 ausgelegt, indem Taktsignale synchronisiert werden. Der Analyseprozessor 50 wählt eine auswählbare Verzögerung 52 für die Phasenlage des Taktsignals, das dem Multiplexer 26 bereitgestellt wird, in Hinblick auf den A/D-Wandler 44. Feste Verzögerungen in Taktgeberschaltkreisen, variable Verzögerungen aufgrund von Taktsignalweglängen, Multiplexerschaltungsverzögerungen, Multiplexsignalweglänge, Gruppenverzögerungen und Verstärker- und Digitalisierungsverzögerungen verursachen eine Versetzung, was zur Folge hat, dass Signale von verschiedenen Elementen 24 durch den A/D-Wandler 44 gemischt werden. Die Versetzungen können als Funktion der Sonde 18, der Empfangsschaltungskonfiguration, der Zeit, der Temperatur und der Verarbeitungen variieren. Der Analyseprozessor 50 bestimmt den Beginn jedes Rahmens, indem ein bekanntes Muster oder das Testsignal detektiert wird. Durch Verwendung der auswählbaren Verzögerung 52 werden die Phasen der Taktsignale, die an den A/D-Wandler 44 und den Multiplexer 26 angelegt werden, synchronisiert. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird das A/D-Wandlertaktsignal relativ zu dem Taktsignal, das an den Multiplexer 26 geliefert wird, abgestimmt, oder eine Gruppe oder Untergruppen von Empfangsschaltungen 14 werden verwendet, um die Phase eines Taktsignals, das mehr als einen Multiplexer 26 gemeinsam ist, relativ zu einem anderen Taktsignal, das mehr als einem A/D-Wandler 44 gemeinsam ist, zu bestimmen. Die adaptive Takteinstellungen vereinfachen die Multiplexsteuerschaltung und Schnittstelle zwischen der Empfangsschaltung 14 und der Sonde 18. Eine Taktleitung oder ein Kabel 22 ist ohne zusätzliche oder separate Phasenlageinformation bereitgestellt. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden separate Takt- und Phasensignale an die Sondensteuerung 28 geliefert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Verarbeitung durch die Empfangsschaltung 14 geändert oder ist als Funktion des Testsignals durch den Analyseprozessor 52 einstellbar. Der Analyseprozessor 50 wählt beispielsweise Koeffizienten von einer Nachschlagtabelle aus, oder berechnet Koeffizienten zur Verwendung durch den digitalen Equalizer 46. Der digitale Equalizer liefert einen Symbolabgleich oder entfernt Zwischensymbolinterferenzen. Der Analyseprozessor 50 vergleicht ein bekanntes oder gespeichertes Testsignal mit dem empfangenen Testsignal. Differenzen zwischen dem empfangenen Testsignal und dem gespeicherten Testsignal werden zur Auswahl der Koeffizienten verwendet. Die Koeffizienten werden derart ausgewählt, dass die Empfangssignale unverzerrt sind, oder dass Zwischensymbolinterferenzen entfernt oder reduziert sind. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden Ergebnisse von mehr als einem Analyseprozessor 50 verwendet, um Koeffizienten zur Verwendung mit dem digitalen Equalizer 46 auszuwählen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Empfangsschaltung 14 einen Sendeempfangsschalter auf. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen, die im folgenden diskutiert werden, ist kein Sende- und Empfangsschalter bereitgestellt.
2 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel für den Betrieb des Systems 10 gemäß 1. In Schritt 70 wird eine von verschiedenen möglichen Sonden 18, 20 mit einer Basiseinheit 12 verbunden. Eine der Sonden 18, 20 wird ausgewählt und an den Anschluß 32 angeschlossen. Beispielsweise wünscht ein Benutzer eine dreidimensionale Herzabbildung, so dass eine zweidimensionale Anordnung von Elementen in der Sonde 18, die mit einem Zeitmultiplexen in Zusammenhang steht, verbunden wird.
Für Sonden, die mit einem Multiplexen in Zusammenhang stehen, wird ein Testsignal in Schritt 72 übertragen. Das Multiplexen oder das Verarbeiten wird in Antwort auf das Testsignal angepaßt. Für multiplex freie Daten ist Schritt 72 optional oder nicht bereitgestellt. Das Testsignal wird in Antwort auf die Verbindung der Sonde 18 gesendet, in Antwort auf Steuersignale von der Empfangsschaltung 14, in Antwort auf eine Benutzereingabe, automatisch oder periodisch. Ein Testsignal wird beispielsweise als Teil eines Anfangskalibrierprozesses oder periodisch in dem Header des ersten Zeitschlitzes oder eines anderen Zeitschlitzes jedes Rahmens in der Zeitmultiplexinformation gesendet. Das empfangene Testsignal wird mit einem erwarteten Testsignal verglichen. In Antwort auf den Vergleich werden Equalizerkoeffizienten (Entzerrerkoeffizienten) oder eine andere Verarbeitung der Empfangsschaltung angepaßt oder geändert. Zusätzlich oder alternativ wird die Zeitgebung des Testsignals identifiziert und auswählbare Verzögerungen für die Synchronisation des A/D-Wandlers 44 mit dem Multiplexer 26 bestimmt.
In Schritt 74 ist die Empfangsschaltung 14 konfiguriert, um unterschiedliche Charakteristiken als eine Funktion des Typs der Sonde oder des Formats der von der Sonde 18, 20 empfangenen Daten, die mit der Empfangsschaltung 14 verbunden ist, aufzuweisen. Wenn das Datenformat den mehreren Elementen entspricht, beispielsweise zeitmultigeplexte Daten, wird die Information in Antwort auf eine verschiedene Impedanz, Gewinn, Filterung, Entzerrung, A/D- Wandlung oder anderen Prozessen verarbeitet als Daten, als für Daten, die mit einem einzelnen Element in Zusammenhang stehen oder frei von Zwischenschaltkreisen in der Sonde 20 sind. Irgendeine oder eine Kombination von zwei oder mehreren verschiedenen Eigenschaften kann als Funktion des Datenformats geändert werden. Zusätzliche oder unterschiedliche Charakteristiken können auch oder alternativ geändert werden. Schritt 74 kann vor oder nach Schritt 72 durchgeführt werden.
Die analoge Information wird dann digitalisiert. Für eine Zeitmultiplexinformation wird der A/D-Wandler 44 mit der gemultiplexten Information synchronisiert. Die gemultiplexte Information wird dann für eine Strahlformation oder für andere Bildverarbeitungen degemultiplext.
SENDE- UND EMPFANGSISOLATION
Ein Transducerelement 24 kann verwendet werden, um den Sendekanal vom Empfangskanal in jeder der Sonden 18, 20, wie oben diskutiert, oder einer anderen Sonde zur Verwendung mit verschiedenen Empfangsschaltungen, zu isolieren. Obwohl für Einzelelemententransducer von Nutzen, sind lineare Anordnungen, oder andere Anordnungen mit begrenzten oder keinen Sende- oder Empfangsschaltkreisen innerhalb der Sonde, die ein Transducerelement 24 zur Isolation des Sende- und Empfangskanals verwenden, insbesondere für mehrdimensionale Transduceranordnungen von Nutzen, bei denen mindestens ein Teil der Sende- und/oder Empfangsschaltkreise innerhalb der Sonde gebildet ist, wie oben für die Zeitmultiplexsonde 18 diskutiert. Eine vollbesetzte mehrdimensionale Transduceranordnung erfordert eine große Anzahl von Sende- und Empfangskanälen. Durch das Anordnen von Sende- und Empfangsschaltungen innerhalb der Sonde und durch Bereitstellen eines Multiplexers, wird die Anzahl an Kabeln 22 oder Kanälen von der Sonde 18 zu der Basiseinheit 12 minimiert. Die Sende- und Empfangsschaltung existiert dann jedoch auf kleinem Raum, wodurch es schwierig wird, die Empfangsschaltungen von den hohen Spannungen der Sendeschaltungen zu isolieren. Hochspannungsschalter, beispielsweise Schalter, die einer 200 Volt Rückwärtsspannung standhalten, sind schwierig mit anderen Empfangsschaltungen zu integrieren, beispielsweise einem Multiplexer. Das Hochspannungssende-/Empfang-Schalten wird durch das Transducerelement ersetzt, um den Sendekanal vom Empfangskanal zu isolieren.
3 zeigt ein Transducerelement 24 zur Isolation oder Separation eines Sendewegs 62 und eines Empfangswegs 64. Eine direkte Verbindung zwischen dem Sendeweg 62 und dem Empfangsweg 64 wird vermieden. Das Element 24 isoliert die Wege 62, 64, um eine Hochspannungsübertragung zu ermöglichen, ohne den Empfangsweg 64 der Hochspannung zu unterziehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind Hochspannungsvorrichtungen als Teil des Sendewegs 62 gebildet, jedoch nicht als Teil des Empfangswegs 64. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen sind Hochspannungsvorrichtungen auf dem Empfangsweg 64 gebildet.
Das Element 24 weist eines von einer Mehrzahl von Elementen in einer mehrdimensionalen oder linearen Anordnung auf. Eine 1,5-dimensionale oder 2-dimensionale Anordnung kann als mehrdimensionale Anordnungen eines N × M Gitters von Elementen dargestellt werden, wenn N und M größer als 1 sind. Für mehrdimensionale Anordnungen können die Elemente klein sein oder eine hohe Impedanz aufweisen, verglichen mit Elementen 24 einer linearen Anordnung. Parasitäre Lasten, die mit einem Kabel 22 in Zusammenhang stehen, fehlen ebenfalls oder sind zur Verwendung mit einem Multiplexer und der Sonde 18 reduziert. Im Vergleich zu einer geringeren Impedanz können ein kleinerer Sendeimpulsgeber und sehr wenig Energie aufnehmende Vorverstärker für die hohe Elementenimpedanz verwendet werden.
Das Element 24 weist zwei Elektroden 80 und 82 auf. Die Elektroden 80 und 82 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Elements 24, beispielsweise oben und unten auf dem Element in einer Reichweitenrichtung. Die Elektrode 80 weist keine elektrische Verbindung mit der Elektrode 82 auf. Separate Signalverläufe enthalten die Elektroden 80 und 82 oder sind mit diesen verbunden. Jedes Element 24 ist mit zwei oder mehreren separaten Signalverläufen für damit in Zusammenhang stehende separate Elektroden 80, 82 verbunden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen teilen sich zwei oder mehrere Elektroden den gleichen Signalverlauf. Eine Elektrode 80 verbindet den Sendeweg 62 und die andere Elektrode 82 verbindet den Empfangsweg 64. Das Element 24 ist frei von einer elektrischen Verbindung direkt mit Masse, wie beispielsweise durch eine Elektrode gebildet, die direkt mit Masse verbunden ist.
