RU2713036C2 - Ультразвуковая система с асимметричными сигналами передачи - Google Patents

Ультразвуковая система с асимметричными сигналами передачи Download PDF

Info

Publication number
RU2713036C2
RU2713036C2 RU2018102882A RU2018102882A RU2713036C2 RU 2713036 C2 RU2713036 C2 RU 2713036C2 RU 2018102882 A RU2018102882 A RU 2018102882A RU 2018102882 A RU2018102882 A RU 2018102882A RU 2713036 C2 RU2713036 C2 RU 2713036C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transmission
ultrasound system
transducer elements
signals
ultrasonic
Prior art date
Application number
RU2018102882A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018102882A3 (ru
RU2018102882A (ru
Inventor
Нейл ОУЭН
III Харри Амон КЮНКЕЛЬ
Original Assignee
Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Н.В.
Publication of RU2018102882A publication Critical patent/RU2018102882A/ru
Publication of RU2018102882A3 publication Critical patent/RU2018102882A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2713036C2 publication Critical patent/RU2713036C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
    • G01S7/52095—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences using multiline receive beamforming
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019—Details of transmitters
    • G01S7/5202—Details of transmitters for pulse systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0215—Driving circuits for generating pulses, e.g. bursts of oscillations, envelopes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
    • G01S7/52042—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation determining elastic properties of the propagation medium or of the reflective target
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/70—Specific application
    • B06B2201/76—Medical, dental
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019—Details of transmitters
    • G01S7/5202—Details of transmitters for pulse systems
    • G01S7/52022—Details of transmitters for pulse systems using a sequence of pulses, at least one pulse manipulating the transmissivity or reflexivity of the medium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead-based oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead-based oxides
    • H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Использование: для передачи ультразвуковой энергии в тело. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковая система для передачи ультразвуковой энергии в тело содержит ультразвуковой зонд с решеткой ультразвуковых элементов-преобразователей и формирователь луча передачи с каналами передачи, связанными с ультразвуковыми элементами-преобразователями и выполненными с возможностью подачи асимметричных сигналов передачи на упомянутые элементы во время их соответствующих интервалов передачи, при этом каждый канал передачи содержит аппаратное адресуемое запоминающее устройство или сдвиговый регистр, выполненные с возможностью хранения цифровых данных сигналов передачи. Технический результат: обеспечение возможности создания большой акустической выходной мощности, а также повышение надежности устройства. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Это изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам и, конкретно, к ультразвуковой системе, которая производит асимметричные сигналы передачи для поддержания поляризации ультразвукового зонда с решеткой преобразователей.
Ультразвуковой зонд передает ультразвуковые волны и принимает ультразвуковые эхо-сигналы с использованием пьезоэлектрических элементов-преобразователей, которые механически отклоняются при возбуждении высоковольтным сигналом и преобразуют вибрации в результате принимаемых эхо-сигналов в электрические сигналы. Традиционно эти пьезоэлектрические элементы изготавливаются из керамического материала, такого как PZT (цирконат-титанат свинца), поликристаллического керамического материала, предпочтительного из-за его большей механической эффективности. PZT является поликристаллическим керамическим материалом. Около пятидесяти лет назад исследования привели к разработкам монокристаллических материалов для ультразвуковых преобразователей, таких как PZN-PT (ниобат цинка-свинца - титанат свинца) и PMN-PT (ниобат магния-свинца - титанат свинца). При использовании здесь термин монокристалл используется для обозначения ориентированных пьезоэлектрических кристаллов, в которых кристалл содержит очень мало доменов (причем все они выровнены в одном направлении для обеспечения максимального суммарного пьезоэлектрического отклика), и монодоменных кристаллов, в которых кристалл содержит единственный домен материала, ориентированный для обеспечения максимального пьезоэлектрического отклика. По сравнению с керамикой PZT-типа, монокристаллы PZN-PT и PMN-PT были разработаны с большей эффективностью преобразования электрической энергии в механическую энергию и наоборот. Следовательно, преобразователи на монокристаллах являются предпочтительными для многих диагностических ультразвуковых применений, таких как гармоническая визуализация. См., например, патент США № 6532819 (Chen и др.).
