DE112008002204B4 - Apertursynthese unter Verwendung von CMUTS - Google Patents

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Abstract

System (100) zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung, wobei das System umfasst: einen Wandler (102), der Elemente (304) aufweist, die durch eine Vorspannung aktiviert werden; einen Vorspannungs-Generator (206), der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Vorspannungs-Generator (206) betreibbar ist, um ein Vorspannungs-Signal zu erzeugen, das ein erstes Vorspannungs-Muster (602) der Elemente (304) bildet, und ein Vorspannungs-Signal zu erzeugen, um ein zweites Vorspannungs-Muster (608) der Elemente (304) zu bilden; und einen Strahlformer (104), der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Wandler (102) in der Lage ist, als Reaktion auf dem Strahlformer (104) Ultraschalldaten auf der Grundlage des ersten Vorspannungs-Musters (602) zu senden und zu empfangen, und Ultraschalldaten auf der Grundlage des zweiten Vorspannungs-Musters (608) zu senden und zu empfangen, wobei der Strahlformer (104) dazu geeignet ist, eine zweidimensionale Strahlformung auszuführen und dazu den Strahl entlang einer ersten Richtung des abgetasteten Volumens zu formen und eine Apertur entlang einer zweiten Richtung des abgetasteten Volumens zu synthetisieren; wobei ein Bild auf der Basis einer Apertursynthese der Ultraschalldaten vom ersten Vorspannungs-Muster (602) und der Ultraschalldaten vom zweiten Vorspannungs-Muster (608) erzeugt wird, wobei die Apertursynthese die Synthese der Apertur in der zweiten Richtung ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Weil sich die Branche der Ultraschall-Diagnosegeräte von eindimensionalen (1D) Ultraschallköpfen zur zweidimensionalen (2D) Bildgebung in Richtung auf 2D-Ultraschallköpfe zur volumetrischen Bildgebung bewegt, können Probleme mit der Größenordnung auftreten. Wenn zum Beispiel ein herkömmlicher 1D-Schallkopf N = 200 Elemente hat, hätte der entsprechende 2D-Schallkopf N × N = 40.000 Elemente. Ultraschallsysteme haben herkömmlich eine Anzahl von Kanälen gehabt, die grob der Anzahl von Elementen in der Sonde entspricht. Die Kosten der Systemkanäle sind jedoch deart, dass eine solche Übereinstimmung für 2D-Schallköpfe nicht geeignet ist.
  • Bei der 2D-Ultraschall-Bildgebung können ein kapazitiver Membran-, mikrobearbeiteter, oder mikromechanisch hergestellter Ultraschallwandler (cMUT) oder ein Wandler aus elektrostriktiven Materialien verwendet werden. Kapazitive Wandler (wie cMUTs) und aus elektrostriktiven Materialien hergestellte Wandler können sich darin ähneln, wie sie das Anlegen einer Gleichspannungs-(DC)-Vorspannung zur Aktivierung nutzen. Das Anlegen einer Vorspannung erlaubt die Ausführung einer Transduktions-Operation. cMUTs können aus Halbleitermaterial oder aus anderen Materialien ausgebildet sein. Eine Vielzahl von Membranen oder anderen flexiblen Strukturen mit Elektroden führt die Umwandlung zwischen akustischer und elektrischer Energie durch. Gruppen der Membranen arbeiten als unterschiedliche Elemente. Auf dem cMUT können verschiedene Anordnungen von Elementen vorgesehen sein, wie mehr- oder zweidimensionale Arrays von Elementen. Zum Betrieb eines cMUT wird an die Membranen eine Gleichspannung als Vorspannung angelegt. An die Elemente werden Wechselsignale angelegt, um akustische Energie zu erzeugen. Von den Elementen empfangene akustische Energie wird in elektrische Wechselsignale umgewandelt.
  • In der Druckschrift „Daft C. et al.: cMUTs and electronics for 2D and 3D imaging: monolithic integration, in-handle chip sets and system implications. 2005 IEEE Ultrasonics Symposium, Vol. 1, p. 463–474, 2005” sind Einsatz und Funktion von cMUTs für 2-D- und 3-D-Ultraschallbildgebung beschrieben.
