超声探头及超声成像系统的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，具体涉及一种超声探头及超声成像系统。


背景技术：

2.常规的超声成像系统由探头和主机两部分组成，主机将高压发射脉冲加载于探头，探头将高压发射脉冲(发射信号)转换成声信号，声信号传播到被测物体后，产生反射和散射；探头将反射回来的声信号转换成电信号传递给主机，主机对接收的电信号进行放大和模数转换，再进行波束合成处理、信号滤波处理、图像处理，图像处理得到的超声图像显示在屏幕上供医生观测。常规的探头和主机通过模拟电缆连接。但是，电缆价格昂贵，而且比较粗重，给医生操作带来不便，长期操作甚至会带来劳损。
3.为了消除探头线缆的缺陷，一种方案是将发射、接收以及数字波束合成放在探头的内部，通过数字线缆将波束合成后的信号传递到主机。但是放大及摸数转换电路和数字波束合成电路的功耗非常大，这些电路放入探头的内部，大功耗导致散热问题难以解决。


技术实现要素：

4.本实用新型主要提供一种超声成像系统及超声探头，其能够降低超声探头的功耗。
5.一个实施例中，提供一种超声探头，包括：
6.多个阵元，所述阵元用于将电信号转换成超声波，并将接收到的超声回波转换成电信号，形成多路回波信号，其中，所述多路回波信号的路数小于或等于所述阵元的总数；
7.多个模拟波束合成电路，每个所述模拟波束合成电路用于将所述多路回波信号中的至少两路回波信号合成为一个模拟回波信号，其中，所述模拟波束合成电路的数量小于或等于所述多路回波信号的路数的一半；
8.模数转换器，用于将所述多个模拟波束合成电路输出的模拟回波信号转换成数字回波信号；
9.数字波束合成电路，用于将所述模数转换器输出的数字回波信号合成为一个回波信号，获得波束合成后的回波信号。
10.一个实施例中，该多路回波信号的路数是该模拟波束合成电路的数量的倍数。
11.一个实施例中，每个该模拟波束合成电路包括多个模拟延时支路和求和子电路，该多个模拟延时支路连接到该求和子电路。
12.一个实施例中，每个该模拟延时支路包括高压隔离子电路和模拟延时子电路，其中该高压隔离子电路通过该模拟延时子电路连接到该求和子电路。
13.一个实施例中，每个该模拟波束合成电路包括“多路回波信号的路数/模拟波束合成电路数量”个模拟延时子电路。
14.一个实施例中，还包括发射/接收控制电路，该发射/接收控制电路用于控制全部阵元或者部分阵元向扫描对象发射超声波束，并控制该多个阵元的至少一部分接收该超声
波束的回波。
15.一个实施例中，还包括连接在该阵元和该模拟波束合成电路之间的开关阵列，该开关阵列用于将该回波信号中的至少一部分回波信号输出给该模拟波束合成电路。
16.一个实施例中，该开关阵列为多路选择器阵列，多个多路选择器的至少部分输入端与该阵元一一对应连接，输出端分成多组，每组连接一个模拟波束合成电路。
17.一个实施例中，还包括放大电路，该放大电路用于将该模拟波束合成电路输出的模拟回波信号进行放大，并输出给该模数转换器。
18.一个实施例中，还包括处理器，该处理器用于对该波束合成后的回波信号进行信号处理。
19.一个实施例中，还包括处理器，该处理器用于根据该波束合成后的回波信号生成超声图像。
20.一个实施例中，还包括无线通信装置，该无线通信装置将该数字波束合成电路输出的信号发送到主机。
21.一个实施例中，包括主机和前述任一种的超声探头；该主机接收该超声探头输出的波束合成后的回波信号，并根据接收的该波束合成后的回波信号生成超声图像。
22.依据上述实施例的超声探头包括多个阵元、多个模拟波束合成电路、模数转换器和数字波束合成电路。每个模拟波束合成电路可以将多路回波信号中的至少两路回波信号合成为一个回波信号，模数转换器可以将模拟回波信号转换成数字回波信号，进而数字波束合成电路将模数转换器输出的数字回波信号合成为一个回波信号。可见本实用新型的超声探头中集成了两级波束合成电路，初级是直接对模拟回波信号进行子波束合成，将回波信号的路数降低至少一倍；后级再对数字回波信号进行数字波束合成。在不影响超声图像性能的前提下，减少了接收通道数，降低了模数转换器、数字波束合成电路的信号处理量，从而降低了探头的功耗。
