具有集成变迹的超声成像换能器阵列

摘要

一种换能器阵列(802)，包括至少一个换能元件1D阵列(804)。至少一个换能元件1D阵列包括多个换能元件(904)。多个换能元件中的第一换能元件具有第一变迹，多个换能元件中的第二换能元件具有第二变迹。第一变迹与第二变迹不同。换能器阵列还包括至少一个导电元件(910)，其与多个换能元件的每个换能元件电连通。换能器阵列还包括至少一个电接触部(906)，其与至少一个导电元件电连通。至少一个电接触部通过至少一个导电元件同时寻址多个换能元件。

说明书

技术领域

下文总体上涉及一种换能器阵列，具体而言，涉及具有集成变迹(integrated apodization)的超声成像换能器阵列。

背景技术

超声成像已经用于确定与对象或受体的内部特性有关的信息。通常，超声成像系统包括换能器阵列以及用于至少生成并发射超声波、接收回波或反射波、处理所接收的信号、生成图像并示出图像的部件。换能器阵列可以包括元件的一维(1D)阵列或元件的二维(2D)换能器阵列。

对于借助于2D换能器阵列的三维(3D)成像，可以逐元件地对元件进行寻址，其中单独地对每个元件进行寻址。可替换地，例如可以使用行-列寻址来逐组地对元件进行寻址。在单独地寻址每个元件的结构中，元件的N x N阵列会需要N x N(或N²)个电连接和通道来完全地寻址阵列。借助于行-列寻址，使用2N个电连接和通道来完全地寻址阵列，可以操作元件的N>

因而，例如由于到换能器阵列的电互连的数量减少(例如，从N x N到2N)，所以行-列寻址方案可以简化换能器阵列的制造。而且，还降低了数据带宽要求。不幸的是，行-列寻址方案可能在图像中引入重影伪像，例如由于显著的元件高度、缺少声透镜以及缺少沿行/列元件的长度的电子控制。

在图1和图2中示出了2D换能器阵列100的行-列寻址的非限制性示例。在图1中，在发射过程中，在第一方向上(在所示实施例中的y)的每个1D元件(在所示实施例中为三个元件)阵列102、104和106分别由单脉冲108、110和112来激励。在图2中，在接收过程中，分别为在不同的第二方向上(在所示实施例中的x，其中x相对于y是横向的)的每个1D元件(在所示实施例中为三个元件)阵列208、210和212产生单个信号202、 204和206。

图3、图4、图5、图6和图7提供了在结合图2的1D阵列208-212的接收和发射两者期间所引起的重影伪像的示例。为了简明起见，在接收过程中针对阵列208来说明这个示例。然而，由于声场的接收/发射相互作用，在发射过程中会引发相同的边缘效应。在图3中，当发出的波形被点散射体304反射时，反射波会具有球面300的形状。在此后的第一时间306，反射的球面波300仅与1D阵列的阵列208中的元件的第一子集308相交。图4示出了1D阵列的响应402及相应的输出信号404，该输出信号404是大致同相的测量信号的总和，而产生强输出信号。

返回图3，随后，在时间310，反射波300与阵列208的元件的第二子集312相交。在发射波形的幅值相关于零对称的情况下，这至少在医学超声中典型地是这样的，则输出的积分接近于零。图5示出了在时间310时阵列208的响应502及相应的输出信号504。返回图3，随后，在时间314，反射波跨过边缘316。图6示出了在时间314时阵列208的响应602及相应的输出信号604。

依据以上可知，在接收期间，点散射体会接收三个压力波(pressure wave)：一个主波和来自1D阵列的每个边缘的波。在接收期间，这三个波中的每个都被反射，且每个都产生三个信号：一个主信号以及在1D阵列的每个边缘处的信号。因而，从一个点散射体生成总共九个个信号。然而，这些信号中仅有一个信号是感兴趣的(主回波，即从阵列到点散射体的最短距离)。剩余八个回波是伪像，其通常被视为重影(三对和两个单个的)。

在点散射体直接位于1D阵列的中心上方的情况下(图3中所示的情形)，重影的数量重叠为两个(每个都包含八个伪像中的四个)。这在图7中示出，图7示出了主波702和两个重影波704与706。在图3-7中所示的示例中，行-列寻址导致0dB的中心处的主波瓣，以及在其之下由于长的行元件和列元件上的边缘效应而导致的两个重影。不幸的是，重影引入伪像，降低了图像质量。