  • Darüber hinaus wird in dem Dokument US 2006/0173342 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von cMUTs ermöglichen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Einleitend sei erwähnt, dass die unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele Systeme und Verfahren zur Ultraschall-Bildgebung mit einem kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandler (cMUT) oder einem elektrostriktiven kapazitiven Ultraschallwandler umfassen. Eine isotrope volumetrische Bildgebung kann mit Auswahl eines Vorspannungsleitungs-Elementes und einer Vielzahl von Verfahren zur Apertursynthese realisiert werden. Eine zweidimensionale Strahlformung kann durchgeführt werden, indem ein Strahlformer verwendet wird, um entlang einer Dimension zu fokussieren, und dann eine zweite ”offline” oder ”nachträgliche” Strahlformung entlang der anderen Richtung durchgeführt wird.
  • In einem ersten Aspekt wird ein System zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung vorgesehen, das einen Wandler enthält, der Elemente enthält, die durch eine Vorspannung aktiviert werden. Ein Vorspannungs-Generator ist mit dem Wandler gekoppelt und erzeugt ein Vorspannungssignal, das ein erstes Vorspannungsmuster der Elemente bildet, und erzeugt ein Vorspannungssignal zum Bilden eines zweiten Vorspannungsmusters der Elemente. Ein Strahlformer ist mit dem Wandler gekoppelt, und der Wandler sendet und empfängt Ultraschalldaten auf der Basis des ersten Vorspannungs-Musters und sendet und empfängt Ultraschalldaten auf der Basis des zweiten Vorspannungs-Musters. Ein Bild wird auf der Basis einer Kombination der Ultraschalldaten vom ersten Vorspannungs-Muster und der Ultraschalldaten vom zweiten Vorspannungs-Muster erzeugt.
  • In einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Ultraschall-Bildgebung mit einem Ultraschallwandler vorgesehen, der auf eine Vorspannung zur Transduktion anspricht. Aussendungen vom Ultraschallwandler finden mit einem ersten Vorspannungs-Muster und einem zweiten Vorspannungs-Muster statt. Der Ultraschallwandler empfängt Daten als Reaktion auf das Aussenden von dem ersten Vorspannungs-Muster und von dem zweiten Vorspannungs-Muster. Ein Signal, das aus dem Senden und Empfangen des ersten Vorspannungs-Musters resultiert, wird mit einem Signal kombiniert, das aus dem Senden und Empfangen des zweiten Vorspannungs-Musters resultiert.
  • In einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Ultraschall-Bildgebung vorgesehen, bei dem ein elektrostriktives Material benutzt wird, das auf eine Vorspannung reagiert. Ein erstes Vorspannungs-Muster von Elementen auf dem Material wird aktiviert. Erste Ultraschall-Bildgebungs-Daten werden mit dem ersten Vorspannungs-Muster gesendet und empfangen. Ein zweites Vorspannungs-Muster von Elementen auf dem Material wird aktiviert. Zweite Ultraschall-Bildgebungs-Daten werden mit dem zweiten Vorspannungs-Muster gesendet und empfangen. Die ersten Ultraschall-Bildgebungs-Daten und die zweiten Ultraschall-Bildgebungs-Daten werden kombiniert und eine Apertursynthese durchgeführt und ein Bild wird als Funktion der Apertursynthese gebildet.
  • In einem vierten Aspekt wird ein System zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung vorgesehen, das einen Wandler enthält, der Elemente enthält, die durch eine Vorspannung aktiviert werden. Ein Strahlformer ist mit dem Wandler gekoppelt und in der Lage, Sende- und Empfangsfunktionen auszuführen. Ein Synthesizer ist mit dem Wandler gekoppelt. Der Synthesizer ist in der Lage, eine Apertursynthese der Sende- und Empfangs-Funktionen durchzuführen. Eine erste Sende- und Empfangsfunktion wird auf Elementen durchgeführt, die entsprechend einem ersten Vorspannungs-Muster mit einer Vorspannung versorgt werden, und eine zweite Sende- und Empfangsfunktion wird auf Elementen durchgeführt, die entsprechend einem zweiten Vorspannungs-Muster mit einer Vorspannung versorgt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt darf als Einschränkung dieser Ansprüche genommen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert und können später unabhängig oder in Kombination beansprucht werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Komponenten und Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen wurde die Betonung auf die Erklärung der Grundgedanken der Erfindung gelegt. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Referenznummern übereinstimmende Teile in den verschiedenen Ansichten.
