Conformador de haces de transmisión digital para un sistema transductor de ultrasonidos con distribución.

Un conformador de haces de transmisión digital (1605) para un sistema (1600) de obtención de imágenes porultrasonidos con distribución,

que comprende:

una o más distribuciones de puertas programables en campo, FPGA, cada una con una frecuencia de reloj FPGA, fcde FPGA; y

un convertidor de paralelo a serie (2212, 2213) que tiene una doble salida de velocidad de datos, en donde dichoconformador de haces de transmisión digital está configurado para transmitir una señal de ultrasonidos con unafrecuencia central de transmisión en el intervalo de 15 MHz a 80 MHz con un tiempo de resolución de retraso [1/(2 xfc FPGA)] o menos y que comprende un impulso positivo de trasmisión y un impulso negativo de transmisión,mediante codificación digital de un retraso fino y una anchura de impulso positivo del impulso positivo de transmisión y un retraso fino y una anchura de impulso negativo del impulso negativo de transmisión en respectivas palabras(2202, 2203) de forma de onda, de tal manera que dicha anchura de impulso positivo y dicha anchura de impulsonegativo son ajustables de manera independiente en incrementos del tiempo de resolución de retraso; y en dondelas palabras de forma de onda son convertidas en una corriente de bits en serie por dicho convertidor de paralelo aserie para producir la señal de ultrasonidos.

Conformador de haces de transmisión digital para un sistema transductor de ultrasonidos con distribución Los sistemas de ecografías por ultrasonidos que utilizan un transductor con distribución se han venido utilizando en aplicaciones clínicas humanas cuando la resolución de imagen deseada es del orden de milímetros. Las frecuencias de funcionamiento de estos sistemas clínicos están típicamente por debajo de 10 MHz. Con estas bajas frecuencias de funcionamiento, sin embargo, estos sistemas no son apropiados para la obtención de imágenes cunado se necesitan resoluciones más altas, por ejemplo en la obtención de imágenes de animales pequeños, tal como ratones o pequeñas estructuras de tejido en los humanos.

Por otra parte, las aplicaciones de obtención de imágenes de animales pequeños presentan varios requisitos desafiantes que no cumplen los sistemas de obtención de imágenes actualmente disponibles. La frecuencia cardiaca de un ratón adulto puede ser de hasta 500 latidos por minuto, por lo que puede ser deseable una alta capacidad de velocidad de tramas. La anchura de la región de la que se está obteniendo la imagen, el campo de visión, también debería ser suficiente para incluir todo el órgano estudiado.

Los sistemas de ultrasonidos para obtener imágenes en frecuencias por encima de 15 MHz se han desarrollado utilizando un transductor de un solo elemento. Sin embargo, los transductores con distribución ofrecen una mejor calidad de imagen, pueden lograr mayor velocidad de adquisición de tramas y ofrecen otras ventajas sobre los sistemas de transductores de un solo elemento. Las realizaciones según la presente invención superan muchos de los retos que se plantean en la técnica actual, incluidos los que se describen más arriba.

El documento WO 2004/099184 describe un sistema para producir una imagen por ultrasonidos utilizando la reconstrucción de imagen basada en líneas. Comprende un cabezal de exploración con un transductor que genera una señal de ultrasonidos de por lo menos 20 MHz, y un procesador para recibir la señal y crear una imagen por ultrasonidos de por lo menos 200 tramas por segundo, utilizando reconstrucción de imagen basada en líneas de exploración. Las Distribuciones de Puertas Programables en Campo (FPGA: Field Programmable Gate Arrays) son una tecnología utilizada preferiblemente en el sistema.

El documento "A Digital Beamformer for high-Frequency Annular Arrays", Brown J et al, IEEE Trans. UFFC, vol. 52, nº. 8, Agosto de 2005, páginas 1262-1269, describe un conformador de haces de transmisión digital en donde un impulso digital procedente de una FPGA inicia un evento de transmisión. El impulso está dividido en siete impulsos separados que son enviados a distintos retrasos programables de alta precisión. La salida de cada canal de retraso está conectada a un generador de impulsos bipolares de alta frecuencia, en donde se preseleccionan las anchuras de los impulsos positivos y negativos y el retraso se establece por recorte de un cable de retraso.

Según un primer aspecto, la presente invención proporciona un conformador de haces de transmisión digital para un sistema con distribución de obtención de imágenes por ultrasonidos que comprende: una o más distribuciones de puertas programables en campo, FPGA, cada una con una frecuencia de reloj FPGA, fc de FPGA; y un convertidor de paralelo a serie que tiene una salida doble de velocidad de datos; en donde dicho conformador de haces de transmisión digital está configurado para transmitir una señal de ultrasonidos que tiene una frecuencia central de transmisión en el intervalo de 15 MHz a 80 MHz, con un tiempo de resolución de retraso de [1/ (2 x fc FPGA) ] o menos y que comprende un impulso positivo de trasmisión y un impulso negativo de trasmisión, mediante codificación digital de un retraso fino y una anchura de impulso positivo del impulso positivo de trasmisión y de un retraso fino y una anchura de impulso negativo del impulso negativo de trasmisión en respectivas palabras de forma de onda; de tal manera que dicha anchura de impulso positivo y dicha anchura de impulso negativo se pueden ajustar de forma independiente en incrementos de tiempo de resolución de retraso; y en donde las palabras de forma de onda son convertidas en un flujo de bits en serie por dicho convertidor de paralelo a serie para producir la señal de ultrasonidos.