发明内容

本申请的各方面解决以上问题以及其它问题。

在一个方面，一种换能器阵列，包括至少一个换能元件1D阵列。至少一个换能元件1D阵列包括多个换能元件。多个换能元件中的第一换能元件具有第一变迹，多个换能元件中的第二换能元件具有第二变迹。第一变迹与第二变迹不同。换能器阵列还包括至少一个导电元件，与多个换能元件中的每个电连通。换能器阵列还包括至少一个电接触部，与所述至少一个导电元件电连通。至少一个电接触部通过至少一个导电元件同时寻址多个换能元件。

在另一个方面，一种方法包括借助换能器阵列来发射超声波形，所述换能器阵列包括被集成到换能器阵列的物理元件中的变迹。所述方法还包括借助换能器阵列来接收反射波。所述方法还包括处理所接收的反射波，以生成至少一幅图像。

在另一个方面，一种超声成像系统，包括换能器阵列，所述换能器阵列具有逐阵列可寻址的元件阵列，其包括具有不同变迹的至少两个元件。变迹是固定面积受控变迹、动态面积受控变迹、固定偏置受控变迹或动态偏置受控变迹其中之一。超声成像系统还包括发射电路，其将激励脉冲传送到换能器阵列。超声成像系统还包括接收电路，其从换能器阵列接收指示超声回波的信号。超声成像系统还包括波束形成器，其处理所接收的信号，生成超声图像数据。

本领域技术人员在阅读并理解了所附说明书后将认识到本申请的其它方面。

附图说明

以举例的方式例示本申请，而非被附图中的图所限制，在附图中相似的附图标记指示相似的元件，在附图中：

图1结合2D换能器阵列示意性地例示了用于发射或接收的现有技术行或列寻址；

图2结合2D换能器阵列示意性地例示了用于接收或发射的现有技术列或行寻址；

图3示意性地例示了现有技术的由点散射体反射的波与2D换能器阵列的1D阵列在三个不同时间点的相互作用；

图4图示性地例示了现有技术的在三个不同时间点中的第一时间点的图3的1D阵列的响应和输出；

图5图示性地例示了现有技术的在三个不同时间点中的第二时间点的图3的1D阵列的响应和输出；

图6图示性地例示了现有技术的在三个不同时间点中的第三时间点的图3的1D阵列的响应和输出；

图7结合图1-6的现有技术行-列寻址图示性地例示了主波瓣和重影波瓣；

图8示意性地例示了具有换能器阵列的示例性超声成像系统，该换能器阵列具有集成变迹；

图9结合矩形压电元件示意性地例示了固定面积受控变迹的示例；

图10结合矩形和三角形压电元件示意性地例示了固定面积受控变迹的示例；

图11结合压电2D换能器阵列示意性地例示了动态面积受控变迹的示例；

图12示意性地例示了CMUT 2D换能器阵列的示例；

图13结合CMUT 2D换能器阵列示意性地例示了固定面积受控变迹的示例；

图14结合CMUT 2D换能器阵列示意性地例示了动态面积受控变迹的示例；

图15结合CMUT 2D换能器阵列示意性地例示了偏置受控变迹的示例；

图16示意性地例示了具有被设定为旋转对称的2D Hann窗的九个变迹等级(level)的面积变迹的示例；

图17示意性地例示了用于图16的变迹的示例性掩模布局；

图18例示了借助任选的波束操纵实现均匀直线成像的集成固定面积变迹的示例；

图19结合图8和图17的行-列寻址图示性地例示了主波瓣；

图20例示了根据本文中所讨论的实施例的方法；以及

图21例示了用于使用结合图18所述变迹的CMUT的示例性掩模布局。

具体实施方式

图8示意性地例示了示例性超声成像系统800。

超声成像系统800包括换能器阵列802，其包括至少一个换能元件1D阵列804。至少一个换能元件1D阵列804被配置为在处于发射模式下时发射超声信号，并且在处于接收模式下时接收回波、反射波形等。在一个非限制性实例中，至少一个换能元件1D阵列804包括两个或更多个1D阵列的2D阵列。示例性2D阵列包括16x 16阵列、32x 32阵列、更大的阵列或更小的阵列。在另一个实施例中，至少一个换能器元件1D阵列804包括非方形的阵列，例如矩形阵列、圆形阵列和/或其它形状的阵列。在又一个实例中，换能元件阵列804仅包括单个换能元件1D阵列。

