本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲成像，尤其涉及使用電容式微加工超聲換能器(cmut)的超聲成像導(dǎo)管。

背景技術(shù)：

血管內(nèi)(例如心臟內(nèi))超聲成像導(dǎo)管用于檢查身體的脈管系統(tǒng)、心臟、和周圍組織及器官。在正檢查脈管系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)時，目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)通常非?？拷暱讖角覂H需要有限的聲穿透。這些應(yīng)用在緩解穿透需求的同時需要高頻換能器來最大化分辨率。對于陣列換能器來說，這意味著陣列換能器元件應(yīng)具有小的節(jié)距、相鄰元件的中心至中心間隔，從而減少光柵瓣和產(chǎn)生的圖像雜波。對于壓電換能器，所述節(jié)距通常受切割工藝的限制。然而，微加工超聲換能器(mut)陣列能夠做的非常小，因為它們通過半導(dǎo)體工藝制成。因此，在將cmut和mut裝置用于換能器陣列時，通常能夠獲得更小的節(jié)距值。在所述陣列需要在導(dǎo)管(其被確定尺寸以穿過心血管系統(tǒng))的末端上制造時，mut裝置的小尺寸對于心臟內(nèi)導(dǎo)管來說是有利的。但是，其他導(dǎo)管應(yīng)用需要對更遠(yuǎn)的器官和結(jié)構(gòu)成像。對于這些應(yīng)用，需要更大的穿透并且頻率可以低于近場對象。更大的穿透需要更大的透射聲壓，這由高密度陣列來最佳地滿足。更高密度的陣列元件改進(jìn)了近場和遠(yuǎn)場兩者的性能。因此，期望的是能夠非常緊密地間隔相鄰的mut元件，從而改進(jìn)節(jié)距需求、能量需求、靈敏度、以及成像性能。心臟內(nèi)導(dǎo)管提供了超出它們的小尺寸需求的更大挑戰(zhàn)，也就是換能器陣列通常需要被彎曲以纏繞在導(dǎo)管的圓柱形末端周圍。此類換能器陣列有時被稱為側(cè)視陣列。

ep2455133a1在圖7中公開了一種導(dǎo)管，其包括cmut陣列形成的這種側(cè)視布置結(jié)構(gòu)，其中每個陣列通過電連接條帶與相鄰的陣列分開，這有利于該布置結(jié)構(gòu)纏繞在導(dǎo)管周圍。盡管這種布置結(jié)構(gòu)能夠有效地用于高強(qiáng)度聚焦的超聲應(yīng)用(其中周圍組織能夠利用超聲進(jìn)行處理)，但該布置結(jié)構(gòu)較不適用于相鄰陣列之間的不連續(xù)性負(fù)面地影響成像質(zhì)量和分辨率的成像應(yīng)用。此外，cmut陣列通常安裝在矩形的剛性硅島上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明力圖提供一種cmut換能器陣列，其能夠纏繞在導(dǎo)管周圍且利用該陣列有利于改進(jìn)成像。

本發(fā)明還力圖提供一種包括該cmut換能器陣列的導(dǎo)管。

本發(fā)明又力圖提供一種包括該導(dǎo)管的超聲成像系統(tǒng)。

根據(jù)一方面，提供了一種cmut換能器陣列，其包括在至少一個硅島上的第一列間隔的cmut單元；在至少一個另外的硅島上的第二列間隔的cmut單元，所述第二列與所述第一列交錯地排列，使得所述第二列的單元部分地處于所述第一列的連續(xù)單元之間的空間中，所述第一列和所述第二列由間隙間隔開；以及保持各硅島的柔性箔，所述柔性箔包括導(dǎo)電互連。

