CN106999163B - 具有交错列的微加工超声换能器的导管换能器 - Google Patents

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Abstract

一种CMUT换能器阵列包括在至少一个硅岛上的第一列(58)间隔的CMUT单元，在至少一个另外的硅岛上的第二列(58)间隔的CMUT单元，所述第二列与所述第一列交错地排列，使得所述第二列的单元部分地设置于所述第一列的连续单元之间的空间内，所述第一列和所述第二列由间隙间隔开；以及保持各硅岛的柔性箔，所述柔性箔包括导电互连。

Description

具有交错列的微加工超声换能器的导管换能器
技术领域
本发明涉及医学诊断超声成像，尤其涉及使用电容式微加工超声换能器(CMUT)的超声成像导管。
背景技术
血管内(例如心脏内)超声成像导管用于检查身体的脉管系统、心脏、和周围组织及器官。在正检查脉管系统及其结构时，目标解剖结构通常非常靠近声孔径且仅需要有限的声穿透。这些应用在缓解穿透需求的同时需要高频换能器来最大化分辨率。对于阵列换能器来说，这意味着阵列换能器元件应具有小的节距、相邻元件的中心至中心间隔，从而减少光栅瓣和产生的图像杂波。对于压电换能器，所述节距通常受切割工艺的限制。然而，微加工超声换能器(MUT)阵列能够做的非常小，因为它们通过半导体工艺制成。因此，在将CMUT和MUT装置用于换能器阵列时，通常能够获得更小的节距值。在所述阵列需要在导管(其被确定尺寸以穿过心血管系统)的末端上制造时，MUT装置的小尺寸对于心脏内导管来说是有利的。但是，其他导管应用需要对更远的器官和结构成像。对于这些应用，需要更大的穿透并且频率可以低于近场对象。更大的穿透需要更大的透射声压，这由高密度阵列来最佳地满足。更高密度的阵列元件改进了近场和远场两者的性能。因此，期望的是能够非常紧密地间隔相邻的MUT元件，从而改进节距需求、能量需求、灵敏度、以及成像性能。心脏内导管提供了超出它们的小尺寸需求的更大挑战，也就是换能器阵列通常需要被弯曲以缠绕在导管的圆柱形末端周围。此类换能器阵列有时被称为侧视阵列。
EP 2 455 133 A1在图7中公开了一种导管，其包括CMUT阵列形成的这种侧视布置结构，其中每个阵列通过电连接条带与相邻的阵列分开，这有利于该布置结构缠绕在导管周围。尽管这种布置结构能够有效地用于高强度聚焦的超声应用(其中周围组织能够利用超声进行处理)，但该布置结构较不适用于相邻阵列之间的不连续性负面地影响成像质量和分辨率的成像应用。此外，CMUT阵列通常安装在矩形的刚性硅岛上。
发明内容
本发明力图提供一种CMUT换能器阵列，其能够缠绕在导管周围且利用该阵列有利于改进成像。
本发明还力图提供一种包括该CMUT换能器阵列的导管。
本发明又力图提供一种包括该导管的超声成像系统。
根据一方面，提供了一种CMUT换能器阵列，其包括在至少一个硅岛上的第一列间隔的CMUT单元；在至少一个另外的硅岛上的第二列间隔的CMUT单元，所述第二列与所述第一列交错地排列，使得所述第二列的单元部分地处于所述第一列的连续单元之间的空间中，所述第一列和所述第二列由间隙间隔开；以及保持各硅岛的柔性箔，所述柔性箔包括导电互连。
根据本发明的原理，用于心脏内导管或血管内导管的这种超声换能器CMUT单元阵列以交错行的CMUT元件形成。通过使所述列交错，一列的单元能够穿插在相邻列的单元之间，这提供了在两个操纵方向上的较小阵列节距而无需增加在非操纵方向上的节距。为了能够使用于弯曲阵列和导管应用的阵列弯曲，所述阵列的元件以每个硅岛只有一个或数个单元的方式制造于硅岛上，并且所述硅岛通过整体柔性箔覆层连接，这利于CMUT单元的连续的侧视阵列完整地缠绕在3维主体周围，例如，圆柱体，比如在阵列域之间没有间断的导管护套。因此，这有利于超声图像的生成，其具有改进的图像质量和减少的图像伪影，诸如由于CMUT单元之间缩小的节距引起的光栅瓣。