如下更详细说明的，至少一个换能器元件1D阵列804包括集成变迹，或者被集成在物理换能元件自身中且是其部分的变迹。在一个实例中，集成变迹，例如加权每个换能元件1D阵列的端部区域或外围区域，低于至少一个换能器元件1D阵列804的其它区域(例如，更中心的区域)。这可以减少或减轻伪像，例如，诸如结合图3-7所讨论的来自换能器阵列的边缘的重影伪像，和/或其它伪像。这种变迹的示例包括但不限于，面积(固定和动态的)和/或电压偏置(固定和动态的)受控变迹。这些方案可以结合不同类型的换能元件使用，例如压电、电容式微加工超声换能器(CMUT)和/或其它换能元件。

发射电路806生成脉冲，其激励至少一个换能器元件1D阵列804的预定组的被寻址1D阵列，以将一个或多个超声波束或超声波发出至扫描视场中。接收电路808从至少一个换能器元件1D阵列804的预定组的被寻址阵列接收回波或反射波，其响应于发射的超声波束或超声波与扫描视场中的(不动的和/或流动的)结构相互作用而生成。开关810在发射电路806与接收电路808之间切换，取决于在发射模式还是接收模式下操作换能器阵列802。在发射模式下，开关810将发射电路806电连接到至少一个换能器元件1D阵列804。在接收模式下，开关810将接收电路808电连接到至少一个换能器元件1D阵列804。

波束形成器812处理所接收的回波，例如通过施加时间延迟和权重、求和和/或以其它方式处理所接收的回波。在一个非限制性实例中，波束形 成器812包括用于至少一个换能器元件1D阵列804中的每个的单个子波束形成器。在另一个实例中，多于单个子波束形成器可以与1D阵列一起使用，和/或单个子波束形成器可以与两个或更多个1D阵列一起使用。扫描转换器814扫描转换波束形成的数据，将波束形成的数据(例如，图像)转换到显示器816的坐标系中，显示器视觉地显示数据。在一个实例中，数据被视觉地显示在交互式图形用户界面(GUI)中，其允许用户通过鼠标、键盘、触屏控制等来选择性地旋转、缩放和/或操纵所显示的数据。

控制器818基于至少一个换能器元件1D阵列804是在发射还是在接收等，来控制系统800的一个或多个部件，例如发射电路806或接收电路806、开关810中的至少一个。这种控制可以基于系统800的可用操作模式(例如，B模式、C模式、多普勒等)。用户界面820包括一个或多个输入设备(例如，按钮、旋钮、滑块、触控板等)和/或一个或多个输出设备(例如，显示屏、灯、扬声器等)。特定模式、扫描和/或其它功能可以由指示来自用户界面820的输入的一个或多个信号来启动。用户界面820还可以用于设定和/或改变参数，例如成像参数、处理参数、显示参数等。

在一个实例中，换能器阵列802是探头的部分，发射电路806、接收电路808、开关810、波束形成器812、扫描转换器814、控制器818、用户界面820和显示器816是控制台的部分。在其之间的通信可以通过有线(例如，电缆和机电接口)和/或无线通信信道。在这个实例中，控制台可以类似于具有用于超声成像的附加的硬件和/或软件的便携式计算机，例如膝上型电脑、笔记本电脑等。控制台可以对接到备案站(docketing station)和被使用。

可替换地，控制台可以是可以来回移动的移动或便携式车载系统的(固定或可拆装)部分，该车载系统具有车轮、小脚轮、滚轮等。在这个实例中，显示器816可以与控制台分离并通过有线和/或无线通信信道连接到控制台。在车包括对接接口的情况下，膝上型电脑或笔记本电脑类型的控制台可以与车接合和被使用。在于2009年11月17日提交的名称为“Portable ultrasound scanner”的美国公开2011/0118562A1中说明了其中可以选择性地安装和移除控制台的车载系统的示例，该公开以全文引用的方式并入本文中。

可替换地，换能器802、发射电路806、接收电路808、开关810、波束形成器812、扫描转换器814、控制器818、用户界面820和显示器816全都容纳和封装在手持超声装置内，具有机械地支撑和/或遮蔽内部的部件的外壳。在这个实例中，换能器812和/或显示器816也是外壳的部分，在结构上被集成或是手持超声装置的表面或端部的部分。在于2003年3月6日提交的名称为“Intuitive Ultrasonic Imaging System and Related Method Thereof”的美国专利7,699,776中说明了手持设备的示例，该美国专利以全文引用的方式并入本文中。

如以上简要论述的，至少一个换能器元件1D阵列804包括集成变迹，包括但不限于，固定面积受控变迹、动态面积受控变迹、固定偏置受控变迹和动态偏置受控变迹。下面论述这些中的每个的非限制性示例。