根據(jù)本發(fā)明的原理，用于心臟內(nèi)導(dǎo)管或血管內(nèi)導(dǎo)管的這種超聲換能器cmut單元陣列以交錯行的cmut元件形成。通過使所述列交錯，一列的單元能夠穿插在相鄰列的單元之間，這提供了在兩個操縱方向上的較小陣列節(jié)距而無需增加在非操縱方向上的節(jié)距。為了能夠使用于彎曲陣列和導(dǎo)管應(yīng)用的陣列彎曲，所述陣列的元件以每個硅島只有一個或數(shù)個單元的方式制造于硅島上，并且所述硅島通過整體柔性箔覆層連接，這利于cmut單元的連續(xù)的側(cè)視陣列完整地纏繞在3維主體周圍，例如，圓柱體，比如在陣列域之間沒有間斷的導(dǎo)管護(hù)套。因此，這有利于超聲圖像的生成，其具有改進(jìn)的圖像質(zhì)量和減少的圖像偽影，諸如由于cmut單元之間縮小的節(jié)距引起的光柵瓣。

在尤其有利的實施方式中，所述第一列間隔的cmut單元設(shè)置于具有對置的彎曲邊緣的第一硅島上，每個邊緣圍繞所述cmut單元中的一個朝外彎曲且朝內(nèi)彎曲進(jìn)入所述cmut單元之間的空間內(nèi)；所述第二列間隔的cmut單元設(shè)置于具有對置的彎曲邊緣的第二硅島上，每個邊緣圍繞所述cmut單元中的一個朝外彎曲且朝內(nèi)彎曲進(jìn)入所述cmut單元之間的空間內(nèi)；以及所述第一硅島被布置成與所述第二硅島相鄰以使得所述第一硅島的朝外彎曲的邊緣部插入所述第二硅島的朝內(nèi)彎曲的邊緣部中。

這種陣列受益于由承載多個(即一列)cmut單元的每個硅島提供的結(jié)構(gòu)整體性，其中所述硅島的形狀有利于所述硅島的尤其密集的封裝，以產(chǎn)生cmut單元的交錯陣列。另外，由于所述硅島可沿導(dǎo)管的長度布置，所產(chǎn)生的換能器陣列組合了所述陣列的良好結(jié)構(gòu)完整性和優(yōu)良柔性。

在一個實施方式中，所述第一硅島和所述第二硅島各自包括一對所述列間隔的cmut單元，其中所述一對中的列是交錯的。這限制了所述陣列中分離的硅島數(shù)量，同時由于各硅島的有限寬度而仍提供所述陣列的優(yōu)良柔性。

所述柔性箔可在整個陣列上延伸，進(jìn)而將單個硅島保持在一起，同時為所述陣列提供其預(yù)期的柔性?？商娲兀瑸榱诉M(jìn)一步增加單個硅島相對于彼此的柔性，所述柔性箔可以是包括多個柔性橋接件的圖案化箔，每個柔性橋接件在相鄰硅島之間的間隙上延伸。例如，這利于在多個方向上彎曲所述陣列，例如，形成凸起或凹入的換能器陣列。

每個柔性橋接件可包括導(dǎo)電互連以將相鄰硅島彼此電氣地互連，即連接相鄰硅島的cmut單元。

每個導(dǎo)電互連可包括金屬層，所述金屬層嵌入在聚合物層或聚合物疊層中以提供與金屬層的電氣絕緣。

在至少一些實施方式中，所述金屬層包括鋁。這具有金屬層可以在不需要對現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝(例如cmos制造工藝)進(jìn)行大的重新開發(fā)的情況下來制造的優(yōu)點，這是因為鋁經(jīng)常用于這些工藝中。

根據(jù)另一方面，提供了一種導(dǎo)管，其包括外護(hù)套和任一上述實施方式的cmut換能器陣列，所述cmut換能器陣列纏繞在所述外護(hù)套周圍，使得所述陣列的各行在所述導(dǎo)管的長度方向上延伸。該導(dǎo)管受益于改進(jìn)的成像能力，這是由于纏繞在其外護(hù)套周圍的cmut換能器陣列的連續(xù)屬性造成的。

所述導(dǎo)管可另外地包括處于所述導(dǎo)管的遠(yuǎn)端、例如所述導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端處的另一cmut換能器陣列，以進(jìn)一步增強(qiáng)所述導(dǎo)管的成像能力。例如，該導(dǎo)管能夠與所述另一cmut換能器陣列生成前視圖像以及與所述cmut換能器陣列生成360°圖像。