在尤其有利的实施方式中，所述第一列间隔的CMUT单元设置于具有对置的弯曲边缘的第一硅岛上，每个边缘围绕所述CMUT单元中的一个朝外弯曲且朝内弯曲进入所述CMUT单元之间的空间内；所述第二列间隔的CMUT单元设置于具有对置的弯曲边缘的第二硅岛上，每个边缘围绕所述CMUT单元中的一个朝外弯曲且朝内弯曲进入所述CMUT单元之间的空间内；以及所述第一硅岛被布置成与所述第二硅岛相邻以使得所述第一硅岛的朝外弯曲的边缘部插入所述第二硅岛的朝内弯曲的边缘部中。
这种阵列受益于由承载多个(即一列)CMUT单元的每个硅岛提供的结构整体性，其中所述硅岛的形状有利于所述硅岛的尤其密集的封装，以产生CMUT单元的交错阵列。另外，由于所述硅岛可沿导管的长度布置，所产生的换能器阵列组合了所述阵列的良好结构完整性和优良柔性。
在一个实施方式中，所述第一硅岛和所述第二硅岛各自包括一对所述列间隔的CMUT单元，其中所述一对中的列是交错的。这限制了所述阵列中分离的硅岛数量，同时由于各硅岛的有限宽度而仍提供所述阵列的优良柔性。
所述柔性箔可在整个阵列上延伸，进而将单个硅岛保持在一起，同时为所述阵列提供其预期的柔性。可替代地，为了进一步增加单个硅岛相对于彼此的柔性，所述柔性箔可以是包括多个柔性桥接件的图案化箔，每个柔性桥接件在相邻硅岛之间的间隙上延伸。例如，这利于在多个方向上弯曲所述阵列，例如，形成凸起或凹入的换能器阵列。
每个柔性桥接件可包括导电互连以将相邻硅岛彼此电气地互连，即连接相邻硅岛的CMUT单元。
每个导电互连可包括金属层，所述金属层嵌入在聚合物层或聚合物叠层中以提供与金属层的电气绝缘。
在至少一些实施方式中，所述金属层包括铝。这具有金属层可以在不需要对现有半导体制造工艺(例如CMOS制造工艺)进行大的重新开发的情况下来制造的优点，这是因为铝经常用于这些工艺中。
根据另一方面，提供了一种导管，其包括外护套和任一上述实施方式的CMUT换能器阵列，所述CMUT换能器阵列缠绕在所述外护套周围，使得所述阵列的各行在所述导管的长度方向上延伸。该导管受益于改进的成像能力，这是由于缠绕在其外护套周围的CMUT换能器阵列的连续属性造成的。
所述导管可另外地包括处于所述导管的远端、例如所述导管的远侧末端处的另一CMUT换能器阵列，以进一步增强所述导管的成像能力。例如，该导管能够与所述另一CMUT换能器阵列生成前视图像以及与所述CMUT换能器阵列生成360°图像。
在一些实施方式中，所述导管可以是心脏内导管或血管内导管。
根据另一方面，提供了一种超声成像系统，其包括患者接口模块和根据任一上述实施方式的导管。该超声成像系统能够生成尤其高质量的超声图像。
所述超声成像系统可进一步包括微波束成形器，其联接至所述CMUT单元且适于在行的方向上操纵超声波束；以及DC偏置电路，其中所述微波束成形器和所述DC偏置电路中的至少一个容纳于所述患者接口模块中。所述偏置电路可适于以塌陷模式操作所述CMUT单元。通过以塌陷模式操作所述CMUT单元，能够通过所述超声换能器阵列生成改进的输出压力以及成像深度。
附图说明
在附图中：
图1是典型的悬浮膜CMUT换能器单元的剖面图；
图2是以塌陷模式操作的CMUT单元的剖面图；
图3是MUT单元的行和列对称布置的MUT阵列；
图4是MUT阵列的平面图，该MUT阵列被构造成具有交错行的单元，其中相邻行和列的单元彼此穿插；
图5示出了相邻单元的硅岛的柔性互连制造中的步骤；
图6示出了CMUT的相邻交错行作为单行换能器元件的操作；
图7示出了缠绕成圆柱形构造时的图6的CMUT阵列；
图8是适于与本发明的交错的CMUT单元阵列一起使用的超声成像系统的框图；
图9是本发明的MUT阵列的平面图，其中每个单元设置于其自己的硅岛上，且具有通过柔性金属桥接件连接的柔性箔覆层；