Der Sendeweg 82 ist mit der Elektrode 80 zum Anlegen einer Sendewellenform an das Element 24 verbunden. Der Sendeweg 62 enthält mindestens einen Signalverlauf zu dem Element 24 innerhalb der Sonde 18. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind zusätzliche Sendeschaltkreise, beispielsweise ein Wellenformgenerator 84, ein Schaltertreiber 87 und eine Steuerung 88 in dem Sendeweg 62 und innerhalb der Sonde 18 integriert. Gemäß alternativem Ausführungsbeispielen sind die Steuerung 88, der Treiber 87, der Wellenformgenerator 84 oder Kombinationen davon außerhalb der Sonde 18 angeordnet, beispielsweise innerhalb der Basiseinheit 12.
Der Wellenformgenerator 84 enthält einen oder mehrere Hochspannungstransistoren, beispielsweise FET-Transistoren, zur Erzeugung von unipolaren, bipolaren oder sinusförmigen Wellenformen. Ein Ausführungsbeispiel eines Sendewellenformgenerators 84 zur Erzeugung einer unipolaren Wellenform ist in 4 gezeigt. Zwei Hochspannungstransistoren 86, beispielsweise CMOS FET Transistoren, die mindestens 200 Volt standhalten können, sind in Reihe zwischen eine Spannungsquelle und Masse geschaltet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein Transistor einen PFET auf und der andere Transistor einen NFET. Die Transistoren 86 dienen dazu, eine unipolare Wellenform an die Elektrode 80 auf eine hohe Spannung (High-Pegel) und Masse zu steuern. Da der Sendewellenformgenerator 84 eine Schaltermodusvorrichtung aufweist, ist der Leistungsverlust minimal. Diese Schaltung für jedes Element 24 verwendet ungefähr 0,2 mm² des DIE-Bereichs. Für eine zweidimensionale Anordnung von 1536 Elementen werden ungefähr 307 mm² des DIE-Bereichs verwendet. Andere Integrationsformate können geliefert werden, beispielsweise das Bilden von Gruppen von Hochspannungs-FET-Transistoren in kleineren ASIC (Application Specific Integrated Circuits)-Bauelementen. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden andere Vorrichtungen, beispielsweise D/A-Wandler zur Wellenformerzeugung verwendet.
5 zeigt ein Netzwerk von Transistoren 86 zur Erzeugung einer bipolaren Wellenform. Vier Transistoren 86 erlauben die Erzeugung einer bipolaren Wellenform, die mit einer positiven Spannung, einer negativen Spannung oder einer Nullspannung endet. Drei Transistoren 86 können verwendet werden, wenn die bipolare Wellenform in der Lage ist, nur bei einer Polarität zu enden, beispielsweise als positive Spannung. Von den Transistoren können Q1 und Q2 gemäß den 4 und 5 eine integrale Rückwärtsdiode von dem Drain-Anschluß zum Source-Anschluß aufweisen, jedoch verhindern die Transistoren Q3 und Q4 die Rückwärtsdiodenkonfiguration, um eine Verbindung durch die Dioden zu verhindern. Andere Konfiguration und Netzwerke von Transistoren 86 können verwendet werden.
Jeder der Transistoren 86 ist mit einer Referenzspannung verbunden, beispielsweise einer positiven Spannung, einer negativen Spannung oder Masse. Wie in 4 gezeigt, ist ein Transistor 86 mit Masse verbunden und der andere Transistor 86 ist mit einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung verbunden. Wie in 5 gezeigt, sind zwei Transistoren 86 mit Masse verbunden, ein Transistor ist mit einer positiven Spannung verbunden und der andere Transistor ist mit einer negativen Spannung verbunden.
Der Treiber 87 weist einen Transistor auf oder einen FET-Treiber zur Steuerung des Betriebs des Wellenformgenerators 84. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen können andere Treiberbauteile verwendet werden. Der Treiber 87 ist als Teil eines ASIC-Bauelements integriert ausgebildet, kann jedoch separate Vorrichtungen oder einen allgemeinen Prozessor aufweisen. Der Treiber 87 ist betreibbar, um Spannungsänderungen für den Betrieb der Transistoren 86 zu liefern. Beispielsweise wird der Transistor Q2 gemäß 4 durch Anlegen eines 10 Volt oder 0 Volt Signals von dem Treiber 87 angesteuert. Der Transistor Q1 wird durch Anlegen eines 200 Volt oder 190 Volt Signals von dem Treiber 87 gesteuert.
Die Steuerung 83 weist einen allgemeinen Prozessor, analoge Komponenten, digitale Komponenten, ein ASIC-Bauelement oder Kombinationen davon auf, um einen oder mehrere Treiber 87, die mit einem oder mehreren Elementen 24 in Zusammenhang stehen, zu steuern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 88 auf dem gleichen ASIC wie der Treiber 87 integriert gebildet, kann jedoch eine separate Vorrichtung sein. Die Steuerung 88 gibt binäre Signale aus, um den Betrieb des Treibers 87 und den Wellenformgenerator 84 zu steuern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel extrapoliert die Steuerung 88 Sendekonfigurationen oder Wellenformparameter oder wählt diese aus, für die Gesamtanordnung oder für eine Nebenanordnung, basierend auf einfachen Steuersignalen, die von außerhalb der Sonde 18 geliefert werden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist die Steuerung 88 außerhalb der Sonde angeordnet.
Der Empfangsweg 64 weist zumindestens einen einzelnen Signalverlauf auf, der mit der Elektrode 82 verbunden ist, auf einer dem Sendeweg 62 gegenüberliegenden Seite des Elements 24. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen weist der Empfangsweg 64 eine oder mehrere Dioden 90, 92, einen Vorverstärker 94 und einen Multiplexer 96 auf. Darüber hinaus können andere oder weniger Schaltungen als Teil des Empfangsweges 64 gebildet sein, beispielsweise ein Filter. Die Elektronik braucht kein explizites Filter in der Sonde aufweisen, wenn das Transducerelement selbst ausreichend ist und/oder die natürliche Tiefpaßantwort des Verstärkers ausreichend ist, um das Empfangssignal zu filtern. Der Empfangsweg ist innerhalb der Sonde 18 mit dem Element 24 gebildet. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist kein Multiplexer gebildet und der Vorverstärker 94 ist in der Basiseinheit 12 von der Sonde 18 getrennt oder in der Sonde 18 ausgebildet. Ein Kabel 22 verbindet den Empfangsweg 64 mit der Basiseinheit 12.
Die Dioden 90 und 92 weisen Schottky-Dioden und andere Hochstrom-Niederspannungsdiodenvorrichtungen auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Dioden 90 und 92 frei von einem Ruheenergieverlust. Jede der Dioden 90 und 92 ist mit einer entgegengesetzten oder unterschiedlichen Polarität mit Masse verbunden. Die Dioden 90 und 92 weisen eine Klemmdiode auf, um Spannungsschwingungen auf dem Empfangsweg 64 an der Elektrode 82 zu begrenzen. Beispielsweise begrenzen die Dioden 90 und 92 Spannungsübergänge auf zwischen plus/minus 0,2 bis 0,7 Volt. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden Transistoren oder andere Vorrichtungen zur Begrenzung der Spannung an der Elektrode 82 verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Dioden 90 und 92 in einem ASIC-Bauelement mit Vorverstärkern und Multiplexerschaltungen 94 und 96 integriert ausgebildet. Andere Integrationsformate können verwendet werden, beispielsweise diskrete Diodenanordnungen und separate Vorverstärker/Multiplexer-Schaltungen in kleineren ASIC-Bauelementen.
Der Vorverstärker 94 weist einen oder mehrere Transistoren auf, um ein Signal von der Elektrode 82 zu verstärken. Ein Differenzial-BJT-Paar mit Stromausgängen wird beispielsweise gebildet, indem ein 7-Volt-BiCMOS-Prozeß oder ein anderer Transistorprozeß verwendet werden. Die Verwendung von 20 μA pro Kanal mit einer 5-Volt-Versorgung erlaubt einen Verbrauch von 0,1 Milliwatt pro Kanal. Andere Vorverstärker mit anderem Leistungsverbrauch und anderen Komponenten und Charakteristiken können verwendet werden. Der Vorverstärker 94 kann alternativ oder zusätzlich einen Zeit- oder Tiefengewinnsteuerungsverstärker (time- oder depth gain control) oder ein Filter aufweisen. Für einen Zeitgewinnsteuerverstärker, der in der Sonde 18 integriert ausgebildet ist, kann eine wenig energieverbrauchende Vorrichtung verwendet werden, um einen Teil, jedoch nicht die gesamte Zeitgewinnkompensation vorzunehmen. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird ein größerer oder mehr Energie verbrauchender variabler Verstärker gebildet.
Der Multiplexer 95 weist ein Netzwerk von Schaltern auf, beispielsweise Transistoren und analoge Abtast- und Halteschaltungen zum Multiplexen der Signale einer Mehrzahl von Sendewegen 64 auf ein Kabel 22. Beispielsweise ist der Multiplexer 96 ein 8:1 Multiplexer, um Signale von acht unterschiedlichen Elementen 24 in einen Rahmen von analoger Information zu multiplexen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Multiplexer 96 betreibbar, um 12 MSPS für jeden Empfangsweg 64 für insgesamt 96 MSPS für acht Empfangswege 64 zu liefern. Die Schaltung des Empfangsweges 64 ist frei von Hochspannungsvorrichtungen und kann in ein ASIC-Bauelement oder eine andere allgemeine Schaltung in einem kleinen Raum innerhalb der Sonde 18 integriert ausgebildet werden.
Das Verbinden des Sendeweges 62 und des Empfangsweges 64 mit gegenüberliegenden Elektroden 80 und 82 isoliert jeweils die Hochspannungen und Hochspannungsvorrichtungen des Sendeweges 62 von den Niederspannungsvorrichtungen des Empfangsweges 64. 6 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Senden und Empfangen unter Verwendung des Elements 24 gemäß 3. In Schritt 100 wird eine Hochspannungssendewellenform an das Transducerelement 24 geliefert und die Spannung im Empfangsweg 64 wird in Schritt 102 begrenzt. Anschließend wird die Spannung auf dem Sendeweg 62 in 106 begrenzt und Echosignale werden auf dem Empfangsweg 64 in Schritt 104 empfangen.