Однако эти новые материалы имеют свои собственные ограничения. Было обнаружено, что эти материалы имеют более низкие температуры Кюри и меньшие электрические коэрцитивные поля, чем типичные керамики PZT-типа, используемые для медицинской визуализации. Эти меньшие электрические коэрцитивные поля делают эти монокристаллические материалы более восприимчивыми к уменьшению электрической поляризации при использовании в применениях, требующих больших электрических возбуждающих полей, а также длительной передачи большой энергии. При изготовлении ультразвукового преобразователя, пьезоэлектрический материал в преобразователе может подвергаться процессу поляризации, также известному как поляризация, для улучшения чувствительности и эффективности элементов-преобразователей. Во время поляризации пьезоэлектрический материал подвергают воздействию большего электрического поля, чем электрическое коэрцитивное поле этого материала. Поляризующее поле прикладывают в течение интервала времени, достаточного для выравнивания доменов для обеспечения суммарной электрической поляризации в этом материале. Поляризация материала при повышенных температурах может ускорить этот процесс и сократить интервал времени, требуемый для достижения поляризации. После охлаждения и снятия поляризующего поля, выровненные пьезоэлектрические домены становятся фиксированными по ориентации.
Когда преобразователь подвергается воздействию высоких длительных напряжений во время работы, это выравнивание может быть нарушено, что приводит к уменьшению электрической поляризации и уменьшению чувствительности и эффективности преобразователя. Это уменьшение электрической поляризации известно как деполяризация. Для предотвращения деполяризации к пьезоэлектрическим элементам преобразователя может быть приложено электрическое поле смещения постоянным током для противодействия электрическим полям, которые могут деполяризовать пьезоэлектрический материал, причем оно также не приводит к уменьшению радиочастотного (RF) поля, используемого в работе преобразователей. К сожалению, добавление электрического поля смещения постоянным током требует наличия дополнительных электрических компонентов в ручке преобразователей и увеличивает сложность конструкции. Таким образом, было бы желательно иметь способ для поддержания поляризации пьезоэлектрического материала без использования электрического смещения постоянным током.
Одним из применений диагностического ультразвука является диагностирование поражений в теле посредством эластичности или жесткости ткани. Одним подходом к измерению эластичности является измерение волны сдвига. Когда точка в теле сжимается, затем освобождается, примыкающая ткань сжимается сверху вниз, затем разжимается обратно, когда сжимающая сила исчезает. Но поскольку ткань, где прикладывается сжимающая сила, непрерывно соединена с окружающей тканью, несжатая ткань, поперечная вектору силы, будет откликаться на перемещение вверх-вниз сжатой ткани. Пульсирующий эффект в этом поперечном направлении, называемый волной сдвига, является откликом в окружающей ткани на направленную вниз сжимающую силу. Волна сдвига будет перемещаться с одной скоростью через мягкую ткань и с другой, более высокой скоростью, через твердую ткань. Посредством измерения скорости волны сдвига в точке в теле получают информацию в отношении патологически релевантных характеристик ткани в этом местоположении. Было показано, что сила, необходимая для толкания ткани вниз, может быть создана давлением излучения от ультразвукового импульса, обычно называемого «толчковым импульсом». Толчковые импульсы являются обычно длинными (сотни микросекунд) импульсами, создаваемыми при подаче длительных высоковольтных сигналов возбуждения на преобразователь, который подвергается опасности уменьшения электрической поляризации. Поскольку один и тот же «толчковый импульс» обычно повторяется для измерений с шагом приращения сантиметрового размера по всему телу, технология волн сдвига может значительно увеличить проблему уменьшения электрической поляризации, особенно когда зонд имеет преобразователь из монокристаллического материала.
В некоторых аспектах настоящее изобретение обеспечивает ультразвуковые системы, которые передают ультразвуковую энергию в тело. Ультразвуковые системы могут включать в себя ультразвуковой зонд с решеткой ультразвуковых элементов-преобразователей и формирователь луча передачи с каналами передачи, связанными с ультразвуковыми элементами-преобразователями и выполненными с возможностью подачи асимметричных сигналов передачи на упомянутые элементы во время их соответствующих интервалов передачи. Формирователь луча передачи может быть выполнен с возможностью подачи асимметричных радиочастотных сигналов, и/или система может включать в себя цепь смещения постоянным током, а асимметричные сигналы могут включать в себя симметричный радиочастотный сигнал со смещением постоянным током.
В некоторых аспектах элементы-преобразователи могут включать в себя пьезоэлектрические керамические элементы-преобразователи, которые могут быть монокристаллическими элементами-преобразователями. Монокристаллические элементы-преобразователи могут быть выполнены из множества материалов, таких как монокристаллические PMN-PT, PZN-PT или PIN-PMN-PT.
