專利名稱：使用cmut的孔徑綜合的制作方法
使用CMUT的孔徑綜合
背景技術(shù)：
隨著診斷超聲行業(yè)從用于二維(2D)成像的一維(ID)超聲陣列邁向用于容積成像 的2D超聲陣列，可能存在縮放的問題。例如，如果常規(guī)的ID陣列具有N = 200個(gè)元件，則相 應(yīng)的2D陣列將具有NXN = 40，000個(gè)元件。超聲系統(tǒng)傳統(tǒng)上所具有的通道數(shù)目粗略地對(duì) 應(yīng)于探針中元件的數(shù)目。然而，系統(tǒng)通道的成本使得這樣的對(duì)應(yīng)對(duì)于2D陣列是不實(shí)際的。2D超聲成像可利用微加工或微組裝的電容性薄膜超聲換能器(cMUT)或者電致伸 縮材料換能器。電容性換能器(諸如cMUT)和由電致伸縮材料制成的換能器在利用施加直 流(DC)偏置電壓進(jìn)行激活方面可能是類似的。該偏置允許執(zhí)行換能操作。cMUT可由半導(dǎo) 體材料或者由其它材料構(gòu)成。多個(gè)薄膜或其它具有電極的柔性結(jié)構(gòu)在聲能和電能之間進(jìn)行 換能。薄膜組作為不同元件來工作?？稍赾MUT上提供各種元件布置，諸如元件的多維或二 維陣列。為了操作cMUT，通過DC電壓對(duì)薄膜進(jìn)行偏置。對(duì)所述元件施加交變信號(hào)以生成聲 能。由所述元件接收到的聲能被轉(zhuǎn)換成交變電信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
作為介紹，下面描述的優(yōu)選實(shí)施例包括利用電容性微加工超聲換能器(cMUT)或 電致伸縮超聲換能器電容性來進(jìn)行超聲成像的系統(tǒng)和方法。可利用偏置線路元件選擇和各 種孔徑綜合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各向同性的容積成像?？赏ㄟ^使用波束形成器來沿著一個(gè)維度聚 焦、然后沿著另一個(gè)方向執(zhí)行第二輪的“離線”或“回顧式”波束形成來執(zhí)行二維波束形成。在第一方面中，提供有一種用于容積超聲成像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括換能器，所述換 能器包括由偏置電壓所激活的元件。偏壓生成器與所述換能器耦合，并且生成建立所述元 件的第一偏置模式的偏置信號(hào)以及生成用于建立所述元件的第二偏置模式的偏置信號(hào)。波 束形成器與所述換能器耦合，并且所述換能器基于所述第一偏置模式發(fā)射和接收超聲數(shù)據(jù) 以及基于所述第二偏置模式發(fā)射和接收超聲數(shù)據(jù)?；趤碜运龅谝黄媚Ｊ降某晹?shù)據(jù) 和來自所述第二偏置模式的超聲數(shù)據(jù)的組合生成圖像。在第二方面中，提供一種利用響應(yīng)于偏壓來換能的超聲換能器進(jìn)行超聲成像的方 法。所述超聲換能器利用第一偏壓模式和第二偏壓模式進(jìn)行發(fā)射。所述超聲換能器響應(yīng)于 所述發(fā)射根據(jù)所述第一偏置模式和所述第二偏置模式接收數(shù)據(jù)。將由所述第一偏置模式的 發(fā)射和接收得到的信號(hào)與由所述第二偏置模式的發(fā)射和接收得到的信號(hào)相組合。在第三方面中，提供一種使用響應(yīng)于偏置的電致伸縮材料來進(jìn)行超聲成像的方 法。激活所述材料上元件的第一偏置模式。利用所述第一偏置模式來發(fā)射和接收第一超聲 成像數(shù)據(jù)。激活所述材料上元件的第二偏置模式。利用所述第二偏置模式來發(fā)射和接收第 二超聲成像數(shù)據(jù)。將所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)和所述第二超聲圖像數(shù)據(jù)相組合并且根據(jù)所述 組合形成圖像。在第四方面中，提供一種用于容積超聲成像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括換能器，該換能器 包括由偏置電壓所激活的元件。波束形成器與所述換能器耦合，并且用于執(zhí)行發(fā)射和接收 功能。綜合器與所述換能器耦合。所述綜合器用于對(duì)所述發(fā)射和接收功能執(zhí)行孔徑綜合。在根據(jù)第一偏置模式偏置的元件上執(zhí)行第一發(fā)射和接收功能，并且在根據(jù)第二偏置模式偏置的元件上執(zhí)行第二發(fā)射和接收功能。本發(fā)明由下面的權(quán)利要求書限定，該部分中的任何內(nèi)容都不應(yīng)視為對(duì)所述權(quán)利要 求書的限制。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)在下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例來討論，并且可以在后面獨(dú) 立地或者以結(jié)合方式來要求權(quán)利。


部件和附圖不一定是成比例的，將重點(diǎn)改為放在示出本發(fā)明的原理。此外在附圖 中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出所有不同視圖中的對(duì)應(yīng)部分。圖1是用于超聲成像的系統(tǒng)的圖示；圖2是2D陣列的圖解；圖3是偏置模式的一個(gè)實(shí)施例的圖形化表示；圖4是偏置模式的替換實(shí)施例的圖形化表示；圖5是示例切趾函數(shù)的圖形化表示；圖6是利用偏置進(jìn)行超聲成像的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖7是偏置模式的替換實(shí)施例的圖形化表示；圖8是圖7中偏置模式的圖形化表示；圖9是一組元件的偏置模式的圖解；以及圖10是圖9中偏置模式的圖形化表示。
具體實(shí)施例方式題為“ROTATINGAPERTURE FOR ULTRASOUND IMAGNG WITH ACAPACITIVE MEMBRANE OR ELECTROSTRICTIVE ULTRASOUND TRANSDUCER”的美國專利申請(qǐng)公開No. 2007/0079658 說 明了一種探針設(shè)計(jì)，其利用cMUT換能器的性質(zhì)并且允許到換能器的電連接的數(shù)目為2XN 而不是NXN，該美國專利申請(qǐng)通過引用結(jié)合于此。可替換地，所述電連接可以是MXN而不 是NXN，這樣的結(jié)果是MXN個(gè)元件。本公開涉及cMUT換能器和電致伸縮換能器的使用，諸 如在一個(gè)實(shí)施例中具有MX N個(gè)電連接的cMUT探針的使用。不是需要NX N個(gè)波束形成器 通道，而是以連續(xù)的兩階段波束形成過程來利用N個(gè)波束形成器通道。所述過程可以實(shí)現(xiàn) 各向同性的容積成像。圖1示出用于根據(jù)超聲數(shù)據(jù)生成圖像的超聲系統(tǒng)100。該超聲系統(tǒng)100包括換能 器102、波束形成器104、探測(cè)器106、具有存儲(chǔ)器110的處理器108、以及顯示器112?？