  • 1 ist eine Darstellung eines Systems zur Ultraschall-Bildgebung;
  • 2 ist eine Veranschaulichung eines 2D-Arrays;
  • 3 ist eine grafische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Vorspannungs-Musters;
  • 4 ist eine grafische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Vorspannungs-Musters;
  • 5 ist eine grafische Darstellung eines Beispiels einer Apodisierungsfunktion;
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ultraschall-Bildgebung mit einer Vorspannung;
  • 7 ist eine grafische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Vorspannungs-Musters;
  • 8 ist eine grafische Darstellung eines Vorspannungs-Musters in 7;
  • 9 ist eine Veranschaulichung eines Vorspannungs-Musters aus einer Gruppe von Elementen; und
  • 10 ist eine grafische Darstellung eines Vorspannungs-Musters in 9;
  • GENAUE BESCHREINUNG DER ZEICHNUNG UND DER ZURZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2007/0 079 658 A1 mit dem Titel ”ROTATING APERTURE FOR ULTRASOUND IMAGING WITH A CAPACITIVE MEMBRANE OR ELECTROSTRICTIVE ULTRASOUND TRANSDUCER”, die hiermit durch Verweis mit aufgenommen wird, beschreibt das Design einer Sonde, bei dem eine Eigenschaft von cMUT-Wandlern benutzt wird und das es erlaubt, dass die Anzahl der elektrischen Verbindungen zum Wandler 2 × N anstelle von N × N ist. Alternativ kann die Anzahl elektrischer Verbindungen M × N statt N × N sein, was zu M × N Elementen führt. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung von cMUT-Wandlern und elektrostriktiven Wandlern, wie cMUT-Sonden mit M × N elektrischen Verbindungen in einem Ausführungsbeispiel. Statt dass N × N Strahlformer-Kanäle erforderlich sind, können mit einem seriellen, zweistufigen Strahlformungs-Prozess N Strahlformer-Kanäle benutzt werden. Der Prozess kann eine isotrope volumetrische Bildgebung ermöglichen.
  • 1 zeigt das Ultraschall-System 100 zur Erzeugung von Bildern aus Ultraschalldaten. Das Ultraschall-System 100 enthält einen Wandler 102, einen Strahlformer 104, einen Detektor 106, einen Prozessor 108 mit einem Speicher 110, und ein Display 112. Zusätzlich können andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel kann der Prozessor 108 entweder eine Computer-Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Grafik-Verarbeitungseinheit (GPU) sein, und der Speicher 110 kann mit dem Prozessor 108 als eine einzige Einheit kombiniert sein. Der Prozessor 108 konfiguriert das System 100 und verarbeitet Ultraschalldaten oder führt andere Funktionen aus. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das System 100 eine Workstation oder ein Computer, die Ultraschalldaten verarbeiten, die mit einer anderen Einrichtung erhalten wurden.
  • Der Wandler 102 kann ein Array aus Elementen umfassen, wie etwa ein zweidimensionales (2D) Array. Das Array von Elementen kann für lineare, gekrümmte, Sektor-, Vektor®- oder andere Bildgebungskonfigurationen konfiguriert sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Wandler 102 ein elektrostriktives Material umfassen, das Elemente enthält, die durch eine Gleichspannungs-Vorspannung aktiviert werden. Zum Beispiel kann der Wandler 102 ein kapazitiver mikromechanischer Ultraschallwandler (cMUT) oder eine Struktur mit einem elektrostriktiven Material sein. Speziell ist ein cMUT ein Array von Elementen, die dazu benutzt werden, Ultraschallwellen zu erzeugen und zu erfassen. Ein cMUT-Bauelement umfasst im Allgemeinen eine Zelle einer oberen Elektrode, die auf oder in einer Membran angeordnet ist, eine untere Elektrode, die auf oder in einem Substrat angeordnet ist, und einen Hohlraum zwischen der Membran und der unteren Elektrode, was den cMUT zu einem Plattenkondensator mit parallelen Platten macht, der zwei Elektroden hat. Die obere Elektrode (z. B. metallisierte Membran) ist beweglich, und die untere Elektrode auf oder im Substrat kann feststehend sein. Zwischen den Elektroden befindet sich ein dielektrisches Medium (entweder Vakuum oder ein Luftspalt).
