專利名稱：用于諧波成象的超聲換能器系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于諧波成象的醫(yī)學診斷超聲換能器的系統(tǒng)和方法。特別是，提供一種換能器系統(tǒng)，其增加了利用來自組織、液體或?qū)Ρ葎┑闹C波回波進行成象的帶寬。
將聲能以基本發(fā)射頻率發(fā)射進患者體內(nèi)。聲能從患者體內(nèi)的組織、液體或其它結(jié)構(gòu)反射出來。該反射包括在基頻帶的能量和在該基頻帶的諧波頻率產(chǎn)生的能量。換能器將聲能轉(zhuǎn)換成電信號。
換能器帶寬可以限制實際響應降低諧波或其它頻率的信息內(nèi)容的實際響應。制造帶寬為6dB或超過期望的頻率范圍80％的換能器既困難又昂貴。對于諧波成象，提供超過100％或140％的6dB帶寬是可取的。例如，換能器可以在3至5MHz頻率范圍內(nèi)發(fā)射能量，并且在6至9MHz范圍內(nèi)接收感興趣的的信息。
對于任何類型的超聲診斷成象都希望更大帶寬的換能器。例如，在相同的或不同的成象期間用寬帶寬的換能器獲取不同基頻的信息。已經(jīng)提出了幾種技術(shù)提供寬帶寬的換能器。例如，T.R Gururaja等在‘中心位于f0和2f0附近的可切換頻帶的醫(yī)學超聲換能器’《1999 IEEE超聲討論會，1659-1662頁》(‘Medical Ultrasonic Transducers WithSwitchable Frequency Bands Centered about f0 and 2f0’，1997IEEE Ultrasonic Symposium，pp.1659-1662)一文中公開了一種采用兩層電致伸縮換能器元件。對于在一層上施加選定的偏壓，為了寬的帶寬發(fā)射對于兩層之間的電極施加發(fā)射波形。作為另一個例子，J.Hossack等在‘用多重壓電層改善換能器性能’《IEEE超聲，鐵電體和頻率控制學報，40卷，2期，1993年3月》(improving theCharacteristics of A Transducer Using Multiple PiezoelectricLayer，IEEE Transactions On Ultrasonic，F(xiàn)erroelectrics andFrequency Control，Vol.40，NO.2，March 1993)一文中公開了一種兩層壓電單個元件換能器。在發(fā)射時，向各層施加不同的波形，而在接收時，對來自一層的信號相對于另一層施加定相和延遲。作為另一個例子，為了擴展換能器的頻率范圍，在單層換能器元件中可以用不同的材料。
作為參考在此收編的公開文件，編號為No.5,957,851的美國專利，公開了一種用于諧波成象的多重壓電層超聲換能器。在發(fā)射或接收期間，用二極管或晶體管將一層與另一層隔離。同樣的晶體管用于以基頻發(fā)射并以諧波頻率接收。對此被動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，對于正被使用的各層執(zhí)行同樣的發(fā)射和接收處理。

發(fā)明內(nèi)容
下面的權(quán)利要求對本發(fā)明進行界定，并且在這部分對這些權(quán)利要求沒有限制。作為介紹，下面描述的優(yōu)選實施方案包括用于諧波成象的一種方法和換能器系統(tǒng)。至少提供一種換能器元件。換能器元件包括兩個疊加的壓電層。該壓電層沿高度或厚度方向垂直于上升-方位平面(即方位是X方向，上升是Y方向，范圍在Z方向)的方式疊加。在發(fā)射事件，接收事件，和既發(fā)送又接收事件中任何一種發(fā)生期間來自各層的信息被獨立地處理。將來自換能器元件的信息提供給濾波器。濾波器隔離用于成象的諧波信息。通過提供對于各層獨立處理的多層換能器元件，為諧波成象提供一種寬帶寬的換能器。與大多數(shù)換能器相聯(lián)系的基頻二次諧波的零信號被消除或減小。
下面結(jié)合優(yōu)選方案對本發(fā)明的進一步特性和優(yōu)越性進行描述。
