本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲成像，并且尤其涉及使用電容式微加工超聲換能器(CMUT)的超聲探頭。

背景技術(shù)：

用于醫(yī)學(xué)成像的超聲換能器具有導(dǎo)致產(chǎn)生高質(zhì)量診斷圖像的各種特性。其中包括寬的帶寬以及在超聲頻率下對于低水平聲學(xué)信號的高靈敏度。傳統(tǒng)上，具有這些特性并且因而用于超聲換能器的壓電材料由PZT和PVDF材料制成，其中PZT是最優(yōu)選的。然而，陶瓷PZT材料需要包括明顯不同且復(fù)雜的劃切(dicing)、匹配層粘結(jié)、填料、電鍍和互連的制造工藝并且需要大量的處理，所有這些會導(dǎo)致低于預(yù)期的換能器堆疊單元產(chǎn)量。而且，這一制造復(fù)雜性增加了最終的換能器探頭的成本。隨著超聲系統(tǒng)的主機(jī)(mainframe)變得更小并且主要由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和用于多數(shù)信號處理功能的軟件來控制，系統(tǒng)主機(jī)的成本隨著系統(tǒng)的尺寸而降低?，F(xiàn)在，可獲得廉價(jià)的便攜的、桌面和手持形式的超聲系統(tǒng)。結(jié)果，換能器探頭的成本占系統(tǒng)總成本的百分比日益增長，并且用于3D成像的更高元件計(jì)數(shù)陣列的出現(xiàn)加速了這一增長。因此，期望能夠以提高的產(chǎn)量以及低成本制造換能器陣列，以促進(jìn)對于低成本超聲系統(tǒng)的需求。

近來的發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致能夠通過半導(dǎo)體工藝來制造醫(yī)用超聲換能器的前景。期望的是，這些工藝應(yīng)該與用于制造超聲探頭所需的電路的工藝相同，例如CMOS工藝。這些發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了微加工超聲換能器或者M(jìn)UT。已按照兩種設(shè)計(jì)方案制造MUT，一種是使用具有壓電特性的半導(dǎo)體層(PMUT)而另一種是使用表現(xiàn)出電容效應(yīng)的具有電極板的膜片以及襯底(CMUT)。CMUT換能器是具有電極的微小膜片狀的器件，其將所接收的超聲信號的聲音振動轉(zhuǎn)換為調(diào)制電容。為了傳輸，對施加到電極的電容電荷進(jìn)行調(diào)制以振動該器件的膜片并且從而傳輸聲波。由于這些器件通過半導(dǎo)體工藝制造，因此該器件通常具有10-200微米范圍的尺度，但是可以達(dá)到300-500微米的器件直徑?？梢詫⒃S多這樣單獨(dú)的CMUT連接到一起并且作為單個(gè)換能器元件整體地操作。例如，可以將四到十六個(gè)單獨(dú)的CMUT聯(lián)接到一起以整體地用作單個(gè)換能器元件。典型的2D換能器陣列目前將具有2000-3000個(gè)壓電換能器元件。在制造為CMUT陣列時(shí)，將使用超過一百萬個(gè)CMUT單元。令人驚訝的是，早期結(jié)果表明，這一尺寸的半導(dǎo)體制造的(fab)CMUT陣列的產(chǎn)量應(yīng)該比由幾千個(gè)換能器元件形成的PZT陣列的產(chǎn)量有明顯提高。

CMUT最初設(shè)計(jì)為按照現(xiàn)在稱為“未塌陷(uncollapsed)”模式進(jìn)行操作。參照圖1，以截面圖示出典型的未塌陷CMUT換能器單元10。CMUT換能器單元10與諸如硅的襯底12上的多個(gè)類似的相鄰單元一起制造?？梢杂傻柚瞥傻哪て蛘吣?4由絕緣支撐體16支撐在襯底上方，該絕緣支撐體16可以由氧化硅或者氮化硅制成。膜和襯底之間的腔室18可以是空氣或者氣體填充的，或者完全或部分抽空。諸如金的導(dǎo)電薄膜或者層20在該膜片上形成電極，并且類似的薄膜或者層22在襯底上形成電極。由介電腔室18分隔開的這兩個(gè)電極形成電容。在聲學(xué)信號使膜14振動時(shí)，能夠檢測電容的變化，從而將聲波換能為相應(yīng)的電信號。相反，施加到電極20、22的交流信號將調(diào)制該電容，使該膜移動并且從而傳輸聲學(xué)信號。