En otro aspecto, la presente invención también proporciona una unidad de procesamiento de señales para un sistema con distribución de obtención de imágenes por ultrasonidos que comprende: un subsistema de conformador de haces de transmisión digital que comprende un conformador de haces de transmisión digital tal como se describe más arriba, un subsistema de conformador de haces de recepción digital; un módulo electrónico de extremo delantero; un módulo de control de conformador de haces; un módulo de procesamiento de señales; y una unidad informática, en donde dicha unidad de procesamiento de señales está configurada para adquirir una señal de ultrasonidos recibida desde un transductor de ultrasonidos con distribución que tiene una pluralidad de elementos.

La invención se extiende además a un sistema de obtención de imágenes por ultrasonidos, que comprende un transductor ultrasónico con distribución que tiene una pluralidad de elementos para transmitir a un sujeto una señal de ultrasonidos con una frecuencia central de transmisión; una unidad de procesamiento de señales como se describe anteriormente conectada funcionalmente con dicho transductor ultrasónico con distribución, en donde dicha unidad de procesamiento de señales está adaptada para adquirir una señal de ultrasonidos recibida que tiene una frecuencia de por lo menos 15 MHz desde dicho transductor de ultrasonidos con distribución que tiene una pluralidad de elementos.

En esta memoria se describe un sistema y un método para adquirir una señal de ultrasonidos que comprende una unidad de procesamiento de señales adaptada para adquirir una señal de ultrasonidos recibida desde un transductor de ultrasonidos con distribución que tiene una pluralidad de elementos. El sistema se puede adaptar para recibir las señales de ultrasonidos que tienen una frecuencia de por lo menos 15 megahercios (MHz) con un transductor fijo que tiene un campo de visión de por lo menos 5, 0 milímetros (mm) a una velocidad de tramas de por lo menos 20 tramas por segundo (fps) . La unidad de procesamiento de señales puede producir una imagen por ultrasonidos a partir de la señal de ultrasonidos adquirida. El transductor puede ser, pero no se limitado a, un transductor con distribución lineal, un transductor con distribución en fase, un transductor con distribución bidimensional (2-D) o un transductor con distribución curvada. El sistema puede incluir un transductor de este tipo o estar adaptado para funcionar con un transductor de este tipo. En esta memoria también se describe un sistema y un método para adquirir una señal de ultrasonidos que comprende una unidad de procesamiento para adquirir señales de ultrasonidos recibidas desde un transductor de ultrasonidos que funciona a una frecuencia transmisión y de recepción de por lo menos 15 MHz, en donde el transductor funciona a una frecuencia de transmisión y recepción de por lo menos 15 MHz, en donde la unidad de procesamiento de señales comprende un muestreador que utiliza muestreo en cuadratura para adquirir la señal de ultrasonidos.

Ahora se describirán unas realizaciones preferidas de la presente invención, solo a modo de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La FIG. 1 es una representación en forma de diagrama de bloques de un entorno de funcionamiento informático;

Las FIGS. 2A-2C, son vistas, superior, inferior y en sección transversal de un ejemplo de pila PZT esquemática de la presente invención, la vista superior muestra, en la parte superior e inferior de la pila PZT, partes de la capa eléctrica de tierra que se extiende hacia fuera desde la lente que recubre; la vista inferior muestra, en las orillas que se extienden longitudinalmente, unas partes expuestas de la capa dieléctrica entre los elementos individuales de electrodo de señal (como se apreciará, no se muestran en la parte central de la pila PZT las líneas que muestran los elementos individualizados de electrodo de señal - un electrodo de señal por elemento de la pila PZT) ;

La FIG. 3A es una vista superior de un adaptador interpuesto para el uso con la pila PZT de las FIGS. 2A-2C, que muestra unas pistas eléctricas que se extienden hacia fuera desde al lado de la abertura central del transductor y unas pistas eléctricas de tierra situadas en las partes superior e inferior del adaptador interpuesto, mostrando... [Seguir leyendo]

