УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ НАГРУЗКИ, В ЧАСТНОСТИ, УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК A61B8/12 B60B1/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству возбуждения и соответствующему способу возбуждения для возбуждения нагрузки, имеющей множество отдельных емкостных элементов нагрузки, в частности ультразвуковому преобразователю, содержащему множество элементов преобразователя. Дополнительно, настоящее изобретение относится к ультразвуковому устройству.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области ультразвукового преобразователя для формирования трехмерных изображений зонды с преобразователем проектируются посредством объединения двухмерного массива элементов акустического преобразователя. Элементы преобразователя типично формируются из пьезоэлектрических материалов для излучения волн давления. Элементы преобразователя обычно также используются, чтобы обнаруживать ультразвуковые отражения для формирования трехмерных изображений. Элементы преобразователя типично управляются или возбуждаются посредством множества ASIC, имеющих интегрированные элементы возбуждения для возбуждения элементов преобразователя отдельно.

Существующие 3D-ультразвуковые преобразователи используются для чрескожного и чреспищеводного формирования изображений и обеспечения частоты формирования изображений в диапазоне 2-10 МГц. В этом диапазоне частот формирования изображений множество ASIC для возбуждения элементов преобразователя проектируются, чтобы иметь схему для управления, передачи и приема акустического сигнала в массиве, который соответствует массиву одного элемента преобразователя. Размер элементов преобразователя определяется по требованиям формирования изображений определенной прикладной задачи, т.е. частоте и полю зрения ультразвукового преобразователя. Типично, шаг элементов преобразователя в двумерном массиве находится между 100 и 300 мкм.

Для катетерных устройств и систем формирования изображений доступные в настоящее время зонды с преобразователем для формирования изображений и возбуждающие устройства являются слишком большими и работают с двумя низкими частотами для предоставления необходимого двухмерного и трехмерного изображения внутри органов, например внутри сердца. В частности, для прикладных задач исследования сердца зонды с преобразователем должны предоставлять информацию о навигации и местоположении для процедур абляции и структурных репараций сердца. Эти прикладные задачи нуждаются в более высоких частотах, например 15-60 МГц, для того, чтобы обеспечивать требуемые характеристики формирования изображения. Дополнительно, чтобы добиваться требований по частоте и размеру для применения на основе катетера, могут применяться емкостные микромашинные ультразвуковые преобразователи (CMUT), заменяющие пьезоэлектрические элементы преобразователя. CMUT могут обеспечивать приемлемую акустическую характеристику при более высоких частотах и меньших размерах, чем пьезоэлектрический материал, и могут быть произведены с помощью технологий обработки дешевых полупроводников.

Возможность уменьшать размеры устройства возбуждения известна из US 2006/0264747 A1. Каналы микролучевого формирователя этого устройства возбуждения объединяются в группы, имеющие общий источник напряжения или общий источник тока. Однако, вследствие большого количество высоковольтных транзисторов, интегрируемых в ASIC, размер устройства возбуждения все еще слишком велик, чтобы помещаться в катетерный зонд с преобразователем.

US 4841492 A раскрывает схему затухания аподизации, чтобы добиваться выбранной процентной гауссовой аподизации сфокусированной формы ультразвуковой волны, когда она передается от линейной или фазированной решетки. Схема использует цепь резисторов, один резистор позиционируется между возбуждающими устройствами каждого элемента в решетке преобразователей. Каждый узел цепи резисторов функционирует в качестве опорного потенциала, вводимого для одного устройства возбуждения.

US 3989963 A раскрывает схему управления для циклического задействования одного или более пьезоэлектрических преобразователей, чтобы передавать и принимать ультразвуковые сигналы. Схема содержит мощный транзистор последовательно с индукционной катушкой и управляется посредством схемы синхронизации, чтобы проводить ток в течение короткого времени во время каждого цикла.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, целью настоящего изобретения является предоставление улучшенного устройства возбуждения, имеющего уменьшенный размер, и соответствующего способа возбуждения для возбуждения нагрузки, имеющей множество отдельных емкостных элементов нагрузки.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставляется устройство возбуждения для возбуждения нагрузки, имеющей множество отдельных емкостных элементов нагрузки, в частности, ультразвукового преобразователя, имеющего множество элементов преобразователя, содержащее:

- входные клеммы для присоединения устройства возбуждения к источнику питания;

- множество выходных клемм, соединяющих устройство возбуждения с одним из элементов нагрузки,

- первый управляемый переключатель, соединенный с первой из входных клемм, и

- множество возбуждающих элементов, каждый из которых имеет второй управляемый переключатель и резистор, соединенные последовательно друг с другом, при этом каждый из возбуждающих элементов соединяется последовательно с первым управляемым переключателем и со второй из входных клемм, и при этом каждая из выходных клемм соединяется с одним из возбуждающих элементов для возбуждения элементов нагрузки.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ возбуждения для возбуждения нагрузки, имеющей множество отдельных емкостных элементов нагрузки, в частности, для возбуждения ультразвукового преобразователя, имеющего множество элементов преобразователя, содержащий этапы:

- соединения элементов нагрузки с устройством возбуждения,

- соединения емкостных элементов нагрузки с первым уровнем напряжения через единственный управляемый переключатель и

- соединения емкостных элементов нагрузки индивидуально со вторым уровнем напряжения через множество управляемых переключателей, каждый из которых ассоциирован с одним из емкостных элементов нагрузки.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется ультразвуковое устройство, содержащее ультразвуковой преобразователь, имеющий множество элементов преобразователя, в частности массив элементов преобразователя, и, по меньшей мере, одно устройство возбуждения для индивидуального возбуждения элементов ультразвукового преобразователя, которое представлено согласно настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимой формуле изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как и заявленное устройство, и задается в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основывается на идее заряда или разряда емкостной нагрузки через единственный высоковольтный транзистор и индивидуального разряда или заряда емкостных элементов нагрузки посредством вторых высоковольтных транзисторов, индивидуально ассоциированных с выходными клеммами. Поскольку все емкостные элементы нагрузки заряжаются или разряжаются через единственный высоковольтный транзистор, общее количество интегрированных транзисторных элементов может быть уменьшено. Следовательно, посредством устройства возбуждения согласно настоящему изобретению и способу возбуждения размер устройства возбуждения может быть значительно уменьшен.

В предпочтительном варианте осуществления выходные клеммы, каждая, соединяются с узлом между резистором и вторым управляемым переключателем. Посредством этого специального соединения емкостные элементы нагрузки отделяются друг от друга посредством резисторов, так что емкостной элемент нагрузки может заряжаться медленно и легко индивидуально разряжаться без помех друг другу и без вызывания акустической энергии.

В дополнительном варианте осуществления устройство возбуждения содержит множество элементов управления переключателем, ассоциированных с каждым из вторых управляемых переключателей, для управления вторыми управляемыми переключателями. Элементы управления переключателем предоставляются, чтобы управлять вторыми управляемыми переключателями индивидуально, чтобы заряжать или разряжать емкостные элементы нагрузки индивидуально.

В дополнительном варианте осуществления первый управляемый переключатель предоставляется для заряда емкостных элементов нагрузки, и при этом вторые управляемые переключатели предоставляются для индивидуального разряда емкостных элементов нагрузки. Это является простым решением, чтобы возбуждать элементы ультразвукового преобразователя индивидуально с низким управляющим усилием и предоставлять двух- или трехмерную волну давления.

В дополнительном варианте осуществления вторые управляемые переключатели предоставляются для заряда емкостных элементов нагрузки индивидуально, и первый управляемый переключатель предоставляется для разряда емкостных элементов нагрузки. Это является простым решением, чтобы возбуждать элементы ультразвукового преобразователя индивидуально с низким управляющим усилием и предоставлять двух- или трехмерную волну давления.

В дополнительном варианте осуществления элементы управления переключателем выполнены с возможностью переключать вторые управляемые переключатели на основе сдвига по времени. Это является практичным решением, чтобы предоставлять трехмерный импульс давления для формирования высококачественных трехмерных изображений.

В дополнительном варианте осуществления элементы управления переключателем выполнены с возможностью управлять первым и вторым управляемыми переключателями так, что первый и второй управляемые переключатели являются, по меньшей мере, временно одновременно токопроводящими. Это минимизирует перекрестные помехи между возбуждающими элементами.