附圖描述

圖1是用于諧波成象的醫(yī)學診斷超聲換能器系統(tǒng)方框圖。
圖2A至2C示出圖1的換能器系統(tǒng)分別對多層換能器，換能器頂層，和換能器底層的換能器的譜響應。
優(yōu)選實施方案描述下面討論用于諧波成象的換能器系統(tǒng)和方法。一個或多個換能器元件包括多層壓電材料。如此處所用的，壓電材料包括將聲能轉(zhuǎn)換成電信號和將電信號轉(zhuǎn)換成聲能的任何一種材料或器件，例如壓電陶瓷或靜電移動膜器件。在發(fā)射和接收事件二者之一或兩個事件期間，對每層提供獨立處理。例如，在發(fā)射事件期間向換能器元件的各層提供不同的波形。作為另一個例子，在接收事件期間將一個電信號相對于另一個延遲。獨立處理是為了增加帶寬，使通過換能器的諧波容量最大化。
圖1表示用于諧波成象的超聲換能器系統(tǒng)方框圖。該換能器系統(tǒng)包括與發(fā)射器20和接收器22相連接的換能器元件10。一個不同的元件可以與發(fā)射器20連接，然后再與接收器22連接。
換能器元件10包括壓電材料的頂層12和底層14，這兩層處于支撐層16和匹配層18之間。頂層和底層12和14包括相同的或不同的壓電材料，例如PZT/環(huán)氧樹脂復合材料，PVDF陶瓷，MotorolaHD3303，PZT 5H，或者其它壓電材料或陶瓷。在可替代的實施方案中，壓電材料包括靜電顯微機械加工器件。層12，14各有相同或不同的幾何。例如，對于各層用相同的厚度，例如1/2mm。也可以用其它厚度。
最好，換能器元件10很好地與匹配層18和支撐層16相匹配。例如，底板塊16包括載鎢環(huán)氧樹脂或另一種的支撐的塊體材料。例如，其它的底板材料包括各種金屬(例如鉛，銅)或金屬組合(例如鉛，銅)，金屬氧化物(例如，氧化鉛，氧化鎢)，玻璃微球或在聚合物中的球，例如，聚氯丁橡膠，聚氨酯或環(huán)氧樹脂。作為另一個例子，匹配層18包括雙匹配層，其含有接近于PZT的高阻抗匹配層(例如，聲學阻抗大約9-10兆雷耳(Mrayl))和低阻抗匹配層(例如，聲學阻抗大約2-2.5兆雷耳(Mrayl))。單個的或三重的匹配層也是可能的。還可以省去匹配層。對于給定的換能器元件10寬的帶寬，可以把匹配層18選擇為更高頻率的函數(shù)(即較薄，而不是較厚)。例如，對于換能器元件10的最高工作頻率，匹配層18的厚度小于波長的1/4。換能器組件之間的接合層薄的更可取。
在一種實施方案中，給出示于圖1的換能器元件和相關(guān)信息路徑的安排。換能器元件10在發(fā)射或接收中輸出的波形相對于每個換能器元件被延遲和切趾以產(chǎn)生發(fā)射或接收束流。
與換能器元件10相連接的發(fā)射器20包括第一和第二波形源24和26。24和26的每一個或二者包括一種模擬或數(shù)字發(fā)射束流成形器。例如，在編號為5,675,554，5,690,608，6,005,827，的美國專利或____(1998年6月15日提交的申請流水號No.09/097,500中公開的束流成形器被使用，這些專利公開的內(nèi)容收編于此供參考?？梢圆捎闷渌牟ㄐ?，例如，波形發(fā)生器或波形存儲器，數(shù)字-模擬換能器和放大器。在可替代的方案中，提供單個的波形源24，26，并且相對于施加到層12，14的另一個的波形，延遲或濾波將施加到層12，14中一個的波形進行變換。對于頂層12和底層14對波形提供獨立處理。對12，14各層應用不同特性的波形，但是在某些情況下可以用相同的波形。
與層12，14相連接的接收器22包括連接到一個層和求和器30的一種處理線路28，接收束流成形器32和有效地與第一12和第二層14有效連接的濾波器34。接收器22包括模擬元件，數(shù)字元件或其結(jié)合。用標準二極管箝位線路對接收器22進行更好的保護。它將接收器輸入端電壓限制在安全的水平。另外，在發(fā)射事件期間工作的發(fā)射線路中包括二極管隔離線路是優(yōu)選的，而在接收事件期間提供一種開線路隔離發(fā)射器源阻抗。將兩個換能器層12和14的響應分別進行優(yōu)選的前置放大。用晶體二極管，背對背二極管或其它當施加的電壓超過二極管的‘啟動’電壓(例如，約0.7伏)處于“開”其它開關(guān)組合可以將第二換能器層12與第一換能器層14隔離。也可以用另外的或者沒有箝位的線路，如前置放大和隔離線路。
