[發明專利]具有變化性質的電容式微加工超聲換能器

有效

• 申請號: 201611007551.6
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106694347B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: Y·黃;D·趙;莊雪鋒
• 申請（專利權）人: 珂納醫療科技(蘇州)有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

公開了具有變化性質的電容式微加工超聲換能器。在一些示例中，CMUT陣列可包括多個元件，并且每個元件可包括多個子元件。例如，第一子元件和第二子元件可被設置在第三子元件的相對兩側上。在一些情況下，第三子元件可被配置成以比第一子元件或第二子元件中的至少一個高的中心頻率傳輸超聲能量。進一步，在一些實例中，子元件可具有多個區域，其中不同的區域被配置成以不同的諧振頻率傳輸超聲能量。例如，每個子元件中的多個CMUT單元的諧振頻率可在垂直方向上從每個元件的中心朝向CMUT陣列的邊緣減小。

技術領域

本文的一些示例涉及電容式微加工超聲換能器(CMUT)，諸如可用于超聲成像。

背景

超聲換能器被廣泛地用于包括超聲成像的許多不同領域。在許多現代醫療成像應用中，超聲換能器由壓電材料制成。一種常用的壓電材料是鋯鈦酸鉛(PZT)。然而，PZT的阻抗通常高于兆瑞利，而人體組織的阻抗為大約1.5兆瑞利。為了減少這種巨大的阻抗失配，通常在PZT換能器和被成像的組織之間放置一個或多個匹配層。由于通常基于四分之一波長原理來選擇匹配層，具有匹配層的PZT換能器的帶寬可被限制成80％或更少的帶寬。

通常，超聲換能器以一維(1D)陣列布置。例如，1D陣列換能器可包括僅以一維(例如，橫向維度)布置的多個元件。然而，在另一維度(例如，垂直(elevation)維度)中，1D換能器的孔徑是固定的。由于孔徑尺寸隨著穿透深度增加以維持均勻的縱向切片厚度，1D傳感器的成像性能由于其固定的縱向孔徑而折衷。對于該問題的一個解決方案是使用1.5D換能器陣列。例如，1.5D換能器陣列可包括在縱向維度中的至少兩個子元件。兩個相鄰子元件之間的間隔可遠大于波長。而且，子元件的數量可隨著穿透深度增加以獲得從近場到遠場的最佳成像性能。1.5D陣列的元件和子元件的數量通常顯著大于相應的成像系統的通道的數量。因此，可使用高壓模擬開關以便選擇1.5D陣列的期望子孔徑。

發明內容

本文中的一些實現方式包括能夠用于包括超聲成像的各種應用的電容式微加工超聲換能器(CMUT)的技術和布置。例如，由于構成各個CMUT元件的CMUT單元的性質的變化，與CMUT陣列中的各個CMUT元件相關聯的中心頻率可從CMUT陣列的中心朝向邊緣減小。因此，在一些情況下，本文中的超聲系統可包括用于實現超寬帶寬、可變間距和/或連續垂直變跡(apodization)的多個子元件。

附圖說明

參考所附附圖來說明具體實施方式。在附圖中，附圖標記最左邊的數字標識該附圖標記首次出現的附圖。在不同附圖中使用相同的附圖標記來指示相似或相同的項或特征。

圖1示出了根據一些實現方式的具有CMUT陣列的示例超聲成像系統。

圖2示出了根據一些實現方式的CMUT陣列的示例結構。

圖3是示出了根據一些實現方式的中心頻率可在垂直方向中如何變化的一個示例的示例曲線圖。

圖4示出了根據一些實現方式的中心子元件的示例構造的平面圖。

圖5示出了根據一些實現方式的具有采用不同中心頻率的多個區域的子元件的示例構造的平面圖。

圖6示出了根據一些實現方式的中心子元件的示例構造的平面圖。

圖7示出了根據一些實現方式的子元件的示例構造的平面圖。

圖8示出了根據一些實現方式的沿著圖6的線8-8和/或圖7的線8-8所觀看到的示例截面圖。

圖9示出了根據一些實現方式的具有不同頻率和腔輪廓的兩個CMUT單元的截面圖的替代構造。

圖10示出了根據一些實現方式的從中心朝向邊緣改變CMUT單元的腔輪廓以實現變化的性能(例如，傳輸功率、接收靈敏度或/和頻率等)的示例。