[发明专利]具有大视场的超声探头以及制造这种超声探头的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声探头，其由于超声换能器阵列元件的特殊几何布置而具有大的视场。此外，本发明还涉及一种制造超声探头的方法。

背景技术

在医学超声应用中，超声换能器一般用于在超声成像过程中发射和接收超声波或声波。

将患者体内能够以充分高的图像质量和充分低的伪影水平获得图像的区域称为视场。换能器的视场取决于若干因素，其中有换能器阵列元件尺寸、换能器阵列孔径(aperture)和换能器阵列几何结构。

市面上可获得的许多换能器包括超声换能器元件的1D阵列。每个元件都是分离的、名义上独立的换能器，其既用于向患者的身体内发射超声能量，又用于接收来自体内结构的回波。医学超声通常工作在1-20MHz的频率范围内，该频率范围是提供与人体内结构相适应的成像细节所必需的。也可以针对特殊的应用使用更低和更高的频率。

1D阵列中的每个元件通常是矩形的，其沿某一方向(通常称为方位角(azimuth)方向)具有窄跨度，沿正交方向(通常称为仰角(elevation)方向)具有较长跨度，并且沿与另两个方向正交的方向(通常称为射程方向)具有厚度。换能器元件的尺寸，即，其沿方位角方向的宽度和沿仰角方向的长度，可以确定其在给定频率上的允许角。这一允许角可以是元件接收对超声信号起到构建作用的足够能量时所处的角度。允许角一般随着元件宽度的提高而下降。此外，允许角还是频率的函数；对于给定宽度而言，允许角一般随着频率的提高而降低。

尽管1D换能器阵列通常通过在换能器阵列的面上放置圆柱形声学透镜来将超声能量沿仰角方向聚焦到固定聚焦区域，但通常也可以按照两种基本格式：“扇形扫描”或“线性扫描”中的一种沿方位角方向对感兴趣区域进行扫描。

对于扇形扫描，视场可以是以阵列的面的中心为其圆心的圆的一部分。对于扇形扫描格式，可以使超声射束从阵列的中心沿径向转向(steer)，并且每条相继射束的角度都可以是不同的。向发射和接收信号应用的延迟可以确定转向角和聚焦两者。通常将使用扇形扫描格式的换能器称为扇形阵列或相控阵列。这样的换能器可以具有宽度级为λ/2的元件，其中，可以将λ定义为换能器工作的频带的中心频率处的声学波长。典型的相控阵列提供具有90°的扇区宽度的视场。

或者，对于线性扫描格式，每条射束都可以垂直于阵列的面，并且可以将射束的位置沿阵列面横向平移，以扫出矩形视场。在这种情况下，射束可以不转向，而仅被聚焦。向发射和接收信号应用的延迟确定聚焦的位置。使用线性扫描格式的换能器通常被称为线性阵列，并且其可以具有宽度级为λ的元件。矩形视场的宽度与换能器的方位角长度通常是相同的。

也可能构建弯曲的阵列，并且其提供弯曲的视场。这些换能器通常以线性扫描格式工作，即，利用垂直于阵列的面投射的超声射束工作。通过使超声射束沿弯曲表面平移而不是通过使其转向，由此可以提供视场中的曲率。有时将按照线性扫描模式工作的弯曲换能器阵列称为“弯曲线性阵列”(CLA)。弯曲线性阵列可以提供比平线性阵列更大的视场，同时避免与使声学射束转向相关的对图像质量的损害。其也有可能具有大于通常可以由扇形阵列获得的90°扇区的弯曲视场。

应当指出的是，对于平线性阵列和弯曲线性阵列二者而言，都能够将所使用的超声射束转向。然而，由于与相控阵列相比，线性阵列沿方位角方向具有更宽的元件，因而不能够像相控阵列那样使超声射束转向。因此，平线性阵列可以利用转向对视场的有角度的边缘成像，由此获得不规则四边形的视场。

“射束形成”可以指将阵列元件发射和接收的信号组合成表示从视场中的单个点接收的超声信号的和的过程。一般而言，对于1D换能器而言，将每个换能器元件连接至超声系统中分离的“信道”，其中，信道可以包括发射器、接收器以及用于控制发射的和接收的信号的定时的延迟电路。可以控制时间，以在发射时聚焦超声能量，以及合成(synthesize)所接收到的信号的聚焦。向每个信道应用的延迟可以使得在靶标处同时接收由阵列元件中的每个发射的声学信号。所述延迟可以是超声传播时间的差，例如，其由声速和每个元件距靶标的距离确定。

由于组合了阵列几何结构、系统射束形成器提供的沿方位角的转向和/或聚焦、以及由固定透镜提供的沿仰角的聚焦，1D阵列通常对“平面”的部分成像，亦即，不存在沿仰角方向对声学射束的转向或受控的可变聚焦。