Der Sende- und Empfangsbetrieb des Elements 24 ist frei von Schaltern, um zwischen dem Sendeweg 62 und dem Empfangsweg 64 auszuwählen. In Antwort auf Steuersignale von der Steuerung 88 veranlaßt die Treiberschaltung 86, den Wellenformgenerator 84 dazu, eine Hochspannung (beispielsweise 200 Volt) Sendewellenform in Schritt 100 zu erzeugen. Wenn der Wellenformgenerator 84 innerhalb des Sonde 18 positioniert ist, wird die Sendewellenform innerhalb der Sonde 18 erzeugt. Die Sendewellenform wird an eine Elektrode 80 des Elements 24 angelegt. Die Spannung der anderen Elektrode ist begrenzt und dient in Schritt 102 im wesentlichen als Masse oder DC Referenz. Die Dioden 90 und 92 klemmen die Spannung des Empfangswegs 64, der mit der Elektrode 82 verbunden ist, innerhalb eines kleinen Spannungsbereichs, verglichen mit der Hochspannung der Sendewellenform. In Antwort darauf erzeugt das Element 24 ein akustisches Signal aufgrund der Potentialdifferenz über den Elektroden 80 und 82. Das Element 24 isoliert auch den Sendeweg 62 vom Empfangsweg 64, wodurch ohne Hochspannungsschalten eine Beschädigung des Empfangsschaltkreises verhindert wird.
Für einen nachfolgenden Empfangsbetrieb im Schritt 104 wird die Spannung am Sendeweg 62 begrenzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verbindet ein Transistor 86 des Wellenformgenerators 84 eine Masse- oder Referenzspannung mit der Elektrode 80. Beispielsweise wird Q2 des Wellenformgenerators 84, wie in 4 gezeigt, "ein"-geschaltet, um die Elektrode 80 zu erden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird eine andere Referenzspannung, beispielsweise eine positive Spannung, die an Q1 angelegt wird, mit der Elektrode 80 verbunden, um die Spannungsschwingung oder -änderung an der Elektrode 80 zu begrenzen. Wenn die Spannung des Sendeweges und der damit in Verbindung stehenden Elektrode in Schritt 106 begrenzt wird, werden elektrische Signale an der Elektrode 82 in Antwort auf akustische Echosignale erzeugt, die von dem Element 24 in Schritt 104 empfangen worden sind. Da die empfangenen elektrischen Signale klein sind, beispielsweise kleiner als 0,2 Volt, verhindern die Dioden 90 und 92 die Einführung von Rauschen in das Empfangssignal oder das Abschneiden des Empfangssignal. Das Empfangssignal wird verstärkt, gefiltert, gemultiplext oder anderweitig verarbeitet, für eine Übertragung über das Kabel 22 an die Basiseinheit 12. Der Verstärker 94 führt beispielsweise eine Vorverstärkung der Signale durch und stellt den Gewinn der elektrischen Signale als Funktion der Zeit ein. Der Multiplexer 96 multiplext die elektrischen Signale mit anderen elektrischen Signalen in Antwort auf unterschiedliche Transducerelemente 24. Die gleiche Verarbeitung wird für Empfangskanäle 64, die mit anderen Elementen 24 in Verbindung stehen, wiederholt. Die Sende- und Empfangsoperationen werden durchgeführt, ohne Auswahl zwischen dem Sende- und Empfangsweg, zur Verbindung mit einer Elektrode. Jede der Sende- und Empfangswege 62 und 64 dient dazu, eine Elektrode 80, 82 mit Masse zu verbinden, oder jeweils auf einer Referenzspannung während des Empfangens und des Sendens zu halten.
Durch Verwendung des Wellenformgenerators 84, wie in 4 gezeigt, können unipolare Wellenformen erzeugt werden, die entweder bei der Nullspannung oder einer positiven Spannung enden. Der Unipolarwellenformgenerator 84 kann bei einem positiven oder bei einem Null Spannungszustand enden, ohne die Schaltung zu zerstören. Ein alternatives Ausführungsbeispiel kann eine Unipolarwellenformerzeugung zwischen Null und einer negativen Spannung erlauben, indem die NMOS- und PMOS-Vorrichtungen vertauscht werden und eine negative Energieversorgung verwendet wird. In jedem Fall wird eine Niederimpedanzbedingung gebildet, wenn die unipolare Sendewellenform bei 0 Volt oder einer anderen Spannung endet.
7 zeigt zwei spiegelsymmetrische unipolare Wellenformen 108 und 110. Die erste unipolare Wellenform 108 beginnt bei einem Niederzustand (Low) oder Nullspannungspegel, weist einen positiven Spannungsimpuls auf, kehrt zu einem Nullspannungspegel zurück und endet dann bei einem High-Zustand oder positiven Spannungspegel. Die nachfolgende unipolare Wellenform 110 beginnt bei einem High-Zustand oder bei einer positiven Spannung und endet bei einem Low-Zustand oder einer Nullspannung. Da eine Wellenform bei einer höheren Spannung beginnt und bei einer geringeren Spannung endet, und die andere Wellenform 108 bei der niedrigeren Spannung beginnt und bei der höheren Spannung endet, mit der gleichen Anzahl an Zyklen, summieren sich die zwei Wellenformen im wesentlichen auf einen Nullwert. Im wesentlichen deshalb, aufgrund von Differenzen in der Anstiegs- und Abfallzeit der Transistoren 86 und aufgrund anderer Differenzen in Eigenschaften, die Sendewellenformen verwenden, beginnend bei unterschiedlichen Spannungen. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist der High-Zustand eine Nullspannung und der Low-Zustand ist eine negative Spannung.
Die Spiegelsymmetriefähigkeit des Unipolarwellenformgenerators 84 erlaubt ein Abbilden der Gewebe-Harmonischen oder anderen Harmonischen unter Verwendung der Phaseninversion mit Unipolarsendewellenformen. Da sich akustische Energie, die auf Sendewellen reagiert, innerhalb des Gewebes ausbreitet und streut, wird eine Energie bei zweiten Harmonischen oder bei anderen Harmonischen der Grundsendefrequenz erzeugt. Die Empfangssignale, die auf jede der Unipolarwellenformen antworten, enthalten Information bei den Grundfrequenzen sowie bei den harmonischen Frequenzen. Wenn die Empfangssignale, die auf die phaseninvertierten Sendeunipolarwellenformen reagieren, kombiniert oder addiert werden, wird Information bei den Grundfrequenzen gelöscht, wodurch Information bei den harmonischen Frequenzen verbleibt.
Harmonisches Abbilden in Antwort auf eine Phaseninversion der Sendewellenformen wird bereitgestellt, indem einfache Unipolarwellenformen verwendet werden. Die Transistoren 86, die zur Erzeugung der Unipolarwellenform verwendet werden, sind ausgelegt, um Fehlabstimmungen der Anstiegszeit und der Abstiegszeit zu vermeiden, wodurch die Summe an harmonischer Information, die durch den Wellenformgenerator 84 eingebracht wird, minimiert wird. Das Material des Elements 24 hat eine hochpolige Spannung gemäß einem Ausführungsbeispiel, um Operationsdifferenzen oder Empfangsfehlabgleichungen aufgrund der Anfangserzeugung bei zwei unterschiedlichen DC-Vorspannungspunkten (beispielsweise 0 und +V) zu minimieren. Das Senden eines phaseninvertierten unipolaren Impulses kann mit Systemen verwendet werden, die einen Übertragungskanal innerhalb der Basiseinheit oder innerhalb der Sonde aufweisen, und mit Systemen, die Sende- und Empfangsschalten verwenden.
SENDEIMPULSGEBER MIT EMPFANGSVERSTÄRKERKOPPLUNG
Ein Sendeimpulsgeber, der mit einem Empfangsvorverstärker ohne einem bestimmten Sende- und Empfangs-Routingschalten verbunden ist, kann in jeder der Sonden 18, 20, wie oben diskutiert, oder in einer anderen Sonde zur Verwendung mit unterschiedlichen Empfangsschaltungen verwendet werden. Obwohl nützlich für einzelne Transducerelemente, lineare Anordnungen oder Anordnungen mit begrenztem oder keinem Sende- oder Empfangsschaltkreis innerhalb der Sonde, ist die Verwendung des Sendeimpulsgebers, der direkt mit dem Empfangsschaltkreis verbunden ist, insbesondere nützlich für mehrdimensionale Transduceranordnungen mit mindestens einem Teil der Sende- und/oder Empfangsschaltung, die innerhalb der Sonde angeordnet ist, wie beispielsweise im vorangegangenen für die Zeitmultiplexsonde 18 diskutiert worden ist. Eine vollständig besetzte mehrdimensionale Transduceranordnung erfordert eine große Anzahl von Sende- und Empfangskanälen. Durch Plazieren der Sende- oder Empfangsschaltung innerhalb der Sonde und durch Bereitstellen eines Multiplexverfahrens kann die Anzahl an Kabeln 22 oder Kanälen von der Sonde 18 zur Basiseinheit 12 minimiert werden. Die Sende- und Empfangsschaltung befindet sich dann jedoch in einem kleinen Raum, der eine Isolation der Empfangsschaltungen von den Hochspannungen der Sendeschaltungen erschwert. Hochspannungsschalter, beispielsweise Schalter, die einer Rückwärtsspannung von 200 Volt standhalten können, sind schwierig mit anderen Empfangsschaltungen zu integrieren, beispielsweise mit einem Multiplexer. Hochspannungssende- und -empfangsschalten wird ersetzt durch den Sendeimpulsgeber, der direkt mit der Empfangsschaltung verbunden ist, um die Hochspannungssendevorrichtungen von den Niederspannungsempfangsvorrichtungen zu isolieren.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sendeimpulsgebers 300 mit einer verbundenen Empfangsschaltung. Das Hochspannungssenden erfolgt derart, dass die Empfangsschaltung keiner Hochspannung unterzogen wird, aufgrund des Diodenklemmens der Empfangsvorverstärkereingänge. Der Sendeimpulsgeber 300 weist einen Quadraplexor oder eine H-Brücke von Schaltern oder Transistoren 86 um ein Transducerelement 24 herum auf. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden unterschiedliche Transistoren oder andere Typen von Schaltern für einen oder mehrere oder alle Transistoren 86 verwendet. Zwei der Transistoren 86 (beispielsweise Q2 und Q4) sind von verschiedenen Elektroden 80, 82 des Transducerelements 24 mit der Energiequelle 302 verbunden. Zwei andere Transistoren 86 (beispielsweise Q1 und Q3) sind von unterschiedlichen Elektroden 80, 82 mit unterschiedlichen Eingängen des Differenzempfangsvorverstärkers 94 verbunden. Die Transistoren 86, die beide eine Verbindung mit der Energiequelle 302 oder verschiedenen Energiequellen aufweisen, sind gemäß einem Ausführungsbeispiel abgestimmte Transistoren 86. Die Transistoren 86, die beide in Verbindung mit dem Empfangsvorverstärker 94 sind, sind ebenfalls abgestimmte Transistoren 86. Die Transistoren Q2 und Q4 sind beispielsweise P-Kanal Hochspannungs-FET, PNP-Hochspannungsbipolar- oder andere Transistoren oder Schalter mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 100 Volt, und die Transistoren Q1 und Q3 sind N-Kanal Hochspannungs-FET, NPN-Hochspannungsbipolar- oder andere Transistoren oder Schalter mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 100 Volt. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden keine abgestimmten Paare von Transistoren 86 verwendet, beispielsweise die Verwendung von PFET- und NFET-Transistoren. Für eine gegebene Peak-to-Peak Ansteuerungsspannung, verwendet die H-Brückenkonfiguration (Quadraplexor) Transistoren mit der halben Durchbruchspannung. Dies hat einen erheblichen Vorteil dahingehend, dass die Transistoren billiger oder einfacher herzustellen sind, oder mit der gleichen Durchbruchspannung eine doppelte Peak-to-Peak Ansteuerung liefern kann.