CMUT單元本質(zhì)上是二次(quadratic)器件，因此聲學(xué)信號通常是所施加信號的諧波，即，聲學(xué)信號將是所施加的電信號頻率的兩倍。為了防止這種二次行為，向兩個(gè)電極施加偏置電壓，使膜片被所產(chǎn)生的庫倫力向襯底吸引。這在圖2中示意性示出，其中DC偏置電壓V_B施加到偏壓端子24并且通過向交流信號施加諸如電感阻抗的高阻抗Z的路徑而聯(lián)接到膜電極20。交流信號從信號端子26電容耦合到膜電極或者從該膜電極電容耦合。膜電極上的正電荷(+)在其被朝向襯底12上的負(fù)電荷吸引時(shí)使該膜膨脹。CMUT單元在這一偏置狀態(tài)下連續(xù)操作時(shí)僅微弱地表現(xiàn)出二次行為。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在該膜膨脹以使得該電容式器件的兩個(gè)相反充電的板盡可能接近到一起時(shí)，CMUT最靈敏。兩個(gè)板的緊密接近將由CMUT產(chǎn)生聲學(xué)和電信號能量之間的更大耦合。因而期望增加偏置電壓V_B直到膜14和襯底12之間的介電間隔32盡可能小到能夠維持在操作信號條件下。在所構(gòu)成的實(shí)施例中，該間隔為一微米或者更小的量級。然而，如果所施加的偏置電壓太大，由于范德華(Vander Wals)力將器件的兩個(gè)板粘貼在一起，則該膜會接觸襯底，使器件短路。這種粘貼會在CMUT單元被過驅(qū)動時(shí)發(fā)生，并且由于制造公差變化，對于相同的偏置電壓V_B在器件之間也會變化。盡管通過在電絕緣層(例如氮化硅)中嵌入器件電極能夠減小永久粘貼，但是當(dāng)試圖在最大靈敏度范圍內(nèi)操作未塌陷CMUT時(shí)，塌陷和未塌陷狀態(tài)之間操作的非線性是固有的缺陷。

即使在該膜被偏置以產(chǎn)生非常小的亞微米的介電間隔時(shí)，CMUT的靈敏度也會小于預(yù)期的靈敏度。這是由于以下事實(shí)，盡管膜的中心32處的電荷相對接近相反電荷并且將相對于該相反電荷顯著地移動，但是在由支撐體16支撐該膜的外圍34處的電荷將幾乎不移動并且因而幾乎不參與由器件進(jìn)行的信號換能。消除該差異的一種方法是使用不延伸到支撐體16的較小的膜電極20。這將膜電極上的電荷限制在將強(qiáng)烈參與到膜移動并且因而由該器件進(jìn)行的換能的器件中心。仍然必須具有一個(gè)或者多個(gè)電導(dǎo)體以向膜電極20施加偏置電壓V_B并且將交流信號耦合到電極或者耦合來自電極的交流信號。這些電導(dǎo)體必須非常薄，具有向交流信號施加不期望的大阻抗的尺度，從而限制了器件的靈敏度。

由于CMUT和其他MUT通過半導(dǎo)體工藝制造，它們在尺寸上與傳統(tǒng)的陶瓷PZT換能器元件相比必然小。如前面提及的，MUT的表面尺度以微米測量。在需要緊湊的換能器陣列時(shí)，諸如用于在肋骨之間掃描的超聲血管內(nèi)導(dǎo)管和心臟換能器探頭，小尺寸是有利的。然而，存在著諸如腹部應(yīng)用的其他應(yīng)用，其中期望較大的孔徑和更深的穿透。在這些應(yīng)用中，較大尺寸的陣列是優(yōu)選的。利用CMUT構(gòu)造較大孔徑的陣列的一種方法是將多個(gè)CMUT組件并排地互連或平鋪到一起以形成一個(gè)大陣列。雖然能夠在單個(gè)襯底上形成整個(gè)組件，但是由于陣列的尺寸增加而存在增加出現(xiàn)制造缺陷的可能性。為了避免此類問題的產(chǎn)生，優(yōu)選地是制造能夠被檢驗(yàn)的較小的子組件，然后由多個(gè)無缺陷的子組件形成整個(gè)組件。每個(gè)子組件或平鋪件(tile)包括在一個(gè)襯底上制造的一維或二維CMUT陣列。然后單獨(dú)的襯底平鋪件并排對齊以形成大陣列。在對齊多個(gè)陣列的子組件中，期望的是在整個(gè)組件上保持各元件的節(jié)距、或間隔，而不是在一個(gè)襯底毗鄰另一個(gè)的邊緣處存在縫隙。這使得孔徑在整個(gè)組件的表面上能夠均勻地過渡，就如同在該組件上的線性陣列換能器的孔徑步進(jìn)或牽引式踩進(jìn)時(shí)所實(shí)現(xiàn)的。均勻的節(jié)距將避免當(dāng)平鋪件邊緣的間隙否則將移動入有源過渡孔徑時(shí)產(chǎn)生偽影和不期望的旁瓣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于超聲探頭的CMUT換能器陣列，其能夠利用半導(dǎo)體工藝來制造，所述半導(dǎo)體工藝與用于操作該陣列的集成電路的半導(dǎo)體工藝兼容，諸如CMOS工藝。