在一種實施方案中，將接收器22的處理線路28和求和器30安裝在換能器的儀器殼內(nèi)以降低電纜費用和改善信號質(zhì)量。其它的組件也可以放進換能器的儀器殼。
處理線路28包括模擬或數(shù)字延遲。包含處理器或其它數(shù)字器件之外，對延遲數(shù)字數(shù)據(jù)，處理線路28還包括寄存器和計數(shù)器。處理線路28有固定的或可編程的延遲量。為了簡化，在底板塊16很好地支撐換能器10時用固定延遲。例如，處理線路28提供一種諸如頻率相關(guān)延遲量，如頻率相關(guān)的相位濾波器(例如有限脈沖響應濾波器)。
作為替代，將頻率無關(guān)相位函數(shù)應用於從兩個層接收到的接收信號。在一種實施方案中，層12，14之一的響應被翻轉(zhuǎn)(例如相位轉(zhuǎn)180度)，而層14，12的另一層響應不被翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)的和非翻轉(zhuǎn)的予放大器是已知的。作為例子，在發(fā)射事件期間對兩層施加共同的相位信號，得到強的基波響應。在接收事件期間，在求和之前將一個層的響應翻轉(zhuǎn)，因而，得到強的二次諧波響應。
在此應用的上下文中，交替地使用相位和延遲。延遲相應于隨頻率的函數(shù)線性變化的相位。所應用的相位函數(shù)可以是頻率相關(guān)或頻率無關(guān)的。
正如已表明的，處理線路28與頂層12連接，沒有延遲與底層14連接。來自頂層12和來自底層14的信息被獨立地處理。將相對延遲或定相(獨立的)處理之后的兩層的響應求和，然后處理成一個響應。在替代的實施方案中，如選擇處理線路29所表示的，既對頂層也對底層提供延遲。其它組件，例如濾波器，處理器或模擬線路可以用于來自頂層和底層12和14的分立的數(shù)據(jù)路徑中的一個或二者以提供獨立的處理。在某些情況下獨立的處理可以提供相同的過程或延遲，但是如下面所述具代表性的是提供給不同的過程。
求和器30接收延遲的信息并包含一種模擬或數(shù)字求和器。例如，將運算放大器用于模擬信息，或?qū)?shù)字求和線路用于數(shù)字求和。在模擬或數(shù)字范圍內(nèi)根據(jù)執(zhí)行程序可以產(chǎn)生求和。如果在模擬范圍內(nèi)，求和器30可以包括將來自兩層的電流合并的導線結(jié)。也可以使用將來自層12和14各層的獨立過程的信息合并的其它器件。
接收束流成形器32接收已求和的信息并且包括模擬和/或數(shù)字組件。例如，在編號為No 5,685,308的美國專利中已公開的接收束流成形器被采用，專利公開的內(nèi)容結(jié)合在此供參考。該公開的接收束流成形器包括濾波器34。在可替代的實施方案中，用分立的組件執(zhí)行濾波功能和接收成形器功能。其它的接收器組件，例如，求和器30和/或處理線路28可以安置在接收束流成形器32中。
濾波器34接收束流成形的數(shù)據(jù)并包含數(shù)字信號處理器，專用集成電路(ASIC)，有限脈沖響應濾波器，無限脈沖響應濾波器或其它模擬和/或數(shù)字部件。在一種實施方案中，濾波器34作為接收束流成形器32的部分被包含其中。濾波器34提供高通，帶通或低通譜響應。濾波器34傳遞與期望的頻率帶相關(guān)的信息，例如，基本的發(fā)射頻帶或基頻帶的諧波。如在此所用的，諧波包括較高的諧波(例如，二次，三次，...)，分數(shù)諧波(3/2，5/3，...)，或次諧波(1/2，1/3，..)。濾波器34可以包括針對不同的期望頻帶不同的濾波器或可編程濾波器。例如，濾波器34將信號解調(diào)成基帶。在根據(jù)基本中心頻率或其它頻率解調(diào)頻率被編程選擇，例如，二次諧波中心頻率。也可用其它中心頻率，例如，中間頻率。用低通濾波器將與基帶不接近的頻率相關(guān)的信號清除。