图9、10和11示出了面积受控变迹的示例，其中，换能器阵列802包括压电换能器阵列。图9例示了固定面积受控变迹，其中，元件包括矩形元件。图10例示了固定面积受控变迹，其中，元件包括矩形元件和非矩形元件。图11例示了动态面积受控变迹。通常，面积受控变迹指代基于至少一个换能器元件1D阵列804中的每一个的每个元件的换能表面的物理面积的变迹。借助于面积控制器变迹，对于每个换能元件在接收期间产生的信号和传送压力(transmit pressure)随换能元件的物理表面积缩放。

出于清楚和解释性目的，阵列802的第一方向900在本文中称为行，阵列802的第二方向902在本文中称为列，将第一方向认为是发射方向，将第二方向认为是接收方向。然而，方向900和902分别可以可替换地指代列和行和/或接收和发射。通常，第一方向900和第二方向902是不同方向，大致垂直，如图9中所示的，或者以其它方式有角度偏移。而且，可以在多于一个方向上执行发射和/或接收。

首先参考图9，换能器阵列802包括N x M个换能元件904(或元件904_1,1,…,904_N,M，其中，N和M是正整数)。在一个实例中，N＝M。在另一个实例中，N≠M。换能器阵列802还包括N个电接触部906₁,…,906_N，以及M个电接触部908₁,…,908_M。

阵列902还包括导电元件910₁，其将电接触部906₁电连接到元件904_1,1,…,904_1,M中的每个元件，形成行线元件912₁。类似地，导电元件910₂, 910₃,910₄,….910_N将电接触部906₂,906₃,906₄,….906_N分别电连接到元件904_2,1,…,904_2,M,904_3,1,…,904_3,M,904_4,1,…,904_4,M,…904_N,1,…,904_N,M，形成行线元件912₂,912₃,912₄,…,912_N。

行线元件912₁,912₂,912₃,912₄,…,912_N中的每个都经由相应的导电元件906₁,906₂,906₃,906₄,….906_N来寻址。例如，在导电元件906₁处的激励信号激励整个行线元件912₁，或者元件904_1,1,…,904_1,M,…，在导电元件906_N处的激励信号激励整个行线元件912_N，或者元件904_N,1,…,904_N,M。在另一个示例中，从导电元件906₁接收信号是从整个行线元件912₁，或者元件904_1,1,…,904_1,M,…接收信号，从导电元件906_N接收信号是从整个行线元件912_N，或者元件904_N,1,…,904_N,M接收信号。

阵列902还包括导电元件914₁，其将电接触部908₁电连接到904_1,1,…,904_N,1中的每个，形成列线元件916₁。类似地，导电元件914₂,914₃,914₄,….914_M将电接触部908₂,908₃,908₄,….908_N分别电连接到元件904_2,1,…,904_2,M,904_3,1,…,904_3,M,904_4,1,…,904_4,M,…904_N,1,…,904_N,M，形成列线元件916₂,916₃,916₄,…,916_N。

列线元件916₁,916₂,916₃,916₄,…,916_M中的每个都经由相应的导电元件908₁,908₂,908₃,908₄,….908_M来寻址。例如，在导电元件908₁处的激励信号激励整个列线元件916₁，或者元件904_1,1,…,904_N,1,…，在导电元件908_M处的激励信号激励整个列线元件916_M，或者元件904_1,M,…,904_N,M。在另一个示例中，从导电元件908₁接收信号是从整个列线元件916₁，或者元件904_1,1,…,904_N,1,…读取信号，从导电元件908_N接收信号是从整个列线元件916_M，或者元件904_1,M,…,904_N,M读取信号。

在阵列802的中心区域处的第一组元件918均具有第一面积A₁(W₁*L₁)。沿阵列802的周边或外围布置的第二组子元件920(其不包括第一组918)均具有第二面积A₂(W₂*L₂)。被布置在阵列802的角处的第三组子元件922均具有第三面积A₃(W₃*L₃)。然而，这个结构不是限制性的。例如，在另一个实施例中，可以存在较多的组或较少的组和/或不同的组。而且，在图9中，全部三个组918、920和922的元件都是矩形或方形的，在另一个实施例中，子元件中的至少一个是其它形状的，例如圆形、椭圆形、三角形、六边形等。