商?供附加的、不同的或更少的部件。例如，處理器108可以是計(jì)算機(jī)處理單元(CPU)或圖形處 理單元(GPU)，并且存儲(chǔ)器110可與處理器108結(jié)合為單個(gè)單元。處理器108對(duì)系統(tǒng)100進(jìn) 行配置，并且處理超聲數(shù)據(jù)或者執(zhí)行其它功能。在替換實(shí)施例中，系統(tǒng)100是可對(duì)利用另一 設(shè)備獲得的超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的工作站或計(jì)算機(jī)。換能器102可包括元件陣列，諸如二維(2D)陣列。所述元件陣列可被配置用于直 線、曲線、扇形(sector)、矢量 或其它成像配置。在一個(gè)實(shí)施例中，換能器102可包括電致 伸縮材料，該電致伸縮材料包括由DC偏置電壓激活的元件。例如，換能器102可以是電容 性微加工超聲換能器(cMUT)或者具有電致伸縮材料的結(jié)構(gòu)。特別地，cMUT是被用于生成和用于探測(cè)超聲波的元件陣列。cMUT設(shè)備通常包括由被置于薄膜上或薄膜內(nèi)的上電極、被 置于襯底上或襯底中的下電極、以及薄膜與下電極之間的空腔構(gòu)成的單元格(cell)，使得 cMUT成為具有兩個(gè)電極的平行板電容器。所述上電極(例如金屬化薄膜)是可移動(dòng)的，并 且襯底上或襯底中的所述下電極可以是固定的。在所述電極之間是電介質(zhì)(真空或氣隙)。cMUT設(shè)備包括成組的以元件為形式的單元格，其對(duì)所施加的DC偏壓做出反應(yīng)以 將聲能轉(zhuǎn)換成電能以及反之亦然。所述單元格一起工作以將機(jī)械能變換成電能，反之亦然。 因?yàn)閏MUT通常非常小并且具有機(jī)械部分和電氣部分二者，所以cMUT可被稱為微電子機(jī)械 系統(tǒng)(“MEMS”)設(shè)備。常規(guī)的cMUT通常具有地電極和熱電極。所述熱電極可以被用來在 超聲成像期間發(fā)射和接收超聲聲波。由于與發(fā)射和接收超聲波相關(guān)聯(lián)的不同特性，常規(guī)的 cMUT熱電極通常被優(yōu)化以便于以高靈敏性來接收或發(fā)射超聲波，這可能損害最大發(fā)射功 率?？梢栽诎l(fā)射器模式下或在接收器模式下操作cMUT。cMUT的發(fā)射器模式可被用于 生成超聲波，而發(fā)射器模式可探測(cè)超聲波。當(dāng)在兩個(gè)電極之間設(shè)置靜態(tài)電壓時(shí)，所述薄膜被 庫侖力吸引到襯底。當(dāng)AC電壓被疊加在DC電勢(shì)上時(shí)，所述薄膜將響應(yīng)于該信號(hào)而運(yùn)動(dòng)并 且超聲波被生成并被投射(launch)到環(huán)境中。如果在DC偏壓下，超聲波接近薄膜，則所述 薄膜將振動(dòng)并且可以從設(shè)備電極處測(cè)量輸出AC電壓。所施加的DC偏壓供給電荷，由薄膜 運(yùn)動(dòng)調(diào)制該電荷以產(chǎn)生AC信號(hào)。換能器102 可以是如題為 “ROTATING APERTURE FOR ULTRASOUNDIMAGING WITH A CAPACITIVE MEMBRANE OR ELECTROSTRICTIVEULTRASOUND TRANSDUCER” 的美國專利申請(qǐng)公 開No. 2007/0079658所述的換能器，該美國專利申請(qǐng)通過引用結(jié)合于此。特別地，圖2示出 換能器的一個(gè)實(shí)施例。該設(shè)計(jì)基于對(duì)cMUT類型的換能的特定特征的應(yīng)用。壓電換能器使 用施加AC信號(hào)來進(jìn)行輻射，而cMUT換能器使用AC信號(hào)和DC偏壓。圖2所示的2D陣列具 有M行和N列，總共有MXN個(gè)元件。M和N是大于1的整數(shù)，并且M和N相等或不相等。偏 置電壓由具有M個(gè)通道的偏置電壓生成器來提供。承載偏置電壓的M條線路中的每一條線 路都被水平定向并且對(duì)其行中的每個(gè)元件進(jìn)行偏置。相反，N條AC信號(hào)線路中的每一條被 垂直定向并且將其信號(hào)傳送給其列中的每個(gè)元件。為了激勵(lì)或激活第(m，η)個(gè)元件，偏置 電壓被施加給第m條偏置線路，并且AC信號(hào)被施加給第η條信號(hào)線路。沿著第m行的所有 元件都被偏置為“接通”，并且沿著第η列的所有元件都被供給AC信號(hào)。然而，既被偏置為 接通又被供給AC信號(hào)的唯一元件是第(m，n)個(gè)元件。因此，該元件是發(fā)出輻射的元件。在 給定時(shí)間可以有多于一個(gè)元件發(fā)出輻射。如所描述的那樣，可能不存在針對(duì)每個(gè)元件的獨(dú)立系統(tǒng)通道。盡管提供了到2D陣 列中所有元件的獨(dú)立訪問，但是可能不存在同時(shí)訪問。因此，波束形成技術(shù)可能不同于用于 傳統(tǒng)超聲成像的那些技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，在此所述的波束形成技術(shù)可利用上述換能器 體系結(jié)構(gòu)，使得利用2D陣列的等距容積超聲成像更加實(shí)用。返回參照?qǐng)D1，波束形成器104與換能器102連接以生成沿著聲網(wǎng)的聲束。通過利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)使換能器搖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)或者使用電子束調(diào)向來收集聲數(shù)據(jù)。波束形成 器104還可被稱為孔徑綜合引擎，用于通過綜合來自多個(gè)接收事件的孔徑來實(shí)現(xiàn)數(shù)千個(gè)元 件上的2D波束形成。替換地，分開的處理器和存儲(chǔ)器被提供用于在波束形成之前或之后 綜合來自多個(gè)信號(hào)的孔徑。在一個(gè)實(shí)施例中，該技術(shù)可被稱為高程孔徑綜合(ElevationAperture Synthesis,EAS)并且沿著一個(gè)軸使用常規(guī)的超聲波束形成而沿著另一個(gè)軸使用孔徑綜合技術(shù)。這兩種操作可串行進(jìn)行以在兩個(gè)軸上提供聚焦成像。一個(gè)示例孔徑綜合在 題為“ULTRASOUNDIMAGING TRANSDUCER ARRAY FOR SYNTHETIC APERTURE”的美國專利公開 2007/0167752中有所描述，其全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。圖2示出具有M行和N列的二維(2D)陣列202，其中M行中的每一行都附接到M 通道偏置電壓生成器206的獨(dú)立通道上，而N列中的每一列都附接到N通道超聲系統(tǒng)204 的獨(dú)立通道上。所述偏置電壓生成器206是可切換的DC電壓源。當(dāng)偏置電壓被切換到“接 通”并且被施加給換能器時(shí)，可能存在瞬時(shí)電流流動(dòng)，但是在穩(wěn)定的偏置狀態(tài)下，可能存在 最小漏電流。