作為對解調(diào)的替代或附加，濾波器34提供帶通濾波。解調(diào)和/或濾波后的信號作為相位復合和正交信號輸送到超聲信號處理器，但是諸如射頻信號之類的其它信號也可以通過。
在發(fā)射事件，接收事件或其事件結(jié)合的期間，采用上述的換能器系統(tǒng)。在一種實施方案中，在發(fā)射事件期間被編程的激發(fā)的波形被獨立處理并施加到頂層和底層12和14的各層，并且在接收事件期間為了獨立處理將不同的延遲施加到從頂層和底層12和14的各層接收到的信息?？商娲氖?，在接收事件期間從單層得到信息，或在發(fā)射事件期間使用單層。在其它可替代的實施方案中，提供切換機制以允許在用相同處理的發(fā)射或接收事件期間使用兩層，例如對頂層12的頂電極和底層14的底面電極應用相同的發(fā)射波形，將中心電極接地。
對于發(fā)射事件，因為感興趣的帶寬局限于基頻，可以并行地或非獨立處理的運作兩層12，14。正如在此所用的，獨立處理包括至少一種組件或者給組件獨立的二層中一層提供一個動作，或者給另一層提供一個動作。該獨立處理可能對來自另一層的信息是有響應的。
在一種實施方案中，獨立處理對于到達或來自頂層或底層12，14的信息實施相位變換。對于一層的信息的相位相對于其它層的相位進行改變。相位函數(shù)是頻率相關(guān)的，也可以是頻率無關(guān)的。在發(fā)射中，施加到各層的波形是同布的或稍微異步(例如，90°)。一般說來，接收的諧波信號基本上是異步(例如，180°左右)，因此用不同的定相去獲得有意義的響應。
在以基頻發(fā)射期間，借助源24，26產(chǎn)生已定相成形的波形使換能器元件10產(chǎn)生滿意的低頻聲波輸出?？商娲氖?，輸出高頻波形用于次諧波。
換能器元件10可以表示成與各用于層12，14的兩個電壓源的等價線路。從兩個源之和獲得換能器元件10的輸出。這是電流疊加原理的應用。
更可取的是，對于感興趣的所有頻率點測定兩個源24，26的相對相位，然后對于發(fā)射期間進行補償。在發(fā)射期間，由于來自12，14各層不同的傳播路徑產(chǎn)生的相位偏移抵銷了所施加的相位，并且在所有頻率獲得最大輸出。用一種數(shù)學表示，假定頂層輸出是具有單位長度相位值θ1的移相器，第二層輸出也是具有單位長度相位值θ2的移相器。如果將θ2和θ1之差施加于第一層的輸入，則提供兩個單位長度的同步輸出。
正如J.Hossack等在‘用多重壓電層改善換能器性能’《IEEE超聲，鐵電體和頻率控制學報，40卷，2期，1993年3月》(improvingthe Characteristics of A Transducer Using MultiplePiezoelectric Layer，IEEE Transactions On Ultrasonic，F(xiàn)erroElectrics，and Frequency Control，Vol.40，NO.2，March1993)(Hossack的文章)文中所描述，不存在唯一的獲得規(guī)定的輸出響應的將波形施加到12，14各層的解決方案。在一種實施方案中，使用所需最小輸入振幅的波形。
從粒子的位移，AF，得到輸出的力F。F＝sZFAF，此處，s是拉普拉斯算子，ZF是機械阻抗。對于多層系統(tǒng)，在拉普拉斯定義域內(nèi)，F(xiàn)＝β1V1+β2V2+V1...+βNVN，此處N是層數(shù)，β1是施加的電壓和輸出之間的傳輸函數(shù)，V是施加的電壓。當將V1設為于1而V2設置為0時，通過測量力F可以得到β1。同樣可以得到β2的值。對于兩層換能器，假定施加到各層的電壓幅度是相等的，F(xiàn)＝β1+β2，或|F|∠θ＝|β1|∠θ1+|β2|∠θ2。如上所述，如果θ1＝θ2，力輸出絕對值F∠θ達最大值。調(diào)整V2的相角以對β1和β2之間的相差進行補償。通過設置V2＝V1∠(θ1-θ2)得到想要的結(jié)果。用反傅里葉變換獲得時間域激發(fā)函數(shù)V1(t)和V2(t)。