在一些實施方式中，所述導(dǎo)管可以是心臟內(nèi)導(dǎo)管或血管內(nèi)導(dǎo)管。

根據(jù)另一方面，提供了一種超聲成像系統(tǒng)，其包括患者接口模塊和根據(jù)任一上述實施方式的導(dǎo)管。該超聲成像系統(tǒng)能夠生成尤其高質(zhì)量的超聲圖像。

所述超聲成像系統(tǒng)可進(jìn)一步包括微波束成形器，其聯(lián)接至所述cmut單元且適于在行的方向上操縱超聲波束；以及dc偏置電路，其中所述微波束成形器和所述dc偏置電路中的至少一個容納于所述患者接口模塊中。所述偏置電路可適于以塌陷模式操作所述cmut單元。通過以塌陷模式操作所述cmut單元，能夠通過所述超聲換能器陣列生成改進(jìn)的輸出壓力以及成像深度。

附圖說明

在附圖中：

圖1是典型的懸浮膜cmut換能器單元的剖面圖；

圖2是以塌陷模式操作的cmut單元的剖面圖；

圖3是mut單元的行和列對稱布置的mut陣列；

圖4是mut陣列的平面圖，該mut陣列被構(gòu)造成具有交錯行的單元，其中相鄰行和列的單元彼此穿插；

圖5示出了相鄰單元的硅島的柔性互連制造中的步驟；

圖6示出了cmut的相鄰交錯行作為單行換能器元件的操作；

圖7示出了纏繞成圓柱形構(gòu)造時的圖6的cmut陣列；

圖8是適于與本發(fā)明的交錯的cmut單元陣列一起使用的超聲成像系統(tǒng)的框圖；

圖9是本發(fā)明的mut陣列的平面圖，其中每個單元設(shè)置于其自己的硅島上，且具有通過柔性金屬橋接件連接的柔性箔覆層；

圖10是本發(fā)明的mut陣列的平面圖，其中多個單元設(shè)置于每個硅島上，且具有通過柔性金屬橋接件連接的柔性箔覆層。

具體實施方式

cmut最初被構(gòu)造成以現(xiàn)在已知為懸浮或“未塌陷(uncollapsed)”的模式進(jìn)行操作。參照圖1，以截面圖示出典型的未塌陷的cmut換能器單元10。cmut換能器單元10與諸如硅的襯底12上的多個類似的相鄰單元一起制造。可以由氮化硅制成的膜片或者膜14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?qū)?0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。由介電的腔室18分隔開的這兩個電極形成電容。在聲學(xué)信號使膜14振動時，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，使該膜移動并且由此傳輸聲信號。

圖2是以塌陷模式操作的cmut單元的示意性截面圖。cmut單元包括諸如硅的襯底層12、襯底電極22、膜層14和膜電極環(huán)28。在該示例中，電極22是圓形構(gòu)造的并且嵌入在襯底層12中。另外，膜層14相對于襯底層12的頂部表面固定并且被構(gòu)造/確定尺度以在膜層14和襯底層12之間限定球形或者圓柱形的腔室18。所述單元及其腔室18可以限定替代的幾何形狀。例如，腔室18能夠限定矩形和/或方形截面、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)在其腔室面對的表面上絕緣。優(yōu)選的絕緣層是形成在襯底電極上方和膜電極下方的氧化物-氮化物-氧化物(ono)介電層。ono-介電層有利地減少了電極上的電荷累積，該電荷累積會導(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等人于2008年9月16日提交的發(fā)明名稱為“電容式微加工超聲換能器(capacitivemicromachinedultrasoundtransducer)”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塌陷模式的cmut，期望使用ono-介電層?？商娲?，所述介電層可包括高k介電質(zhì)，諸如氧化鋁或氧化鉿。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)、多晶硅等。在例如cmos制造中，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放置金屬(電極)層。適合的cmos工藝是原子層沉積(ald)、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2所示出的示例性實施方式中，圓柱形的腔室18的直徑大于圓形構(gòu)造的電極板22的直徑。電極環(huán)28可以具有與圓形構(gòu)造的電極板22相同的外徑，盡管并不要求這樣的一致性。因而，在本發(fā)明的示例性實施方式中，電極環(huán)28相對于膜層14的頂部表面固定，從而與下方的電極板22對準(zhǔn)。