В некоторых аспектах системы могут включать в себя переключатель T/R (передача/прием), связывающий каждый канал передачи с элементом-преобразователем, и необязательно кабель зонда, связывающий переключатели T/R с элементами-преобразователями.
В некоторых аспектах ультразвуковые элементы-преобразователи могут включать в себя отрицательно поляризованные элементы-преобразователи, и в таких примерах асимметричные сигналы передачи имеют среднее значение амплитуды, которое является отрицательным относительно нулевого опорного напряжения. Ультразвуковые элементы-преобразователи могут включать в себя положительно поляризованные элементы-преобразователи, и асимметричные сигналы передачи могут иметь среднее значение амплитуды, которое является положительным относительно нулевого опорного напряжения.
В некоторых аспектах каждый канал передачи может включать в себя аппаратное адресуемое запоминающее устройство или сдвиговый регистр, выполненные с возможностью хранения цифровых данных сигналов передачи. Каждый канал передачи может также включать в себя цифро-аналоговый преобразователь, выполненный с возможностью приема цифровых данных сигналов передачи для преобразования этих данных в аналоговый сигнал передачи. Каждый канал передачи может включать в себя высоковольтный усилитель передачи, выполненный с возможностью приема аналогового сигнала передачи и подачи высоковольтного сигнала передачи на элемент-преобразователь.
В некоторых аспектах настоящее изобретение включает в себя использование асимметричных сигналов передачи в комбинации с эластографией волн сдвига. По существу, в некоторых вариантах осуществления асимметричные сигналы передачи могут включать в себя сигналы передачи толчковых импульсов. Сигналы передачи толчковых импульсов могут составлять по продолжительности, например, 50-1000 микросекунд.
На чертежах:
Фигура 1 показывает в форме блок-схемы ультразвуковую диагностическую систему визуализации, которая возбуждает элементы решетки преобразователей зонда асимметричными сигналами передачи.
Фигура 2 является схематичной иллюстрацией двух каналов формирователя луча передачи, связанных с двумя элементами решетки преобразователей.
Фигура 3 является графиком измеренных форм сигналов передачи, показывающим асимметричный сигнал передачи по настоящему изобретению.
Фигура 4 показывает главные компоненты ультразвукового зонда согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения описана ультразвуковая система, которая возбуждает элементы-преобразователи зонда асимметричными сигналами передачи. Асимметрия амплитуды сигнала передачи создает электрическое поле с большими амплитудами в направлении, которое усиливает поляризацию пьезоэлектрического материала, и меньшими амплитудами в направлении, которое является противоположным и уменьшает поляризацию пьезоэлектрического материала. Асимметричные сигналы передачи усиливают поляризацию, поскольку суммарная энергия, подаваемая на элемент-преобразователь в течение длительности импульса передачи, создает суммарные механические и электрические силы, которые действуют для поддержания доменов в выровненном состоянии и поддержания поляризации.
Теперь со ссылкой на фиг. 1 в форме блок-схемы показана ультразвуковая система, которая производит асимметричные сигналы передачи для ультразвукового зонда согласно принципам настоящего изобретения. В показанной реализации ультразвуковая система предназначена для передачи толчковых импульсов для измерения волн сдвига в теле. Ультразвуковой зонд 10 имеет решетку 12 преобразователей из элементов-преобразователей, которые выполнены с возможностью передачи и приема ультразвуковых сигналов. Элементы решетки 12 преобразователей выполняют из пьезоэлектрического керамического материала, такого как PZT, PMN-PT, PZN-PT или PIN-PMN-PT (ниобат индия-свинца - ниобат магния-свинца - титанат свинца). Решетка может быть изготовлена в виде одномерной (1D) или двухмерной (2D) решетки элементов-преобразователей. Решетка обоих типов может сканировать двухмерную плоскость, и двухмерная решетка может быть использована для сканирования объемной области перед решеткой. Кабель 40 зонда соединяет зонд с центральным процессором ультразвуковой системы. Фиг. 4 является видом сбоку типичного ультразвукового зонда 10, причем кабель 40 зонда прикреплен к проксимальному концу ручки зонда. Решетка 12 преобразователей находится на дистальном конце 11 зонда и выполнена с возможностью передачи ультразвуковых сигналов и приема эхо-сигналов в пределах области 80 сканирования перед зондом, когда дистальный конец находится в акустическом контакте с телом пациента.