Das Transducerelement 24 ist eines der Elemente 24, die hier beschrieben worden sind. In ähnlicher Weise sind die oben beschriebenen zwei Elektroden 80 und 82 elektrisch getrennt. Die Elektroden 80 und 82 verbinden die Transistoren 86 des Sendeimpulsgebers 300, wie gezeigt. Das Element 24 hat keinerlei direkte elektrische Verbindung mit Masse, wie beispielsweise durch eine Elektrode, die direkt mit Masse verbunden ist.
Zwei Klemmdioden, die jeweils ein Paar von Dioden 90, 92 aufweisen (beispielsweise Schottky-Dioden oder andere Hochstrom, Niederspannungs-Diodenvorrichtungen), sind ebenfalls zwischen die Differenzeingänge des Empfangsverstärkers 94 und Masse geschaltet. Jede der Dioden 90 und 92 ist mit einer entgegengesetzten oder verschiedenen Polaritäten mit Masse verbunden. Die Dioden 90 und 92 weisen eine Diodenklemme auf, um Spannungsschwingungen an jedem der Eingänge des Empfangsverstärkers 94 zu begrenzen. Die Dioden 90 und 92 begrenzen beispielsweise Spannungsübergänge auf zwischen plus/minus 0,2 bis 0,7 Volt, jedoch können höhere Grenzen, beispielsweise 1 oder 2 Volt aufgrund unterschiedlicher Diodentypen oder des Ansteuerstroms bereitgestellt werden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden Transistoren oder andere Vorrichtungen verwendet, um die Spannung an der Elektrode 82 zu begrenzen.
Der Vorverstärker 94 weist einen Niederspannungsvorverstärker auf, beispielsweise einen oder mehrere Transistoren zum Verstärken eines Signals von der Elektrode 82, die durch einen Niederspannungs-IC-Prozeß hergestellt worden ist. Eine Differenzial-BJT-Paar mit Stromausgängen wird beispielsweise bereitgestellt, indem ein 7 Volt BiCMOS-Prozeß oder ein anderer Transistorprozeß verwendet wird. Die Verwendung von 20 μA pro Kanal mit einer 5 Volt-Versorgung erlaubt einen Verbrauch 0,1 Milliwatt pro Kanal. Differenzverstärker können durch relativ niedrige Spannungsversorgungen vorgespannt und ohne große Kondensatoren sein, wodurch der Vorverstärker 94 gemäß diesem Ausführungsbeispiel leichter zu integrieren ist. Andere Vorverstärker können unterschiedlichen Leistungsverbrauch aufweisen und in Zusammenhang stehende Komponenten und Charakteristiken können verwendet werden. Der Vorverstärker 94 kann alternativ oder zusätzlich einen "time- oder depth-gain control amplifier" oder einen Filter aufweisen. Für einen Zeitgewinnsteuerverstärker, der in der Sonde 18 integriert ausgebildet ist, kann eine Niederleistungsvorrichtung zur Lieferung eines Teils der Zeitgewinnkompensation verwendet werden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist ein größerer und mehr Leistung verbrauchender variabler Verstärker gebildet.
Die Treiber 87 weisen einen Transistor oder FET-Treiber auf, jedoch können andere Treiber verwendet werden zur Steuerung des Betriebs der Transistoren 86. Die Treiber 87 sind betreibbar, um Spannungsänderungen zum Betrieb der Transistoren 86 zu liefern. Beispielsweise werden die Transistoren 86 Q1 und Q3 durch Anlegen eines 10 Volt oder 0 Volt Signals von den in Zusammenhang stehenden Treibern 87 gesteuert. Die Transistoren 86 Q2 und Q4 werden durch Anlagen eines 200 Volt oder 190 Volt Signals von den in Zusammenhang stehenden Treibern 87 gesteuert. Eine Steuerung 88, wie oben beschrieben, steuert den Betrieb der Treiber 87.
Während das Element 24 die Sendeschaltungen nicht von den Empfangsschaltungen isolieren kann, erlaubt die Anordnung des Sendeimpulsgeber 300 eine separate Integration der Hochspannungssendevorrichtungen und der Niederspannungsempfangsvorrichtungen, beispielsweise durch die Transistoren 86, die Treiber 87 und/oder die Steuerung 88 für ein oder für mehrere Elemente 24 in einem ASIC-Bauelement und Dioden 90, 92, Empfangsverstärker 94 und/oder Multiplexer 26 für ein oder mehrere Elemente 24 in dem gleichen oder in einem unterschiedlichen ASIC-Bauelement. Andere Integrationsformate können gebildet sein, beispielsweise diskrete Diodenanordnungen oder Gruppen von Hochspannungs-FET-Transistoren in kleineren ASIC-Bauelementen.
Die Energiequelle 302 enthält eine positive Gleichstromspannungsquelle. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen weist die Energiequelle 302 unterschiedliche Quellen mit gleichen oder unterschiedlichen Eigenschaften für die verbundenen Transistoren 86 auf (beispielsweise Q2 und Q4). Gemäß einem noch anderen alternativen Ausführungsbeispiel ist die Energiequelle 302 eine negative Spannungsquelle und/oder ein amplitudenmoduliertes oder alternierendes Leistungssignal wird von der Energiequelle 302 geliefert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Empfangsverstärkers 94 mit einem Multiplexer verbunden. Der Empfangsverstärker 94 und der Multiplexer sind in einer Sonde positioniert und mit einem Kabel verbunden. Die Sonde ist von einer Basiseinheit getrennt gebildet. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist der Empfangsverstärker 94 innerhalb der Basiseinheit und innerhalb der Sonde mit einer Verbindung mit dem Kabel, frei von einem Multiplexen.
Durch Bilden einer H-Brücke von Transistoren 86, die mit beiden Elektroden 80 und 82 verbunden sind, kann ein gleicher Sendeimpulsgeber 300 betreibbar sein, um entweder bipolare oder unipolare Sendewellenformen zu bilden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen sind zwei Transistoren 86, beispielsweise Q1 und Q2 ohne die anderen zwei Transistoren 86 gebildet, um nur unipolare Sendewellenformen zu bilden. Eine der Elektroden 80, 82 ist geerdet. Gemäß noch anderen alternativen Ausführungsbeispielen sind zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Komponenten und Verbindungen gebildet. Verbunden heißt in diesem Fall sowohl direkte Verbindungen als auch Verbindungen mit Zwischenkomponenten.
Wenn einige oder alle Komponenten gemäß 12 in der Sonde gebildet sind, weist die Sonde ein Erdung oder elektrostatisches Schild auf. Das elektrostatische Schild liefert einen geringen Blattwiderstand, um den Patienten vor jeglicher elektrischer Ladung, die an die Elektroden geliefert wird, zu schützen. Eine Abgleichschicht, die zwischen jeder Elektrode 80, 82 und dem Patienten angeordnet ist, isoliert die Elektroden 80, 82 elektrisch von dem Patienten.
Der Sendeimpulsgeber 300, der gemäß 12 verbunden ist, erzeugt bipolare Sendewellenformen, wie beispielsweise in 13 gezeigt. Während des Sendebetriebs verbindet das Transducerelement 24 in schaltbarer Weise die Eingänge des Empfangsverstärkers 94 an die Energiequelle 302. Die Verbindungen werden abwechselnd gebildet. Alle Transistoren 86 alternieren zwischen leitfähigem und nicht leitfähigem Zustand während der Sendeoperation. Beispielsweise wird ein erster Nullspannungszustand durch Verbinden der Elektroden 80 und 82 mit den Eingängen des Empfangsverstärkers 94 gebildet, und durch Trennen der Elektroden 80 und 82 von der Energiequelle 302 (beispielsweise Q1 und Q3 sind ein und Q2 und Q4 sind aus). Eine positive Spannung wird durch Verbinden der Energiequelle 302 mit einer positiven Elektrode 82 gebildet und durch Trennen der positiven Elektrode 82 von dem in Zusammenhang stehenden Eingang des Empfangsverstärkers 94 (beispielsweise Q1 und Q4 sind ein, und Q2 und Q3 sind aus). Die Diodenklemme, die mit dem Transistor 86 Q1 verbunden ist, begrenzt die Spannung der negativen Elektrode 80 zur Erzeugung der Sendewellenform durch eine Spannungsdifferenz über dem Element 24. Eine negative Spannung wird gebildet, indem die Verbindungen für die positive Spannung umgekehrt werden (beispielsweise Q1 und Q4 sind aus, und Q2 und Q3 sind ein). Die Diodenklemme, die mit dem Transistor 86 Q3 verbunden ist, begrenzt die Spannung der positiven Elektrode 82 zur Erzeugung der Sendewellenform durch eine Spannungsdifferenz über dem Element 24. Die Diodenklemmen begrenzen die Spannung, die durch den Empfangsverstärker 94 gebildet wird, wodurch die Verwendung von Niederspannungskomponenten in dem Empfangsverstärker 94 erlaubt wird.
Wenn die Transistoren 86 abgestimmte Paare von Transistoren aufweisen, wird eine im wesentlichen symmetrische Sendewellenform erzeugt. Das Treiben der Sendewellenform auf eine Nullspannung, eine positive oder negative Spannung erfolgt im wesentlichen durch identische Paare von Transistoren. Da beide Elektroden 80 und 82 verwendet werden, um die Sendewellenform zu erzeugen, kann eine Niederspannungsleistungsquelle 302 verwendet werden, um nur eine Elektrode 80, 82 anzusteuern. Die Transistordurchschlagspannungen werden ebenfalls um einen Faktor zwei reduziert.