В дополнительном варианте осуществления каждый из возбуждающих элементов имеет принимающую схему, соединенную со вторым управляемым переключателем. Существует возможность возбуждать емкостной элемент нагрузки и обнаруживать ультразвуковые отражения посредством возбуждающих элементов, чтобы дополнительно уменьшать размер устройства возбуждения.

В дополнительном варианте осуществления каждый из вторых управляемых переключателей соединяется через третий управляемый переключатель со второй входной клеммой, и при этом каждая из принимающих схем соединяется с узлом между каждым из вторых управляемых переключателей и каждым из третьих управляемых переключателей. Это является простым решением, чтобы соединять и разъединять принимающую схему и емкостные элементы нагрузки, чтобы обнаруживать ультразвуковые отражения, чтобы активировать и деактивировать принимающие схемы.

В дополнительном варианте осуществления элементы управления переключателем выполнены с возможностью переключать третьи управляемые переключатели и вторые управляемые переключатели в режиме возбуждения устройства возбуждения в токопроводящее состояние. Это является практической возможностью активировать режим возбуждения устройства возбуждения с низким управляющим усилием.

В дополнительном варианте осуществления элементы управления переключателем выполнены с возможностью переключать вторые управляемые переключатели в токопроводящее состояние, а третьи управляемые переключатели в непроводящее состояние в режиме приема, когда принимающая схема активируется. Это полезное решение, чтобы переключаться из режима возбуждения устройства возбуждения в режим приема устройства возбуждения с низким управляющим усилием.

В дополнительном варианте осуществления первые управляемые переключатели и вторые управляемые переключатели объединяются в одно единственное полупроводниковое устройство. Это является решением, чтобы предоставлять небольшое устройство возбуждения для катетерных ультразвуковых преобразователей для формирования изображений.

Как упомянуто выше, настоящее изобретение предоставляет устройство возбуждения для возбуждения множества отдельных емкостных элементов нагрузки, таких как элементы преобразователя для ультразвукового формирования трехмерных изображений, при этом отдельные емкостные элементы нагрузки могут возбуждаться отдельно, и при этом размер устройства возбуждения уменьшается. Уменьшение размеров устройства возбуждения достигается в силу того, что все емкостные элементы нагрузки заряжаются в один этап через первый управляемый переключатель и индивидуально разряжаются посредством вторых управляемых переключателей. Следовательно, количество переключателей и размер устройства возбуждения могут быть уменьшены.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут поняты и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные далее в данном документе. На следующих чертежах

Фиг. 1 показывает схематичную блок-схему известного устройства возбуждения для возбуждения элемента преобразователя ультразвукового преобразователя;

Фиг. 2 показывает устройство возбуждения, имеющее множество возбуждающих элементов для индивидуального возбуждения отдельных элементов преобразователя;

Фиг. 3 показывает временную диаграмму управляемых переключателей устройства возбуждения, показанного на фиг. 2, и выходного напряжения для питания элементов преобразователя; и

Фиг. 4 показывает схематичную блок-схему устройства возбуждения для возбуждения элементов преобразователя и для измерения ультразвуковых отражений посредством элемента преобразователя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает известное устройство 10 возбуждения для возбуждения элементов 12 ультразвукового преобразователя. Устройство 10 возбуждения содержит входные клеммы 14, 16 в качестве питающих соединений для соединения устройства 10 возбуждения с источником 18 энергии, который предоставляет напряжение V10 питания устройству 10 возбуждения. В этом конкретном варианте осуществления вторая входная клемма 16 и источник 18 энергии, каждый, соединяются с уровнем 20 земли.

Устройство 10 возбуждения содержит выходную клемму 22 для соединения устройства 10 возбуждения с элементом 12 ультразвукового преобразователя. Устройство 10 возбуждения содержит два управляемых переключателя 24, 26, соединенных последовательно друг с другом, при этом выходная клемма 22 соединяется с узлом 28 между первым и вторым управляемыми переключателями 24, 26. Управляемые переключатели 24, 26 формируют полумост для предоставления различных уровней напряжения выходной клемме 22. Управляемые переключатели 24, 26 соединяются через управляющий вход с блоком управления. Блок 30 управления управляет управляемыми переключателями 24, 26 посредством управляющего сигнала, и они переключаются попеременным образом посредством схемы 32 сдвига уровня, соединенной между блоком 30 управления и первым управляемым переключателем 24.