Элементы решетки преобразователей зонда 10 связаны с формирователем 18 луча передачи и многолинейным формирователем 20 луча приема в ультразвуковой системе посредством переключателя 14 передачи/приема (T/R). Формирователи луча передачи общеизвестны в данной области техники и описаны, например, в патентной публикации США № 2013/0131511 (Peterson и др.), патенте США № 6937176 (Freeman и др.), патенте США № 7715204 (Miller) и патенте США № 5581517 (Gee и др.), каждый из которых полностью включен в данный документ посредством ссылки. Как описано в этих публикациях, формирователь луча передачи для решетки преобразователей имеет множественные каналы, каждый из которых может передавать сигнал или импульс, или форму сигнала возбуждения для элемента-преобразователя в независимо запрограммированный момент времени относительно других каналов. Это - выбираемая относительная синхронизация подачи сигналов возбуждения на отдельные элементы-преобразователи, которая обеспечивает фокусировку и управление лучом передачи. Координацией передачи и приема формирователями луча управляет контроллер 16 формирователя луча, который управляется за счет работы пользователя пользовательской панели 38 управления. Пользователь может управлять панелью управления для предписания ультразвуковой системе передавать, например, единственный толчковый импульс или множественные одновременные толчковые импульсы во время визуализации волн сдвига. Многолинейный формирователь луча приема производит множественные пространственно отдельные линии приема (А-линии) эхо-сигналов во время единственного интервала передачи-приема. Многолинейные формирователи луча известны в данной области техники и описаны, например, в патенте США № 6482157 (Robinson), патенте США № 6695783 (Henderson и др.) и патенте США № 8137272 (Cooley и др.), каждый из которых полностью включен в данный документ посредством ссылки. Эхо-сигналы обрабатываются посредством фильтрации, шумопонижения и т.п. сигнальным процессором 22, затем сохраняются в памяти 24 А-линий, цифровой памяти, которая сохраняет данные эхо-сигналов, принимаемых по А-линиям. Отдельные во времени замеры А-линий, относящиеся к одному и тому же местоположению пространственного вектора, связаны друг с другом в совокупности эхо-сигналов, относящихся к общей точке в поле изображения. Радиочастотные эхо-сигналы последовательной выборки А-линий одного и того же пространственного вектора взаимно коррелируются радиочастотным кросс-коррелятором 26 А-линий, процессором, запрограммированным на выполнение взаимной корреляции данных сигналов, для создания последовательности замером смещения ткани для каждой точки выборки на векторе. Альтернативно, А-линии пространственного вектора могут быть обработаны с использованием эффекта Доплера для детектирования движения волн сдвига вдоль вектора, или могут быть использованы другие фазочувствительные технологии. Пиковый детектор 28 волнового фронта откликается на детектирование смещения волны сдвига вдоль вектора А-линии с детектированием пика смещения волны сдвига в каждой точке выборки на А-линии. В предпочтительном варианте осуществления это осуществляется процессором, выполняющим аппроксимацию кривой, хотя при необходимости также могут быть использованы взаимная корреляция и другие интерполяционные технологии. Момент времени, в который происходит пик смещения волны сдвига, отмечают относительно моментов времени того же самого события в других местоположениях А-линии, все моменты времени относительно общей привязки по времени, и эту информацию передают на детектор 30 скорости волнового фронта, процессор, который дифференциально вычисляет скорость волны сдвига из моментов времени смещений пиков на смежных А-линиях. Эту информацию о скорости связывают в карту 32 отображения скорости, хранимую в буфере, которая указывает скорость волны сдвига в пространственно разных точках в поле двухмерного (2D) или трехмерного (3D) изображения. Карту отображения скорости передают на процессор 34 изображения, который обрабатывает карту скорости, предпочтительно накладывая анатомическое ультразвуковое изображение ткани, для отображения на устройстве 36 отображения изображения. Дополнительные подробности компонентов ультразвуковой системы по фиг. 1 можно найти в патентной публикации США № 2013/0131511 (Peterson и др.), которая полностью включена в данный документ посредством ссылки.