本發(fā)明的另一目的是提供一種大孔徑CMUT換能器陣列，其能夠由多個(gè)CMUT子組件或平鋪件組裝成。

本發(fā)明的又一目的是提供一種大孔徑CMUT平鋪件陣列，其保持該陣列上CMUT單元的節(jié)距。

根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了一種由多個(gè)CMUT單元平鋪件形成的CMUT單元陣列超聲換能器。每個(gè)平鋪件包括在襯底上的一維或二維CMUT單元陣列，其在行的方向上具有預(yù)定的節(jié)距，并且對于二維陣列來說，其在列的方向上也具有預(yù)定的節(jié)距。所述平鋪件的邊緣被成形以使得單獨(dú)的平鋪件能夠彼此相鄰地組裝，且保持從一個(gè)平鋪件到另一個(gè)平鋪件的預(yù)期單元節(jié)距。優(yōu)選地，所述邊緣通過蝕刻工藝而不是傳統(tǒng)的劃切工藝來成形，諸如深反應(yīng)離子蝕刻工藝。通過蝕刻，能夠形成非線性的邊緣，諸如曲折的邊緣，其一行接一行地靠近地追蹤每個(gè)CMUT單元。蝕刻能使襯底的直邊靠近CMUT單元形成，且沒有利用劃切工藝會發(fā)生的碎屑或裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，平鋪件還包括形成在襯底的頂(CMUT)表面上的電觸點(diǎn)。這些觸點(diǎn)電聯(lián)接至平鋪件的CMUT單元從而供電、驅(qū)動單元或單元總體或接收來自單元或單元總體的信號。所述觸點(diǎn)使得諸如柔性電路的互連能夠聯(lián)接至平鋪件，從而使得諸如微波束成形電路的控制電路能夠聯(lián)接至CMUT陣列。

附圖說明

在附圖中：

圖1是典型CMUT換能器單元的截面圖。

圖2是典型CMUT單元的電特性的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的CMUT單元的截面圖。

圖4示出了在偏置到塌陷狀態(tài)時(shí)的圖3的CMUT單元。

圖5示出了用于劃切CMUT單元平鋪件并利用止裂間隙的傳統(tǒng)方法。

圖6是圓形CMUT單元陣列的干涉測量圖像，其中虛線示出了用于邊緣的曲折蝕刻路徑，其將與互補(bǔ)的蝕刻的平鋪件對齊并保持從一個(gè)平鋪件到下一平鋪件的CMUT單元節(jié)距。

圖7a)至圖7d)示出了根據(jù)本發(fā)明原理且使用鈍化層的CMUT陣列平鋪件的邊緣的蝕刻。

圖8示出了兩個(gè)CMUT陣列平鋪件，具有節(jié)距保持邊緣和用于電互連的表面電觸點(diǎn)。

圖9示出了使用具有圖8的電觸點(diǎn)的四個(gè)平鋪件的大孔徑CMUT陣列組件。

圖10以框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的具有平鋪的大孔徑CMUT陣列換能器探頭的超聲診斷成像系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

參照圖3，繪出了CMUT元件或單元5的示意性截面圖。CMUT單元5包括襯底層12、電極22、膜層14和膜電極環(huán)28，在圖6中可見圓形形式的CMUT單元。在該示例中，電極22被配置為圓形并且嵌入在襯底層12中。另外，膜層14相對于襯底層12的頂部表面固定并且被配置/確定尺度為在膜層14和襯底層12之間限定球形或者圓柱形的腔室18。如先前提及的，該單元及其腔室18可限定替代性的幾何形狀。例如，腔室18能夠限定矩形和/或正方形截面、六邊形截面、橢圓截面或者不規(guī)則截面。

