[发明专利]用于电容式微加工超声换能器的偏置控制

说明书

公开了一种用于电容式微加工超声换能器的偏置控制。在一些示例中，CMUT可包括多个电极，并且每个电极可包括多个子电极。例如，第一子电极和第二子电极可被设置在第三子电极的相对侧上。在一些情形中，第一偏置电压可被施加到第三子电极并且第二偏置电压可被施加到第一和第二子电极，同时使得第一子电极、第二子电极、或第三子电极中的至少一者发射和/或接收超声能量。例如，第二偏置电压可以以与第一偏置电压不同的电压量来进行施加，和/或可以以与第一偏置电压不同的时序来进行施加。

技术领域

本文的一些示例涉及电容式微加工超声换能器(CMUT)，诸如可用于超声成像。

背景技术

超声换能器被广泛地用于许多不同领域，包括超声成像。在常规的现代医疗成像应用中，超声换能器通常由压电材料构造成。一种常用的压电材料是锆钛酸铅(PZT)。然而，PZT的阻抗通常高于30兆瑞利，而人体组织的阻抗为大约1.5兆瑞利。为了减少这种巨大的阻抗失配，可在PZT换能器和被成像的组织之间放置一个或多个匹配层。由于通常基于四分之一波长原理来选择匹配层，因此具有匹配层的PZT换能器的带宽可被限制成80％或更少的带宽。

电容式微加工超声换能器(CMUT)已被开发用于各种应用，包括医疗超声成像。CMUT可在不具有匹配层的情况下被使用，并且因此能以极宽的带宽(例如，大于或等于100％)来工作。类似于PZT换能器，CMUT换能器可由电脉冲来激活以生成在组织中传播的声学信号；然而，与PZT换能器不同的是，CMUT换能器可采用附加的偏置(bias)电压，诸如当从组织接收回波信号时。传统上，偏置电压可以是在成像操作期间保持恒定的DC电压。

另外，超声换能器阵列可被分类成三种或更多种不同的阵列类型，其包括由多个CMUT元件组成的一维(1D)阵列、一点五维(1.5D)阵列以及二维(2D)阵列。例如，1D阵列可包括仅以一维(例如，横向维度)布置的多个CMUT元件。两个毗邻元件之间的间隔对于线形阵列通常可为一个波长，或对于相控阵通常可为半波长。1.5D阵列可包括在横向维度上的多个元件以及在垂直维度上的至少两个子元件。两个毗邻子元件之间的间隔可远大于波长。2D阵列可包括布置在横向维度和垂直维度两者上的多个元件。作为一个示例，两个毗邻元件之间的间隔在横向和垂直维度两者上均可以是半波长。1.5D阵列和2D阵列的元件和子元件的数目通常可显著大于相应的成像系统的信道的数目。

发明内容

本文中的一些实现包括用于具有多个相同CMUT单元的CMUT的技术和布置。该CMUT可具有两个电极，并且这两个电极中的至少一者可包括多个子电极。在一些情形中，该CMUT可包括对应于多个子电极的多个区域。例如，该CMUT可包括具有第一子电极的第一区域、以及具有第二子电极的第二区域。在将该CMUT用于发送或接收超声能量中的至少一者期间，处理器可被配置成使得偏置电压电源向第一子电极供应第一偏置电压并向第二子电极供应第二偏置电压。例如，第一偏置电压可以不同于第二偏置电压。

作为另一示例，本文中的一些实现包括用于在不同区域中具有不同CMUT单元的CMUT的技术和布置。该CMUT可具有两个电极，并且这两个电极中的至少一者可包括与多个偏置可控区域相对应的多个子电极。例如，该CMUT可包括具有一个或多个第一CMUT单元的含第一子电极的第一偏置可控区域、以及具有一个或多个第二CMUT单元的含第二子电极的第二偏置可控区域。这些第二CMUT单元可不同于那些第一CMUT单元，诸如结构上不同、功能上不同等等。在将该CMUT用于发送或接收超声能量中的至少一者期间，处理器可被配置成使得偏置电压电源向第一子电极供应第一偏置电压并向第二子电极供应第二偏置电压。例如，第一偏置电压可以不同于第二偏置电压。