图10是本发明的MUT阵列的平面图，其中多个单元设置于每个硅岛上，且具有通过柔性金属桥接件连接的柔性箔覆层。
具体实施方式
CMUT最初被构造成以现在已知为悬浮或“未塌陷(uncollapsed)”的模式进行操作。参照图1，以截面图示出典型的未塌陷的CMUT换能器单元10。CMUT换能器单元10与诸如硅的衬底12上的多个类似的相邻单元一起制造。可以由氮化硅制成的膜片或者膜14由绝缘支撑体16支撑在衬底上方，该绝缘支撑体16可以由氧化硅或者氮化硅制成。膜和衬底之间的腔室18可以是空气或者气体填充的，或者完全或部分抽空。诸如金的导电薄膜或层20在该膜片上形成电极，并且类似的薄膜或者层22在衬底上形成电极。由介电的腔室18分隔开的这两个电极形成电容。在声学信号使膜14振动时，能够检测电容的变化，从而将声波换能为相应的电信号。相反，施加到电极20、22的交流信号将调制该电容，使该膜移动并且由此传输声信号。
图2是以塌陷模式操作的CMUT单元的示意性截面图。CMUT单元包括诸如硅的衬底层12、衬底电极22、膜层14和膜电极环28。在该示例中，电极22是圆形构造的并且嵌入在衬底层12中。另外，膜层14相对于衬底层12的顶部表面固定并且被构造/确定尺度以在膜层14和衬底层12之间限定球形或者圆柱形的腔室18。所述单元及其腔室18可以限定替代的几何形状。例如，腔室18能够限定矩形和/或方形截面、六边形截面、椭圆截面、或者不规则截面。
底部电极22典型地利用附加层(未示出)在其腔室面对的表面上绝缘。优选的绝缘层是形成在衬底电极上方和膜电极下方的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介电层。ONO-介电层有利地减少了电极上的电荷累积，该电荷累积会导致器件的不稳定性以及声学输出压力的漂移和降低。在Klootwijk等人于2008年9月16日提交的发明名称为“电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasound transducer)”的欧洲专利申请No.08305553.3中详细讨论了在CMUT上制造ONO-介电层。对于比未塌陷器件更易受到电荷保持影响的塌陷模式的CMUT，期望使用ONO-介电层。可替代地，所述介电层可包括高k介电质，诸如氧化铝或氧化铪。所公开的部件可以由CMOS兼容材料制造，例如Al、Ti、氮化物(例如，氮化硅)、氧化物(各种等级)、四乙基原硅酸盐(TEOS)、多晶硅等。在例如CMOS制造中，可以通过化学气相沉积形成氧化物和氮化物层并且通过溅射工艺放置金属(电极)层。适合的CMOS工艺是原子层沉积(ALD)、LPCVD和PECVD，后者具有小于400℃的相对低的操作温度。
用于制造所公开的腔室18的示例性技术包括在添加膜层14的顶部表面之前在膜层14的初始部分中限定出腔室。其它制造细节可以在美国专利No.6,328,697(Fraser)中找到。在图2所示出的示例性实施方式中，圆柱形的腔室18的直径大于圆形构造的电极板22的直径。电极环28可以具有与圆形构造的电极板22相同的外径，尽管并不要求这样的一致性。因而，在本发明的示例性实施方式中，电极环28相对于膜层14的顶部表面固定，从而与下方的电极板22对准。
在图2中，所述CMUT单元的膜层被偏置到塌陷状态，其中膜片14与腔室18的底面接触。这通过向两个电极施加DC偏置电压来实现，该DC偏置电压由施加到电极环28的电压VB和施加到衬底电极22的基准电势(接地)指示。尽管电极环28也能够形成为中心没有孔的连续盘，但是图2示出这不是必需的原因。在如图所示将膜14偏置到其预塌陷的状态时，所述膜的中心与腔室18的底面接触。由此，膜14的中心在CMUT的操作期间不移动。而是，膜14的位于腔室18的剩余开放空隙的上方并且位于环电极下方的外围区域移动。通过将膜电极28形成为环，所述装置的电容上板的电荷位于所述CMUT的在CMUT作为换能器操作时表现出运动和电容变化的区域上方。因而，改进了CMUT换能器的耦合系数。