Фиг. 2 является схематичным чертежом компонентов двух каналов формирователей луча передачи и приема, связанных переключателями 14 T/R и сигнальными линиями кабеля 40 зонда с элементами eM и eM+1 решетки преобразователей зонда с N элементами. Переключатели 14 T/R показаны установленными в положение передачи. При установке в положение приема, переключатель связывает элемент-преобразователь с усилителем 42, 52 на входе в канал формирователя луча приема. Переключатели T/R являются доступными для приобретения на рынке, например, TX810 компании Texas Instruments, Даллас, Техас, США. При показанной установке для передачи канал формирователя 18 луча передачи связан с элементом-преобразователем. Каждый канал 49, 50 передачи в показанной реализации имеет аппаратное адресуемое запоминающее устройство или сдвиговый регистр 48, 58, в который загружены цифровые данные сигнала передачи, показанного иллюстрациями выборочных форм сигнала. При наступлении момента времени передачи элементом, связанным с каналом, ультразвукового сигнала во время интервала передачи, сохраненные цифровые данные сигнала адресуют или синхронно отправляют из запоминающего устройства или сдвигового регистра на цифро-аналоговый преобразователь 46, 56. Этот преобразователь преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал передачи, который усиливается высоковольтным усилителем 44, 54 передачи. Пиковые напряжения возбуждения на элементах-преобразователях обычно находятся в диапазоне от 5 до 100 вольт, в зависимости от режима визуализации. Высоковольтный сигнал передачи подается на элемент-преобразователь eM, eM+1 посредством переключателя 14 T/R и сигнальной линии кабеля 40 зонда.
Согласно принципам настоящего изобретения, сигналы передачи, подаваемые на элементы-преобразователи, являются асимметричными относительно опорного потенциала нуль вольт, как показано на фиг. 3. Этот чертеж формы сигнала показывает замеры общепринятого симметричного сигнала 60 передачи и асимметричного сигнала 70 передачи. Симметричный сигнал 60 передачи изменяется в диапазоне между пиками +1 и -1 и имеет среднее значение амплитуды около нуля. Асимметричный сигнал 70 передачи изменяется в диапазоне от положительного пика, равного 0,5, до отрицательного пика, равного -1, и имеет отрицательное среднее значение около -0,25. При подаче на отрицательно поляризованный элемент-преобразователь, асимметричная форма 70 сигнала усиливает отрицательную поляризацию. При использовании положительно поляризованного преобразователя, асимметрия синусоидальной формы сигнала передачи будет иметь больший положительный пик и/или длительность, чем ее отрицательная фаза, и будет иметь положительное среднее значение для усиления положительной поляризации.
Другим вариантом осуществления сигналов передачи, которые усиливают поляризацию преобразователя, является комбинация симметричного радиочастотного сигнала и напряжения смещения постоянным током. Этот вариант осуществления включает в себя дополнительные схемы в преобразователе или ультразвуковой системе для создания смещения постоянным током. В практической реализации цепь смещения постоянным током может быть размещена между конденсатором связи по переменному току и элементами-преобразователями решетки преобразователей. Смещение постоянным током может быть сгенерировано в пределах модуля преобразователей или подано на него из ультразвуковой системы. Преимущество этого альтернативного варианта осуществления состоит в том, что он позволяет использовать более простые схемы сигналов передачи в пределах ультразвуковой системы.
Асимметричный сигнал передачи (например, асимметричный радиочастотный сигнал или комбинация симметричного радиочастотного сигнала и напряжения смещения постоянным током) согласно настоящему изобретению является особенно предпочтительным в случае высоковольтных сигналов большой длительности, таких как сигналы, используемые для создания толчкового импульса для диагностики с использованием волн сдвига. Для толчкового импульса, импульсы с большим индексом модуляции (MI) (например, 1,5-1,9) и большими длительностями используются таким образом, чтобы передавалась достаточная энергия для смещения ткани вниз по направлению луча и обеспечения развития волны сдвига. В типичной реализации толчковый импульс является длинным импульсом с длительностью от 50 до 1000 микросекунд. Типичная длительность составляет, например, 500 микросекунд. При использовании общепринятых симметричных сигналов передачи существует значительный риск уменьшения электрической поляризации элементов-преобразователей, тогда как асимметричные сигналы передачи могут фактически усиливать поляризацию. Это происходит, конкретно, в случае, когда элементы-преобразователи выполнены из монокристаллического материала, который будет деполяризоваться при меньших электрических полях, чем традиционный материал PZT. Использование асимметричных сигналов передачи позволяет элементам-преобразователям выдерживать существенно более высокое напряжение передачи без деградации, что, в свою очередь, позволяет обеспечить большую акустическую выходную мощность и улучшенную надежность.