在圖2中，所述cmut單元的膜層被偏置到塌陷狀態(tài)，其中膜片14與腔室18的底面接觸。這通過向兩個電極施加dc偏置電壓來實現(xiàn)，該dc偏置電壓由施加到電極環(huán)28的電壓vb和施加到襯底電極22的基準(zhǔn)電勢(接地)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，但是圖2示出這不是必需的原因。在如圖所示將膜14偏置到其預(yù)塌陷的狀態(tài)時，所述膜的中心與腔室18的底面接觸。由此，膜14的中心在cmut的操作期間不移動。而是，膜14的位于腔室18的剩余開放空隙的上方并且位于環(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)，所述裝置的電容上板的電荷位于所述cmut的在cmut作為換能器操作時表現(xiàn)出運動和電容變化的區(qū)域上方。因而，改進(jìn)了cmut換能器的耦合系數(shù)。

圖3是圓形cmut單元50的二維陣列的平面圖。該陣列被構(gòu)造成cmut單元的行56和列58對稱排列的傳統(tǒng)方式。在該示例中，每列58覆蓋有包含嵌入的金屬跡線的整體柔性箔，這允許所述列彎曲成圓形形狀。將在下文中更加詳細(xì)描述所述柔性箔。在該示例中，所述陣列被確定尺度以在行方向和列方向上具有相同的節(jié)距，如由指示列方向上的節(jié)距的箭頭52和指示行方向上的節(jié)距的箭頭54所指示的。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二維陣列的平面圖。如圖4中所示，cmut單元的行56和列58交錯地排列，這本身是眾所周知的。該示例中的交錯地排列通過增加列方向上的cmut單元之間的間隔55來調(diào)節(jié)，這使得相鄰的列和行彼此進(jìn)一步穿插。在一個實施方式中，間隔55至少是cmut單元50的直徑d。在所示的示例中，所述單元如此緊密地穿插以使得在行或列方向上從單元至單元的切線將實際上與相鄰交錯的行或列的單元相交。cmut單元50的穿插允許在不需要增加cmut單元50的豎直間隔(即在列方向上)的情況下增加換能器陣列內(nèi)的cmut單元的密度，至少達(dá)到實現(xiàn)cmut單元50的最密集封裝的點。超出該點，在列方向上的連續(xù)的cmut元件之間的節(jié)距可如箭頭55所示增加，以利于水平間隔的進(jìn)一步減小，如箭頭57和59所示，但這將減少換能器陣列的整體cmut密度。至少在其最密集封裝上，圖4的cmut陣列具有與圖3的cmut陣列相比更大的單元密度。

在圖4中，cmut單元50的每列58設(shè)置于分離的硅島上，即分離的硅片。各硅島的特征在于在列58的長度方向上、即沿列58具有彎曲的邊緣結(jié)構(gòu)，其中邊緣部58a圍繞cmut單元50朝外彎曲且邊緣部58b朝內(nèi)彎曲進(jìn)入列58中相鄰cmut單元50之間的空間內(nèi)。換言之，列58在列方向上具有波形對置的邊緣，其中波峰與cmut單元50重合且波谷與cmut單元50之間的間隔55重合。

相鄰的列58被布置成使得其硅島的朝外彎曲的邊緣部對準(zhǔn)(即插入)相鄰硅島的朝內(nèi)彎曲的邊緣部，進(jìn)而通過相鄰列58之間的cmut單元50的交錯排列而形成交錯行的cmut單元50。相鄰硅島通常由間隙57間隔，從而例如在將cmut換能器陣列纏繞在導(dǎo)管護(hù)套周圍時有利于硅島相對于彼此進(jìn)行平面外彎曲。