底部電極22典型地利用附加層(未示出)在其面向腔室的表面上絕緣。優(yōu)選的絕緣層是形成在襯底電極上方且在膜電極下方的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介電層。ONO介電層有利地降低了電極上的電荷累積，該電荷累積導(dǎo)致器件的不穩(wěn)定性以及聲學(xué)輸出壓力的漂移和降低。在Klootwijk等于2008年9月16日提交的名稱為“電容式微加工超聲換能器(Capacitive micromachined ultrasound transducer)”的歐洲專利申請No.08305553.3中詳細(xì)討論了在CMUT上制造ONO介電層。對于比未塌陷器件更易受到電荷保持影響的預(yù)塌陷CMUT，期望使用ONO介電層。所公開的部件可以由CMOS兼容材料制造，例如Al、Ti、氮化物(例如氮化硅)、氧化物(各種等級)、四乙基原硅酸鹽(TEOS)、多晶硅及類似物。在CMOS制造中，例如可以通過化學(xué)氣相沉積形成氧化物和氮化物層并且通過濺射工藝設(shè)置金屬化(電極)層。適合的CMOS工藝是LPCVD和PECVD，后者具有小于400℃的相對低的操作溫度。

用于制造所公開的腔室18的示例性技術(shù)包括在添加膜層14的頂部表面之前在膜層14的初始部分中限定出腔室。其它制造細(xì)節(jié)可以在美國專利No.6,328,697(Fraser)中找到。在圖3所示的示例性實(shí)施例中，圓柱形腔室18的直徑大于圓形配置的電極板22的直徑。電極環(huán)28可以具有與圓形配置的電極板22相同的外徑，盡管并不要求這樣的一致性。因而，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，電極環(huán)28相對于膜層14的頂部表面固定，以與下方的電極板22對準(zhǔn)。

圖4示出在偏置到預(yù)塌陷狀態(tài)時(shí)的圖5的CMUT單元，其中膜14與腔室18的底面接觸。這通過向兩個(gè)電極施加DC偏置電壓來實(shí)現(xiàn)，如由施加到電極環(huán)28的電壓V_B以及施加到襯底電極22的基準(zhǔn)電勢(地)所指示。盡管電極環(huán)28也能夠形成為中心沒有孔的連續(xù)盤狀，但是圖4示出了這不是必需的原因。在如圖所示將膜14偏置到其預(yù)塌陷狀態(tài)時(shí)，膜的中心與腔室18的底面接觸。由此，膜14的中心在CMUT的操作期間未移動。而是膜14的位于腔室18的剩余開放空隙上方并且位于環(huán)電極下方的外圍區(qū)域移動。通過將膜電極28形成為環(huán)，所述器件的電容的上板電荷位于CMUT的在CMUT作為換能器操作時(shí)表現(xiàn)出運(yùn)動和電容變化的區(qū)域上方。因而，改善了CMUT換能器的耦合系數(shù)。

通過施加典型地在50-100伏特范圍內(nèi)的必要偏置電壓，可以將膜14帶入與腔室18的用36標(biāo)記的底面接觸的預(yù)塌陷狀態(tài)。隨著電壓增加，利用電容計(jì)監(jiān)視CMUT單元的電容。電容的突變表明該膜已塌陷到腔室的底面。該膜可以向下偏置直到其正好接觸到腔室的用36標(biāo)記的底面，或者可以進(jìn)一步向下偏置到超出最小接觸的增加的塌陷。

將膜14帶入到其預(yù)塌陷狀態(tài)的另一方式是向膜的頂部施加壓力。當(dāng)腔室形成部分真空或者完全真空時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)施加1巴(bar)的大氣壓力足以使膜14預(yù)塌陷而與腔室18的底面接觸。也能夠使用壓力差和偏置電壓的組合來可控地使膜14預(yù)塌陷，這對于具有高的大氣塌陷壓力(例如10巴)的較小器件有效。用于使膜14偏置至其預(yù)塌陷狀態(tài)的又一技術(shù)是在膜上方布置或形成將膜物理地保持于其預(yù)塌陷狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。在用于超聲換能器的優(yōu)選實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)形成換能器的透鏡。