Посредством предоставления различных уровней напряжения, в этом случае V10 и уровня земли, элементу 12 ультразвукового преобразователя элемент 12 ультразвукового преобразователя заряжается и разряжается попеременным образом и предоставляет волну давления, имеющую частоту, соответствующую частоте переключения управляющего сигнала и управляемых переключателей 24, 26.

Управляемые переключатели 24, 26 формируются как высоковольтные полупроводниковые транзисторы, имеющие различные типы проводимости. Высоковольтные транзисторы типично объединяются в полупроводниковое устройство, такое как ASIC, чтобы уменьшать размеры устройства 10 возбуждения. Для формирования множества элементов 12 преобразователя, такого как массив элементов преобразователя, соответствующее количество устройств 10 возбуждения должно быть объединено в одну ASIC и должно быть изолировано друг от друга так, что площадь микросхемы таких ASIC типично является большой.

Фиг. 2 показывает схематичную блок-схему устройства возбуждения для возбуждения множества элементов преобразователя, в целом обозначенных ссылочной позицией 40. Устройство 40 возбуждения содержит множество возбуждающих элементов 42, 42'. На фиг. 2 в качестве примера показано два возбуждающих элемента 42, 42', однако, устройство 40 возбуждения содержит типично больше двух возбуждающих элементов 42, 42', например 36 возбуждающих элементов, соответствующих количеству элементов преобразователя, которые должны возбуждаться в пределах одного фрагмента элементов преобразователя. Законченный зонд с преобразователем содержит множество фрагментов преобразователя и, например, 1000 элементов преобразователя. Элементы преобразователя предпочтительно размещаются на фрагментах, например, приблизительно 6х6 элементов, чтобы добиваться оптимального использования площади, которая уменьшается для небольших количеств элементов преобразователя на одном фрагменте и потерь энергии, которая увеличивается для больших фрагментов вследствие перекрывания времени первого и второго управляемых переключателей. Устройство 40 возбуждения содержит входные клеммы 44, 46 в качестве питающих соединений для соединения устройства возбуждения с источником 48 энергии, который предоставляет напряжение V10 питания для возбуждения устройства 40 возбуждения. В этом случае, вторая входная клемма 46, 46' и источник 40 энергии, каждый, соединяются с землей, однако, в определенном варианте осуществления, входная клемма 46, 46' может также быть соединена с другим уровнем напряжения.

Возбуждающие элементы 42, 42', каждый, соединяются с выходной клеммой 50, 50' для индивидуального возбуждения элементов 52, 52' преобразователя. Элементы 52, 52' преобразователя типично объединяются в одно- или двухмерный массив элементов преобразователя, чтобы формировать ультразвуковой преобразователь и предоставлять двух- или трехмерные волны давления.

Устройство 40 возбуждения содержит первый управляемый переключатель 54, который соединен с первой из входных клемм 44 и который управляется посредством блока 56 управления переключателя. Возбуждающие элементы 42, 42', каждый, соединяются с первым управляемым переключателем 54. Возбуждающие элементы 42, 42' соединяются параллельно друг с другом и каждый содержит резистор 58 и второй управляемый переключатель 60, которые соединяются последовательно между первым управляемым переключателем 54 и второй выходной клеммой 46. Узел 62, 62' между резистором 58, 58' и вторым управляемым переключателем 60, 60' соединяется с соответствующей выходной клеммой 50, 50' возбуждающих элементов 42, 42', чтобы предоставлять выходное напряжение каждому из элементов 52, 52' преобразователя. Вторые управляемые переключатели 60, 60', каждый, управляются через управляющий сигнал, предоставляемый посредством блока 64, 64' управления переключателем. Устройство 40 возбуждения содержит блок 66 управления, который управляет блоками 56, 64, 64' управления переключателями для переключения первого управляемого переключателя 54 и вторых управляемых переключателей 60, 60'. Схема 68 сдвига уровня соединяется между блоком 66 управления и блоком 56 управления переключателем первого управляемого переключателя 54, чтобы переключать первый управляемый переключатель 54 и вторые управляемые переключатели 60, 60'.