當(dāng)所述偏置電壓生成器206被“關(guān)斷”時(shí)，基本上不存在電流。當(dāng)所述偏置電 壓生成器206被“接通”時(shí)，存在預(yù)定的DC電流值。偏壓生成器206被配置為生成特定模式的偏置電壓，并且超聲系統(tǒng)204被觸發(fā)以 進(jìn)行發(fā)射和接收，如在常規(guī)ID超聲陣列的常規(guī)超聲成像中那樣。偏壓生成器206可以是與 電壓源連接的高電壓FET網(wǎng)?？梢允褂貌煌木w管、開關(guān)、分壓器、變壓器、電壓生成器或 其它設(shè)備?？梢允褂萌魏维F(xiàn)在公知的或者以后所發(fā)展的偏壓生成器206。在一個(gè)實(shí)施例中， 偏壓生成器206生成頻率小于換能器102的交變操作頻率(超聲頻率)的交變波形以基本 上起到DC偏壓的作用。小于或等于交變信號(hào)頻率的1/3的偏置電壓頻率可以“基本上是 DC”。例如，生成有500KHz的波形。通過在大約500KHz處切換，可使用正弦波形來逐漸增 加和減小發(fā)射和接收事件之間的偏置電壓。該逐漸過渡(諸如在一微秒或兩微秒內(nèi))可避 免生成不期望的聲發(fā)射。在過渡期間所生成的任何不想要的聲音都可以從所接收的信號(hào)中 濾除掉。偏壓生成器206用于生成至少兩個(gè)不同的偏壓電平，諸如為換能器102的期望靈 敏度(諸如10-120伏)所選的負(fù)偏壓和正偏壓以及零偏壓和非零偏壓?？墒褂酶鄶?shù)目 的偏壓電平，諸如五個(gè)或七個(gè)偏壓電平。不同的偏壓電平被施加給形成在發(fā)射和/或接收 事件期間使用的切趾孔徑的不同電極(未示出)。在接收時(shí)，偏壓電平和/或菲涅耳偏置模 式可能以基于相位動(dòng)態(tài)聚焦的方式在接收事件的持續(xù)時(shí)間內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。沿著一個(gè)方向發(fā)射超聲的聚焦波束。對(duì)所得的接收信號(hào)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)聚焦波束 形成操作。然后，所得的超聲波束數(shù)據(jù)流被存儲(chǔ)起來以便后續(xù)處理?？蓪?duì)偏置電壓的 模式進(jìn)行更新并且重復(fù)該過程。在一個(gè)實(shí)施例中，該過程重復(fù)L次，其中每次通常都 與不同的偏置配置有關(guān)。一旦完成，結(jié)果包括L組超聲波束數(shù)據(jù)。偏壓控制還在題 為“MICROFABRICATEDULTRASONIC TRANSDUCER ARRAY FOR 3-D IMAGING AND METHOD 0F0PERATING THE SAME”的美國專利公開No. 2005/0119575中有所描述，其全部公開內(nèi)容通 過引用結(jié)合于此。所述波束數(shù)據(jù)是沿著一個(gè)維度聚焦的聚焦超聲波束數(shù)據(jù)。所述超聲系統(tǒng)通道可對(duì) 應(yīng)于陣列202的列。因此，由超聲系統(tǒng)204所執(zhí)行的聚焦在陣列202的列上進(jìn)行。該維度 可被稱為如圖2所示的方位(azimuth)。相對(duì)的維度可被稱為高程(elevation)。圖3示出偏置模式集合的實(shí)施例。所述換能器具有若干行，每行都與偏置電壓生 成器的通道或線路相連接。如圖所示，偏置線路由孔徑索引302標(biāo)識(shí)出。由孔徑索引302 所表示的每一行都可以被偏置為接通或者偏置為關(guān)斷?？讖剿饕?02表示不同偏置線路中 的每一條，并且這些偏置線路的狀態(tài)建立了偏置模式?？讖剿饕?02標(biāo)識(shí)出元件索引304中的每個(gè)元件可用的孔徑。來自元件索引304的每個(gè)元件都可以由相應(yīng)行的孔徑索引302偏置為接通或關(guān)斷。在偏置線路的第一模式中，所有偏置線路都是關(guān)斷的(在一個(gè)示例中處于大約0 伏)，除了孔徑索引302中的第一條偏置線路。第一條偏置線路被接通(在一個(gè)示例中處于 諸如100伏的電壓)。在孔徑索引302等于2的第二模式中，除了第二條線路之外的所有偏 置線路都是關(guān)斷的。在第三模式中，除了第三條線路之外的所有偏置線路都是關(guān)斷的，以此 類推。該圖中的每行都表示被施加給換能器的偏置電壓的模式。因?yàn)樵搱D示出L個(gè)這樣的 行，所以有L個(gè)不同的偏置模式被依次施加給換能器。因此，所述超聲系統(tǒng)對(duì)波束數(shù)據(jù)執(zhí)行 L次采集。作為一個(gè)示例，元件310被示出為偏置為接通。每個(gè)白色盒形體都可以被稱為元 件310，并且所述白色盒形體表示被偏置為接通的元件。如圖所示，每個(gè)行可以是針對(duì)一個(gè) 發(fā)射/接收事件的偏置模式。對(duì)于圖3所示的偏置配置集合來說，在第一發(fā)射/接收事件 期間，偏置線路1被偏置為接通。在第二發(fā)射/接收事件中，偏置線路2被偏置為接通。根據(jù)所述偏置模式產(chǎn)生所得的波束數(shù)據(jù)集合。如圖3所示，在每個(gè)偏置狀態(tài)下都 有單個(gè)偏置線路被接通。特別地，如隊(duì)lsubap= 1(306)所表明的那樣，一次有單個(gè)元件被偏 置為接通。Nelsubap可以是每個(gè)“子孔徑”中的元件數(shù)目，諸如針對(duì)每個(gè)發(fā)射/接收事件所接 通的偏置線路的數(shù)目。Nskip可以是在每個(gè)發(fā)射/接收事件的情況下，該偏置線路集合(即 子孔徑)平移多遠(yuǎn)。如圖3所示，Nelsubap = 1并且Nskip = 1，因此對(duì)于任何發(fā)射/接收事件 存在單個(gè)偏置線路被接通，并且對(duì)于隨后的發(fā)射/接收事件，該偏置組(在這種情況下是單 個(gè)偏置線路)以一的增量在該孔徑上平移。發(fā)射/接收偏置模式可具有大于或等于所述偏 置模式之間的Nskip跨度大小的有效寬度。換句話說，每次有一個(gè)元件行被偏置為接通。此外，如隊(duì)_ = 1(308)所表明的那 樣，元件行的行進(jìn)逐一地移動(dòng)到下一元件行。因此，單個(gè)元件行被偏置為接通，并且在發(fā)射 循環(huán)期間將輻射聲脈沖，并且在接收循環(huán)期間是活動(dòng)的以接收反向散射的超聲。因?yàn)閾Q能 器元件與用于成像的聲波長(zhǎng)具有相同量級(jí)，所以單個(gè)元件行將生成寬的全向聲場(chǎng)，該寬的 全向聲場(chǎng)在其遠(yuǎn)離該元件行傳播時(shí)將在高程上圓柱式地?cái)U(kuò)散。同樣地，接收時(shí)的靈敏度模 式以及往返傳播(round-trip)的靈敏度模式都將是寬的。如圖3所示，M個(gè)偏置模式的集合中的每個(gè)偏置模式包括被接通的單個(gè)偏置線路。 因此，除了橫向平移之外，每個(gè)相關(guān)的往返傳播的靈敏度模式都是類似的。該陣列是具有高 程方向和方位方向的2D陣列。