Claims (18)

1. Ультразвуковая система для передачи ультразвуковой энергии в тело, содержащая:
ультразвуковой зонд с решеткой ультразвуковых элементов-преобразователей и
формирователь луча передачи с каналами передачи, связанными с ультразвуковыми элементами-преобразователями и выполненными с возможностью подачи асимметричных сигналов передачи на упомянутые элементы во время их соответствующих интервалов передачи, при этом каждый канал передачи содержит аппаратное адресуемое запоминающее устройство или сдвиговый регистр, выполненные с возможностью хранения цифровых данных сигналов передачи.
2. Ультразвуковая система по п. 1, в которой элементы-преобразователи дополнительно содержат пьезоэлектрические керамические элементы-преобразователи.
3. Ультразвуковая система по п. 2, в которой пьезоэлектрические керамические элементы-преобразователи дополнительно содержат монокристаллические элементы-преобразователи.
4. Ультразвуковая система по п. 3, в которой монокристаллические элементы-преобразователи дополнительно содержат монокристаллические PMN-PT (ниобат магния-свинца - титанат свинца), PZN-PT (ниобат цинка-свинца - титанат свинца) или PIN-PMN-PT (ниобат индия-свинца - ниобат магния-свинца - титанат свинца).
5. Ультразвуковая система по п. 1, дополнительно содержащая переключатель T/R (передачи/приема), связывающий каждый канал передачи с элементом-преобразователем.
6. Ультразвуковая система по п. 1, дополнительно содержащая кабель зонда, связывающий переключатели T/R (передачи/приема) с элементами-преобразователями.
7. Ультразвуковая система по п. 1, в которой ультразвуковые элементы-преобразователи дополнительно содержат отрицательно поляризованные элементы-преобразователи и
в которой асимметричные сигналы передачи имеют среднее значение амплитуды, которое является отрицательным относительно нулевого опорного напряжения.
8. Ультразвуковая система по п. 1, в которой ультразвуковые элементы-преобразователи дополнительно содержат положительно поляризованные элементы-преобразователи и
в которой асимметричные сигналы передачи имеют среднее значение амплитуды, которое является положительным относительно нулевого опорного напряжения.
9. Ультразвуковая система по п. 1, в которой каждый канал передачи дополнительно содержит цифро-аналоговый преобразователь, предназначенный для приема цифровых данных сигналов передачи с преобразованием этих данных в аналоговый сигнал передачи.
10. Ультразвуковая система по п. 9, в которой каждый канал передачи дополнительно содержит высоковольтный усилитель передачи, предназначенный для приема аналогового сигнала передачи и подачи высоковольтного сигнала передачи на элемент-преобразователь.
11. Ультразвуковая система по п. 1, в которой асимметричные сигналы передачи дополнительно содержат сигналы передачи толчковых импульсов.
12. Ультразвуковая система по п. 11, в которой сигналы передачи толчковых импульсов дополнительно создают толчковые импульсы с длительностью от 50 до 1000 микросекунд.
13. Ультразвуковая система по п. 1, в которой формирователь луча передачи дополнительно выполнен с возможностью подачи асимметричных радиочастотных сигналов.
14. Ультразвуковая система по п. 1, причем эта система содержит цепь смещения постоянным током, а асимметричные сигналы содержат симметричный радиочастотный сигнал со смещением постоянным током.