半導(dǎo)體部件通常在晶片上大量的制造。在制造后，各個(gè)部件必須分離、或分切成單體，從而使它們能夠分別用于不同器件和產(chǎn)品中。從晶片單體地分切出各部件的典型工藝是使用劃切。在劃切過程中，預(yù)料到一定水平的碎屑。為了使劃切產(chǎn)生的裂縫的傳播最小化，通常使用如圖5中所示的“止裂”槽40。淺的止裂槽40剛好形成在劃切后的部件的預(yù)期邊緣的內(nèi)側(cè)，如附圖中所示。槽40用于在劃切過程期間阻止裂縫朝向CMUT單元5傳播，并且從止裂槽到附近的有源器件及切片邊緣具有可接受的距離需求。這導(dǎo)致切片邊緣與有源器件(CMUT)相距通常與各個(gè)器件之間的距離相比來說相當(dāng)大的距離，這對于進(jìn)行平鋪并保持平鋪件之間的節(jié)距連續(xù)性來說是不期望的。CMUT單元的典型尺寸(直徑)能夠從30微米變化至300微米甚至更大。所選擇CMUT單元的尺寸將取決于給定換能器的預(yù)期操作頻率。通常，將通過保持各個(gè)器件之間的平均距離低于5至10微米或甚至低于3微米來最大化陣列中的CMUT單元器件的密度。除了在圖5的頂部示出的平鋪件邊緣的俯視圖，在該附圖的底部還示出了切片的側(cè)視圖，包括襯底12、包含微波束成形器電路的ASIC層、和頂部CMUT層。

根據(jù)本發(fā)明的原理，為了解決該問題，使用單體化(singulation)蝕刻。由于采用蝕刻工藝沒有碎屑，因而不需要止裂槽，也不需要從止裂槽至有源器件及蝕刻的邊緣的必需距離。該工藝的進(jìn)一步結(jié)果是蝕刻的切片邊緣能夠非?？拷麮MUT單元(通常在單獨(dú)的器件5之間的一半距離處)，這使得能夠保持從一個(gè)切片到另一個(gè)切片的恒定(連續(xù)的)節(jié)距。圖6是CMUT陣列的俯視圖，其中虛線48指示用于邊緣的曲折蝕刻路徑，其靠近CMUT單元5包繞(基本沿著CMUT單元的形狀)。相鄰的平鋪件形成有互補(bǔ)的曲折蝕刻路徑，使得這兩個(gè)平鋪件將在成行的單元中從一個(gè)平鋪件到另一個(gè)平鋪件以恒定的節(jié)距配合在一起。

由于蝕刻需要從切片頂部完全地貫穿到襯底的底部而豎直地延伸，所以優(yōu)選地是使用深反應(yīng)離子蝕刻工藝，其能夠以受控的方式在延伸深度上形成高度豎直的邊緣。一種用于這樣做的技術(shù)在圖7a)至圖7d)中示出。在該示例中，如圖7a)所示可選的掩模50設(shè)置于切片上，并且高度各向異性的等離子體(氟化硫)流被引導(dǎo)穿過掩模中的開口且離子流開始穿過切片及其襯底12進(jìn)行蝕刻。在等離子體已經(jīng)部分地蝕刻入切片內(nèi)時(shí)，如圖7b)中所示在溝槽上沉積鈍化層52。鈍化層可以是適合的聚合物，諸如聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯基聚合物(BCB)。鈍化層保護(hù)溝槽的壁以防止進(jìn)一步暴露于化學(xué)蝕刻劑。各向異性蝕刻劑將攻擊溝槽底部處的鈍化層，將其濺射掉，然后，溝槽能夠被蝕刻至更深的深度，如圖7c)所示。可替代地，在溝槽已經(jīng)被從頂部部分地形成時(shí)(圖7b))，將晶片翻轉(zhuǎn)且從切片的背側(cè)蝕刻溝槽，如圖7d)所示，且在聚合物52處停止。最后，通過蝕刻將聚合物濺射掉。在已經(jīng)從頂部部分地形成溝槽后的又一替代方式是通過從背側(cè)(底部)研磨使晶片變薄直至到達(dá)部分地形成的溝槽。