图3是圆形CMUT单元50的二维阵列的平面图。该阵列被构造成CMUT单元的行56和列58对称排列的传统方式。在该示例中，每列58覆盖有包含嵌入的金属迹线的整体柔性箔，这允许所述列弯曲成圆形形状。将在下文中更加详细描述所述柔性箔。在该示例中，所述阵列被确定尺度以在行方向和列方向上具有相同的节距，如由指示列方向上的节距的箭头52和指示行方向上的节距的箭头54所指示的。
图4是根据本发明的原理构造的二维阵列的平面图。如图4中所示，CMUT单元的行56和列58交错地排列，这本身是众所周知的。该示例中的交错地排列通过增加列方向上的CMUT单元之间的间隔55来调节，这使得相邻的列和行彼此进一步穿插。在一个实施方式中，间隔55至少是CMUT单元50的直径D。在所示的示例中，所述单元如此紧密地穿插以使得在行或列方向上从单元至单元的切线将实际上与相邻交错的行或列的单元相交。CMUT单元50的穿插允许在不需要增加CMUT单元50的竖直间隔(即在列方向上)的情况下增加换能器阵列内的CMUT单元的密度，至少达到实现CMUT单元50的最密集封装的点。超出该点，在列方向上的连续的CMUT元件之间的节距可如箭头55所示增加，以利于水平间隔的进一步减小，如箭头57和59所示，但这将减少换能器阵列的整体CMUT密度。至少在其最密集封装上，图4的CMUT阵列具有与图3的CMUT阵列相比更大的单元密度。
在图4中，CMUT单元50的每列58设置于分离的硅岛上，即分离的硅片。各硅岛的特征在于在列58的长度方向上、即沿列58具有弯曲的边缘结构，其中边缘部58A围绕CMUT单元50朝外弯曲且边缘部58B朝内弯曲进入列58中相邻CMUT单元50之间的空间内。换言之，列58在列方向上具有波形对置的边缘，其中波峰与CMUT单元50重合且波谷与CMUT单元50之间的间隔55重合。
相邻的列58被布置成使得其硅岛的朝外弯曲的边缘部对准(即插入)相邻硅岛的朝内弯曲的边缘部，进而通过相邻列58之间的CMUT单元50的交错排列而形成交错行的CMUT单元50。相邻硅岛通常由间隙57间隔，从而例如在将CMUT换能器阵列缠绕在导管护套周围时有利于硅岛相对于彼此进行平面外弯曲。
为了保持所述硅岛相对于彼此的相对位置，所述CMUT换能器阵列进一步包括柔性箔60，其上安装硅岛。柔性箔60例如可包括所谓的柔性-刚性箔，其中金属层或金属叠层(例如金属迹线)被嵌入聚合物层或聚合物叠层或由聚合物层或聚合物叠层包覆，该聚合物通常是电气绝缘的以防止金属层意外短路。用于这种柔性箔60的合适聚合物的非限制示例是聚酰亚胺，本身众所周知的是聚酰亚胺与许多半导体制造工艺、诸如CMOS制造工艺相容。其他合适的聚合物，例如聚对二甲苯，对于本领域技术人员是立刻显而易见的。合适金属的非限制示例是铝或半导体制造工艺中通常使用的任一其他金属。这些材料与现有半导体制造工艺的相容性有利于使用现有半导体制造工艺进行CMUT换能器阵列的制造，而无需重新设计或重新开发这些制造工艺，这将增加CMUT换能器阵列的成本。
在通过柔性箔60互连的多个相邻的弯曲硅岛上设置CMUT单元50允许CMUT换能器阵列在所述阵列的行方向上进行平面外弯曲，同时提供了在所述阵列的列方向上的结构完整性，例如，这在将所述阵列缠绕在诸如血管内导管或心脏内导管的导管周围时是特别有利的。例如，CMUT换能器阵列将缠绕在这种导管的外护套周围，其中硅岛的列58在导管的长度方向上对准，即CMUT换能器阵列进行平面外弯曲且在其行的方向上缠绕在所述导管护套周围。由于大量相对窄的硅岛的设置，在将CMUT换能器阵列缠绕在诸如导管护套的圆柱体周围时实现了CMUT换能器阵列的接近圆柱形的构造，其中进一步优点是这种CMUT换能器阵列在该主体的整个表面上是连续的，例如不会包含形成CMUT换能器阵列的部件的相邻矩形硅岛之间的间断，例如EP 2 455 133 A1中的情形。