如Hossack的文章所述，一旦確定了想要的聲學輸出波形(例如，緊密高斯脈沖)，并且建立了雙層換能器的傳輸函數(shù)(電壓輸入到壓強輸出)，就決定了為得到理想的脈沖形狀所需要的電壓激發(fā)函數(shù)。在拉普拉斯(或傅里葉)域中，所需要的輸出函數(shù)被傳輸函數(shù)除。因此，確定所需要的V1值。除了施加相位角(θ1-θ2)之外，V2和V1是相同的。見參考文獻134-135頁。在一種實施方案中，相角的校正作為頻率的函數(shù)被執(zhí)行。相應于簡單的時間延遲，作為頻率函數(shù)相角校正可以是線性的。作為替代，采用實際的或近似的非線性函數(shù)。
將獨立產(chǎn)生或已處理的波形分別提供給換能器元件10的源12，14。作為響應，換能器元件10產(chǎn)生一個聲學波形。該聲學波形傳播進人體，與組織和液體相互作用并產(chǎn)生諧波信息?；夭ㄐ盘?，包括該諧波信號，被傳回到換能器元件10。
在接收事件中，頂層和底層12和14根據(jù)聲學回波產(chǎn)生電信號。將來自12，14兩層各自的信息進行相位修正并求和。另外，分別對層12，14各層的各信號單獨地提供濾波和放大。因為層12，14的相對相位特性是已知的，將信號之間的頻率相關(guān)的相位差用作對來自頂層或底層12，14的一個或兩個信號的相位的修正。在延遲或相位被調(diào)整之后，求和器30將來自兩層的信息求和。然后，求和后的信息被被束流成形。在一種實施方案中，處理線路28提供一種固定的延遲。可替代的是，使用動態(tài)延遲。另外，相位函數(shù)可以是動態(tài)的或固定不變的。在接收事件期間，相位函數(shù)與所施加的發(fā)射函數(shù)是不同的，例如是翻轉(zhuǎn)信號。
在對二次諧波信息感興趣時，將延遲應用于來自頂層12的信息是優(yōu)選的。在替代的實施方案中，將延遲施加到來自底層14或?qū)?2，14的組合的信息。優(yōu)選地選擇延遲量相應為從頂層12的中心到底層14的中心聲音傳播速度是優(yōu)選的(例如，典型地是當層12，14厚度相等時等價于通過整個一層的傳播延遲)。由于相對于波長換能器元件的尺寸是有限的，所以傳播速度有時是頻率相關(guān)的，從而處理線路28可以提供延遲作為頻率的函數(shù)。
正如上面提及的J.Hossack等在文中所述，接收事件的來自12，14兩層信息之間的相位關(guān)系與發(fā)射事件的來自12，14兩層之間的相位關(guān)系是相同的或相似的。因為該響應與對應于通過各層的發(fā)射時間的時間延遲函數(shù)很相似，可以將該近似值用于實施有效延遲。作為替代，為了降低成本和減少一些性能，對層之一施加固定的相位變換。對于來自兩層的信息應用獨立處理的延遲和求和提供更高的峰靈敏度和帶寬，在二次諧波沒有零位信號。
將來自換能器12，14各層的信息用求和器30求和。所得到的和提供寬的帶寬信息。圖2A表示獨立處理和結(jié)合的信息的譜響應。響應在3-1/3MHZ和7MHZ達到約95dB附近的峰值，此處dB刻度是作為傅里葉變換的結(jié)果的補償。兩個頻率之間的下降作為換能器設計的函數(shù)，包括減小層厚度，材料和幾何。例如，一種較低阻抗的壓電材料被代替，如壓電陶瓷/樹脂混合物代替純的壓電陶瓷材料，和使用較重的支撐材料。圖2B和2C分別代表底層和頂層12，14的譜響應。如圖所示，提供較低幅度。
由接收束流成形器32接收被結(jié)合的信息。接收束流成形器32獲得來自多個換能器元件10的復合信息，應用聚焦延遲和切趾函數(shù)并且產(chǎn)生代表被掃描人體內(nèi)一個或多個位置的同步和正交的或射頻信息。
濾波器34濾波該同步和正交的或射頻信息。濾波器34隔離或傳遞基本發(fā)射頻率的諧波信息。帶外的信息被濾除或減小。例如，濾波器34對基本發(fā)射頻率的信息進行濾波，并且傳遞或隔離二次諧波帶的信息。被濾波的信息可以與其它信息結(jié)合或單獨地用于在超聲系統(tǒng)生成圖象。獨立地處理已分開的基本的和諧波的數(shù)據(jù)并且在探測信號之后將數(shù)據(jù)結(jié)合得到簡化的斑點圖象也是可能的。這種合成出現(xiàn)在全部的或部分的圖象區(qū)域。