所接收的數(shù)據(jù)可通過方位方向上的波束形成來聚焦。往返 傳播的靈敏度模式可以與ID(僅高程)陣列的單元件響應(yīng)相類似。該特定的偏置模式集合 可以在該(僅高程)陣列的每個(gè)元件上提供串行的發(fā)射和接收。這與在用于海洋聲納成像 的“側(cè)向掃描”聲納中使用的發(fā)射-接收設(shè)置相類似。在側(cè)向掃描聲納中，換能器是牽引通 過海洋的單個(gè)發(fā)射器-接收器。在被牽引時(shí)，換能器每次從不同的位置發(fā)射并接收、發(fā)射并 接收。在每個(gè)這樣的發(fā)射-接收循環(huán)期間，對(duì)所得的數(shù)據(jù)流進(jìn)行存儲(chǔ)。這生成數(shù)據(jù)流集合， 利用通常稱為孔徑綜合的波束形成過程來分析該數(shù)據(jù)流集合。該過程用于回顧式地聚焦往 返傳播的“單元件”數(shù)據(jù)以生成聚焦圖像。該孔徑綜合方法可被用于聚焦來自2D陣列的往返傳播的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)已經(jīng)通 過超聲系統(tǒng)所執(zhí)行的第一輪波束形成被聚焦在方位方向上。第二輪波束形成用于在高程方 向上聚焦通過所述孔徑。結(jié)果是針對(duì)所綜合的孔徑既在方位方向又在高程方向上聚焦的圖像。所述圖像可以是等距的(isometric)和容積超聲圖像。如所描述的那樣，圖3涉及單個(gè)偏置線路模式，但是來自單行元件的輻射可能太寬。從橫向分辨率的角度來說該寬度可能是足夠的，但是從SNR的角度來說可能是不足的。 另外，考慮到橫向空間頻率方面的常規(guī)陣列元件的大小，所得的數(shù)據(jù)集可能是欠采樣的，并 且可能受到光柵波瓣的影響?？商鎿Q地，可使用不同的偏置模式來達(dá)到不同的結(jié)果。例如， 可對(duì)鄰近的元件組或元件集合進(jìn)行偏置(這增加了有效元件大小)，而不是將單個(gè)元件行 偏置為“接通”。有效元件大小的增加可減低所輻射的聲場(chǎng)橫向擴(kuò)散的程度，這可改善SNR 并降低光柵波瓣的幅度。圖4示出替換的偏置線路模式。如圖所示，每個(gè)偏置模式包括一組被偏置為接通 的三個(gè)相鄰的偏置線路，并且該組按一個(gè)或多個(gè)在高程上間隔的元件(行)在模式間平移。 所述換能器具有若干行，每行都與偏置電壓生成器的通道或線路相連接。如圖所示，所述偏 置線路由孔徑索引402標(biāo)識(shí)?？讖剿饕?02標(biāo)識(shí)出元件索引404中的每個(gè)元件可使用的孔 徑。來自元件索引404的每個(gè)元件可通過相應(yīng)行的孔徑索引402被偏置為接通或者關(guān)斷。 例如，元件410被偏置為接通。所述元件對(duì)應(yīng)于三行元件。對(duì)于圖4所示的偏置配置來說， Nelsubap = 3并且Nskip = 1，所以對(duì)于每個(gè)發(fā)射/接收事件，有三個(gè)相鄰的偏置線路被接通，并 且在隨后的發(fā)射/接收事件中，該偏置組平移一。特別地，如通過Nelsubap = 3(406)所表明 的那樣，一次有三個(gè)元件行被偏置為接通。元件的行進(jìn)逐一地移動(dòng)到下一元件，如Nskip= 1 所表明的那樣(408)。換句話說，第一元件行和下兩個(gè)元件行(第二和第三元件行)被偏置 為接通，并且因?yàn)镹skip408 = 1，所以第二元件行和下兩個(gè)元件行(第三和第四元件行)接 下來被偏置為接通。偏置模式通過一次增加一個(gè)元件行繼續(xù)通過剩余的N個(gè)元件。對(duì)于圖 4所示的偏置配置集合來說，在第一發(fā)射/接收事件期間，偏置線路1、2和3被偏置為接通。 在第二發(fā)射/接收事件中，偏置線路2、3和4被偏置為接通?？讖骄C合處理可被描述為延遲求和波束形成過程。如果Xm表示在第m個(gè)偏置模 式中被偏置為接通的元件組的“質(zhì)心”的位置，并且(X，ζ)表示圖像中點(diǎn)的坐標(biāo)，則可通過 t = 2[(Xm-X)2+z2]_/C(l來給出應(yīng)用到數(shù)據(jù)的延遲，其中Ctl是聲速。所述延遲可用于對(duì)準(zhǔn) 信號(hào)，以改善光束求和中的相干增益和橫向分辨率。雖然所述延遲可表示在所有深度上改 善了的相干聚焦，但與深度無關(guān)的延遲可減少計(jì)算要求(例如定焦波束形成)。在一個(gè)實(shí)施 例中，所述和可以是均勻加權(quán)的和?？商鎿Q地，非均勻加權(quán)可在求和之前被應(yīng)用到信號(hào)上以 改善旁瓣結(jié)構(gòu)。換句話說，波束形成可包括在下面參照?qǐng)D5所述的切趾。該切趾可以本身 是靜態(tài)的以利于計(jì)算上的簡(jiǎn)化，或者可替換地可以發(fā)生變化以隨范圍改善旁瓣控制。波束形成的其它變型方式可以是可行的。例如，可利用不相干波束形成或部分相 干波束形成。在不相干波束形成中，在波束求和之前探測(cè)RF波束數(shù)據(jù)的幅度。在部分相干 波束形成中，數(shù)次利用不同的切趾對(duì)相同的數(shù)據(jù)集應(yīng)用波束形成操作，并且所得的圖像集 合被不相干地組合。例如，可采集數(shù)據(jù)集并利用綜合孔徑波束形成器使用諸如圖5所示的一組切趾函 數(shù)對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行三次操作。在y軸上示出切趾502，而組索引504被示出為χ軸。切趾函 數(shù)可改變數(shù)據(jù)的輸入強(qiáng)度分布以改善所述數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍。三個(gè)切趾函數(shù)中的每一個(gè)都可 加強(qiáng)來自陣列的不同部分的數(shù)據(jù)。當(dāng)所得的切趾數(shù)據(jù)集被形成波束時(shí)，所述波束形成可被 有效地控制。
換句話說，作為圖5所示的三個(gè)切趾函數(shù)的結(jié)果，圖像數(shù)據(jù)可被記錄下來，就好像 換能器的物理位置在三次相繼的采集期間是不同的。因此，三個(gè)所得圖像可能相類似，但是 散斑模式可能稍有不同。如果該三個(gè)圖像在探測(cè)過程之后被組合起來(即被不相干地組 合)，則散斑方差可能減小，不過可能以橫向分辨率為代價(jià)。部分相干波束形成可以是回顧 式空間復(fù)合的形式，并且提供與在常規(guī)空間復(fù)合中相類似的益處。替換實(shí)施例可以是可行的。在上述實(shí)施例中，應(yīng)用偏置模式，發(fā)起并完成發(fā)射-接收事件，并且應(yīng)用下一偏置模式。改變發(fā)射和接收循環(huán)之間的偏置模式可提供一定的益處。 在替換實(shí)施例中，可在接收循環(huán)期間使用上述偏置模式，但是在發(fā)射循環(huán)期間可接通所有 的偏置線路。在該實(shí)施例中，發(fā)射場(chǎng)可以是平面波，并且對(duì)于每個(gè)發(fā)射-接收循環(huán)可以是相 同的，但是接收偏置組隨著事件的不同而改變。