為了保持所述硅島相對于彼此的相對位置，所述cmut換能器陣列進(jìn)一步包括柔性箔60，其上安裝硅島。柔性箔60例如可包括所謂的柔性-剛性箔，其中金屬層或金屬疊層(例如金屬跡線)被嵌入聚合物層或聚合物疊層或由聚合物層或聚合物疊層包覆，該聚合物通常是電氣絕緣的以防止金屬層意外短路。用于這種柔性箔60的合適聚合物的非限制示例是聚酰亞胺，本身眾所周知的是聚酰亞胺與許多半導(dǎo)體制造工藝、諸如cmos制造工藝相容。其他合適的聚合物，例如聚對二甲苯，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是立刻顯而易見的。合適金屬的非限制示例是鋁或半導(dǎo)體制造工藝中通常使用的任一其他金屬。這些材料與現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝的相容性有利于使用現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝進(jìn)行cmut換能器陣列的制造，而無需重新設(shè)計或重新開發(fā)這些制造工藝，這將增加cmut換能器陣列的成本。

在通過柔性箔60互連的多個相鄰的彎曲硅島上設(shè)置cmut單元50允許cmut換能器陣列在所述陣列的行方向上進(jìn)行平面外彎曲，同時提供了在所述陣列的列方向上的結(jié)構(gòu)完整性，例如，這在將所述陣列纏繞在諸如血管內(nèi)導(dǎo)管或心臟內(nèi)導(dǎo)管的導(dǎo)管周圍時是特別有利的。例如，cmut換能器陣列將纏繞在這種導(dǎo)管的外護(hù)套周圍，其中硅島的列58在導(dǎo)管的長度方向上對準(zhǔn)，即cmut換能器陣列進(jìn)行平面外彎曲且在其行的方向上纏繞在所述導(dǎo)管護(hù)套周圍。由于大量相對窄的硅島的設(shè)置，在將cmut換能器陣列纏繞在諸如導(dǎo)管護(hù)套的圓柱體周圍時實現(xiàn)了cmut換能器陣列的接近圓柱形的構(gòu)造，其中進(jìn)一步優(yōu)點是這種cmut換能器陣列在該主體的整個表面上是連續(xù)的，例如不會包含形成cmut換能器陣列的部件的相鄰矩形硅島之間的間斷，例如ep2455133a1中的情形。

根據(jù)本發(fā)明的其他方面，通過操作圖4的陣列，這種減小的間隔57和59獲得優(yōu)點，使得換能器元件的操作的行不是元件的水平行56而是兩個(或多個)相鄰交錯行的穿插組合。這與切割出的壓電換能器元件的傳統(tǒng)觀點相反，其中元件的操作的行是元件的完全線性的行。在圖4的示例中，元件的操作的行由交錯行的元件形成。例如，圖4中的一個操作的行包括兩個相鄰的交錯行的單元621、622、623、624、…62n，即第m個操作的行包括cmut單元50的每列58的第m個cmut單元50，m是正整數(shù)，其中在纏繞在導(dǎo)管周圍時每行通常形成彎曲的環(huán)形行。交錯行的更密間隔例如允許在僅容納64個單元的標(biāo)準(zhǔn)對稱排列的位置設(shè)置由96個單元形成的操作的行，并且所述操作的行的交錯構(gòu)造仍能夠提供用于因天線模式中光柵瓣減少而具有較低雜波的高分辨率圖像的聲學(xué)信號。這種交錯行例如可通過順序地驅(qū)動相鄰列58的合適的cmut單元50來尋址，例如順序地驅(qū)動第n列58的單元621、622、623、624、…62n。

在圖4的實施方式中，各硅島通過連續(xù)的柔性箔60來保持。在可替代實施方式中，柔性箔63可被圖案化以使得柔性箔60包括與間隙57對齊的多個凹入部，其中相應(yīng)的橋接部或橋接件跨過間隙57延伸以互連柔性箔60的不同區(qū)域，例如保持不同硅島的不同區(qū)域。這進(jìn)一步增加了cmut換能器的柔性但可能魯棒性稍差。