Во время работы устройства 40 возбуждения первый управляемый переключатель 54 включается, т.е. переходит в токопроводящее состояние, в то время как вторые управляемые переключатели 60, 60' выключаются, т.е. находятся в непроводящем состоянии. В течение этого времени включения первого управляемого переключателя 54 выходные клеммы 50, 50' соединяются через резистор 58, 58' с источником 48 питания. В течение этого времени включения емкостные элементы 42, 42' нагрузки, т.е. элементы 52, 52' преобразователя заряжаются через резистор 58, 58'. После того как элементы 52, 52' преобразователя были заряжены до напряжения V20, вторые управляемые переключатели 60, 60' индивидуально включаются, чтобы разряжать емкостные элементы 42, 42' нагрузки, т.е. элементы 42, 42' преобразователя индивидуально посредством соединения выходных клемм 50, 50' со второй входной клеммой 46. Первый управляемый переключатель 54 может быть выключен, прежде чем вторые управляемые переключатели 60, 60' включаются, или в то же время, когда вторые управляемые переключатели 60, 60' включаются, чтобы уменьшать потерю энергии в резисторе 58, 58'. Альтернативно, первый управляемый переключатель 54 может быть все еще проводящим, когда вторые управляемые переключатели 60, 60' включаются в проводящее состояние, чтобы уменьшать перекрестные помехи между элементами 52, 52' преобразователя. Благодаря емкости элементов 52, 52' преобразователя и резистору 58, 58' заряд элементов 52, 52' преобразователя выполняется одновременно через первый управляемый переключатель 54 и сравнительно медленно. Вследствие низкой частоты заряда не создается значительного акустического давления посредством элементов 52, 52' преобразователя. Во время быстрого разряда элементов 52, 52' преобразователя волна давления индивидуально создается каждым из элементов 52, 52' преобразователя.

Возбуждающие элементы 42, 42' формируют различные каналы устройства 40 возбуждения, при этом каждый канал содержит индивидуальные блоки 64, 64' управления переключением, чтобы активировать вторые управляемые переключатели 60, 60'. В зависимости от момента переключения вторых управляемых переключателей 60, 60' волна давления, испускаемая ультразвуковым преобразователем, может быть направлена и сфокусирована традиционным способом.

Первый управляемый переключатель 54 и вторые управляемые переключатели 60, 60' являются высоковольтными транзисторами, имеющими различные типы проводимости. В случае, показанном на фиг. 2, первый управляемый переключатель 54 является p-МОП-транзистором, а вторые управляемые переключатели являются n-МОП-транзисторами. В альтернативном варианте осуществления типы проводимости могут быть обратными.

Типично элементы 52, 52' преобразователя объединяются вместе с устройством 40 возбуждения и располагаются близко вместе. Следовательно, различные каналы могут активироваться с короткими временными задержками относительно друг друга. Управление первым управляемым переключателем 54 может быть оптимизировано относительно управления вторыми управляемыми переключателями 60, 60'. Перекрытие времени включения первого управляемого переключателя 54 и вторых управляемых переключателей 60, 60' должно быть минимизировано или оптимизировано. В определенном варианте осуществления первый управляемый переключатель 54 включается во время переключений вторых управляемых переключателей, чтобы минимизировать перекрестные помехи между различными возбуждающими элементами 42, 42'. Синхронизация схемы 68 сдвига уровня не так критична, как в возбуждающем устройстве 10, показанном на фиг. 1, поскольку резисторы 58, 58' предохраняют устройство 40 возбуждения от короткого замыкания. Следовательно, схема 68 сдвига уровня может быть простой схемой, которая не является критичной по времени.

В альтернативном варианте осуществления входная клемма 44 соединяется с землей, и входные клеммы 46, 46' соединяются с источником 48 энергии, и элементы 50, 50' преобразователя индивидуально заряжаются через вторые управляемые переключатели 60, 60' и разряжаются через первый управляемый переключатель 54.