根据本发明的其他方面，通过操作图4的阵列，这种减小的间隔57和59获得优点，使得换能器元件的操作的行不是元件的水平行56而是两个(或多个)相邻交错行的穿插组合。这与切割出的压电换能器元件的传统观点相反，其中元件的操作的行是元件的完全线性的行。在图4的示例中，元件的操作的行由交错行的元件形成。例如，图4中的一个操作的行包括两个相邻的交错行的单元621、622、623、624、…62N，即第M个操作的行包括CMUT单元50的每列58的第M个CMUT单元50，M是正整数，其中在缠绕在导管周围时每行通常形成弯曲的环形行。交错行的更密间隔例如允许在仅容纳64个单元的标准对称排列的位置设置由96个单元形成的操作的行，并且所述操作的行的交错构造仍能够提供用于因天线模式中光栅瓣减少而具有较低杂波的高分辨率图像的声学信号。这种交错行例如可通过顺序地驱动相邻列58的合适的CMUT单元50来寻址，例如顺序地驱动第N列58的单元621、622、623、624、…62N。
在图4的实施方式中，各硅岛通过连续的柔性箔60来保持。在可替代实施方式中，柔性箔63可被图案化以使得柔性箔60包括与间隙57对齐的多个凹入部，其中相应的桥接部或桥接件跨过间隙57延伸以互连柔性箔60的不同区域，例如保持不同硅岛的不同区域。这进一步增加了CMUT换能器的柔性但可能鲁棒性稍差。
图5示出了在形成柔性箔桥接件中的数个工艺步骤，所述桥接件将其上布置有CMUT单元的两个硅岛连接。图5a)示出了硅晶片70，在顶侧和底侧上生长有热二氧化硅层72。使用标准光刻法在顶侧上溅射图案化的铝区81。聚酰亚胺74形成的图案化区域放置在顶侧上的铝区之一上，该图案限定柔性箔中的桥接件。在连续柔性箔的情形中，聚酰亚胺74可以是连续片。铝层80沉积在聚酰亚胺74上，且第二聚酰亚胺层76放置在铝上。另一层铝82在用作蚀刻期间的掩模的铝层80上图案化，所有的如图5b)中所示。最后，如图5c中所示，在CMUT的位置88下方和柔性桥接件74、80、76的下方，硅晶片70在由厚阻挡区84掩蔽的外侧区域被从背侧蚀刻掉。顶侧上的柔性桥接件90任一侧上的聚酰亚胺层76在蚀刻掩模层82的任一侧均被图案化掉，所述蚀刻掩模层自身然后被蚀刻掉。结果是两个分离的硅岛92和94，它们通过柔性桥接件90连接。柔性桥接件90和其他类似物使得这种载有CMUT的岛形成的阵列能够缠绕成圆柱形形状，适应心脏内导管换能器的需求。
如前面所提及的，不是通过传统方式中换能器元件的直线行，而是由CMUT单元的两个或多个相邻的交错行202和204，来形成声学换能器元件的操作的行200。图6示意性示出了超声换能器阵列的可替代实施方式，其中每个硅岛的列58包括被布置成交错的布置结构的一对CMUT单元50形成的列，即第一列中的CMUT单元50的区域延伸进入相邻列中的相邻CMUT单元50之间的空间内，优选地使得这些相邻的CMUT单元50之间的切线与延伸入这些相邻的CMUT单元50之间的空间内的CMUT单元50的区域相交。
和前面一样，硅岛的列58在列58的长度方向上、即沿列58具有弯曲的边缘结构，具有围绕CMUT单元50朝外弯曲的边缘部和朝内弯曲进入列58的相邻CMUT单元50之间的空间内的边缘部。相邻的列58被布置成使得其硅岛的朝外弯曲的边缘部对准、即插入相邻硅岛的朝内弯曲的边缘部，进而通过相邻的列58之间的CMUT单元50的交错排列形成交错行的CMUT单元50。相邻硅岛通常由间隙57隔开，从而例如在如前面解释的在使CMUT换能器阵列缠绕在导管护套周围时，有利于所述硅岛相对于彼此进行平面外弯曲。
该实施方式具有提供更大、即更宽的硅岛的优点，这改进了这种岛的结构刚性，同时仍为超声换能器提供了在行方向上的优良柔性。该实施方式在主体(例如，导管护套，换能器阵列缠绕在该导管护套周围)的周边是单个硅岛的宽度的多倍时是特别有利的，从而使得许多硅岛缠绕在该主体周围，以及使得基本连续的换能器行围绕该主体设置。