該諧波信息用于組織成象或?qū)Ρ葎┏上?。在組織成象中，在成象期間沒有對目標靶額外附加對比劑。僅僅依賴于組織，包括血液或其它流體的特性產(chǎn)生超聲圖象。在給定的時間，對于給定的課題，醫(yī)學超聲成象典型地在分立的成象期間進行。例如，對所感興趣的特定組織超聲可承受的檢查，成象期間可以限定在1/4至1小時區(qū)間內(nèi)，然而，其它持續(xù)時間也是可能的。在這種情況下，在成象期間的任何時間沒有將對比劑引入組織。作為從組織產(chǎn)生的在諧波頻率的回波的函數(shù)，組織諧波圖象可以提供特別高的空間分辨率。特別是，在鄰近區(qū)域很少存在雜波信號。另外，由于發(fā)射束是以基本頻率產(chǎn)生，與用直接以二次諧波發(fā)射的信號形成的發(fā)射束相比較，發(fā)射束的輪廓線很少受組織相關(guān)的相畸變具體水平而發(fā)生畸變。
借助引入對比劑可以幫助成象。在對比劑諧波成象中，為了增強組織或液體的非線性響應，可將任何一種已知的超聲對比劑，例如微球，加入靶或病人。該對比劑在基本頻率以聲穿透能的諧波輻射超聲能。
用示于圖1的換能器系統(tǒng)或已敘述的其它換能器系統(tǒng)為諧波成象產(chǎn)生最佳信息。此系統(tǒng)可以與其它超聲成象技術(shù)結(jié)合使用，例如，用不同的發(fā)射或接收處理的技術(shù)。例如，作為所應用的電子發(fā)射波形的函數(shù)將換能器元件10各部分輸出的發(fā)射波形成型以使二次諧波或任何諧波能量達到最小?？紤]到任何傳播或系統(tǒng)的非線性，元件10各部分輸出的發(fā)射波形會發(fā)生畸變。作為另一個例子，改變從一個元件10到另一個的延遲和切趾以提供直線聚焦或更加擴展的束流。與備發(fā)射束流相關(guān)的相對定相可以象掃描線函數(shù)一樣交替變換，然后將來自不同束流的數(shù)據(jù)相結(jié)合。也可以用其它的諧波成象技術(shù)。
提供寬的帶寬的能力可以允許使用具有新的或者以前難以執(zhí)行的發(fā)射或接收技術(shù)的換能器系統(tǒng)。例如，換能器提供足夠帶寬的能力限制編碼激發(fā)在聲學編碼中的符號率。在此描述的換能器系統(tǒng)可用于編碼激發(fā)，例如編號為No.5,984,869的美國專利所公開的，其公開內(nèi)容在此被收編在參考中。
雖然上面關(guān)于不同的實施方案對本發(fā)明進行描述，應該理解可以做許多不超出本發(fā)明范圍的改變和修正。例如，可以將第三層和第四層用于每個換能器元件?？梢蕴峁┎煌莫毩⒌奶幚碛糜诟鲗优c發(fā)射或接收事件相聯(lián)系的信息。各層的壓電材料可以是不同的，并且層的尺寸(特別是厚度)可以是不同的。一個或多個壓電層可以在厚度上變化，例如，編號為No.5,415,175和5,438,998的美國專利所公開的平凹層，該公開內(nèi)容在此被參考收編。另外，該原理可以擴展到1.5和2D排列。進而，在排列中不是所用的元件都需要包含多重壓電層。例如，在1.5D排列中，僅僅中心元件有多重壓電層。
因此，這意味著前面詳細的描述應理解為對本發(fā)明優(yōu)選實施方案一種說明，而不是對發(fā)明的界定。僅僅下面的權(quán)利要求包括其所有的等價權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于諧波成象的醫(yī)學診斷超聲換能器系統(tǒng)，該換能器系統(tǒng)包括至少一種包含第一和第二疊加層的換能器元件；與該第一層相連接的第一路徑；與該第二層相連接的第二路徑，可運行該第一和第二路徑以在發(fā)射事件，接收事件，和這二者結(jié)合中的任何一個期間獨立地處理信息；并且可以運行濾波器以通過來自至少一個換能器元件的信息，該換能器元件處于基本發(fā)射頻率的諧波，并且可以在基本發(fā)射頻率對信息進行濾波。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個換能器元件包括一種含有第一和第二層的換能器元件陣列。