Eine symmetrische Sendewellenform minimiert die Bandbreite der gesendeten Wellenform. Weniger Energie wird bei der zweiten oder bei anderen harmonischen Frequenzen durch eine symmetrische Wellenform übertragen, als bei einer nichtsymmetrischen Wellenform. Für das Abbilden (Imaging) bei den Harmonischen der Sendefrequenz, wird die Übertragung der Energie der Harmonischen reduziert oder verhindert. Die Ausbreitung und die Reflexion der Energie, um die harmonische Information von Gewebe oder von Kontrastmitteln zu erzeugen, wird besser isoliert, indem die Übertragung der Energie bei gleichen oder ähnlichen Frequenzen minimiert wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel folgt die harmonische Abbildung (Harmonic-Imaging) durch Verwendung von Phasendifferenzen zwischen den Sendewellenformen. Durch Bilden einer exakten Zeitgebung werden unterschiedliche Sendeimpulse mit verschiedenen Phasen erzeugt. Die empfangene Energie wird summiert, um Information bei den Grundsendefrequenzen zu beseitigen und Information bei den geraden harmonischen Frequenzen (beispielsweise der zweiten) aufrecht zu erhalten. Andere Kombinationen der Sendephase und Empfangskombination können verwendet werden, um Information bei einer oder bei mehreren Grund- und/oder harmonischen Frequenzbändern zu isolieren.
Da die Spannung die an die Elektroden 80 und 82 angelegt ist, durch die Diodenklemmen auf einer niedrigen Spannung gehalten werden kann, kann der Sendeimpulsgeber 300 auf eine im wesentlichen Nullsendespannung fahren. Bipolare Wellenformen mit mindestens einem Teil der Wellenform, die im wesentlichen eine Nullspannung ist, können verwendet werden, beispielsweise für Pulsbreitenmodulation, wie in der US 5,833,614 beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme Bestandteil wird.
Für den Empfangsbetrieb wird die Energiequelle 302 von den Elektroden 80 und 82 getrennt. Aufgrund der Diodenklemmen sind die Eingangssignale des Empfangsverstärkers 94 auf die Vorwärtsspannungen der Dioden 90, 92 begrenzt. Die Empfangssignale sind normalerweise kleiner als die Vorwärtsspannungen der Dioden 90, 92, so dass Differenzempfangssignale in den Empfangsverstärker 94 eingegeben werden, indem die Elektroden 80, 82 mit den Eingängen des Empfangsverstärker 94 verbunden werden. Das Empfangssignal wird verstärkt, gefiltert, gemultiplext oder anderweitig verarbeitet, für eine Übertragung über das Kabel 22 an die Basiseinheit 12. Der Sendebetrieb und der Empfangsbetrieb des Elements 24 ist frei von Schaltern zur Auswahl zwischen getrennten Sende- und Empfangswegen.
MEHRDIMENSIONALE TRANSDUCER
Verschiedene Transistoren können mit irgendeinem dem Sende- und Empfangswege, Sonden und Empfangsschaltungen, wie oben diskutiert, verwendet werden. Einige derartige mehrdimensionale Transduceranordnungen für ein voll abgetastete Verwendung mit Zeitmultiplexen und einer elementenbasierten Isolation für den Sende- und Empfangsweg, sind in den 8 bis 11 gezeigt. Das Zeitmultiplexen reduziert die Kanalanzahl oder die Anzahl von Kabeln 22, ohne die Strahlformung, die von der Basiseinheit 12 durchgeführt wird, zu begrenzen. Separate Signalverläufe oder die Verbindung von gegenüberliegenden Dioden 80 und 82 mit dem Sendeweg und dem Empfangsweg erlauben die Integration der Sendeschaltung und der Empfangsschaltung in die Sonde 18 ohne leistungsverbrauchendes Sende- und Empfangsschalten. Verschiedene Gesichtspunkte der mehrdimensionalen Transducer können unabhängig von anderen Aspekten der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden, beispielsweise die Verwendung eines bestimmten Elementabstandes ohne Zeitmultiplexen oder eine andere Integration der Schaltkreise in die Sonde 18.
8 zeigt eine zweidimensionale Anordnung 200 von Elementen 24. Die Elemente 24 sind in einem Gitter entlang der Elevationsrichtung und der Azimutrichtung beabstandet. Eine andere oder die gleiche Anzahl von Elementen 24 kann entlang der Elevationsrichtung gebildet sein, als entlang der Azimutrichtung. Eine Mehrzahl von Elementen 24 ist in Spalten 204 entlang der Azimutrichtung angeordnet. Die Elemente 24 haben einen Abstand entlang der Azimutrichtung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein halber Wellenlängen- abstand verwendet. Vom Zentrum eines Elements bis zum Zentrum eines benachbarten Elements 24 entlang der Azimutrichtung ist ein Abstand von der Hälfte einer Wellenlänge gebildet. In einer Anordnung, die für den Betrieb bei 2,5 MHz ausgelegt ist, beträgt der Abstand 300 Mikrometer. Andere Abstände können verwendet werden.
Die Elemente 24 sind in Reihen 202 entlang der Elevationsrichtung angeordnet. Der Abstand entlang der Elevationsrichtung ist größer als der Abstand entlang der Azimutrichtung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Abstand entlang der Azimutrichtung 2/3 oder weniger, beispielsweise die Hälfte des Abstandes entlang der Elevationsrichtung. Für eine 2,5 MHz Mittenfrequenz der Anordnung gemäß dem oben genannten Beispiel, beträgt der Abstand in Elevationsrichtung 600 Mikrometer oder eine Wellenlänge. Für große Abstände kann jedes individuelle Element unterteilt (sub-diced) sein, für eine korrekte Operation oder um ein gewünschtes Verhältnis der Breite zur Dicke des Elements 24 aufrecht zu erhalten. In dem oben genannten Beispiel sind die Elemente 24 entlang der Elevationsrichtung unterteilt, beispielsweise indem ein "dicing"-Schnitt gebildet wird, der sich ungefähr 90 Prozent in das PZT-Material erstreckt, im Zentrum jeder Anordnung, jedoch nicht entlang der Azimutrichtung unterteilt ist. Andere Unterteilungstiefen können verwendet werden.
8 zeigt 32 Elemente 24. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen können andere Anzahlen an Elemente verwendet werden, beispielsweise 1.536 Elemente in 64 in Azimutrichtung beabstandeten Reihen 202 und 24 in Elevationsrichtung beabstandeten Spalten 204, oder 2.048 Elemente in 64 in Azimutrichtung beabstandeten Reihen 202 und 32 in Elevationsrichtung beabstandeten Spalten 204.
9 zeigt eine Sonde 18, die die Anordnung 200 integriert. Die Sonde 18 enthält die Anordnung 200, flexible Schaltungsmaterialien oder Signalverläufe 206, 208, eine Mehrzahl von Schaltungsplatinen 210, einen Kondensator 212 und ein Bündel von Kabeln 22. Diese Komponenten sind innerhalb einer Plastikabdeckung oder anderen ergonomisch geformten Sondenabdeckung oder einem Gehäuse untergebracht. Unterschiedliche, weniger oder mehr Komponenten können in der Sonde 18 enthalten sein.
Die flexiblen Schaltungen 206, 208 enthalten Kapton oder andere flexible, dünne, elektrisch isolierende Materialien mit aufgebrachten Signalverläufen, auf einer oder auf zwei Seiten. Die flexible Schaltung wird hier verwendet, um jedes beliebige flexible oder nicht-starre Material mit einem oder mit mehreren elektrischen Anschlüssen zu beschreiben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das flexible Schaltungsmaterial 50 μm dick. Separate flexible Schaltungsmaterialien 206 und 208 sind für separate Sende- und Empfangswege gebildet. Beispielsweise liefert die flexible Schaltung 206 Elektroden und Verläufe von einer Seite der Elemente 24 der Einordnung 200, und die andere flexible Schaltung 208 enthält Elektroden und Wege von einer gegenüberliegenden oder anderen Seite der Elemente 204 der Anordnung 200.
10 zeigt einen Elevationsquerschnitt der Anordnung 200 und die in Zusammenhang stehenden Anschlüsse der zwei flexiblen Schaltungen 206 und 208. Die Anordnung 200 ist entlang der Elevationsrichtung in vier Module 222 unterteilt. Darüber hinaus kann die Anordnung 200 entlang der Elevationsrichtung in verschiedengroße oder weniger Module 222 unterteilt werden. Beispielsweise können nur ein, zwei, drei oder mehrere Module verwendet werden. Jedes Modul weist ein Paar von flexiblen Schaltungen 206 und 208 auf. Jedes Modul 222 weist eine Mehrzahl von Schichten entlang der Bereichsrichtung auf, beispielsweise eine erste Abgleichschicht 218, eine erste Elektrodenschicht oben auf dem Element 24, das aus der ersten flexiblen Schaltung 208 gebildet ist, eine zweite Abgleichschicht 216, eine Elementenschicht oder piezoelektrische (PZT) Schicht 214, eine zweite Elektrode auf einer Bodenseite der piezoelektrischen Schicht 214, die durch die zweite flexible Schaltung 208 und ein Verstärkungsmaterial 220 gebildet ist. Zusätzlich können verschiedene oder weniger Schichten in einem oder mehreren oder in allen Modulen 222 gebildet werden. Beispielsweise können nur eine oder drei oder mehrere Abgleichschichten 216, 218 verwendet werden, oder beide Abgleichschichten 216 und 218 sind auf einer oberen Seite der oberen Elektrode und der flexiblen Schaltung 208 angeordnet.
Die zwei unterschiedlichen flexiblen Schaltungen 208 und 206 sind entlang einer oder entlang zwei Seiten der Module von dem PZT-Material oder der Schicht 214 in Richtung und entlang des Verstärkungsmaterials 220 gefaltet. Separate Signalverläufe sind für jedes der Elemente 24 auf beiden Seiten oder oben und unten auf den Elementen 24 gebildet. Separate Signalverläufe sind auf der flexiblen Schaltung 206 für jedes der Elemente 24 gebildet, und separate Signalverläufe sind auf der flexiblen Schaltung 208 für jedes der Elemente 24 gebildet. Jedes der Elemente 24 ist unabhängig mit den separaten Signalverläufen oben und unten entlang der Bereichsrichtung des Elements 24 verbunden. Separate Signalverläufe erlauben eine elementbasierte Isolation der Sende- und Empfangswege. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist eine gemeinsame Masse mit einer Mehrzahl von Elementen 24 verbunden.
Das Verstärkungsmaterial 220 jedes Moduls 222 ist von dem anderen Verstärkungsmaterial 220 des anderen Moduls 222 durch zwei oder vier Schichten von flexibler Schaltung 206, 208 getrennt. Die PZT-Schicht 214 von dem Modul 222 ist durch eine oder durch zwei flexible Schaltungsschichten 208 von der PZT-Schicht 214 des anderen Moduls 222 getrennt. Die Breite der PZT-Schicht 214 ist größer als die Breite des Verstärkungsmaterials 220, um unterschiedliche Dicken aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von flexiblen Schaltungen 206, 208 zu berücksichtigen. Durch Verwendung eines dünnen flexiblen Schaltungsmaterials werden nachteilige akustische Effekte verhindert, indem die Separation zwischen den Elementen 24 der unterschiedlichen Module 222 minimiert wird.