和前面一样，操作的行200的方向是在平面内、波束控制方向，即波束控制通常垂直于列58发生。分离的硅岛覆盖有柔性箔60，例如在附图中所示的连续箔或包含跨过相邻硅岛之间的间隙的桥接部90的图案化箔，以保持所述硅岛的各自定向以及使得该二维阵列能够绕心脏内导管或血管内导管的远侧末端210弯曲成圆柱形形状，如图7中所示。应该理解的是，该阵列能够只是以非限制性示例的方式缠绕在远侧末端210周围；例如，同样可行的是使所述阵列缠绕在导管的任意其他部位周围，即使优选的是该阵列被设置成靠近远侧末端。在一些实施方式中，所述导管可包括在远侧末端210上的另一超声换能器阵列，例如，除了根据本发明的实施方式的缠绕在超声换能器阵列周围之外，具有圆形周边的平面超声换能器阵列，使得所述导管能够生成在所述导管前面的主体部分的图像以及所述导管周围的图像，例如，这在心脏内成像中是特别有利的。在一些实施方式中，因此，所述导管可以是心脏内导管或血管内导管。
图8以框图形式示出了根据本发明的实施方式包括在导管上的交错行的CMUT阵列的超声诊断成像系统。CMUT阵列100可与微波束成形器112一起设置于(例如缠绕在)导管或超声探头100’的末端(或其附近)。CMUT阵列100可以是MUT换能器元件形成的一维或二维阵列，其能够在2D平面上扫描或三维上扫描以用于3D成像。微波束成形器112通过CMUT阵列单元控制信号的发射和接收。微波束成形器能够对由换能器元件群或“区片”接收的信号进行至少部分地波束成形，如美国专利5,997,479(Savord等)、6,013,032(Savord)、以及6,623,432(Powers等)中所描述的。微波束成形器通过导管或探头线缆联接至发射/接收(T/R)开关116，所述开关在发射和接收之间切换并在不使用微波束成形器且换能器阵列由主系统波束成形器直接操作时保护主系统波束成形器120免受到高能量发射信号的危害。在微波束成形器112的控制下来自CMUT换能器阵列100的超声波束的传输由联接至T/R开关和主系统波束成形器120的换能器控制器118引导，其接收来自用户界面或控制平台38的用户操作的输入。通过换能器控制器控制的功能之一是波束被操纵的方向。波束可从(垂直于)换能器阵列笔直往前操纵，或以不同的角度操纵以用于更宽的视野。换能器控制器118还控制施加至CMUT单元的DC偏压，其将单元膜114偏置至塌陷状态以用于以塌陷模式操作CMUT。
通过微波束成形器112接收并产生的部分波束成形信号被联接至主波束成形器120，在此来自换能器元件的单个区片的部分波束成形信号被组合为完整的波束成形信号。例如，主波束成形器120可具有128个通道，其中每个通道从数打或数百个CMUT换能器单元形成的区片接收部分波束成形信号。这样，通过CMUT换能器阵列的数千个换能器元件接收的信号能够有效地形成单个波束成形信号。在基本实现方式中，从两个交错行的CMUT单元接收的声信号被处理成来自所述单元形成的行前方的图像平面的波束，从而形成扫描的2D图像。
所述波束成形信号联接至信号处理器122。信号处理器122能够以各种方式处理所接收的回声信号，诸如带通滤波、抽选十分之一、I和Q分量分离、以及谐波信号分离，其用于分离线性和非线性信号从而使得能够识别从组织和微泡返回的非线性回声信号。所述信号处理器还可以执行另外的信号增强，诸如相干斑抑制、信号复合、以及噪声消除。所述信号处理器中的带通滤波器可以是追踪滤波器，其中它的通带随着从增加的深度接收回声信号而从较高频带向较低频带滑动，进而拒绝来自更大深度的更高频率的噪声，其中这些频率没有解剖信息。