圖5示出了在形成柔性箔橋接件中的數(shù)個工藝步驟，所述橋接件將其上布置有cmut單元的兩個硅島連接。圖5a)示出了硅晶片70，在頂側(cè)和底側(cè)上生長有熱二氧化硅層72。使用標(biāo)準(zhǔn)光刻法在頂側(cè)上濺射圖案化的鋁區(qū)81。聚酰亞胺74形成的圖案化區(qū)域放置在頂側(cè)上的鋁區(qū)之一上，該圖案限定柔性箔中的橋接件。在連續(xù)柔性箔的情形中，聚酰亞胺74可以是連續(xù)片。鋁層80沉積在聚酰亞胺74上，且第二聚酰亞胺層76放置在鋁上。另一層鋁82在用作蝕刻期間的掩模的鋁層80上圖案化，所有的如圖5b)中所示。最后，如圖5c中所示，在cmut的位置88下方和柔性橋接件74、80、76的下方，硅晶片70在由厚阻擋區(qū)84掩蔽的外側(cè)區(qū)域被從背側(cè)蝕刻掉。頂側(cè)上的柔性橋接件90任一側(cè)上的聚酰亞胺層76在蝕刻掩模層82的任一側(cè)均被圖案化掉，所述蝕刻掩模層自身然后被蝕刻掉。結(jié)果是兩個分離的硅島92和94，它們通過柔性橋接件90連接。柔性橋接件90和其他類似物使得這種載有cmut的島形成的陣列能夠纏繞成圓柱形形狀，適應(yīng)心臟內(nèi)導(dǎo)管換能器的需求。

如前面所提及的，不是通過傳統(tǒng)方式中換能器元件的直線行，而是由cmut單元的兩個或多個相鄰的交錯行202和204，來形成聲學(xué)換能器元件的操作的行200。圖6示意性示出了超聲換能器陣列的可替代實施方式，其中每個硅島的列58包括被布置成交錯的布置結(jié)構(gòu)的一對cmut單元50形成的列，即第一列中的cmut單元50的區(qū)域延伸進(jìn)入相鄰列中的相鄰cmut單元50之間的空間內(nèi)，優(yōu)選地使得這些相鄰的cmut單元50之間的切線與延伸入這些相鄰的cmut單元50之間的空間內(nèi)的cmut單元50的區(qū)域相交。

和前面一樣，硅島的列58在列58的長度方向上、即沿列58具有彎曲的邊緣結(jié)構(gòu)，具有圍繞cmut單元50朝外彎曲的邊緣部和朝內(nèi)彎曲進(jìn)入列58的相鄰cmut單元50之間的空間內(nèi)的邊緣部。相鄰的列58被布置成使得其硅島的朝外彎曲的邊緣部對準(zhǔn)、即插入相鄰硅島的朝內(nèi)彎曲的邊緣部，進(jìn)而通過相鄰的列58之間的cmut單元50的交錯排列形成交錯行的cmut單元50。相鄰硅島通常由間隙57隔開，從而例如在如前面解釋的在使cmut換能器陣列纏繞在導(dǎo)管護(hù)套周圍時，有利于所述硅島相對于彼此進(jìn)行平面外彎曲。

該實施方式具有提供更大、即更寬的硅島的優(yōu)點，這改進(jìn)了這種島的結(jié)構(gòu)剛性，同時仍為超聲換能器提供了在行方向上的優(yōu)良柔性。該實施方式在主體(例如，導(dǎo)管護(hù)套，換能器陣列纏繞在該導(dǎo)管護(hù)套周圍)的周邊是單個硅島的寬度的多倍時是特別有利的，從而使得許多硅島纏繞在該主體周圍，以及使得基本連續(xù)的換能器行圍繞該主體設(shè)置。

和前面一樣，操作的行200的方向是在平面內(nèi)、波束控制方向，即波束控制通常垂直于列58發(fā)生。分離的硅島覆蓋有柔性箔60，例如在附圖中所示的連續(xù)箔或包含跨過相鄰硅島之間的間隙的橋接部90的圖案化箔，以保持所述硅島的各自定向以及使得該二維陣列能夠繞心臟內(nèi)導(dǎo)管或血管內(nèi)導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端210彎曲成圓柱形形狀，如圖7中所示。應(yīng)該理解的是，該陣列能夠只是以非限制性示例的方式纏繞在遠(yuǎn)側(cè)末端210周圍；例如，同樣可行的是使所述陣列纏繞在導(dǎo)管的任意其他部位周圍，即使優(yōu)選的是該陣列被設(shè)置成靠近遠(yuǎn)側(cè)末端。在一些實施方式中，所述導(dǎo)管可包括在遠(yuǎn)側(cè)末端210上的另一超聲換能器陣列，例如，除了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的纏繞在超聲換能器陣列周圍之外，具有圓形周邊的平面超聲換能器陣列，使得所述導(dǎo)管能夠生成在所述導(dǎo)管前面的主體部分的圖像以及所述導(dǎo)管周圍的圖像，例如，這在心臟內(nèi)成像中是特別有利的。在一些實施方式中，因此，所述導(dǎo)管可以是心臟內(nèi)導(dǎo)管或血管內(nèi)導(dǎo)管。