因此，可以在波束形成期間使用不同的延 遲、諸如t = {[ (Xm-X) 2+z2] (1/2)+z} /cQ，其中C。是聲速并且所得的波束形成可被視為是單向、 只接收的波束形成。往返傳播的波束形成可具有更好的橫向分辨率，但是在SNR方面不那 么好。另外，這樣的單向技術(shù)允許使用諸如Hadamard編碼的孔徑編碼方案，其可提供進(jìn)一 步的SNR優(yōu)勢(shì)并且在下面參照?qǐng)D7和8來說明。圖6是利用上面所述的偏置模式來進(jìn)行超聲成像的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在方 框602中，根據(jù)第一偏置模式對(duì)換能器的元件、諸如cMUT的元件進(jìn)行偏置。偏置模式的示 例在上面在圖3和4中有所描述。如在方框604中那樣，基于第一偏置模式執(zhí)行發(fā)射/接 收功能以收集超聲圖像數(shù)據(jù)。如在方框606中那樣，該超聲圖像數(shù)據(jù)可被記錄或保存以便 進(jìn)一步處理。在方框608中，調(diào)整偏置模式，并且根據(jù)第二偏置模式對(duì)換能器的元件進(jìn)行偏 置。在方框610中，基于第二偏置模式執(zhí)行發(fā)射/接收功能以收集超聲圖像數(shù)據(jù)。如在方 框612中那樣，該第二超聲圖像數(shù)據(jù)集合可被記錄或保存以便進(jìn)一步處理。在方框614中， 可使用孔徑綜合來將來自第一偏置模式和來自第二模式的超聲圖像數(shù)據(jù)相組合。例如，通 過電子聚焦沿著被偏置為接通的元件行或多個(gè)元件行中的元件的陣列使每個(gè)數(shù)據(jù)集形成 波束(例如在方位上形成波束)。沿著綜合方向(例如高程)不提供聚焦。沿著綜合方向， 通過綜合、諸如波束形成對(duì)多次采集的形成波束的采樣進(jìn)行組合(例如，在高程上選擇與 期望延遲關(guān)聯(lián)的方位上形成波形的采樣并求和)。換言之，以綜合孔徑并且將數(shù)據(jù)形成波束 或聚焦的方式來組合信號(hào)。所組合的超聲數(shù)據(jù)被用于生成超聲圖像，該超聲圖像是每個(gè)發(fā) 射/接收事件的復(fù)合，如在方框616中那樣。上述實(shí)施例可具有替換實(shí)施例。在上面的示例中，應(yīng)用偏置模式，發(fā)起并完成發(fā) 射_接收事件，以及應(yīng)用下一偏置模式。改變發(fā)射和接收循環(huán)之間的偏置模式可能是有益 的。在一個(gè)實(shí)施例中，可在接收循環(huán)期間使用上述偏置模式，但是在發(fā)射循環(huán)期間接通所有 M條偏置線路。在該實(shí)施例中，發(fā)射場(chǎng)是平面波并且對(duì)于每個(gè)發(fā)射_接收循環(huán)都可以是相同 的。接收偏置組隨著事件的不同而改變?？稍诓ㄊ纬善陂g使用不同的延遲t= {[ (Xffl-X) 2+z2](1/2)+z}/C0所得的波束形成可被稱為單向、只接收形式的波束形成。與上述往返傳播的波束 形成相比，該波束形成可能在橫向分辨率方面不是最優(yōu)的，但是其在SNR方面更優(yōu)。替換實(shí) 施例可以是切換發(fā)射和接收的角色。換句話說，在發(fā)射循環(huán)期間應(yīng)用不同的偏置模式，并且 在接收期間將所有元件都偏置為接通。所得的波束形成也是單向形式的波束形成，但是可 被稱為是只發(fā)射的。
在只接收或只發(fā)射技術(shù)的情況下，可能期望只將發(fā)射(或接收)孔徑的一部分、而不是整個(gè)孔徑偏置為接通。例如，在只接收技術(shù)中，整個(gè)發(fā)射孔徑被偏置為接通?？赡芷?望減小孔徑的被偏置為接通部分的寬度以減小發(fā)射平面波的寬度、進(jìn)而減小旁瓣和圖像雜 波。所得的圖像可能更窄，但是有效孔徑可能被移位。使用諸如Hadamard編碼的孔徑編碼方案可達(dá)到進(jìn)一步的SNR優(yōu)勢(shì)。在Hadamard 編碼中，應(yīng)用寬的編碼模式的序列。考慮圖3所示的偏置模式集合，其中每個(gè)偏置模式由除 了單個(gè)線路偏置為接通而其它所有偏置線路都關(guān)斷的偏置線路構(gòu)成。如果如圖7所示那樣 應(yīng)用Hadamard編碼的偏置模式并且利用線性代數(shù)解碼操作對(duì)所得的數(shù)據(jù)集合進(jìn)行操作， 則除了 SNR可能大20*log( V N)倍之外，所得的解碼數(shù)據(jù)集合與使用圖3的偏置模式所獲 得的數(shù)據(jù)集合相似，其中N是偏置線路的總數(shù)。Hadamard矩陣中的點(diǎn)可能是具有相同幅度但是符號(hào)(元件極性)不同的非零值。 圖8示出一個(gè)示例，該示例表示與圖7所示的偏置模式集合的第六個(gè)發(fā)射/接收事件相關(guān) 聯(lián)的偏置模式。注意到所有偏置線路都不是零，而是偏置到要么+ν要么-V的值，其中V是 偏置電壓的幅度。圖7的偏置模式對(duì)于線性換能方案是可行的，其中對(duì)于線性換能方案來 說，偏置電壓的逆向?qū)е滤l(fā)射信號(hào)的逆向?？商鎿Q地，對(duì)于利用線性程度較低的換能形式 的換能器，可以使用修正技術(shù)。在該修正技術(shù)中，每個(gè)發(fā)射/接收事件被分成兩個(gè)分開的發(fā) 射/接收事件，這兩個(gè)分開的發(fā)射/接收事件中的每一個(gè)都使用具有相同符號(hào)的偏置電壓。 例如，圖8所示的偏置模式，其是圖7所示的集合中的第六個(gè)偏置模式。我們可以以兩個(gè)步 驟來執(zhí)行該偏置模式。在第一步驟中，接通所述集合的正偏置電壓部分，而其余被保持為不 偏置。然后，該系統(tǒng)被觸發(fā)以執(zhí)行發(fā)射/接收事件。然后，偏置模式被切換，并且只應(yīng)用偏 置模式的負(fù)電壓分量，但是是作為正電壓來應(yīng)用的。該系統(tǒng)被觸發(fā)以執(zhí)行發(fā)射/接收事件， 并且可以將兩個(gè)事件的結(jié)果相減。在圖3和4所示的偏置模式中，Nskip是可能影響光柵波瓣性能的參數(shù)。Nskip的較 大值可能與較快的采集、但是較大的光柵波瓣進(jìn)而更糟的雜波性能有關(guān)。如圖3和4所示， Nskip可能被限制為整數(shù)值。對(duì)于具有大俯仰(coarse pitch)的換能器來說，可能期望使用 小于一的隊(duì)_值。利用偏置模式中的切趾可以實(shí)現(xiàn)此。為了實(shí)現(xiàn)偏置模式的切趾，可以使 用能夠生成若干不同偏置電壓的偏壓生成器。Nskip是所述偏置模式在發(fā)射/接收事件之間 平移多少的度量。圖9是一組元件的偏置模式的圖解。圖9利用三個(gè)不同的非零偏置電壓(73，73， 1)。從聲學(xué)角度來看，該偏置模式的位置是被偏置為接通的元件組的“質(zhì)心”。質(zhì)心計(jì)算揭 示出，這些偏置組的質(zhì)心在偏置組與偏置組之間移位Nskip = V3的量。換句話說，第一偏置 組902的質(zhì)心與第二偏置組904的質(zhì)心之間移位73。第二偏置組904的質(zhì)心與第三偏置組 906的質(zhì)心之間移位73。