1. Un conformador de haces de transmisión digital (1605) para un sistema (1600) de obtención de imágenes por ultrasonidos con distribución, que comprende:

una o más distribuciones de puertas programables en campo, FPGA, cada una con una frecuencia de reloj FPGA, fc de FPGA; y

un convertidor de paralelo a serie (2212, 2213) que tiene una doble salida de velocidad de datos, en donde dicho conformador de haces de transmisión digital está configurado para transmitir una señal de ultrasonidos con una frecuencia central de transmisión en el intervalo de 15 MHz a 80 MHz con un tiempo de resolución de retraso [1/ (2 x fc FPGA) ] o menos y que comprende un impulso positivo de trasmisión y un impulso negativo de transmisión, mediante codificación digital de un retraso fino y una anchura de impulso positivo del impulso positivo de transmisión y un retraso fino y una anchura de impulso negativo del impulso negativo de transmisión en respectivas palabras (2202, 2203) de forma de onda, de tal manera que dicha anchura de impulso positivo y dicha anchura de impulso negativo son ajustables de manera independiente en incrementos del tiempo de resolución de retraso; y en donde las palabras de forma de onda son convertidas en una corriente de bits en serie por dicho convertidor de paralelo a serie para producir la señal de ultrasonidos.

2. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de la reivindicación 1, en donde la frecuencia central de transmisión es ajustable.

3. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de la reivindicación 1, en donde la señal de ultrasonidos transmitida comprende una serie de ciclos transmitidos, y dicho número de ciclos transmitidos es ajustable.

4. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de la reivindicación 1, en donde el conformador de haces de transmisión digital está configurado para ser conectado funcionalmente con un transductor ultrasónico con distribución (1601) y dicho transductor ultrasónico con distribución se selecciona del grupo que consiste en un transductor con distribución lineal (2302) , un transductor con distribución en fase, un transductor con distribución bidimensional y un transductor con distribución curvada.

5. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de reivindicación 1, en donde la frecuencia central de transmisión es de 15 MHz hasta aproximadamente 55 MHz.

6. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de la reivindicación 1, en donde dichas palabras (2202, 2203) de bits son palabras de hasta 16 bits.

7. El conformador de haces de transmisión digital (1605) de la reivindicación 1, en donde fc de FPGA es la frecuencia más alta de funcionamiento de la una o más FPGA.

8. Una unidad de procesamiento de señales (1620) para un sistema (1600) de obtención de imágenes por ultrasonidos con distribución, que comprende:

un subsistema de conformador de haces de transmisión digital que comprende un conformador de haces de transmisión digital (1605) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7;

un subsistema (1603) de conformador de haces de recepción digital;

un módulo (1602) de electrónica de extremo delantero;

un módulo (1604) de control de conformador de haces;

un módulo (1715) de procesamiento de señal; y

una unidad informática (1717) ,

en donde dicha unidad de procesamiento de señales está configurada para adquirir una señal de ultrasonidos recibida desde un transductor de ultrasonidos con distribución (1601) que tiene una pluralidad de elementos.

9. La unidad de procesamiento de señales (1620) de la reivindicación 8, en donde dicha señal transmitida de ultrasonidos comprende una pluralidad de secciones positivas de ciclo de media onda y cada sección positiva de ciclo de media onda comprende por lo menos uno de dichos impulsos positivos de transmisión y dicha señal transmitida de ultrasonidos comprende además una pluralidad de secciones negativas de ciclo de media onda y cada sección negativa de ciclo de media onda comprende por lo menos uno de dichos impulsos negativos de transmisión y cada impulso positivo de transmisión es ajustable en cuanto a la duración para cada sección positiva de ciclo de media onda y cada impulso negativo de transmisión es ajustable en cuanto a la duración para cada sección negativa de ciclo de media onda.

10. La unidad de procesamiento de señales (1620) de la reivindicación 9, en donde cada retraso fino de dicho por lo menos uno de dichos impulsos positivos de transmisión dentro de cada ciclo positivo de media onda es ajustable y cada retraso fino de dicho por lo menos uno de dichos impulsos negativos de transmisión dentro de cada ciclo negativo de media onda es ajustable.

11. La unidad de procesamiento de señales (1620) de la reivindicación 8, 9 o 10, en donde dicho módulo (1602) de electrónica de extremo delantero se construye como un módulo de complemento sustituible.

12. Un sistema (1600) de obtención de imágenes por ultrasonidos, que comprende:

un transductor ultrasónico con distribución (1601) que tiene una pluralidad de elementos para transmitir a un sujeto una señal de ultrasonidos a una frecuencia central de transmisión; y

una unidad de procesamiento de señales (1620) según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 conectada funcionalmente con dicho transductor ultrasónico con distribución,

en donde dicha unidad de procesamiento de señales está adaptada para adquirir una señal recibida de ultrasonidos que tiene una frecuencia de por lo menos 15 MHz desde dicho transductor ultrasónico con distribución que tiene una pluralidad de elementos.

13. El sistema (1600) de obtención de imágenes por ultrasonidos de la reivindicación 12, en donde dicho transductor ultrasónico con distribución (1601) se selecciona del grupo que consiste en un transductor con distribución lineal (2302) , un transductor con distribución en fase, un transductor con distribución bidimensional y un transductor con distribución curvada.