圖8以框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式包括在導(dǎo)管上的交錯行的cmut陣列的超聲診斷成像系統(tǒng)。cmut陣列100可與微波束成形器112一起設(shè)置于(例如纏繞在)導(dǎo)管或超聲探頭100’的末端(或其附近)。cmut陣列100可以是mut換能器元件形成的一維或二維陣列，其能夠在2d平面上掃描或三維上掃描以用于3d成像。微波束成形器112通過cmut陣列單元控制信號的發(fā)射和接收。微波束成形器能夠?qū)τ蓳Q能器元件群或“區(qū)片”接收的信號進(jìn)行至少部分地波束成形，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。微波束成形器通過導(dǎo)管或探頭線纜聯(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不使用微波束成形器且換能器陣列由主系統(tǒng)波束成形器直接操作時保護(hù)主系統(tǒng)波束成形器120免受到高能量發(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)，其接收來自用戶界面或控制平臺38的用戶操作的輸入。通過換能器控制器控制的功能之一是波束被操縱的方向。波束可從(垂直于)換能器陣列筆直往前操縱，或以不同的角度操縱以用于更寬的視野。換能器控制器118還控制施加至cmut單元的dc偏壓，其將單元膜114偏置至塌陷狀態(tài)以用于以塌陷模式操作cmut。

通過微波束成形器112接收并產(chǎn)生的部分波束成形信號被聯(lián)接至主波束成形器120，在此來自換能器元件的單個區(qū)片的部分波束成形信號被組合為完整的波束成形信號。例如，主波束成形器120可具有128個通道，其中每個通道從數(shù)打或數(shù)百個cmut換能器單元形成的區(qū)片接收部分波束成形信號。這樣，通過cmut換能器陣列的數(shù)千個換能器元件接收的信號能夠有效地形成單個波束成形信號。在基本實現(xiàn)方式中，從兩個交錯行的cmut單元接收的聲信號被處理成來自所述單元形成的行前方的圖像平面的波束，從而形成掃描的2d圖像。

所述波束成形信號聯(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、抽選十分之一、i和q分量分離、以及諧波信號分離，其用于分離線性和非線性信號從而使得能夠識別從組織和微泡返回的非線性回聲信號。所述信號處理器還可以執(zhí)行另外的信號增強(qiáng)，諸如相干斑抑制、信號復(fù)合、以及噪聲消除。所述信號處理器中的帶通濾波器可以是追蹤濾波器，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體內(nèi)結(jié)構(gòu)(諸如體內(nèi)的器官組織或脈管)的成像。身體結(jié)構(gòu)的b模式圖像可以諧波模式或基本模式或兩者的組合來形成，諸如美國專利6,283,919(roundhill等)和美國專利6,458,083(jago等)兩者中所描述的。多普勒處理器128處理來自組織運動和血液流動的瞬時區(qū)別信號，以用于檢測圖像場內(nèi)諸如血細(xì)胞流的物質(zhì)的運動。多普勒處理器通常包括壁濾波器，其參數(shù)可設(shè)置為使從身體內(nèi)選定的材料類型返回的回聲通過和/或拒絕。例如，壁濾波器可被設(shè)置為具有帶通特性，其使來自較高速度材料的相對低振幅的信號通過，而拒絕來自較低或零速度材料的相對強(qiáng)的信號。這種帶通特性將使來自流動血液的信號通過，而拒絕來自附近靜止或緩慢運動的對象(諸如心臟壁)的信號。相反的特性將使來自心臟的運動組織的信號通過，而拒絕血液流動的信號，這被稱作為組織多普勒成像，檢測并描繪組織的運動。多普勒處理器接收并處理來自圖像場內(nèi)不同點的瞬時離散回聲信號序列、被稱作為群的來自具體點的回聲序列。在相對短的時間間隔上快速連續(xù)地接收的回聲信號群能夠用于評估流動血液的多普勒漂移頻率，其中多普勒頻率與速度的對應(yīng)關(guān)系指示血液流動的速度。在較長時段上接收的回聲信號群用于評估較慢流動的血液或緩慢運動的組織的速度。