Фиг. 3 показывает временную диаграмму устройства 40 возбуждения, имеющего три возбуждающих элемента 42 для возбуждения трех элементов преобразователя.

На фиг. 3 возбуждающий сигнал V1 для возбуждения первого управляемого переключателя 54 показан схематично, и три возбуждающих сигнала V2, V3, V4 показаны схематично для возбуждения вторых управляемых переключателей 60 трех различных возбуждающих элементов 42. Дополнительно, выходное напряжение Vout различных выходных клемм 50 трех возбуждающих элементов 42 показано схематично.

В момент t1 времени первый управляемый переключатель 54 включается, т.е. переходит в проводящее состояние, в то время как вторые управляемые переключатели 60 выключены, т.е. находятся в непроводящем состоянии. Напряжение Vout увеличивается медленно, в то время как элементы 52 преобразователя одновременно заряжаются. В момент t2 времени один из вторых транзисторов 60 включается, как показано посредством возбуждающего сигнала V4. В момент t2 времени соответствующий элемент 52 преобразователя, ассоциированный с этим вторым транзистором, разряжается быстро, как показано посредством быстрого уменьшения выходного напряжения Vout в момент t2 времени. В момент t3 времени второй из вторых управляемых переключателей включается, как показано посредством соответствующего возбуждающего сигнала V2, и ассоциированный элемент 52 преобразователя разряжается, как показано посредством быстрого уменьшения выходного напряжения Vout в момент t3 времени. В момент t4 времени третий из вторых управляемых переключателей включается, как показано посредством соответствующего возбуждающего сигнала V3, и ассоциированный элемент 52 преобразователя разряжается, как схематично показано посредством выходного напряжения Vout. В момент t5 времени первый управляемый переключатель 54 и три вторых управляемых переключателя 60 выключаются. В течение фазы между t2 и t5 формируется волна давления ультразвукового преобразователя. В момент t5 все управляемые переключатели 54, 60 выключаются, и устройство 40 возбуждения переключается в режим считывания. Во время режима считывания элементы 52 преобразователя обнаруживают ультразвуковые отражения, которые вызывают ток отражения в элементах 52 преобразователя, который может быть обнаружен посредством устройства 40 возбуждения, как описано ниже. В момент t1' времени заряд элементов 52 преобразователя начинается снова. В этом варианте осуществления, в момент t5 времени вторые управляемые переключатели 60 выключаются для последующего режима приема, однако, в зависимости от принимающей схемы, чтобы обнаруживать ток элементов 52 ультразвукового преобразователя, второй управляемый переключатель 60 может альтернативно оставаться включенным во время режима приема.

Фиг. 4 показывает вариант осуществления устройства 40 возбуждения, включающего в себя принимающие элементы для обнаружения ультразвуковых отражений элементов 52 преобразователя. Идентичные элементы обозначаются идентичными ссылочными позициями, при этом здесь в деталях объясняются только различия.

Устройство 40 возбуждения, показанное на фиг. 4, содержит пять обнаруживающих элементов 42, 42', 42'', 42''', 42'''', при этом только один из возбуждающих элементов 42 показан подробно, а другие возбуждающие элементы 42', 42'', 42''', 42'''' показаны схематично.

Третий управляемый переключатель 70 соединяется между вторым управляемым переключателем 60 и второй входной клеммой 46. Принимающая схема 72 соединяется с узлом 74 между вторым управляемым переключателем 60 и третьим управляемым переключателем 70. Блок 64 управления переключателем соединяется с третьим управляемым переключателем 70 для управления третьим управляемым переключателем 70. Третий управляемый переключатель 70 предпочтительно является низковольтным транзистором.