RU2018102882A 2015-06-29 2016-06-28 Ультразвуковая система с асимметричными сигналами передачи RU2713036C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562185966P 2015-06-29 2015-06-29
US62/185,966 2015-06-29
PCT/IB2016/053845 WO2017002007A1 (en) 2015-06-29 2016-06-28 Ultrasound system with asymmetric transmit signals

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018102882A RU2018102882A (ru) 2019-07-29
RU2018102882A3 RU2018102882A3 (ru) 2019-10-23
RU2713036C2 true RU2713036C2 (ru) 2020-02-03

Family

ID=56497814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018102882A RU2713036C2 (ru) 2015-06-29 2016-06-28 Ультразвуковая система с асимметричными сигналами передачи

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180156904A1 (ru)
EP (1) EP3314292B1 (ru)
JP (2) JP6932084B2 (ru)
CN (1) CN107810429A (ru)
RU (1) RU2713036C2 (ru)
WO (1) WO2017002007A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11777552B2 (en) * 2016-11-10 2023-10-03 Leltek Inc. Method for transceiving signals and transceiver using the same
US11029400B2 (en) 2018-07-23 2021-06-08 General Electric Company Methods and system for maintaining polarization of an ultrasound transducer
US11311275B2 (en) * 2019-03-28 2022-04-26 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Asymmetry for acoustic radiation force impulse
US11435461B2 (en) * 2019-07-19 2022-09-06 GE Precision Healthcare LLC Method and system to prevent depoling of ultrasound transducer
US11464494B2 (en) 2019-07-19 2022-10-11 GE Precision Healthcare LLC Method and system to revert a depoling effect exhibited by an ultrasound transducer
CN113288202A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 通用电气精准医疗有限责任公司 反转由超声换能器表现出的去极化效应的方法和系统
CN117979908A (zh) 2021-09-21 2024-05-03 富士胶片株式会社 超声波诊断系统及超声波诊断系统的工作方法
CN114111657B (zh) * 2021-11-11 2024-06-04 国网辽宁省电力有限公司检修分公司 一种均压电极结垢厚度检测系统及操作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1439486A1 (ru) * 1987-04-27 1988-11-23 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Система акустического изображени
US6057632A (en) * 1998-06-09 2000-05-02 Acuson Corporation Frequency and bandwidth controlled ultrasound transducer
US6497660B1 (en) * 2000-10-18 2002-12-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasound imaging device
EP1881347A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-23 Aloka Co., Ltd. Ultrasound diagnosis apparatus
RU2360241C2 (ru) * 2005-01-27 2009-06-27 Сименс Акциенгезелльшафт Способ и устройство для определения дефектов конструктивного элемента турбины
US7652410B2 (en) * 2006-08-01 2010-01-26 Insightec Ltd Ultrasound transducer with non-uniform elements

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5581517A (en) 1994-08-05 1996-12-03 Acuson Corporation Method and apparatus for focus control of transmit and receive beamformer systems
JP3396647B2 (ja) * 1999-06-29 2003-04-14 株式会社東芝 超音波発振装置および超音波発振装置の駆動方法
US6532819B1 (en) 2000-02-29 2003-03-18 Jie Chen Wideband piezoelecric transducer for harmonic imaging
US6695783B2 (en) 2000-12-22 2004-02-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiline ultrasound beamformers
US6482157B2 (en) 2001-03-30 2002-11-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasonic diagnostic imaging systems with blended multiline for 2D and 3D applications
US7570036B2 (en) * 2004-09-10 2009-08-04 Primarion Corporation Multi-threshold multi-gain active transient response circuit and method for digital multiphase pulse width modulated regulators
US6582371B2 (en) 2001-07-31 2003-06-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasound probe wiring method and apparatus
US6795374B2 (en) * 2001-09-07 2004-09-21 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Bias control of electrostatic transducers
US7022074B2 (en) * 2003-06-12 2006-04-04 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Method and apparatus for generating a multi-level ultrasound pulse
US9116229B2 (en) * 2003-08-04 2015-08-25 Microchip Technology Inc. Ultrasound transmit beamformer integrated circuit and method
US6937176B2 (en) 2003-09-30 2005-08-30 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Ultrasonic signal acquisition in the digital beamformer
WO2005120359A1 (ja) * 2004-06-11 2005-12-22 Olympus Corporation 超音波プローブ装置及び超音波診断装置