由b模式處理器和多普勒處理器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和運動信號聯(lián)接至掃描轉(zhuǎn)換器132和多平面重定格式器144。掃描轉(zhuǎn)換器將處于被接收的空間關(guān)系中的回聲信號布置成預(yù)期的圖像格式。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)換器能疊加b模式結(jié)構(gòu)圖像，具有與圖像場中的點處的運動(與它們的多普勒評估速度對應(yīng))對應(yīng)的顏色，從而生成彩色多普勒圖像，該圖像描繪了圖像場中的組織和血液的運動。多平面重定格式器將從身體的容積區(qū)域內(nèi)的公共平面的若干點處接收的回聲轉(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。體積描繪器142將3d數(shù)據(jù)集的回聲信號轉(zhuǎn)換為如從給定基準(zhǔn)點觀察的投影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、以及體積描繪器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生成的血流速度值聯(lián)接至流體定量處理器134。流體定量處理器生成不同流動狀態(tài)的測量值，諸如血流的體積率。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。來自流體定量處理器的輸出數(shù)據(jù)聯(lián)接至圖形處理器136以用于在顯示器40上用圖像再現(xiàn)測量值。圖形處理器136還能夠生成圖形疊加圖，以用于與超聲圖像一起顯示。這些圖形疊加圖能夠包含標(biāo)準(zhǔn)識別信息，諸如患者姓名、圖像的日期和時間、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，諸如打出的患者姓名。用戶界面還聯(lián)接至發(fā)送控制器18以控制來自換能器陣列100的超聲信號的生成以及由換能器陣列和超聲系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像的生成。用戶界面還聯(lián)接至多平面重定格式器144以用于多平面重定格式(mpr)圖像顯示的選擇和控制，其可用于在mpr圖像的圖像場中執(zhí)行定量測量。超聲診斷成像系統(tǒng)可包括可聯(lián)接至導(dǎo)管或探頭100’的患者接口模塊，其中患者接口模塊可包括超聲診斷成像系統(tǒng)的至少一些部件。由于這本身是眾所周知的，僅出于簡潔的需要將不再進(jìn)一步詳細(xì)地解釋。

圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施方式的兩個cmut陣列的平面圖。在圖9中，每個cmut單元50在其自身的硅島92上制造(參見圖5)。cmut單元形成的每列58覆蓋有柔性箔條60，且相鄰列的箔條通過如圖5中所示形成的柔性橋接件90互連。柔性箔條60可包括導(dǎo)電材料，諸如鋁，其允許將超聲元件一起在該列內(nèi)尋址，或?qū)⑺鲈３衷谙嗤碾妱?，諸如接地。在該陣列中元件的單獨尋址可通過集成電路來實現(xiàn)。因此，柔性橋接件有助于保持所述陣列的單元的定向，同時允許所述陣列撓曲和彎曲成彎曲的構(gòu)造。具體而言，在該實施方式中，由于每列58通過由柔性箔條60中的橋接結(jié)構(gòu)90互連的多個硅島形成，所以cmut換能器陣列可以在行方向上以及在列方向上彎曲。

圖10示出了類似的cmut陣列，除了在每個硅島92上具有兩個cmut單元。例如，元件的相鄰列的cmut單元50和50’都設(shè)置于同一硅島上。兩個相鄰的列覆蓋有柔性箔條60，且相鄰箔條通過柔性橋接件90互連，這允許所述陣列彎曲成彎曲的或圓柱形形狀。

和前面一樣，應(yīng)理解的是，代替具有通過橋接結(jié)構(gòu)90互連的離散部的柔性箔條60，可使用連續(xù)柔性箔來保持各硅島。這種可替代的實施方式是更加魯棒性的，但可具有更大的有限柔性。然而，如果在其上裝有cmut換能器陣列的主體的曲率是相對有限時，這將不是問題。