在所示实施例中，W₁>W₂≈W₃并且L₁≈L₂>L₃。然而，这个结构不是限制性的。通常，每个元件的宽度(W)和长度(L)使得A₁>A₂>A₃。响应于具有面积A(或W*L)的元件的激励信号(例如，电压脉冲)而传送的压力输出(传送的压力)是P。因而，具有面积A₁的第一组元件918归因于激励信号的压力输出是P₁。具有面积A₂的第二组元件920归因于激励信号的压力输出是P₂，其中，P₂＝αP₁，其中，α＝A₂/A₁。具有面积A₃的第三组元件归因于激励信号的压力输出是P₃，其中，P₃＝βP₁，其中，β＝A₃/A₁。

具有面积A的元件的信号输出是S，该信号输出是由元件响应于入射声波撞击于其上而生成的。因而，具有面积A₁的第一组元件918归因于撞击声波的信号输出是S₁。具有面积A₂的第二组元件920归因于撞击声波的信号输出是S₂，其中S₂＝αS₁，其中，α＝A₂/A₁。具有面积A₃的第三组元件922归因于撞击声波的信号输出是S₃，其中S₃＝βS₁，其中，β＝A₃/A₁。

在这个结构中，在发射和接收期间生成的信号和/或传送压力随每个元件的换能面积而缩放。在所示实施例中，从第一组元件918到第二组元件920再到第三组元件922，该缩放按比例缩小在接收期间生成的信号和传送压力。因而，特定行线元件或列线元件包括固定的离散面积受控变迹。这种变迹有效地减权(down weight)由每个行线元件和/或列线元件在其端部处(在发射期间)传送的输出压力以及(在接收期间)生成的电信号，减轻或减少由边缘元件引入的重影伪像。

图9中所示的结构可以通过切割、丝网印刷(其中，每个单元的布局由掩模限定)和/或其它方案来形成。切割非常适于构建图9中所示的矩形子元件。由于压电元件的谐振频率由高度给定，所以可以自由地调节面积，而无需改变每个子元件的操作频率。这个结构允许改变单个线元件的发射/接收的信号。对于发射，不必改变激励脉冲的幅值，所以可以使用单个幅值的固定激励脉冲波形。仅需要相位控制以允许波束的聚焦和操纵。

图10示意性地例示了图9中的换能器阵列802的变型，其中，第二组元件920的几何形状不是矩形，并且变迹线性地缩放(而不是离散地缩放)由外围元件(在发射期间)传送的输出压力和(在接收期间)生成的电信号。在这个示例中，这通过三角形几何形状的第二组元件920来实现，其 中，变迹在朝向外围的方向上减小。同样，本文还设想了诸如六边形、不规则形状、圆形等之类的其它几何形状。丝网印刷非常适于这些形状。图10的结构还不包括第三组922或角元件904_1,1,904_N,1,904_1,M和904_N,M。在另一个变型中，变迹可以以非线性方式缩放，例如在外部子元件的几何形状是非线性的情况下。而且，第一组916也可以具有非线性几何形状。

图11示出了换能器阵列802的单个元件904的动态面积受控变迹的示例。在图11中，单个元件904包括3x 3排列的压电子元件1102，其包括子元件1102的第一行1104₁，子元件1102的第二行1104₂，和子元件1102的第三行1104₃，每一行都包括三个子元件1102，及子元件1102的第一列1106₁，子元件1102的第二列1106₂，和子元件1102的第三列1106₃，每一列都包括三个子元件1102。

行电极1108与第二行1104₂的子元件1102电连通。第一多个开关1110和1112分别将第一行1104₁的子元件1102和第三行1104₃的子元件1102选择性地电连接到行电极1108。因而，所示元件904的面积可以在三个不同的离散面积等级之间行间(row-wise)动态地改变。等级包括：仅第二行1104₂；第二行1104₂以及第一行1104₁或第三行1104₃，以及全部三行。

列电极1114与第二列1106₂的子元件1102电连通。第二多个开关1116和1118分别将第一列1106₁的子元件1102和第三列1106₃的子元件1102选择性地电连接到列电极1114。因而，所示元件904的面积可以在三个不同的离散面积等级之间列式动态地改变。等级包括：仅第二列1106₂；第二列1106₂以及第一行1106₁或第三行1106₃，以及全部三列。

组合行与列的切换，所示元件904的面积可以在九个不同的离散面积等级之间动态地改变。这包括仅中心的子元件1102直到全部的子元件1102。

通常，如果行i中启用的开关的数量表示为k_i，列j中启用的开关的数量表示为k_j，则元件(i；j)的面积变迹A为A(i；j)＝k_i>

图12、13和14示出了面积受控变迹的示例，其中，换能器阵列802包括CMUT换能器阵列。图12示出了CMUT换能器阵列802的子部分。 图13示出了固定面积受控变迹的示例。图14示出了动态面积受控变迹的示例。