所处理的信号联接至B模式处理器126和多普勒处理器128。B模式处理器126利用振幅检测以用于体内结构(诸如体内的器官组织或脉管)的成像。身体结构的B模式图像可以谐波模式或基本模式或两者的组合来形成，诸如美国专利6,283,919(Roundhill等)和美国专利6,458,083(Jago等)两者中所描述的。多普勒处理器128处理来自组织运动和血液流动的瞬时区别信号，以用于检测图像场内诸如血细胞流的物质的运动。多普勒处理器通常包括壁滤波器，其参数可设置为使从身体内选定的材料类型返回的回声通过和/或拒绝。例如，壁滤波器可被设置为具有带通特性，其使来自较高速度材料的相对低振幅的信号通过，而拒绝来自较低或零速度材料的相对强的信号。这种带通特性将使来自流动血液的信号通过，而拒绝来自附近静止或缓慢运动的对象(诸如心脏壁)的信号。相反的特性将使来自心脏的运动组织的信号通过，而拒绝血液流动的信号，这被称作为组织多普勒成像，检测并描绘组织的运动。多普勒处理器接收并处理来自图像场内不同点的瞬时离散回声信号序列、被称作为群的来自具体点的回声序列。在相对短的时间间隔上快速连续地接收的回声信号群能够用于评估流动血液的多普勒漂移频率，其中多普勒频率与速度的对应关系指示血液流动的速度。在较长时段上接收的回声信号群用于评估较慢流动的血液或缓慢运动的组织的速度。
由B模式处理器和多普勒处理器产生的结构和运动信号联接至扫描转换器132和多平面重定格式器144。扫描转换器将处于被接收的空间关系中的回声信号布置成预期的图像格式。例如，扫描转换器可将回声信号布置成二维(2D)扇形格式、或锥体三维(3D)图像。扫描转换器能叠加B模式结构图像，具有与图像场中的点处的运动(与它们的多普勒评估速度对应)对应的颜色，从而生成彩色多普勒图像，该图像描绘了图像场中的组织和血液的运动。多平面重定格式器将从身体的容积区域内的公共平面的若干点处接收的回声转换为该平面的超声图像，如美国专利6,443,896(Detmer)中所描述的。体积描绘器142将3D数据集的回声信号转换为如从给定基准点观察的投影3D图像，如美国专利6,530,885(Entrekin等)中所描述的。2D或3D图像从扫描转换器32、多平面重定格式器44、以及体积描绘器142联接至图像处理器130以进一步增强、缓冲和暂时存储，以用于在图像显示器40上显示。除了用于成像之外，由多普勒处理器128生成的血流速度值联接至流体定量处理器134。流体定量处理器生成不同流动状态的测量值，诸如血流的体积率。流体定量处理器可从用户控制面板38接收输入，诸如图像中将进行测量的解剖结构中的点。来自流体定量处理器的输出数据联接至图形处理器136以用于在显示器40上用图像再现测量值。图形处理器136还能够生成图形叠加图，以用于与超声图像一起显示。这些图形叠加图能够包含标准识别信息，诸如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。出于这些目的，图形处理器从用户界面38接收输入，诸如打出的患者姓名。用户界面还联接至发送控制器18以控制来自换能器阵列100的超声信号的生成以及由换能器阵列和超声系统产生的图像的生成。用户界面还联接至多平面重定格式器144以用于多平面重定格式(MPR)图像显示的选择和控制，其可用于在MPR图像的图像场中执行定量测量。超声诊断成像系统可包括可联接至导管或探头100’的患者接口模块，其中患者接口模块可包括超声诊断成像系统的至少一些部件。由于这本身是众所周知的，仅出于简洁的需要将不再进一步详细地解释。
图9和10是根据本发明的另外的实施方式的两个CMUT阵列的平面图。在图9中，每个CMUT单元50在其自身的硅岛92上制造(参见图5)。CMUT单元形成的每列58覆盖有柔性箔条60，且相邻列的箔条通过如图5中所示形成的柔性桥接件90互连。柔性箔条60可包括导电材料，诸如铝，其允许将超声元件一起在该列内寻址，或将所述元件保持在相同的电势，诸如接地。在该阵列中元件的单独寻址可通过集成电路来实现。因此，柔性桥接件有助于保持所述阵列的单元的定向，同时允许所述阵列挠曲和弯曲成弯曲的构造。具体而言，在该实施方式中，由于每列58通过由柔性箔条60中的桥接结构90互连的多个硅岛形成，所以CMUT换能器阵列可以在行方向上以及在列方向上弯曲。