Erneut bezugnehmend auf 9 sind die flexiblen Schaltungen 208 und 206 derart gezeigt, dass sie eine zunehmende Breite von der Anordnung der Elemente 200 weg aufweisen. Eine Vergrößerung der Breite erlaubt eine größere Separation der Signalverläufe von individuellen Elementen 24. Die größere Separation liefert eine geringere kapazitive Kopplung zwischen den Signalverläufen.
9 zeigt eine Mehrzahl von gedruckten Leiterplatten 210, beispielsweise sieben gedruckte Leiter-Platten 210. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann eine einzelne Leiterplatte 210, eine andere Anzahl von Leiterplatten 210 oder gar keine Leiterplatte in der Sonde 18 verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen sechs Leiterplatten 210 Sende- und Empfangsschaltkreise auf, beispielsweise in der Sonde integriert ausgebildete Schaltkreise, wie oben diskutiert. Jede Sende- und Empfangsleiterplatte 210 ist mit einem von sechs in Elevationsrichtung beabstandeten Modulen 222 verbunden. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen ist eine Leiterplatte 210 mit Elementen 24 in verschiedenen Modulen 222 verbunden, oder Elemente 24 in einem gleichen Module 222 sind mit verschiedenen Leiterplatten 210 verbunden. Eine siebte Leiterplatte enthält eine Steuerlogikleiterplatte. Die Steuerlogikleiterplatte stellt eine Schnittstelle mit der Basiseinheit 12 dar, um die Sende- und Empfangsschaltkreise zu betreiben. Die gedruckten Leiterplatten 210 und andere Komponenten der Sonde 18 haben eine Größe, so dass sie in den Griff der Sonde 18 passen. Die Sonde 18 ist ausgelegt, um von einem Benutzer ergonomisch gehandhabt werden zu können, beispielsweise kleiner als 4 Inch im Durchmesser, oder zur Bereitstellung eines Handgriffs.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Leiterplatten einen oder mehrere Multiplexer auf. Beispielsweise ist eine Mehrzahl von acht zu eins Multiplexern zum Multiplexen von Signalen von den Elementen 24 auf 192 Systemkanäle oder Kabel 22 gebildet. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können wenige oder mehr Multiplexer zur Verwendung mit weniger oder mehreren Kabeln 22 oder Systemkanälen gebildet sein. Beispielsweise ist eine Anordnung 200 mit 64 Reihen 202 und 32 Spalten 204 mit Multiplexern versehen, zur Übertragung von zeitgemultiplexter Information auf 256 Kabeln 22. Durch das Bilden des Multiplexers in der Sonde 18 mit der Anordnung 200 werden weniger Kabel 22 und entsprechende Systemkanäle oder Signalleitungen gebildet, als Elemente 24 der Anordnung 200 vorhanden sind. Beispielsweise ist das Produkt aus der Anzahl an Elementen entlang der Elevationsrichtung und der Anzahl der Elemente entlang der Azimutrichtung größer als die Anzahl an Kabeln 22.
Die Leiterplatten 210 sind mit den flexiblen Schaltungen 206 und 208 verbunden, indem bereits bekannte oder später entwickelte Anschlüsse oder Verbindungen verwendet werden. Die Verwendung von zwei oder von mehreren separaten Signalverläufen für jedes Element 24 liefert elektrische Verbindungen für doppelt so viele Elemente 24. Die Anschlüsse sind an den flexiblen Schaltungen 206, 208 angebracht, vor der Herstellung der Anordnung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Ballgitteranordnung (BGA) (Ball Grid Array) oder eine andere Matrix aus Beulen oder anderen Strukturen zur Verlötung mit den Verläufen auf den flexiblen Schaltungen 206 und 208 bereitgestellt. BGA-Anschlüsse vom Small Pitch Matrix Typ können verwendet werden. Beispielsweise verbindet die BGA die Empfangswegsignalverläufe mit dem Multiplexer und der Multiplexer wird dann mit den gedruckten Leiterplatten verbunden, wodurch die Anzahl an Verbindungen mit den gedruckten Leiterplatten reduziert wird. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Sende- oder Empfangsschaltungen abgesetzt oder anderweitig auf der flexiblen Schaltung gebildet, wodurch weniger Verbindungen von den flexiblen Schaltungen 206, 208 zu den gedruckten Leiterplatten 210 erforderlich sind. Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel ist ein direktes Anbringen, beispielsweise eine Wire Bond Jumping-Verbindung oder andere Zwischenverbindungen, zwischen der flexiblen Schaltung und den gedruckten Leiterplatten, geschaffen.
Die 11A und B zeigen Schritte eines Herstellungsprozesses der Anordnung 200. 11A zeigt drei Module der Elemente 24. Jedes Modul 222 hat mindestens zwei Reihen und zwei Spalten von Elementen 24 in einer N × M-Anordnung. Die PZT-Schicht 214 jedes Moduls 222 und die in Zusammenhang stehenden flexiblen Schaltungen 208, 206 sind unabhängig für jedes Modul 222 gediced (beispielsweise in Würfel geschnitten). Das Zerschneiden umfaßt ein Schneiden (Dicen) entlang der Azimuth- oder Elevationsrichtung, um die Elemente 24 zu bilden. Durch das Dicen der Elektroden oder der flexiblen Schaltungen 208, 206 separat für jedes Modul 222 kann jedes Modul 222 separat getestet werden. Ein separates Testen erlaubt das Entfernen eines fehlerhaften Moduls 222 vor einem endgültigen Zusammenbauen. Kapazitätstests oder akustische Tests können beispielsweise für jedes Element 24 jedes Moduls 222 durchgeführt werden.
Jedes der separat einem Dicen unterzogen Module 222 ist gemäß 10 ausgebildet. Der Herstellungsprozeß kann verschiedene Abweichungen und eine unterschiedliche Reihenfolge für das Zusammenbauen aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden eine erste Abgleichschicht 216, eine Platte aus einer piezoelektrischen Schicht 214 und eine flexible Schaltung 206, die am Boden der piezoelektrischen Schicht 214 gebildet ist, oben auf die Verstärkungsschicht 220 gestapelt. Eine Präzisionsbestückung mit Stiften und damit in Zusammenhang stehende Öffnungen oder Vorlagen können für das Ausrichten dieser Schichten verwendet werden. Die bodenflexible Schaltung 206 hat Signalverläufe auf beiden Seiten zur Verbindung mit unterschiedlichen Elementen 24. Die ausgerichteten Schichten werden dann gebcnded oder miteinander verklebt.
Nach dem Bonden wird die Bodenschicht des flexiblen Schaltungsmaterials 206 entlang der Seiten der Verstärkungsschicht 220 unter der Schicht der piezoelektrischen Schicht 214 gefaltet. Die Breite der Verstärkungsschicht 220 ist schmäler als die Breite der piezoelektrischen Schicht 214, und zwar um ungefähr die Breite einer oder zweier Schichten der flexiblen Schaltung 206. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die flexible Schaltung 206 auf zwei Seiten der Verstärkungsschicht 220 gefaltet, kann jedoch auch nur auf eine Seite gefaltet werden. Die bodenflexible Schicht 206 wird eng an das Verstärkungsmaterial gebonded, indem das Teilmodul 222 durch einen teflonbeschichteten oder anderen Rahmen mit Bondmaterial oder Kleber platziert wird. Alternativ wird die bodenflexible Schaltung 206 an die Seiten des Moduls 222 gebonded, während eines späteren Schritts des Bondens der oberen flexiblen Schaltung 208.
Die erste Abgleichschicht 216 und die piezoelektrische Schicht 214 werden entlang der Azimutrichtung einem Dicen unterzogen, also geschnitten. Beispielsweise werden sechs Hauptschnittkerben (Hauptdicing-Kerben) gebildet, die sich in das flexible Schaltungsmaterial 206 erstrecken, jedoch nicht hindurch. Nebenschnittkerben (Nebendicing-Kerben) können ebenfalls entlang der Azimutrichtung gebildet werden. Die Nebendicing-Kerben erstrecken sich ungefähr 90 % in die piezoelektrische Schicht 214 hinein. Andere Schnittiefen (Dicing-Tiefen) können verwendet werden. Zum Auffüllen der Kerben kann Epoxid, Silikon oder ein anderes Material verwendet werden. Ein Kerbenfüllmaterial mit einer höheren akustischen Impedanz kann dann verwendet werden, da nur die piezoelektrische Schicht 214 und die erste Abgleichschicht 216 in Azimutrichtung geschnitten sind. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann eine andere Schicht in Azimutrichtung geschnitten sein, und eine geringere akustische Impedanz kann für das Kerbenfüllmaterial verwendet werden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann überhaupt kein Füllmaterial für die Kerbe verwendet werden.
Die Oberfläche der ersten Abgleichschicht 216 ist geebnet oder anderweitig verarbeitet, um überstehendes restliches Kerbenauffüllmaterial zu entfernen, falls dies erforderlich ist. Die obere flexible Schaltung 208 und die zweite Abgleichschicht 218 sind zueinander ausgerichtet und gebonded, indem Stifte und Löcher oder Vorlagen verwendet werden. Die gebondete obere flexible Schaltung 208 wird dann an die Bodenabgleichschicht 216 gebonded. In alternativen Ausführungsbeispielen können die obere flexible Schaltung 208 und die obere Abgleichschicht 218 ausgerichtet und an die Bodenabgleichschicht 216 auf dem Modul 222 gebonded sein, als eine Operation, die mit dem Auffüllen der Kerben in Zusammenhang steht.
Die Position der oberen flexiblen Schaltung 208 und die entsprechenden Signalverläufe relativ zu der unteren flexiblen Schaltung 206, und die entsprechenden Signalverläufe liegen innerhalb einer Toleranz, die ausreichend ist, um separate Signalverläufe für jedes Element 24 zu erlauben. Beispielsweise erlaubt eine Toleranz von plus oder minus 50 μm einen Schnittbereich (Dicing-Bereich) von 100 μm zwischen jeden der Elemente 24 entlang der Elevationsrichtung ohne nachteiliges Abschneiden eines Signalverlaufs. Andere Toleranzen und Abstände sind möglich. Das Ausrichten erfolgt unter Verwendung von Präzisionsstiften und Löchern, Vorlagen oder durch eine optische Ausrichtung. Durch das Bereitstellen von Signalverläufen auf flexiblen Schaltungen 206, 208 auf beiden Seiten des Moduls 222 werden weniger dichte Signalverläufe gebildet, wodurch größere Schnittfenster (Dicing-Fenster) erlaubt werden. In alternativen Ausführungsbeispielen wird eine größere Dichte der Signalverläufe bereitgestellt, und die flexiblen Schaltungen 208 und 206 sind auf einer Seite des Moduls 222 gebildet.