在图12中，换能器阵列802的子部分包括在一个方向1206上的两个线元件1202和1204以及在不同的方向1216上的四个线元件1208、1210、1212和1214。元件904包括X x Y个单元1218，其中，X和Y是正整数，并且X＝Y或X≠Y。不同元件904可以具有相同或不同数量的单元1218。

在图13中，X＝Y＝5，被布置为5x 5矩阵，或25个元件904。为了清楚和解释性目的，仅提供了单个元件904和元件904的单个单元1218的附图标记。对于其它部件，可以参考图9的描述。在图13中，每个元件904的换能面积被位于元件904中的单元1218的数量固定。即，具有为另一个元件904的两倍的单元1218的数量的元件904会具有为该另一个元件904的两倍的换能面积。

以举例的方式，对于行线元件912₁，元件1,1包括单个单元1218，元件1,2包括两个单元1218，元件1,3包括三个单元1218，元件1,4包括两个单元1218，元件1,5包括一个单元1218。因而，元件1,2和元件1,3具有元件1,1和元件1,4的两倍的换能面积，元件1,3具有元件1,1和元件1,4的三倍的换能面积。在这个实施例中，对于列线元件916₁，也遵循类似的模式。即，元件1,1包括单个单元1218，元件2,1包括两个单元1218，元件3,1包括三个单元1218，元件4,1包括两个单元1218，元件5,1包括一个单元1218。

如所示实施例中示出的，中心元件3,3包括9个单元1218。相邻于中心元件3,3的元件(元件3,2；元件2,3；元件4,3；元件3,4)均包括5个单元1218。在元件3,3的角处的元件(元件2,2；元件4,2；元件2,4；元件4,4)均包括4个单元1218。沿外围及在角处的元件包括少于4个单元1218。在这个结构中，变迹根据从中心元件3,3到其它元件904中的每个的距离从中心元件3,3转降到边缘元件。同样，这具有减权边缘子元件，减轻由此引入的重影伪像的效果。每个元件904的几何形状可以相同或不同。

通常，每个单元1218的大小由换能器阵列802的所希望的基础谐振频率来确定。通过改变每个元件904的单元1218的数量来调节元件904的有效面积或换能面积。在图13中的几何形状中，元件3,3具有九(9)个离散的变迹等级，其它元件907具有少于九个离散变迹等级，或者由单元1218 的数量确定的数量的离散变迹等级。给定的换能器元件904间距和单元1218间距限定了每个元件904的单元的最大数量，使得变迹分布(profile)离散为一定数量的等级，该数量等于每个元件904的单元的最大数量。

图14示出了动态面积受控变迹的示例。在图14中，单个元件904包括3x 3排列的CMUT单元1218，其包括CMUT单元1218的第一行1402₁，CMUT单元1218的第二行1402₂，和CMUT单元1218的第三行1402₃，每一行都包括三个CMUT单元1218，以及CMUT单元1218的第一列1404₁，CMUT单元1218的第二列1404₂，和CMUT单元1218的第三列1404₃，每一列都包括三个CMUT单元1218。

行电极1406与第二行1402₂的单元电连通。第一多个开关1408和1410分别将第一行1402₁的单元和第三行1402₃的单元选择性地电连接到行电极1406。因而，所示元件904的面积可以在三个不同的离散面积等级之间行间动态地改变。等级包括：仅第二行1402₂；第二行1402₂与第一行1402₁或第三行1102₃，以及全部三行。

列电极1416与第二列1404₂的单元电连通。第二多个开关1412和1414分别将第一列1404₁的单元和第三列1404₃的单元选择性地电连接到列电极1416。因而，所示元件904的面积可以在三个不同的离散面积等级之间列式动态地改变。等级包括：仅第二行1404₂；第二行1404₂与第一行1404₁或第三行1404₃，以及全部三行。

组合行与列的切换，所示元件904的面积可以在九个不同的离散面积等级之间动态地改变。这包括仅中心的CMUT单元1218直到全部CMUT单元1218。类似于图11的压电元件904，如果行i中启用的开关的数量表示为k_i，列j中启用的开关的数量表示为k_j，元件(i；j)的面积变迹A就为A(i；j)＝k_i>

图15结合CMUT换能器阵列802示出了偏置受控变迹的示例。出于清楚和解释性目的，这个示例包括6x 6阵列。然而，会理解，本文设想了更大或更小的阵列及非方形阵列。还会理解，同样出于解释性目的而非限制性地提供了所示的电压电平；本文设想了其它电压电平。