图10示出了类似的CMUT阵列，除了在每个硅岛92上具有两个CMUT单元。例如，元件的相邻列的CMUT单元50和50’都设置于同一硅岛上。两个相邻的列覆盖有柔性箔条60，且相邻箔条通过柔性桥接件90互连，这允许所述阵列弯曲成弯曲的或圆柱形形状。
和前面一样，应理解的是，代替具有通过桥接结构90互连的离散部的柔性箔条60，可使用连续柔性箔来保持各硅岛。这种可替代的实施方式是更加鲁棒性的，但可具有更大的有限柔性。然而，如果在其上装有CMUT换能器阵列的主体的曲率是相对有限时，这将不是问题。

Claims (13)

1.一种CMUT换能器阵列，包括：
在至少一个硅岛上的第一列间隔的CMUT单元；
在至少一个另外的硅岛上的第二列间隔的CMUT单元，所述第二列与所述第一列交错排列，使得所述第二列的单元部分地设置于所述第一列的连续单元之间的空间内，所述第一列和所述第二列由间隙间隔开；以及
保持各硅岛的柔性箔，所述柔性箔包括导电互连件。
2.根据权利要求1所述的CMUT换能器阵列，其中：
所述第一列间隔的CMUT单元设置于具有对置的弯曲边缘的第一硅岛上，每个边缘围绕所述第一列间隔的CMUT单元中的一个朝外弯曲且朝内弯曲进入所述第一列间隔的CMUT单元之间的空间内；
所述第二列间隔的CMUT单元设置于具有对置的弯曲边缘的第二硅岛上，每个边缘围绕所述第二列间隔的CMUT单元中的一个朝外弯曲且朝内弯曲进入所述第二列间隔的CMUT单元之间的空间内；以及
所述第一硅岛被布置成与所述第二硅岛相邻，使得所述第一硅岛的朝外弯曲的边缘部插入所述第二硅岛的朝内弯曲的边缘部中。
3.根据权利要求2所述的CMUT换能器阵列，其中，所述第一硅岛和所述第二硅岛各自包括一对所述第一列间隔的CMUT单元和所述第二列间隔的CMUT单元，其中所述一对中的第一列间隔的CMUT单元和第二列间隔的CMUT单元是交错的。
4.根据权利要求1或2所述的CMUT换能器阵列，其中，所述柔性箔是包括多个柔性桥接件的图案化箔，每个柔性桥接件在相邻硅岛之间的间隙上延伸。
5.根据权利要求3所述的CMUT换能器阵列，其中，每个柔性桥接件包括导电互连件。
6.根据权利要求1-3、5中的任一项所述的CMUT换能器阵列，其中，每个导电互连件包括金属层，所述金属层嵌入在聚合物层或聚合物叠层中。
7.根据权利要求6所述的CMUT换能器阵列，其中，所述金属层包括铝。
8.一种导管，包括外护套和根据权利要求1-7中的任一项所述的CMUT换能器阵列，所述CMUT换能器阵列缠绕在所述外护套周围，使得所述阵列的各列在所述导管的长度方向上延伸。
9.根据权利要求8所述的导管，其中，所述导管进一步包括处于所述导管的远端处的另一CMUT换能器阵列。
10.根据权利要求8或9所述的导管，其中，所述导管是心脏内导管或血管内导管。
11.一种超声成像系统，包括患者接口模块和根据权利要求8-10中的任一项所述的导管。
12.根据权利要求11所述的超声成像系统，其中，所述超声成像系统进一步包括：
微波束成形器，所述微波束成形器联接至CMUT单元且适于在行的方向上操纵超声波束；以及
DC偏置电路，所述DC偏置电路联接至所述CMUT单元以偏置所述CMUT单元使其以塌陷模式操作，其中，所述微波束成形器和所述DC偏置电路中的至少一个容纳于所述患者接口模块中。
13.根据权利要求12所述的超声成像系统，其中，所述DC偏置电路适于以塌陷模式操作所述CMUT单元。
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