В режиме возбуждения устройства 40 возбуждения между моментами t2 и t5 времени, показанными на фиг. 3, третий управляемый переключатель 70 каждого возбуждающего элемента 42 включается в проводящее состояние, схема 72 приемника выключается, и второй управляемый переключатель 60, 60' включается в проводящее состояние, чтобы формировать акустическое давление. Второй управляемый переключатель 60, 60' в режиме возбуждения ведет себя как ступень каскадирования и предохраняет узел 74 от высокого напряжения, так что схема 72 приемника может быть сформирована из низковольтных компонентов. Во время этого режима возбуждения обеспечиваются волны акустического давления, как описано выше. Во время режима приема между моментами t5 и t1' времени, которые показаны на фиг. 3, второй управляемый переключатель 60, 60' остается проводящим, а третий управляемый переключатель 70 выключается в непроводящее состояние. Схема 72 приемника активируется, и ток, сформированный посредством элементов 52 преобразователя, течет через второй управляемый переключатель 60 в схему 72 приемника, чтобы обнаруживать ток преобразователя и обнаруживать соответствующие ультразвуковые отражения. Схема 72 приемника может функционировать в этом случае как трансимпедансный усилитель с низким входным импедансом. Следовательно, устройство 40 возбуждения, показанное на фиг. 4, может возбуждать элемент 52 преобразователя для предоставления сфокусированной волны давления и может также обнаруживать ультразвуковое отражение.

В дополнительном варианте осуществления устройство 40 возбуждения содержит один четвертый управляемый переключатель 76, один пятый управляемый переключатель 78 и вторую схему 80 приемника, ассоциированную с первым управляемым переключателем 54. Четвертый управляемый переключатель 76 и пятый управляемый переключатель 78 управляются посредством блока 82 управления переключателем. Четвертый управляемый переключатель 76 и пятый управляемый переключатель 78 соединяются последовательно между первым управляемым переключателем 54 и второй входной клеммой 46. Вторая принимающая схема 80 соединяется с узлом 84 между четвертым управляемым переключателем 76 и пятым управляемым переключателем 78. Вторая принимающая схема 80 активируется в режиме приема устройства 40 возбуждения и ведет к низкому импедансу, который минимизирует перекрестные помехи между возбуждающими элементами 42, 42', 42'', 42''', 42'''' дополнительно.

Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такое иллюстрирование и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово "содержит" не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множества. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, чтобы комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.

Компьютерная программа может быть сохранена/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель хранения или твердотельный хранитель, поставляемый вместе или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

Все ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам возбуждения ультразвуковых преобразователей. Устройство для возбуждения, в частности ультразвуковой преобразователь, имеющий множество элементов преобразователя, содержит входные клеммы для соединения устройства для возбуждения с источником питания, множество выходных клемм, предназначенных для соединения устройства для возбуждения с соответствующим одним из множества отдельных емкостных элементов нагрузки, один первый управляемый переключатель, соединенный с первой из входных клемм, и множество возбуждающих элементов, каждый из которых имеет второй управляемый переключатель и резистор, соединенные последовательно друг с другом, при этом каждый из возбуждающих элементов соединяется последовательно с одним первым управляемым переключателем и со второй из входных клемм, а каждая из выходных клемм соединяется с соответствующим одним из возбуждающих элементов для питания соответствующего емкостного элемента нагрузки из множества отдельных емкостных элементов нагрузки. При этом один первый управляемый переключатель предоставляется для одновременного заряда множества отдельных емкостных элементов нагрузки, а вторые управляемые переключатели предоставляются для индивидуального разряда множества отдельных емкостных элементов нагрузки или один первый управляемый переключатель предоставляется для одновременного разряда множества отдельных емкостных элементов нагрузки, а вторые управляемые переключатели предоставляются для индивидуального заряда множества отдельных емкостных элементов нагрузки. Способ возбуждения ультразвукового преобразователя осуществляется посредством устройства возбуждения. Ультразвуковое устройство для формирования изображения содержит ультразвуковой преобразователь и по меньшей мере одно устройство возбуждения для индивидуального возбуждения элемента ультразвукового преобразователя. Использование изобретений позволяет снизить общее количество интегрированных транзисторных элементов и тем самым снизить размер устройства возбуждения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (40) для возбуждения множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, в частности ультразвуковой преобразователь, имеющий множество элементов (52) преобразователя, содержащее:

- входные клеммы (44, 46) для соединения устройства (40) для возбуждения с источником (48) питания;

- множество выходных клемм (50), каждая предназначена для соединения устройства (40) для возбуждения с соответствующим одним из множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки;

- один первый управляемый переключатель (54), соединенный с первой из входных клемм (44); и