圖8示出了晶片60，兩個(gè)CMUT平鋪件62和64根據(jù)本發(fā)明通過蝕刻而被從晶片60分切成單體。在該示例中，互連電極70在每個(gè)切片的頂部表面上沿每個(gè)切片的邊緣形成。由于能夠控制蝕刻工藝來形成幾乎任意形狀或輪廓的邊緣，所以所述邊緣能夠靠近地沿著如該示例中的CMUT單元5的形狀。這使得所述平鋪件能夠沿不同的方位配合在一起，諸如互連電極如所示在晶片60上的相同側(cè)上，或平鋪件交替翻轉(zhuǎn)使得互連電極在如附圖右側(cè)所示的相反兩側(cè)上。交替允許諸如柔性電路的互連接入并附接至所組裝的CMUT陣列的多個(gè)側(cè)上的電極70。這在圖9的完成的CMUT陣列組件中示出，其中四個(gè)平鋪件62、64、66和68被配合在一起以形成大孔徑CMUT陣列，其中CMUT單元的節(jié)距在陣列上被均勻地保持。

圖10以框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的具有平鋪的大孔徑CMUT陣列換能器探頭100’的超聲診斷成像系統(tǒng)。在該示例中，大孔徑陣列100由十六個(gè)平鋪件形成。換能器陣列100’是一維或二維換能器元件陣列，其能夠在2D平面上或用于3D成像的三維上掃描。換能器陣列聯(lián)接至探頭中的微波束成形器112，其通過CMUT陣列單元來控制信號的傳輸和接收。所述微波束成形器能夠至少對由換能器元件群組或“片塊(patches)”接收的信號進(jìn)行部分波束成形，如美國專利5,997,479(Savord等)、6,013,032(Savord)、以及6,623,432(Powers等)中所描述的。所述微波束成形器通過探頭線纜聯(lián)接至發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)116，所述開關(guān)在發(fā)射和接收之間切換，并在微波束成形器不被使用且所述換能器陣列由主系統(tǒng)波束成形器直接操作時(shí)保護(hù)主系統(tǒng)波束成形器120免受高能量發(fā)射信號的危害。在微波束成形器112的控制下，來自CMUT換能器陣列100的超聲波束的傳輸由聯(lián)接至T/R開關(guān)和主系統(tǒng)波束成形器120的換能器控制器118引導(dǎo)，所述換能器控制器接收來自用戶界面或控制面板38的用戶操作的輸入。通過換能器控制器控制的一個(gè)功能是波束被引導(dǎo)的方向。波束可從(正交于)換能器陣列直往前引導(dǎo)，或以不同的角度引導(dǎo)以用于更寬的視場。換能器控制器118還控制施加至CMUT單元的DC偏壓，所述DC偏壓將單元膜14偏置至預(yù)塌陷狀態(tài)。

通過微波束成形器112接收后生成的部分波束成形的信號被聯(lián)接至主波束成形器120，在此來自換能器元件的單獨(dú)片塊的部分波束成形的信號被組合為完全波束成形的信號。例如，主波束成形器120可具有128個(gè)通道，每個(gè)通道從數(shù)打或數(shù)百個(gè)CMUT換能器單元形成的片塊接收部分波束成形的信號。這樣，通過CMUT換能器陣列的數(shù)千個(gè)換能器元件接收的信號能夠有效地促成單個(gè)波束成形的信號。

所述波束成形的信號被聯(lián)接至信號處理器122。信號處理器122能夠以各種方式處理所接收的回聲信號，諸如帶通濾波、抽取、I和Q分量分離、以及諧波信號分離，所述諧波信號分離用于分離線性信號和非線性信號，使得能夠識別從組織和微泡返回的非線性回聲信號。信號處理器還可以執(zhí)行附加的信號增強(qiáng)，諸如斑點(diǎn)抑制、信號合成、以及噪聲消除。該信號處理器中的帶通濾波器可以是如上所述的追蹤濾波器，其中它的通帶隨著從增加的深度接收回聲信號而從較高頻帶向較低頻帶滑動，進(jìn)而拒絕來自更大深度的更高頻率的噪聲，其中這些頻率沒有解剖信息。

