[发明专利]利用可调流体透镜进行微波束形成的方法和装置

说明书

本发明涉及声成像方法、声成像装置，并且更具体而言涉及采用可调 流体透镜对声波进行仰角(elevation)聚焦控制的方法和装置。

声波(包括，尤其是超声)在很多科学或技术领域中是很有用的，诸 如医疗诊断、机械部分的非破坏性控制以及水下成像等。声波能够进行诊 断和控制，其是对光学观察的补充，因为声波能在不透射电磁波的介质中 传播。

声波成像装置包括应用传统一维(“1D”)声换能器阵列的装备以及应 用全采样的二维(“2D”)声换能器阵列(其采用微型波束形成技术)的装 备。

在应用1D声换能器阵列的装备中，常常以在单一平面内优化聚焦的方 式排列所述声换能器元件。这允许对在轴向维度(即传播方向)和侧向维 度(即，沿1D阵列的方向)上传播和接收的声压波的聚焦。

已经提出了对这一问题的若干技术解决方法，包括增加的元件计数 (1.5D阵列，2D阵列)或可调的透镜材质(流变延迟结构)，但每一种方 法都不被普通接受。增加元件计数只有当每个元件是单独可寻址时才能成 功-极大增加了相关电子器件的费用。可调的延迟(诸如流变延迟材质)不 具备最佳的解决方案，因为在每个元件上方需要分别地调整延迟这一额外 需要-同样增加了复杂性。

同时，能够允许制造全采样2D声换能器阵列的实现的关键方面之一是 微型波束形成技术。该解决办法涉及以特定用途集成电路(ASICs)的方式 直接安置在声换能器阵列上的电子器件延迟和求和电路的使用。将这些 ASICS与很多元件联系在一起，以便调整时间延迟并对“分片”或分组的 元件进行求和。这有效地将很多元件从逻辑上减少为单一、可调的聚焦元 件，从而减少必须从声换能器返回到驱动电子器件和接收电子器件的导线 数量，同时保持必须满足λ/2标准的高元件计数以使栅瓣最小。该技术已经 在商业声换能器中获得成功地进展，但增加了复杂性和额外电子器件及相 互连接的费用。

因此，理想地是提供一种声成像设备，其提供2D微型波束形成器阵列 的功能，但它需要更少的电子器件、更少的元件并且潜在地能够更便宜地 进行配置。特别理想地是提供这样一种具有大的有源换能器孔的声成像设 备，其中全采样(各元件＜半波长)换能器费用不高。

在本发明的一个方面，声成像装置包含：声探头(包括声换能器)和 多个与所述声换能器耦合的可变折射声透镜元件，每个可变折射声透镜元 件具有至少一对电极，其适于响应于在其电极两端施加的选择电压以调整 可变折射声透镜元件的至少一个特性；声信号处理器，其与所述声换能器 耦合；可变电压源，其适于给每个可变折射声透镜的所述对电极施加选择 电压；以及控制器，其适于控制可变电压源对所述对电极施加的选择电压。

在本发明的另一方面，声探头包含：声换能器；和多个与所述声换能 器耦合的可变折射声透镜元件，每个可变折射声透镜元件具有至少一对电 极，其适于响应于在电极两端施加的选择电压而调整可变折射声透镜元件 的至少一个特性。

在本发明的又一方面，一种使用声波执行测量的方法包含：(1)给患 者施加声探头；(2)控制所述声探头的多个可变折射声透镜元件，从而在 预期的仰角焦点上聚焦；(3)在声换能器处从可变折射声透镜元件接收从 与预期仰角焦点对应的目标区域返回的声波；以及(4)从所述声换能器输 出与接收的声波相对应的电信号。

图1A-B显示了声探头的一个实施例，其包括多个可变折射声透镜，每 一个可变折射声透镜耦合到对应的声换能器；

图2A-C阐述了可变折射声透镜阵列的一些可能的布置；

图3显示了声探头的一个实施例，其包括空间占满的可变折射声透镜 阵列，可变折射声透镜阵列与具有单个换能器元件的声换能器耦合，或者 与具有多个换能器元件(其数量小于透镜的数量)的声换能器耦合；

图4显示了声成像装置实施例的方块图；

图5显示了控制声成像装置的方法的实施例的流程图。

以下参考伴随性附图将更充分地描述本发明，其中显示了本发明的各 优选实施例。然而，本发明能以不同的形式来体现，不能解释成仅限于这 里所述的实施例。此外，将这些实施例提供为本发明教导的各示例。