第三偏置組906的質(zhì)心與第四偏置組908的質(zhì)心之間移位73。圖10是圖9中偏置模式的圖形化表示。特別地，圖10示出在圖9中所示的偏置 模式的集合。根據(jù)圖10所示的這種偏置集合形成的圖像可能傾向于較不易于受到光柵波 瓣偽影(artifact)的影響。盡管孔徑綜合可以在高程上執(zhí)行并且傳統(tǒng)的波束形成可以在方位上執(zhí)行，但是 有可能通過在這兩個(gè)維度上進(jìn)行孔徑綜合來形成容積圖像?？梢栽诟叱躺蠎?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)步態(tài) (walking)偏置模式或Hadamard碼，并且可以對(duì)發(fā)射和接收二者在方位上進(jìn)行固定聚焦時(shí)間延遲波束形成，其中發(fā)射和接收的焦點(diǎn)位于相同深度。然后，為大量發(fā)射-接收事件收集 并存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)，所述發(fā)射-接收事件電子地平移以描繪出容積。然后，可以通過基于所述 偏置模式的中心與高程范圍平面中的預(yù)期焦點(diǎn)之間的距離對(duì)波形進(jìn)行延遲求和來在高程 上綜合孔徑。同時(shí)或者隨后，通過假定固定焦點(diǎn)處的“虛擬點(diǎn)源”并且實(shí)施基于這些虛擬點(diǎn) 與方位范圍平面中的預(yù)期焦點(diǎn)之間的距離對(duì)波形進(jìn)行延遲求和來在方位上綜合孔徑。例 如，用于容積超聲成像的方法可包括響應(yīng)于偏置換能的多維聲換能器，其中在高程上應(yīng)用 第一偏置模式并且發(fā)生第一發(fā)射/接收事件。對(duì)于發(fā)射來說，在方位上應(yīng)用具有一個(gè)集合 的固定時(shí)間延遲的交變信號(hào)，并且對(duì)于接收來說，利用不隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的另一個(gè)集合的 固定時(shí)間延遲來對(duì)方位上的交變信號(hào)進(jìn)行波束形成。然后，可以在高程上應(yīng)用第二偏置模 式，并且實(shí)施第二發(fā)射/接收事件。對(duì)來自第一和第二事件的波形進(jìn)行“離線”組合，使得 在高程和方位上同時(shí)綜合孔徑，或者首先在高程上綜合孔徑、然后在方位上綜合孔徑、或者相反。如所描述的那樣，可利用“V3”類型的cMUT 2D陣列來進(jìn)行孔徑綜合，其中偏置在 高程上是固定的，而時(shí)間延遲發(fā)射/接收波束形成在方位上是固定的。在替換實(shí)施例中，可 利用其它孔徑綜合技術(shù)，所述其它孔徑綜合技術(shù)適用于“SV3”類型的旋轉(zhuǎn)孔徑換能器，其中 對(duì)于發(fā)射來說在高程上應(yīng)用時(shí)間延遲并在方位上應(yīng)用所述偏置模式，而對(duì)于接收來說在高 程上應(yīng)用所述偏置模式并在方位上應(yīng)用時(shí)間延遲。例如，用于容積超聲成像的方法可包括 響應(yīng)于偏置換能的2D換能器，其以孔徑旋轉(zhuǎn)模式(例如，如在題為“ULTRASOUND IMAGING TRANSDUCER ARRAY FORSYNTHETIC APERTURE” 的美國專利公開 2007/0167752 中所描述的 那樣，該美國專利公開的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此)工作。在高程上使用第一和第二發(fā) 射時(shí)間延遲分布來獲得兩個(gè)發(fā)射-接收事件，然后以在高程上實(shí)施孔徑綜合、匹配濾波、和 /或動(dòng)態(tài)發(fā)射聚焦的方式對(duì)來自該兩個(gè)事件的接收波形進(jìn)行組合。非旋轉(zhuǎn)孔徑模式下的高程孔徑綜合技術(shù)可具有良好的各向同性的3D分辨率，但 是小于理想的SNR。旋轉(zhuǎn)孔徑模式成像也具有各向同性的3D分辨率，但是由于非零的電子 切換時(shí)間而可能不能在近場(chǎng)中成像。這兩種模式的組合可實(shí)現(xiàn)總場(chǎng)成像解決方案。例如，用 于容積超聲成像的方法可包括根據(jù)如下兩個(gè)數(shù)據(jù)集合來構(gòu)造容積第一集合是利用以非旋 轉(zhuǎn)孔徑模式工作的換能器所獲得的高程孔徑綜合數(shù)據(jù)的集合，第二集合是利用以旋轉(zhuǎn)孔徑 模式工作的換能器所獲得的數(shù)據(jù)的集合，其中所述第二集合可以或可以不涉及孔徑綜合。 可以對(duì)來自兩個(gè)集合的數(shù)據(jù)進(jìn)行相干或不相干組合、復(fù)合、接合(stitched)、交錯(cuò)、或者并 列地或從上到下地設(shè)置。當(dāng)換能器孔徑小于要被成像或要被檢查的容積的占用面積(footprint)或區(qū)域 時(shí)，可能有必要將孔徑綜合與機(jī)械平移和接合相組合以覆蓋整個(gè)容積。例如，用于容積超聲 成像的方法可包括根據(jù)利用以非旋轉(zhuǎn)孔徑模式工作的換能器所獲得的高程孔徑綜合數(shù)據(jù) 的第一和第二集合來構(gòu)造容積，其中所述換能器在采集第一和第二集合之間在高程或方位 上被機(jī)械地平移或移位。可以以相干、不相干或者部分相干的方式將來自兩個(gè)集合的數(shù)據(jù) 接合在一起。返回參考圖1，探測(cè)器106是B型多普勒流探測(cè)器和/或其它探測(cè)器，以用于從波 束形成器信號(hào)中識(shí)別出強(qiáng)度、能量、速度和其它信息。超聲數(shù)據(jù)可以是B型多普勒速度信息 或多普勒能量信息的任何之一。
系統(tǒng)100可包含可選的掃描轉(zhuǎn)換器(未示出)，該掃描轉(zhuǎn)換器從聲網(wǎng)轉(zhuǎn)換到笛卡爾 坐標(biāo)網(wǎng)，諸如與顯示器24相關(guān)聯(lián)的笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)。在一些數(shù)據(jù)位于笛卡爾坐標(biāo)系中的實(shí)施 例中，掃描轉(zhuǎn)換器將一些數(shù)據(jù)從聲網(wǎng)轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)。例如，掃描轉(zhuǎn)換器將多個(gè)二維圖 像或平面從聲網(wǎng)掃描轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)?？商鎿Q地，掃描轉(zhuǎn)換器、CPU、GPU或其它處理器 將一些或全部聲網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到3D笛卡爾網(wǎng)。