[發明專利]用于電容式微加工超聲換能器的偏置控制

有效

• 申請號: 201710587396.8
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107626552B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: D·趙;Y·黃;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: 何焜

公開了一種用于電容式微加工超聲換能器的偏置控制。在一些示例中，CMUT可包括多個電極，并且每個電極可包括多個子電極。例如，第一子電極和第二子電極可被設置在第三子電極的相對側上。在一些情形中，第一偏置電壓可被施加到第三子電極并且第二偏置電壓可被施加到第一和第二子電極，同時使得第一子電極、第二子電極、或第三子電極中的至少一者發射和/或接收超聲能量。例如，第二偏置電壓可以以與第一偏置電壓不同的電壓量來進行施加，和/或可以以與第一偏置電壓不同的時序來進行施加。

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。

背景技術

超聲換能器被廣泛地用于許多不同領域，包括超聲成像。在常規的現代醫療成像應用中，超聲換能器通常由壓電材料構造成。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30兆瑞利，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，可在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，因此具有匹配層的PZT換能器的帶寬可被限制成80％或更少的帶寬。

電容式微加工超聲換能器(CMUT)已被開發用于各種應用，包括醫療超聲成像。CMUT可在不具有匹配層的情況下被使用，并且因此能以極寬的帶寬(例如，大于或等于100％)來工作。類似于PZT換能器，CMUT換能器可由電脈沖來激活以生成在組織中傳播的聲學信號；然而，與PZT換能器不同的是，CMUT換能器可采用附加的偏置(bias)電壓，諸如當從組織接收回波信號時。傳統上，偏置電壓可以是在成像操作期間保持恒定的DC電壓。

另外，超聲換能器陣列可被分類成三種或更多種不同的陣列類型，其包括由多個CMUT元件組成的一維(1D)陣列、一點五維(1.5D)陣列以及二維(2D)陣列。例如，1D陣列可包括僅以一維(例如，橫向維度)布置的多個CMUT元件。兩個毗鄰元件之間的間隔對于線形陣列通常可為一個波長，或對于相控陣通常可為半波長。1.5D陣列可包括在橫向維度上的多個元件以及在垂直維度上的至少兩個子元件。兩個毗鄰子元件之間的間隔可遠大于波長。2D陣列可包括布置在橫向維度和垂直維度兩者上的多個元件。作為一個示例，兩個毗鄰元件之間的間隔在橫向和垂直維度兩者上均可以是半波長。1.5D陣列和2D陣列的元件和子元件的數目通常可顯著大于相應的成像系統的信道的數目。

發明內容

本文中的一些實現包括用于具有多個相同CMUT單元的CMUT的技術和布置。該CMUT可具有兩個電極，并且這兩個電極中的至少一者可包括多個子電極。在一些情形中，該CMUT可包括對應于多個子電極的多個區域。例如，該CMUT可包括具有第一子電極的第一區域、以及具有第二子電極的第二區域。在將該CMUT用于發送或接收超聲能量中的至少一者期間，處理器可被配置成使得偏置電壓電源向第一子電極供應第一偏置電壓并向第二子電極供應第二偏置電壓。例如，第一偏置電壓可以不同于第二偏置電壓。

作為另一示例，本文中的一些實現包括用于在不同區域中具有不同CMUT單元的CMUT的技術和布置。該CMUT可具有兩個電極，并且這兩個電極中的至少一者可包括與多個偏置可控區域相對應的多個子電極。例如，該CMUT可包括具有一個或多個第一CMUT單元的含第一子電極的第一偏置可控區域、以及具有一個或多個第二CMUT單元的含第二子電極的第二偏置可控區域。這些第二CMUT單元可不同于那些第一CMUT單元，諸如結構上不同、功能上不同等等。在將該CMUT用于發送或接收超聲能量中的至少一者期間，處理器可被配置成使得偏置電壓電源向第一子電極供應第一偏置電壓并向第二子電極供應第二偏置電壓。例如，第一偏置電壓可以不同于第二偏置電壓。