附图说明
23.图1为本实用新型一个实施例中提供的超声成像系统的结构框图示意图；
24.图2为本实用新型一个实施例中模拟波束合成电路的结构框图示意图。
具体实施方式
25.下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
26.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一
个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
27.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
28.图1为本实用新型提供的超声成像系统一个实施例的结构框图。该超声成像系统包括超声探头1和主机2。主机2和超声探头1通过有线或无线的方式通信连接。超声探头1输出信号给主机2。主机2根据接收的所述信号来显示超声图像。
29.超声探头1可以包括多个阵元10，多个模拟波束合成电路11，模数转换器13和数字波束合成电路14。
30.阵元10可以将电信号转换成和超声波，并将接收到的扫描对象反射回的超声波回波转换成电信号输出，形成多路回波信号，其中，该多路回波信号的路数(即这些回波信号有多少路。有多少路回波信号，这些回波信号的路数就是多少)小于或等于探头中阵元10的总数。阵元10的总数可以根据设备需求进行设置，例如，128个，192个，256个，等等。
31.每个模拟波束合成电路11可以将该多路回波信号中的至少两路回波信号针对扫描对象中的目标位置点合成为一个回波信号。可见，该多个模拟波束合成电路11相当于子波束合成。模拟波束合成本身功耗小，而且，该多路回波信号经过该多个模拟波束合成电路11后，回波信号的路数至少降为的一半或以下，节省了后续放大、模数转换、数字波束合成等的电路数量，从而极大的降低了超声探头功耗。
32.这里，回波信号的路数可以是模拟波束合成电路11的数量的倍数，即，每个模拟波束合成电路11可以将该多路回波信号中的“多路回波信号的路数/模拟波束合成电路数量”路回波信号针对扫描对象中的目标位置点合成为一个回波信号。例如，“多路回波信号的路数/模拟波束合成电路数量”的取值范围可以是2至16，每个模拟波束合成电路11可以将2至16路回波信号合成为一个回波信号，在不影响超声图像质量的前提下降低了所需的后续电路的路数(所需路数降低了2至16倍)。
33.模数转换器13可以将该多个模拟波束合成电路输出的模拟回波信号转换成数字回波信号。
34.数字波束合成电路14可以将模数转换器13输出的多路数字回波信号针对扫描对象中的目标位置点合成为一个回波信号，从而获得该目标位置点的波束合成后的回波信号。
35.前述实施例中，在超声探头中，在进行数字波束合成之前，运用模拟波束合成电路先进行一次初步的模拟波束合成，模拟波束合成电路相较于数字波束合成电路，本身功耗小，通过初步的模拟波束合成将回波信号的路数降低，减少了后续放大、模数转换、数字波束合成等高耗能电路的路数，降低了后级电路的数量，在不影响超声图像质量的前提下降低了功耗。
36.一个实施例中，超声探头1可以还包括放大电路12，放大电路12可以将模拟波束合成电路11输出的多路模拟回波信号进行放大，并输出给模数转换器13。本实施例中，放大电路12只需放大的信号的路数被极大的降低，因此功耗极大的降低，从而降低了散热要求。
37.放大电路12可以包括多个放大子电路，一个模拟波束合成电路11的输出端可以对应连接一个放大子电路的输入端，每个放大子电路用于将对应的模拟波束合成电路11输出
的模拟回波信号进行放大，并输出给模数转换器13。