Die obere flexible Schaltung 208 ist entlang einer oder zwei Seiten der piezoelektrischen Schicht 214 und der Verstärkungsschicht 220 gefaltet. Die flexible Schaltung 208 erstreckt sich von der piezoelektrischen Schicht 214 in Richtung des Verstärkungsmaterials 220. Wenn Signalverläufe auf einer oberen Seite oder auf einer nach außen weisenden Seite der unteren flexiblen Schaltung 206 und auf einem Boden oder einer nach innen weisenden Seite der oberen flexiblen Schaltung 208 bereitgestellt sind, wird eine Isolationsschicht zwischen den zwei flexiblen Schaltungen 206 und 208 hinzugegeben. Beispielsweise wird vor oder während des Zusammenbauens eine 25 μm oder eine andere Dicke aufweisende Teflonschicht oder ein anderes elektrisch nicht leitendes Material für eine oder für beide flexible Schaltungsschichten 206 verwendet. Die obere flexible Schaltung 208 wird dann an die Seiten der Module 222 gebonded, indem sie durch einen Rahmen mit einer Teflonbeschichtung oder einer anderen Beschichtung hindurch verläuft. Beide flexible Schaltungen und die entsprechenden Elektroden werden an das Modul 222 gebonded.
Das Modul 222 wird dann in Elevationsrichtung geschnitten (Dicen), beispielsweise zur Bildung von 64 Spalten 204 von Elementen 24. Das Dicen erstreckt sich durch beide flexiblen Schaltungen 206 und 208 und die piezoelektrische Schicht 214 in die Verstärkungsschicht 220 hinein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden keine Nebendicingkerben gebildet, jedoch können solche verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die obere flexible Schaltung 208 mit einem Mikroskop in Bezug auf eine optische Ausrichtung der Dicing-Säge überprüft. Die Elevationsschnitte (Dices) in Kombination mit den früheren Azimuthschnitten definieren die Elemente 24. Die Elevationsschnitte können für jedes der Module 222 gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten gebildet werden. Das Dicing resultiert in einer oberen und unteren separaten Elektrode und in entsprechende Signalverläufe für jedes der Elemente 24, ohne eine Grundebene, die allen Elementen gemeinsam ist. In alternativen Ausführungsbeispielen wird eine Grundebene mit nur einem separaten Signalverlauf für jedes Element 24 verwendet.
Die separat geschnittenen Module 222 werden ausgerichtet, wie in 11B gezeigt. Die Module 222 sind benachbart zueinander entlang der Elevationsrichtung oder Azimutrichtung angeordnet, um eine größere Anordnung 200 von Elementen 24 zu bilden. Jedes der Module 222 ist von einem anderen Modul 222 durch eine oder durch mehrere flexible Schaltungen 206, 208 getrennt Gemäß einem Ausführungsbeispiel repräsentiert jedes der Module 222 64 in Azimutrichtung beabstandete Reihen 202 und vier oder sechs in Elevationsrichtung beabstandete Spalten 204 von Elementen 24. Durch Ausrichten von vier oder sechs Modulen 222 in Elevationsrichtung und Azimutrichtung wird ein 64 × 24 Gitter von Elementen 24 gebildet. Eine andere Anzahl von Modulen, eine andere Größe oder eine andere Anzahl von Elementengittern können verwendet werden, mit oder ohne Separation der Module 222 durch flexible Schaltungen 206, 208.
Die obere flexible Schaltung 208 hat Signalverläufe, die auf einer Bodenseite gebildet sind, so dass die flexible Schaltung 208 die Signalverläufe von einem Modul 222 von den Signalverläufen des anderen Moduls 222 elektrisch isoliert. In alternativen Ausführungsbeispielen ist ein Isolatormaterial, beispielsweise zusätzlich Kapton oder ein anderes Material, zwischen den zwei Modulen 200 zur elektrischen Isolation der Signalverläufe angeordnet.
Vor der Ausrichtung wird jedes der Module 222 durch einen teflonbeschichteten Rahmen oder einen anderen Rahmen mit Kleber oder einem anderen Bondmaterial gedrückt/gepreßt. Durch das Pressen werden die flexiblen Schaltungen 206 und 108 eng entlang der Seiten der Module 222 angepresst, um jegliche Separation zwischen den Modulen zu minimieren.
Die Module 222 sind innerhalb eines Rahmens 224 angeordnet. Der Rahmen weist ein Graphitmaterial, ein anderes leitfähiges Material oder ein anderes nicht leitfähiges Material auf. Die vier Module 222 sind in den Rahmen 224 presseingepasst oder innerhalb des Rahmens 224 positionierbar. Wenn die Module 222 innerhalb des Rahmens 224 positioniert sind, beträgt der Platz zwischen der PZT-Schicht 214 der Module 222 etwa 50–150 Mikrometer, jedoch kann auch eine andere Beabstandung verwendet werden. Der Abstand ist das Ergebnis des flexiblen Schaltungsmaterials zwischen den piezoelektrischen Schichten 214 jedes Moduls 222. Ein 50–150 Mikrometer Abstand ist 0–100 Mikrometer größer als eine normale Kerbenbreite. Andere relative Breiten können verwendet werden. Das Minimieren des Abstandes zwischen den Modulen 222 minimiert die Strahlbreite in Elevationsrichtung oder die Elevationspunktspreizfunktion. Der Rahmen 224 richtet die Module 222 in beide Richtungen aus, kann jedoch weniger Toleranz in der Azimutrichtung aufweisen. Eine Ausrichtung mit größeren Toleranzen kann durch ein manuelles optisches Ausrichten, durch eine Stift- und Lochausrichtung oder eine Präzisionsherstellung des Rahmens 224 als Vorlage gebildet werden.
Nachdem die Module 222 innerhalb des Rahmens 224 ausgerichtet sind, werden die Kerben von dem getrennten Dicing mit Silikon oder einem anderen Kerbenfüllmaterial aufgefüllt. Das Kerbenfüllmaterial dient auch zum Bonden der Module 222 aneinander und an den Rahmen 224. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden die Kerben der Module 222 vor dem Ausrichten gefüllt. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen werden keine Kerbfüllungen verwendet. Eine Schutzschicht aus Linsenmaterial oder einem anderen fokussierenden oder nicht fokussierenden akustischen transparenten Material ist über oder um die Anordnung 200 herum gebildet. Ein bei hoher Temperatur oder bei Raumtemperatur vulkanisiertes Silikon kann beispielsweise über die Anordnung 208 gebildet werden. Wenn die Anordnung 200 vollständig abgetastet (bestückt) ist, liefert die zusätzliche Schutzschicht keinen Fokus oder begrenzten Fokus.
Die flexiblen Schaltungen 206, 208 und die entsprechenden Signalverläufe sind mit gedruckten Leiterplatten oder Multiplexern verbunden. Die Ausgangssignale der Multiplexer sind mit Kabeln 22 verbunden. Die Kabel verbinden die Elemente 24 der Anordnung 200 elektrisch mit der Basiseinheit 12.
In alternativen Ausführungsbeispielen sind verschiedene mehrdimensionale Anordnungen gebildet, mit einem Multiplexer, der in der Sonde 18 integriert ausgebildet ist und/oder einer Isolation für den Sendeweg und dem Empfangsweg durch das Transducerelement 24. Das Multiplexen, beispielsweise ein Zeitmultiplexen, erlaubt ein Multiplexen von mehreren Kanälen auf einen einzelnen Kanal. Das Ausmaß des Multiplexens, die gewünschte Bandbreite, die Mittenfrequenz und die Taktrate bestimmen das verwendete Multiplexverfahren. Ein System mit einer 40 MHz Taktrate kann beispielsweise einen Transducer mit bis zu 25 MHz Mittenfrequenz verwenden, unter der Annahme, dass die Nyquist-Abtastsrate (Nyquist sampling rate) das bis zu 1,6-fache der Mittenfrequenz ist. Durch Multiplexen kann die Mittenfrequenz reduziert werden, um die Anzahl von Systemkanälen oder Kabeln 22 zu reduzieren. In dem oben genannten Beispiel erlaubt ein 2:1 Multiplexer die Verwendung eines Transducers bis zu einer 12,5 MHz Mittenfrequenz mit einer 120%-Bandbreite, verdoppelt jedoch die Anzahl der Elemente 24, die ein Kabel 22 verwenden. Ein 3:1 Multiplexer erlaubt die Verwendung eines Transducer bis zu einer 8,3 MHz Mittenfrequenz 4:1 erlaubt 6,3 MHz, 5:1 erlaubt 5,0 MHz, 6:1 erlaubt 4,2 MHz, 7:1 erlaubt 3,6 MHz und 8:1 erlaubt 2,5 MHz. Höhere Taktraten erlauben entweder mehr Multiplexing oder Transducer mit größerer Mittenfrequenz.
Einige mehrdimensionale Anordnungen liefern eine Mehrzahl von Transducerelementen, die mit N Elementen entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei N größer als Eins ist, und mit M Elementen entlang einer zweiten Richtung, wobei M größer als Eins und ungleich N ist. Beispielsweise haben eine Multi-PZT-Schichtlinearanordnung, eine 1,5D-, I-Strahl, +-Strahl- oder andere Anordnungen der Elemente 24 unterschiedliche Verteilungen der Elemente 24. Eine Sonde nimmt die Anordnung 200 der Elemente 24 auf. Ein Multiplexer innerhalb der Sonde und mit mindestens zwei der Mehrzahl der Transducerelemente 24 verbunden, erlaubt eine größere Anzahl von Elementen 24 mit einer geringeren Anzahl von Systemkanälen oder Kabeln 22, die mit der Basiseinheit 12 verbunden sind.
Das Multiplexer erlaubt eine höhere Auflösung für 1,5-dimensionale Transduceranordnungen, beispielsweise Anordnungen mit zwei oder mehreren Elevationsreihen von 96 Elementen 24 in Azimutrichtung. Mit 2:1 Zeitdomainmultiplexing verwendet beispielsweise eine 1,5D-Anordnung mit drei oder vier Reihen von 96 Elementen 192 Systemkanäle oder Kabel 22 bei bis zu 12,5 MHz. Mit 7:1 Multiplexing von sieben Segmenten oder Reihen von 96 Elementen 24 kann die Anordnung bei bis zu 3,6 MHz mit 192 Systemkanälen oder Kabeln 22 in einem 40 MHz Taktratensystem arbeiten.
Eine plano-konkaver Transducer mit isolierten linken und rechten elevationsöffnungsbeabstandeten Elementen 24 kann ebenfalls von Multiplexing profitieren. Siehe beispielsweise die Anordnungen, die in der US 6,043,589 beschrieben sind, deren Offenbarung durch Bezugnahme hiermit Bestandteil der Anmeldung wird. Zwei oder mehrere segmentierte Anordnungen arbeiten bei einer höheren Mittenfrequenz und/oder mit mehreren Elementen, indem Signale von einem oder von mehreren Elementen mit Signalen von anderen Elementen multigeplext werden.