- множество возбуждающих элементов (42), каждый из которых имеет второй управляемый переключатель (60) и резистор (58), соединенные последовательно друг с другом, при этом каждый из возбуждающих элементов (42) соединяется последовательно с одним первым управляемым переключателем (54) и со второй из входных клемм (46), и при этом каждая из выходных клемм (50) соединяется с соответствующим одним из возбуждающих элементов (42) для питания соответствующего емкостного элемента нагрузки из множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки; и

причем либо

один первый управляемый переключатель (54) предоставляется для одновременного заряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, и при этом вторые управляемые переключатели (60) предоставляются для индивидуального разряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, либо

один первый управляемый переключатель (54) предоставляется для одновременного разряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, и при этом вторые управляемые переключатели (60) предоставляются для индивидуального заряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки.

2. Устройство по п. 1, при этом выходные клеммы (50), каждая, соединяются с узлом (62) между резистором (58) и вторым управляемым переключателем (60).

3. Устройство по п. 1 или 2, дополнительно содержащее множество элементов (56, 64) управления переключателем, ассоциированных с каждым из управляемых переключателей (54, 60) для управления управляемыми переключателями (54, 60).

4. Устройство по п. 3, при этом элементы (64) управления переключателями выполнены с возможностью переключать вторые управляемые переключатели (60) на основе сдвига по времени.

5. Устройство по п. 3, при этом элементы (64) управления переключателями выполнены с возможностью управлять первым и вторым управляемыми переключателями (54, 60), так что первый и второй управляемые переключатели (54, 60) временно одновременно являются проводящими.

6. Устройство по п. 3, при этом каждый из возбуждающих элементов имеет принимающую схему (72), соединенную со вторым управляемым переключателем (60).

7. Устройство по п. 6, при этом каждый из вторых управляемых переключателей соединяется через третий управляемый переключатель (70) со второй входной клеммой (46), и при этом каждая из принимающих схем (72) соединяется с узлом (74) между каждым из вторых управляемых переключателей (60) и каждым из третьих управляемых переключателей (70).

8. Устройство по п. 7, при этом элементы (64) управления переключателем выполнены с возможностью переключать третьи управляемые переключатели (70) и вторые управляемые переключатели (60) в режиме возбуждения устройства (40) возбуждения в проводящее состояние.

9. Устройство по п. 8, при этом элементы (64) управления переключателями выполнены с возможностью переключать вторые управляемые переключатели (60) в проводящее состояние, а третьи управляемые переключатели (70) в непроводящее состояние в режиме приема, когда принимающая схема (72) активируется.

10. Устройство по п. 1 или 2, при этом первые управляемые переключатели (54) и вторые управляемые переключатели (60) объединяются в одно единственное полупроводниковое устройство.

11. Способ возбуждения множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, в частности, для возбуждения ультразвукового преобразователя, имеющего множество элементов (52) преобразователя, причем способ содержит этапы, на которых:

- соединяют каждый емкостный элемент нагрузки из множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки с соответствующей выходной клеммой из множества выходных клемм (50) устройства (40) для возбуждения,

- соединяют множество выходных клемм (50) с первым уровнем напряжения через один первый управляемый переключатель (54),

- соединяют множество выходных клемм (50) индивидуально со вторым уровнем напряжения через множество вторых управляемых переключателей (60), причем каждый второй управляемый переключатель ассоциирован с соответствующим одним из множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки; и

при этом способ дополнительно содержит этап, на котором либо

управляют одним первым управляемым переключателем (54) для одновременного заряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки и управляют вторыми управляемыми переключателями (60) для индивидуального разряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки, либо

управляют одним первым управляемым переключателем (54) для одновременного разряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки и управляют вторыми управляемыми переключателями (60) для индивидуального заряда множества отдельных емкостных элементов (52) нагрузки.

12. Ультразвуковое устройство для формирования изображения, содержащее:

- ультразвуковой преобразователь, содержащий множество элементов преобразователя, в частности массив элементов преобразователя, и

- по меньшей мере одно устройство (40) для возбуждения для индивидуального возбуждения элемента ультразвукового преобразователя по любому из пп. 1-10.