换能器阵列802包括电接触部906₁,…,906₆，每个都经由导电元件910₁,…,910₆电连接到将多个元件904，形成行线元件912₁,…,912₆。阵列802还包括电接触部908₁,…,908₆，每个都经由导电元件914₁,…,914₆电连接到多个元件904，形成列线元件916₁,…,916₆。

在这个示例中，换能器阵列802还包括第一组直流(DC)电压源1502₁,…,1502₆，和第二组DC电压源1504₁,…,1504₆。第一组DC电压源1502₁,…,1502₆分别电连接到电接触部906₁,…,906₆，第二组DC电压源1504₁,…,1504₆分别电连接到电接触部908₁,…,908₆。

DC电压在阵列802的子元件上生成了电压差的图。通常，如果被施加到第i行的DC偏置电压表示为r(i)，被施加到第j列的DC偏置电压表示为c(j)，那么元件(i；j)的偏置电压就由V_DC(i；j)＝|r(i)-c(j)|给出。由于对于给定操作频率，个体子元件的变迹在功率缩放方面仅是V_DC(i；j)的函数，所以DC偏置控制允许在整个2D阵列上应用任何变迹分布，该2D阵列可以被描述为两个任意的离散1D函数的总和。

由于变迹等级的数量不受每个子元件的单元的数量的限制，所以DC偏置电压可以采用任何等级。偏置受控变迹可以被实施为固定变迹或动态变迹。在第一种情况下，可以邻近于换能器实施简单的分压器电路，并且变迹分布是固定的，但变迹等级是连续的。对于动态DC偏置，必须设计略微较复杂的电子电路；然而，通常仅需少量的预定的变迹分布，所以这些可以是预编程的并且由外部IC在其之间切换。

在动态DC偏置电压控制变迹中，时间增益补偿可以直接集成到换能器阵列802中。通过在接收期间提高DC偏置电压，对来自换能器阵列802的信号有效地进行了时间增益补偿，并且仅需信号的较弱的随后时间相关的放大。

图16和17例示了垂直于阵列802的对称轴的集成固定面积变迹的示例。在这个实例中，通过将旋转对称的变迹分布应用于换能器，来实现对来自位于与换能器垂直的对称轴上的点散射体的重影回波的抑制。对于每个子元件具有9个单元的CMUT阵列，有九(9)个变迹等级。图16中示出了32x 32阵列上具有9个等级的离散形式的2D Hann窗，图17中示出了CMUT阵列的相应掩模布局。其它适合的窗包括但不限于，汉明、线性、 高斯和/或其它离散和/或连续的窗。

对于远离与换能器垂直的对称轴的点散射体，主回波会衰减，因为减小了直接位于其下面的子元件的有效面积。结果，得到的图像会具有根据点散射体与对称轴的距离而减小的性噪比(SNR)。为了解决这个问题，提出了第二种布局。

图18例示了借助任选的波束操纵实现均匀直线成像的变迹的示例。使用固定面积变迹作为示例，图18中的布局由其中全部元件都具有相同(最大)有效面积的2-D行-列寻址阵列1800组成。在线元件的每个端部上，附接了变迹元件1802，其中，有效面积从邻近线元件的全有效面积逐渐减小到在相对端部(整个阵列的边缘)处的零有效面积。借助这个方案，使用直线成像来被成像的所有点散射体都将经受到相同的变迹，展现相同的SNR。通常，图18中的布局可以结合面积变迹(例如，图21的示例)、偏置变迹、阻尼材料和/或变迹来使用。在Demore等的“Real-Time Volume Imaging Using a Crossed Electrode Array”(IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,vol.56,no.6,June 2009)中论述了阻尼材料。

通过修改可以采用波束操纵：如果关断位于波束操纵方向上的变迹元件，来自安置的点散射体的主回波将首先到达线元件的非变迹部分，因此导致全幅值响应。如果没有施加DC偏置，则可以忽略来自CMUT的发射/接收信号。通过将四个单独的DC偏置源提供给位于阵列四个侧面上的变迹元件(或提供四个开关，使用浮动接地，等等)，可以在这四组中接通和关断变迹元件。

图21例示了示例性掩模布局2100。与结合图16和图17论述的其中阵列包括旋转对称变迹分布的实施例相反，这个布局并非相对于垂直于阵列802的轴旋转对称。相反，采用与仅位于每个1D阵列的端部处的变迹元件相同的变迹图案(pattern)。

在所示示例中，每个1D阵列都是线元件，其包括第一端部、第二端部以及在其间的中间区域，变迹仅位于每个1D阵列的第一端部区域和第二端部区域处，而不在每个1D阵列的中间区域处。所示的掩模布局2100包括列接触部2102和行接触部2104。