所處理的信號被聯(lián)接至B模式處理器126和多普勒處理器128。B模式處理器126利用振幅檢測以用于諸如體內(nèi)器官組織或血管的體內(nèi)結(jié)構(gòu)的成像。身體結(jié)構(gòu)的B模式圖像可按照諧波模式或基本模式或兩者的組合來形成，如美國專利6,283,919(Roundhill等)和美國專利6,458,083(Jago等)中所描述的。多普勒處理器128處理來自組織運(yùn)動和血液流動的瞬時(shí)區(qū)別信號，以用于在圖像場內(nèi)檢測諸如血細(xì)胞流動的物質(zhì)運(yùn)動。多普勒處理器通常包括壁濾波器，其參數(shù)可設(shè)置為通過和/或拒絕從體內(nèi)的選定類型的物質(zhì)返回的回聲。例如，壁濾波器能夠設(shè)置成具有通帶特性，該特性使來自較高速度的物質(zhì)的相對低振幅的信號通過，但拒絕來自較低或零速度的物質(zhì)的相對強(qiáng)的信號。這種通帶特性將使來自流動血液的信號通過，但拒絕來自諸如心臟壁的附近靜止或緩慢運(yùn)動的對象的信號。相反的特性將使來自心臟的運(yùn)動組織的信號通過，但拒絕血液流動的信號，這被稱為組織多普勒成像、檢測和描繪組織的運(yùn)動。多普勒處理器接收并處理來自圖像場內(nèi)不同點(diǎn)的瞬時(shí)離散回聲信號序列、來自特定點(diǎn)的回聲序列，其被稱作為信號群(ensemble)。在相對短的時(shí)間間隔上快速連續(xù)接收的回聲信號群能被用于評估流動血液的多普勒移頻，其中多普勒頻率與速度的對應(yīng)關(guān)系指示血液流動速度。在較長時(shí)段上接收的回聲信號群被用于估計(jì)流動較慢的血液或緩慢運(yùn)動的組織的速度。

由B模式和多普勒處理器生成的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動信號被聯(lián)接至掃描轉(zhuǎn)換器132和多平面重定格式器144。所述掃描轉(zhuǎn)換器按空間關(guān)系布置回聲信號，所述回聲信號根據(jù)該空間關(guān)系以預(yù)期的圖像格式被接收。例如，掃描轉(zhuǎn)換器可將回聲信號布置成二維(2D)扇形格式、或錐體三維(3D)圖像。掃描轉(zhuǎn)換器將B模式結(jié)構(gòu)圖像疊加顏色，該顏色對應(yīng)于圖像場中各點(diǎn)處與它們的多普勒評估速度相符的運(yùn)動，從而生成描繪了圖像場中的組織和血流運(yùn)動的彩色多普勒圖像。多平面重定格式器將從身體的體積區(qū)域內(nèi)的公共平面的各點(diǎn)處接收的回聲轉(zhuǎn)換為該平面的超聲圖像，如美國專利6,443,896(Detmer)中所描述的。體積繪制器142將3D數(shù)據(jù)集的回聲信號轉(zhuǎn)換為從給定參照點(diǎn)看到的投影3D圖像，如美國專利6,530,885(Entrekin等)中所描述的。2D或3D圖像從掃描轉(zhuǎn)換器32、多平面重定格式器44、以及體積繪制器142聯(lián)接至圖像處理器130以進(jìn)一步增強(qiáng)、緩沖和暫時(shí)存儲，以用于在圖像顯示器40上顯示。除了用于成像之外，由多普勒處理器128生成的血流速度值被聯(lián)接至流體定量處理器134。該流體定量處理器生成不同流動狀態(tài)的量度，諸如血流的體積率。該流體定量處理器可從用戶控制面板38接收輸入，諸如圖像中將進(jìn)行測量的解剖結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)。來自流體定量處理器的輸出數(shù)據(jù)被聯(lián)接至圖形處理器136以用于在顯示器40上與圖像一起再現(xiàn)測量數(shù)值。圖形處理器136還能夠生成圖形疊置以用于與超聲圖像一起顯示。這些圖形疊置可包含標(biāo)準(zhǔn)識別信息，諸如患者姓名、圖像的日期和時(shí)間、成像參數(shù)等。出于這些目的，圖形處理器從用戶界面38接收輸入，諸如鍵入的患者姓名。該用戶界面還聯(lián)接至發(fā)射控制器18以控制來自換能器陣列100的、并因此由換能器陣列和超聲系統(tǒng)生成圖像的超聲信號的生成。該用戶界面還聯(lián)接至多平面重定格式器144以用于選擇和控制多平面重定格式的(MPR)圖像的顯示，這可用于執(zhí)行MPR圖像的圖像場中的定量測量。