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中可以運行第一和第二路徑以在發(fā)射事件期間獨立地處理信息。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中第一和第二路徑分別包括第一和第二波形源。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中可以運行第一和第二路徑以在接收事件期間獨立地處理信息。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包含與第一和第二路徑有效連接的求和器；并且其中該第一和第二路徑包含延遲。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中可以運行第一和第二路徑以在發(fā)射和接收事件期間獨立地處理信息。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一路徑執(zhí)行頻率相關(guān)的相函數(shù)。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一路徑執(zhí)行一種頻率無關(guān)相函數(shù)，其不同于施加到第二層的相函數(shù)。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一路徑在發(fā)射事件期間執(zhí)行與在接收事件期間不同的與第二層相關(guān)的定相。
11.一種用于諧波成象的醫(yī)學診斷超聲方法，該方法包括以下動作a在發(fā)射事件，接收事件，和這二者結(jié)合中的任何一個期間，獨立地處理來自換能器元件第一和第二疊加層的信息；b隔離來自第一和第二層信息的基本發(fā)射頻率的諧波信息。
12.如權(quán)利要求11的方法，該方法進一步包括對多個排列的兩層換能器元件中的每一個執(zhí)行a。
13.如權(quán)利要求11的方法，其中a包含在發(fā)射事件期間獨立地處理信息。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中a包含a1對第一層提供第一波形，和a2對第二層提供第二波形。
15.如權(quán)利要求11的方法，其中a包括在接收事件期間獨立地處理信息。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中a包括將來自第一疊加層的信息相對于來自第二疊加層的信息進行延遲，并且還包括c將來自第一和第二層的信息求和。
17.如權(quán)利要求11的方法，其中a包括在發(fā)射和接收事件期間獨立地處理信息。
18.如權(quán)利要求11的方法，該方法進一步包括c從換能器元件發(fā)射聲能發(fā)射到靶中，其中在整個成象期間沒有向該靶添加對比劑。
19.如權(quán)利要求11的方法，該方法進一步包括c確定一種想要的聲學輸出波形；d確定激發(fā)波形為想要的聲學輸出波形的函數(shù)和第一及第二層的傳輸函數(shù)。
全文摘要
提供一種用于超聲成象的換能器系統(tǒng)和方法。至少提供一種換能器元件。該換能器元件包含兩個疊加的壓電層(12，14)。在發(fā)射事件，接收事件，和既發(fā)送又接收事件中任何一種發(fā)生期間將來自各層的信息獨立地處理。將來自換能器元件的信息提供給濾波器(34)。濾波器(34)隔離用于成象的諧波信息。借助提供對于各層獨立處理的多層換能器元件為諧波成象提供一種寬帶寬的換能器。與大多數(shù)換能器相聯(lián)系的基頻二次諧波的零信號被消除或減小。
文檔編號G01S7/52GK1426288SQ01808493
公開日2003年6月25日 申請日期2001年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月23日
發(fā)明者J·A·霍薩克 申請人:阿庫森公司