掩模布局2100还包括第一组列变迹元件2106和第二组列变迹元件2108。掩模布局2100还包括第三组行变迹元件2110和第四组行变迹元件2112。如所示的，第一组变迹元件2106、第二组变迹元件2108、第三组变迹元件2110和第四组变迹元件2112仅位于每个1D阵列的第一端部和第二端部处，而不在1D阵列的中间区域处。

掩模布局2100还包括到第一组2106中的变迹元件的第一行接触部2114，和到第二组2108中的变迹元件的第二行接触部2116。掩模布局2100还包括到第三组2110中的变迹元件的第三列接触部2118，和到第四组2112中的变迹元件的第四列接触部2120。

掩模布局2100还包括非变迹区域2122，其仅对应于1D阵列的中间区域，而不对应于1D阵列的第一端部和第二端部。在这个示例中，非变迹区域2122是以阵列的中心为中心的矩形区域，在第一组变迹元件2106、第二组变迹元件2108、第三组变迹元件2110和第四组变迹元件2112的边界内的中心区域中。

掩模布局2100示出芯片边沿2124内部。角区域2126不包括任何元件。角区域2126是矩形的。每个角区域2126的一侧相邻于经变迹的行元件。每个角区域2126的另一侧相邻于经变迹的列元件。两侧在相应的角区域2126相邻于非变迹的区域2122的角处相交。

图19结合在本文中例如结合图8-18所述的行-列寻址图示性地例示了换能器阵列208的输出。依据图19，输出仅包括主波瓣1900(没有重影波瓣)。出于对比目的，图7图示性地例示了结合图1和2所讨论的行-列寻址。在图7中，输出包括主波瓣702以及重影波瓣704和706。

在上文中，注意力集中在利用行-列寻址的2-D换能器阵列。然而，由于2-D行-列寻址阵列实质上是彼此正交的两个1-D阵列，所以所描述的变迹技术和时间增益补偿也可以适用于1-D阵列。对于不包含应用发射变迹所需的额外电子器件的低端超声扫描仪，可以使用这些技术在换能器中直接实施静态变迹。

这些技术的另一个可能的用途是通过在平面外的方向上对1-D阵列进行变迹来提高平面外的性能。这个平面外变迹可以是固定的或者动态的。如果变迹是固定的，它不会影响超声扫描仪如何使用换能器，也不会导致 额外的连接。固定面积受控变迹可以包含在CMUT和压电换能器两者中。在1-D压电阵列中，例如可以通过加宽晶体中的切割槽来改变固定面积变迹。

图20例示了示例性方法。

会理解，出于解释性目的而非限制性地提供了以下操作。因而，可以省略操作中的一个或多个，可以增加一个或多个操作，一个或多个操作可以以不同顺序(包括与另一个操作同时地)出现等。

在2002处，接收发射模式信号，将包括具有集成变迹的至少一个换能元件1D阵列的换能器阵列设置在发射模式下。

在2004处，任选地，在变迹是动态的情况下，接收发射变迹图案信号，设定发射变迹图案。

在2006处，由换能器阵列接收激励信号。

在2008处，响应于接收到激励信号，至少一个换能元件1D阵列发射超声波。

在2010处，接收到接收模式信号，将换能器阵列设置在接收模式下。

在2012处，任选地，在变迹是动态的情况下，接收到接收变迹图案信号，设定接收变迹图案。

在2014处，由所述至少一个换能元件1D阵列或另一个所述至少一个换能元件1D阵列来接收响应于发射的超声波与结构的相互作用而生成的反射波。

在2016处，接收反射波的至少一个换能元件1D阵列生成指示其的信号。

在2018处，处理生成的信号，至少基于其生成图像。

本文所述的方法可以借助于一个或多个计算机处理器(例如，微处理器、中央处理单元(cpu)等)来实施，该计算机处理器执行被编码或包含在计算机可读储存介质(其不包括暂时性介质)上的一个或多个计算机可读指令，该计算机可读储存介质例如是物理存储器，其使得一个或多个处理器执行各种操作和/或其它功能和/或操作。另外或者可替换地，一个或多个处理器可以执行由诸如信号或载波之类的暂时性介质加载的指令。

参考各实施例说明了本申请。本领域技术人员在阅读本申请后将想到 修改和变更。其意图是本发明应被解释为包括所有的这些修改和变更，包括到它们属于所附权利要求书及其等效形式的范围内的程度。