存儲(chǔ)器110可包括視頻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或者用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或視 頻信息的其它存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)器110可以是計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)或者存儲(chǔ)器，諸如高速 緩沖存儲(chǔ)器、緩存、RAM、可移動(dòng)介質(zhì)、硬盤驅(qū)動(dòng)器或者其它計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī) 可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)包括各種類型的易失和非易失存儲(chǔ)介質(zhì)。在這里在圖中所示出的或者所描 述的功能、行為或任務(wù)被作為對(duì)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)之中或之上的一個(gè)或多個(gè)指令 集的響應(yīng)來執(zhí)行。所述功能、行為或任務(wù)與特定類型的指令集、存儲(chǔ)介質(zhì)、處理器或處理策 略無關(guān)，并且可以被軟件、硬件、集成電路、固件、微代碼等等單獨(dú)地或相組合地執(zhí)行。同樣， 處理策略可包括多處理、多任務(wù)、并行處理等等。在一個(gè)實(shí)施例中，指令 被存儲(chǔ)在可移動(dòng)介 質(zhì)設(shè)備上以便由本地或遠(yuǎn)程系統(tǒng)讀取。在其它實(shí)施例中，指令被存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程位置處以便通 過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者在電話線路上傳輸。在又一實(shí)施例中，指令被存儲(chǔ)在給定計(jì)算機(jī)、CPU、 GPU或系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器110包括處理器108的視頻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。在替換實(shí) 施例中，存儲(chǔ)器110與處理器108分離，諸如處理器的高速緩沖存儲(chǔ)器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器或其它 存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器110用來存儲(chǔ)位于聲網(wǎng)、笛卡爾網(wǎng)、笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)和聲網(wǎng)兩者中的超聲數(shù)據(jù) 或者表示3D網(wǎng)中的容積的超聲數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器108可以是包括圖形加速器芯片、處理器、專用集成電 路、電路或者加速卡的GPU。在第二實(shí)施例中，處理器108是個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形加速卡或部 件，諸如由 nVidia (例如 Quadro4900XGL 等)、ATI (例如 Radeon9700 等)或者 Matrox (例 如Parhelia等)所制造的個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形加速卡或部件。處理器108提供硬件設(shè)備以加 速容積再現(xiàn)過程，諸如使用應(yīng)用編程接口來進(jìn)行三維紋理映射。示例API包括OpenGL和 DirectX,但是其它API可與處理器108無關(guān)地使用或者與處理器108 —起使用。處理器108和/或存儲(chǔ)器110可被包括在系統(tǒng)100中作為單個(gè)超聲系統(tǒng)部件(諸 如同一殼體中的診療床(cart)上的超聲系統(tǒng))的一部分。在替換實(shí)施例中，提供的處理器 108和存儲(chǔ)器110與超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分離，諸如被提供在工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)中。超聲數(shù) 據(jù)可被無線地、通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、或通過可轉(zhuǎn)移的存儲(chǔ)介質(zhì)而傳輸給處理器108。顯示器24是CRT、IXD、平板、等離子屏幕、視頻投影儀或者用于顯示三維容積或表 示的二維圖像的其它設(shè)備。顯示器24可被配置為顯示超聲圖像的輸出。盡管已經(jīng)在上面參考各個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，可以做出許多改 變和修改而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，前面的詳細(xì)描述意旨被視為是說明性的而不是限 制性的，并且應(yīng)該理解下面的權(quán)利要求書、包括所有等同物意旨對(duì)本發(fā)明的精神和范圍進(jìn) 行限定。
權(quán)利要求
一種用于容積超聲成像的系統(tǒng)(100)，包括換能器(102)，包括由偏置電壓激活的元件(304)；與所述換能器(102)耦合的偏壓生成器(206)，該偏壓生成器(206)用于生成建立所述元件(304)的第一偏置模式(602)的偏置信號(hào)以及生成用于建立所述元件(304)的第二偏置模式(608)的偏置信號(hào)；以及與所述換能器(102)耦合的波束形成器(104)，所述換能器(102)用于響應(yīng)于所述波束形成器(104)而基于所述第一偏置模式(602)發(fā)射和接收超聲數(shù)據(jù)以及基于所述第二偏置模式(608)發(fā)射和接收超聲數(shù)據(jù)；其中基于來自所述第一偏置模式(602)的超聲數(shù)據(jù)和來自所述第二偏置模式(608)的超聲數(shù)據(jù)的組合生成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述波束形成器(104)在方位方向上執(zhí)行 波束形成，并且所述第一和第二偏置模式(608)在高程方向上變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合包括孔徑綜合(614)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其中所述孔徑綜合(614)包括Hadamard編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述換能器(102)包括電容性薄膜超聲換 能器(cMUT)或電致伸縮換能材料中的至少一個(gè)，所述電容性薄膜超聲換能器(cMUT)或電 致伸縮換能材料包括由所述偏置電壓激活的元件(304)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中以大于或等于所述偏置模式(602，608)之 間的跨度大小的有效寬度對(duì)所述第一和第二模式(602，608)進(jìn)行切趾或者進(jìn)行發(fā)射/接 收。