Die Transducer, die als zwei oder mehrere separate oder linear kreuzende oder gekrümmte lineare Anordnungen konfiguriert sind, können ebenfalls von Multiplexen profitieren. Eine erste lineare Anordnung ist entlang einer Richtung positioniert und eine zweite lineare Anordnung ist entlang der zweiten Richtung oder nicht parallel zu der ersten Anordnung positioniert. Verschieden I-Strahl-, +-Strahl- oder andere Anordnungen, die in der US 6,014,473 offenbart sind, deren Offenbarung durch Bezugnahme hiermit integriert wird, verwenden beispielsweise ein Multiplexen, um eine größere Anzahl von Elementen mit der gleichen Anzahl von oder mit weniger Kabeln 22 zu verbinden. In diesem Beispiel wird eine lineare Anordnung für das Abbilden verwendet, und eine oder mehrere andere orthogonale Anordnungen liefern eine Trackinginformation. Durch Multiplexen wird die Bildauflösung weniger beeinträchtigt, indem Systemkanäle oder Kabel für Trackinganordnungen (tracking arrays) verwendet werden. Beispielsweise verwenden ein Abbildungsarray (Imaging-Array) und zwei Tracking Arrays jeweils 192 Elemente 24 mit 3:1 Multiplexing für 192 Kabel 22. Andere Verteilungen der Elemente 24 innerhalb der Anordnungen können verwendet werden.
Bi-Schicht- oder Mehrschichttransduceranordnungen können ebenfalls von Multiplexing profitieren. Zwei oder mehrere Schichten von PZT innerhalb einer linearen oder einer anderen Anordnung von Elementen 24 werden für harmonisches Abbilden (Harmonic-Imaging). Eine oder mehrere eindimensionale Anordnungen von Elementen 24 entlang der Azimutrichtung haben Schichten von Elementen 24 oder PZT entlang der Bereichsrichtung. Beispielsweise verwenden die Anordnungen, die in der US 10/076,688 (eingereicht am 14. Februar 2002) oder 5,957,851 offenbart sind mehrere Schichten von Elementen 24, die durch Elektroden getrennt sind. Das Multiplexing erlaubt eine größere Anzahl von separat adressierbaren PZT-Schichten und/oder Elementen 24. Die relative Phasenlage einer Schicht zu einer anderen Schicht berücksichtigt entweder eine Grundoperation oder harmonische Operation.
Eine Quadratgitterstruktur von Elementen als eine zweidimensionale Anordnung oder eine einzelne lineare Anordnung können ebenfalls von Multiplexing profitieren. Das Multiplexing erlaubt mehr Elemente mit weniger Systemkanälen oder Kabeln 22. Multiplexing liefert höher Auflösungen und/oder ein schnelleres Abtasten für zwei- oder dreidimensionales Imaging.
Obwohl die Erfindung durch Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Es ist folglich beabsichtigt, dass die oben genannte detaillierte Beschreibung als ein Beispiel eines gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verstanden werden soll und die Erfindung nicht definiert. Dies geschieht nur in den folgenden Ansprüchen, einschließlich aller Äquivalente, die den Schutzbereich dieser Erfindung definieren sollen.

Claims

Ultraschallsendeimpulsgebersystem mit Empfangskopplung, welches System aufweist: ein Transducerelement (24); eine Energiequelle (302); einen Verstärker (94); einen ersten Schalter (86), der mit dem Transducerelement (24) und einem ersten Eingang des Verstärkers (94) verbunden ist; und einen zweiten Schalter (86), der mit dem Transducerelement (24) und der Energiequelle (302) verbunden ist.
System nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Schalter (86) mit der gleichen Elektrode (80) des Transducerelements (24) verbunden sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Transducerelement (24) und der erste und der zweite Schalter (86) in einer Sonde (20) positioniert sind, und ferner mit einem Kabel (22), das zwischen die Sonde (20) und eine Basiseinheit (12) geschaltet werden kann.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Transducerelement (24) und der Verstärker (94) in einer Sonde (20) positioniert sind, und ferner mit einem Kabel (22), das die Sonde (20) und eine Basiseinheit (12) verbinden kann.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Multiplexer (96), der mit einem Ausgang des Verstärkers (94) und dem Kabel (22) verbunden ist, wobei der Multiplexer (96) in der Sonde (20) positioniert ist, die separat von der Basiseinheit (12) gebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem mindestens zwei Dioden (90), (92) elektrisch mit dem ersten Schalter (86) und dem ersten Eingang des Verstärkers (94) verbunden sind, wobei die zwei Dioden (90), (92) eine Klemmdiode bilden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit: einem dritten Schalter (86), der mit dem Transducerelement (24) und einem zweiten Eingang des Verstärkers (94) verbunden ist; und einem vierten Schalter (86), der mit dem Transducerelement (24) und der Energiequelle (302) verbunden ist.
System nach Anspruch 7, bei dem der erste, der zweite, der dritte und der vierte Schalter (86) eine H-Brücke von Transistoren um das Transducerelement (24) herum aufweist, wobei der erste und der zweite Schalter (86) mit einer ersten Elektrode (80) des Transducerelements (24) und der dritte und vierte Schalter (86) mit einer zweiten Elektrode (82) des Transducerelements (24) verbunden sind, und die zweite Elektrode (82) von der ersten Elektrode (80) verschieden ist.
System nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit einer ersten und zweiten Klemmdiode, die mit dem ersten und dem zweiten Eingang des Verstärkers (94) jeweils verbunden sind, wobei der Verstärker (94) einen Differenzverstärker aufweist.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der erste und der dritte Schalter (86) leitend sind, und der zweite und vierte Schalter (86) nicht leitend sind, um eine im wesentlichen Nullspannung an das Transducerelement (24) zu liefern, wobei der erste und der vierte Schalter (86) leitend sind und der zweite und der dritte Schalter (86) nicht leitend sind, um eine positive Spannung an das Transducerelement (24) zu liefern, und der zweite und der dritte Schalter (86) leitend und der erste und der vierte Schalter (86) nicht leitend sind, um eine negative Spannung an das Transducerelement (24) zu liefern.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der erste Schalter (86) leitend und der zweite Schalter (86) nicht leitend sind, während des Empfangsbetriebs, und der erste und der zweite Schalter (86) zwischen einem leitenden und einem nicht leitenden Zustand während des Sendebetriebs alternieren.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das System keinen Schalter (86) aufweist, der betreibbar ist, um zwischen einem Sendeweg und einem Empfangsweg auszuwählen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem alle Elektroden des Transducerelements (24) nicht direkt mit Masse verbunden sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Verstärker (94) einen Niederspannungsverstärker aufweist.
System nach Anspruch 9, bei dem der erste und der zweite Schalter (86) Hochspannungsschalter in einem ersten ASIC-Bauteil und die erste und zweite Klemmdiode und der Verstärker (94) Niederspannungsvorrichtungen in dem ersten ASIC-Bauteil aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 15, bei dem der erste und der dritte Schalter (86) erste abgestimmte Schalter und der zweite und vierte Schalter (86) zweite abgestimmte Schalter aufweisen.
Verfahren zur Verwendung eines Ultraschallsendeimpulsgebersystems mit Empfangskopplung, welches Verfahren aufweist: (a) schaltbares Verbinden des Transducerelements (24) mit einem ersten Eingang eines Verstärkers (94) mit einem ersten Schalter (86); und (b) schaltbares Verbinden einer Energiequelle (302) mit dem Transducerelement (24) mit einem zweiten Schalter (86); (c) alternierendes Ausführen der Schritte (a) und (b) während eines Sendebetriebs; und (d) Trennen der Energiequelle (302) mit dem zweiten Schalter (86) und Verbinden des Transducerelements (24) mit dem ersten Eingang mit dem ersten Schalter (86) während des Empfangsbetriebs.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit: (e) Begrenzen einer Spannung am Transducerelement (24) während der Schritte (a) und (d) mit einer Diodenklemme.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Schritte (a) und (b) durchführbar sind, um mit einer ersten Elektrode (80) des Transducerelements (24) zu verbinden; ferner mit (e) schaltbares Verbinden des Transducerelements (24) mit einem zweiten Eingang des Verstärkers (94) mit einem dritten Schalter (86); (f) schaltbares Verbindungen der Energiequelle (302) mit einer zweiten Elektrode (82) des Transducerelements (24) mit einem vierten Schalter (86), wobei die zweite Elektrode (82) von der ersten Elektrode (80) verschieden ist; und (g) abwechselndes Ausführen der Schritte (e) und (f) während eines Sendebetriebs; wobei der Schritt (d) einen Schritt (i) aufweist, um die Energiequelle (302) mit dem zweiten und vierten Schalter (86) zu trennen und einen Schritt (ii), um die erste Elektrode (80) mit dem ersten Eingang mit dem ersten Schalter (86) zu verbinden, und um die zweite Elektrode (82) mit dem zweiten Eingang mit dem dritten Schalter (86) zu verbinden, während des Empfangsbetriebs.
Ultraschallimpulsgebersystem mit Empfangskopplung, welches System aufweist: ein Transducerelement (24), das eine erste und eine zweite Elektrode (80, 82) auf gegenüberliegenden Seiten eines Transducermaterials aufweist; eine H-Brücke von Transistoren (86), wobei ein erster und ein zweiter Transistor (86) der H-Brücke mit der ersten Elektrode (80) und ein dritter und vierter Transistor (86) der H-Brücke mit der zweiten Elektrode (82) verbunden sind; einen Differenzempfangsverstärker (94), der mit dem ersten und dritten Transistor (86) verbunden ist; und eine erste und zweite Diodenklemme, die mit dem ersten und dritten Transistor (86) jeweils verbunden sind.
System nach Anspruch 20, bei dem der erste und der zweite Schalter (86) mit einer ersten Elektrode ( 30) des Transducerelements (24) verbunden sind, und eine zweite Elektrode (82) des Transducerelements (24) mit Masse verbunden ist.
Ultraschallsystem für ein medizinisches Diagnoseimaging, welches System aufweist: einen Transducer, der mindestens ein Element (24) aufweist; einen Empfangsstrahlformer, der einen Verstärker (94) aufweist, wobei der Empfangsstrahlformer mit dem Transducer verbunden ist; einem Sendestrahlformer, der eine Energiequelle (302) aufweist, einen ersten Schalter (86), der mit dem mindestens einem Transducerelement (24) und einem ersten Eingang des Verstärkers (94) verbunden ist, und einen zweiten Schalter (86), der mit mindestens einem Transducerelement (24) und der Energiequelle (302) verbunden ist; und einem Bildprozessor (16), der mit dem Empfangsstrahlformer verbunden ist.