38.如图2所示，模拟波束合成电路11可以包括多个模拟延时支路和求和子电路112。该多个模拟延时支路均连接到求和子电路112。每个模拟延时支路包括高压隔离子电路110和模拟延时子电路111求和子电路112。一个高压隔离子电路110通过一个对应的模拟延时子电路111连接到求和子电路112的输入端。这里，每个模拟波束合成电路11可以至少设置有“多路回波信号的路数/模拟波束合成电路数量”个模拟延时支路。即，每个模拟波束合成电路11中，模拟延时支路的数量可以是至少“多路回波信号的路数/模拟波束合成电路数量”个。
39.高压隔离子电路110可以隔离脉冲信号以避免损坏接收器件，并可以接收回波信号并将回波信号输出给模拟延时子电路111。高压隔离子电路110可是超声t/r(发射/接收)开关或超声t/r开关集成电路。
40.模拟延时子电路111可以对高压隔离子电路110输出的回波信号进行模拟延时，使得输出的信号与其他模拟延时子电路输出的信号的相位对齐。
41.求和子电路112可以对模拟延时支路(或者说模拟延时子电路111)输出的信号进行求和，从而实现了将多路模拟回波信号合成为一个回波信号。
42.该超声成像系统可以还包括发射/接收控制电路15，发射/接收控制电路15可以控制全部阵元10或者部分阵元10向扫描对象发射超声波束，并控制阵元10的至少一部分接收超声波束的回波，从而得到多路回波信号。发射/接收控制电路15可以设置在超声探头1内(如图1所示)，也可以设置在主机2内(未图示)。
43.超声探头1还可以包括无线通信装置(图中未示出)和/或通信接口(图中未示出)。超声探头1通过无线通信装置向主机2无线传输数字波束合成电路14输出的信号。由于数字波束合成电路14输出的信号为经过最终数字波束合成后的信号，不包含高压信号且数据量较小，因此可以不需要使用传统的模拟线缆。
44.放大电路、模数转换器、数字波束合成电路(数字波束合成电路可以包括对应于每个通道的数字延时子电路和对各个数字延时子电路求和的至少一个求和子电路)等电路的功耗比模拟波束合成电路高的多。而根据本实用新型实施例的方案，高功耗的放大电路、模数转换器和数字延时子电路等的数量减低了至少一倍。可见，高功耗电路数量大大减小。因此，虽然超声探头体积空间受限，散热条件比较恶劣，但是前述实施例的方案从源头上减小了探头发热，不用减小电压或减低接收增益，也不用降低帧率或减小系统通道数目或采用其他手段，也能够避免探头温升过高，使得探头能够满足法规对探头温升的要求，即能够在不影响超声图像质量的前提下降低功耗及探头温升，使得探头能够满足法规对探头温升的要求。同时，由于大大减小了放大电路、模数转换器、数字波束合成电路等电路的数量，也减小了探头体积，避免给医生使用造成不便。
45.主机2可以包括处理器20和显示装置21。
46.处理器20可以对数字波束合成电路14输出的波束合成后的信号进行信号处理，比如滤波、放大、信号增强等等。
47.处理器20也可以根据数字波束合成电路14输出的波束合成后的信号生成扫描对象的超声图像，进而由显示装置21进行显示，显示装置21可以是显示器。
48.一个实施例中，处理器20可以设置在超声探头1内(未图示)。
49.一个实施例中，超声探头1可以还包括开关阵列(未图示)。开关阵列连接在阵元和模拟波束合成电路之间。本实施例中，所有阵元10均通过开关阵列连接到多个模拟波束合成电路11。开关阵列可以将多路回波信号中的至少一部分路回波信号输出给模拟波束合成电路11。
50.利用开关阵列的选通功能，可将多路回波信号的路数进一步降低，从而降低了后续电路的路数和信号处理量。
51.本实施例中，开关阵列可以为多路选择器阵列。多个多路选择器的至少部分输入端与阵元10一一对应连接，输出端分成多组，每组连接一个模拟波束合成电路11。
52.多路选择器的控制端还可以连接到发射/接收控制电路15，发射/接收控制电路15可以通过控制多路选择器的选通而控制发射和接收超声信号的阵元的数量。
53.以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。