JP3867716B2 (ja) * 2004-06-18 2007-01-10 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサ、超音波スピーカ、及び超音波トランスデューサの駆動制御方法
JP2008515517A (ja) * 2004-10-08 2008-05-15 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 画像の左右反転および上下倒立のある三次元診断超音波撮像システム
JP2006217942A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Fuji Photo Film Co Ltd 超音波撮像装置
WO2007133881A2 (en) 2006-05-12 2007-11-22 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Incoherent retrospective dynamic transmit focusing
US20100256498A1 (en) * 2007-11-16 2010-10-07 Hiroki Tanaka Ultrasonic imaging device
JP5497394B2 (ja) * 2009-09-30 2014-05-21 富士フイルム株式会社 圧電アクチュエータとその駆動方法、液体吐出装置、圧電型超音波振動子
WO2011064688A1 (en) 2009-11-25 2011-06-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasonic shear wave imaging with focused scanline beamforming
US9237878B2 (en) * 2011-04-22 2016-01-19 Mayo Foundation For Medical Education And Research Generation and assessment of shear waves in elasticity imaging
US9757092B2 (en) * 2011-11-02 2017-09-12 Seno Medical Instruments, Inc. Method for dual modality optoacoustic imaging
US10537703B2 (en) * 2012-11-26 2020-01-21 Thync Global, Inc. Systems and methods for transdermal electrical stimulation to improve sleep
US9479162B2 (en) * 2012-11-28 2016-10-25 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for ultrasound probes
US10025272B2 (en) * 2013-01-25 2018-07-17 General Electric Company Ultrasonic holography imaging system and method
JP5924296B2 (ja) * 2013-03-19 2016-05-25 コニカミノルタ株式会社 超音波画像診断装置
JP5730979B2 (ja) * 2013-11-08 2015-06-10 日立アロカメディカル株式会社 超音波診断装置、及び弾性評価方法
US20150320394A1 (en) * 2014-05-12 2015-11-12 University Of Washington Toric focusing for radiation force applications
US10311685B1 (en) * 2018-06-29 2019-06-04 Logitech Europe S.A. Doorbell system with pulse-driven boost rectifier
US10355584B1 (en) * 2018-06-29 2019-07-16 Empower Semiconductor, Inc. Transient response techniques for voltage regulators
US11280846B1 (en) * 2020-09-03 2022-03-22 Rosemount Aerospace Inc. Voltage quality monitor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1439486A1 (ru) * 1987-04-27 1988-11-23 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Система акустического изображени
US6057632A (en) * 1998-06-09 2000-05-02 Acuson Corporation Frequency and bandwidth controlled ultrasound transducer
US6497660B1 (en) * 2000-10-18 2002-12-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasound imaging device
RU2360241C2 (ru) * 2005-01-27 2009-06-27 Сименс Акциенгезелльшафт Способ и устройство для определения дефектов конструктивного элемента турбины
EP1881347A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-23 Aloka Co., Ltd. Ultrasound diagnosis apparatus
US7652410B2 (en) * 2006-08-01 2010-01-26 Insightec Ltd Ultrasound transducer with non-uniform elements

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018519052A (ja) 2018-07-19
US20180156904A1 (en) 2018-06-07
EP3314292A1 (en) 2018-05-02
CN107810429A (zh) 2018-03-16
JP7183338B2 (ja) 2022-12-05
WO2017002007A1 (en) 2017-01-05
EP3314292B1 (en) 2024-08-21
RU2018102882A3 (ru) 2019-10-23
JP2021151494A (ja) 2021-09-30
RU2018102882A (ru) 2019-07-29
JP6932084B2 (ja) 2021-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2713036C2 (ru) Ультразвуковая система с асимметричными сигналами передачи
US8333703B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
US20050215909A1 (en) Electric field control for capacitive micromachined ultrasound transducers
JP5702326B2 (ja) 超音波プローブおよびそれを備える超音波診断装置
JPH0414018B2 (ru)
CN105411625B (zh) 基于电容式微加工超声换能器面阵的诊疗一体化超声系统
JP4991722B2 (ja) 超音波トランスデューサアレイ
CN106466192B (zh) 超声波诊断装置和多普勒波形图像生成方法
JP2005087576A (ja) 超音波送受信装置
KR20170033222A (ko) 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법
JP5468564B2 (ja) 超音波探触子および超音波診断装置
JP2018140061A (ja) 超音波撮像装置
JP6251030B2 (ja) 超音波プローブおよび超音波診断装置
CN108889589A (zh) 超声换能器及超声装置
JP5526009B2 (ja) 超音波診断装置
JP3730823B2 (ja) 超音波振動子駆動回路
CN211049411U (zh) 探头和组织弹性检测系统
JP2006198239A (ja) 体腔内超音波診断システム
CN208288392U (zh) 超声换能器及基于超声换能器的超声装置
JP2004089357A (ja) 超音波用探触子及びそれを用いた超音波診断装置
JP5450488B2 (ja) 超音波診断装置および超音波画像生成方法
JPH1189840A (ja) 穿刺針並びに超音波撮像方法および装置
CN109843180A (zh) 用于驱动超声成像换能器的系统和方法
JP2019180934A (ja) 超音波プローブ、超音波プローブの制御方法および超音波システム
JPS61146236A (ja) 超音波診断装置用電源