7.一種利用響應(yīng)于偏壓來換能的超聲換能器(102)進(jìn)行超聲成像的方法，所述方法包括利用第一偏置模式(602)和利用第二偏置模式(608)從響應(yīng)于偏壓來換能的所述超聲 換能器(102)進(jìn)行發(fā)射；利用所述超聲換能器(102)并響應(yīng)于所述發(fā)射來從所述第一偏置模式(602)和所述第 二偏置模式(608)進(jìn)行接收；以及將由所述第一偏置模式(602)的發(fā)射和接收得到的信號(hào)與由所述第二偏置模式(608) 的發(fā)射和接收得到的信號(hào)相組合(614)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于偏壓來換能的所述超聲換能器(102)包括 多個(gè)元件(304)，并且其中所述第一偏置模式(602)對(duì)應(yīng)于被偏置為接通的元件(304)的第 一模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二偏置模式(608)對(duì)應(yīng)于被偏置為接通的 元件(304)的第二模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在第一偏置模式(602)中被偏置為接通的元件 (304)和在第二偏置模式(608)中被偏置為接通的元件(304)在高程方向上有所變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一偏置模式(602)包括在方位方向上被激 活、在第二偏置模式(608)中沒有被激活的元件(304)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于偏壓來換能的所述超聲換能器(102)包括 電容性薄膜超聲換能器(cMUT)或者電致伸縮材料中的至少一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述接收包括由所述超聲換能器(102)利用第三 偏置模式所進(jìn)行的接收。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述對(duì)信號(hào)的組合包括孔徑綜合(614)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述孔徑綜合(614)包括只發(fā)射(TX)、只接收 (RX)、或者發(fā)射和接收(TX-RX)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述偏置模式(602，608)的有效寬度大于或等 于所述偏置模式的跨度大小。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述孔徑綜合(614)包括延遲求和波束形成、相 移、橫向匹配濾波或橫向逆濾波中的至少一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中發(fā)射包括在所述超聲換能器(102)上激活所述第一偏置模式(602)；并且 對(duì)來自應(yīng)用所述第一偏置模式(602)的信號(hào)應(yīng)用第一時(shí)間延遲模式；以及 其中接收包括對(duì)所述超聲換能器(102)應(yīng)用所述第二偏置模式(608)；并且對(duì)來自超聲換能器(102)的應(yīng)用所述第二偏置模式(608)的信號(hào)應(yīng)用第二時(shí)間延遲模式。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括 沿著容積中的多個(gè)掃描線路重復(fù)所述發(fā)射和接收；并且 產(chǎn)生所述容積的表示(616)。
20.一種使用響應(yīng)于偏置的電致伸縮材料來進(jìn)行超聲成像的方法，包括 激活所述材料上元件(304)的第一偏置模式(602)；利用所述第一偏置模式(602)來發(fā)射和接收第一超聲圖像數(shù)據(jù)； 激活所述材料上元件(304)的第二偏置模式(608)； 利用所述第二偏置模式(608)來發(fā)射和接收第二超聲圖像數(shù)據(jù)； 將所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)和所述第二超聲圖像數(shù)據(jù)相組合(614)；以及 根據(jù)所述組合形成圖像(616)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一偏置模式(602)和所述第二偏置模式 (608)處于高程方向上。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述電致伸縮材料包括電容性薄膜或者微組裝 的超聲換能器(102) (cMUT)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述激活包括將第一模式的元件(304)偏置為 接通。
24.一種用于容積超聲成像的系統(tǒng)(100)，包括 換能器(102)，包括由偏置電壓激活的元件(304)；與所述換能器(102)耦合的波束形成器(104)，所述波束形成器(104)用于執(zhí)行發(fā)射和 接收功能；與所述換能器(102)耦合的綜合器，所述綜合器用于對(duì)所述發(fā)射和接收功能執(zhí)行孔徑 綜合(614)；其中對(duì)根據(jù)第一偏置模式(602)偏置的元件(304)執(zhí)行第一發(fā)射和接收功能，并且對(duì)根據(jù)第二偏置模式(608)偏置的元件(304)執(zhí)行第二發(fā)射和接收功能。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)(100)，其中所述綜合器基于對(duì)所述發(fā)射和接收功能 的孔徑綜合(614)來生成超聲圖像。
全文摘要
超聲成像系統(tǒng)(100)可利用偏置線路元件選擇和各種孔徑綜合(614)技術(shù)使用電容性薄膜或電致伸縮超聲換能器(102)來實(shí)現(xiàn)各向同性的容積成像?？赏ㄟ^使用波束形成器來沿著一個(gè)維度聚焦、然后沿著另一個(gè)方向執(zhí)行第二輪的“離線”或“回顧式”波束形成來執(zhí)行二維波束形成。
文檔編號(hào)G01S15/89GK101809458SQ200880108587
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者C·E·布拉利, C·M·達(dá)夫特, P·A·瓦納, S·潘達(dá) 申請(qǐng)人:美國西門子醫(yī)療解決公司