  • cMUT-Bauelemente umfassen Gruppen von Zellen in Elementen, die auf eine angelegte Gleichspannungs-Vorspannung reagieren, um akustische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Die Zellen arbeiten zusammen, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Da cMUTs typischerweise sehr klein sind und sowohl mechanische als auch elektrische Teile aufweisen, kann man sie als mikroelektronische mechanische Systeme (microelectronic mechanical Systems, ”MEMS”) bezeichnen. Herkömmlich haben cMUTs im Allgemeinen eine Masseelektrode und eine spannungsführende Elektrode. Die spannungsführende Elektrode kann dazu benutzt werden, während der Ultraschall-Bildgebung akustische Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen. Wegen der unterschiedlichen Charakteristiken, die mit dem Senden und Empfangen von Ultraschallwellen verbunden sind, sind herkömmliche spannungsführende Elektroden von cMUTs im Allgemeinen optimiert, Ultraschallwellen mit hoher Empfindlichkeit zu empfangen oder zu senden, was möglicherweise die maximale Sendeleistung beeinträchtigt.
  • Ein cMUT kann entweder in einem Sendermodus oder in einem Empfängermodus betrieben werden. Ein Sendermodus eines cMUT kann dazu benutzt werden, Ultraschallwellen zu erzeugen und ein Empfängermodus kann die Ultraschallwellen erfassen. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine statische Spannung angelegt wird, wird die Membran durch Coulomb-Kräfte zum Substrat gezogen. Wenn dem Gleichspannungs-Potential eine Wechselspannung überlagert wird, wird sich die Membran als Reaktion auf das Signal bewegen, und es wird eine Ultraschallwelle erzeugt und in die Umgebung abgegeben. Wenn bei angelegter Gleichspannung eine Ultraschallwelle auf die Membran trifft, vibriert die Membran, und eine Ausgangs-Wechselspannung kann an den Elektroden der Einrichtung gemessen werden. Die angelegte Gleichspannungs-Vorspannung liefert die Ladung, die durch die Bewegung der Membran moduliert wird, um ein Wechselspannungssignal zu erzeugen.
  • Der Wandler 102 kann der in der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2007/0 079 658 A1 mit dem Titel ”ROTATING APERTURE FOR ULTRASOUND IMAGING WITH A CAPACITIVE MEMBRANE OR ELECTROSTRICTIVE ULTRASOUND TRANSDUCER”, die hier durch Verweis mit aufgenommen wird, beschriebene Wandler sein. Insbesondere zeigt 2 ein Ausführungsbeispiel eines Wandlers. Das Design basiert auf der Nutzung einer speziellen Eigenschaft der Transduktion vom cMUT-Typ. Während piezoelektrische Wandler das Anlegen eines Wechselspannungssignals zur Abstrahlung benutzen, benutzen cMUTs ein Wechselspannungssignal und eine Gleichspannungs-Vorspannung. Das in 2 gezeigte Array hat M Zeilen und N Spalten für insgesamt M × N Elemente. M und N sind ganze Zahlen größer als 1 und sind gleich oder nicht gleich. Die Vorspannung wird von einem Vorspannungs-Generator mit M Kanälen geliefert. Jede der M Zeilen, die die Vorspannung führt, ist horizontal orientiert und versorgt jedes Element in der Zeile mit einer Vorspannung. Jede der N Wechselspannungs-Signalleitungen ist im Gegensatz dazu vertikal orientiert und führt ihr Signal an jedes Element in ihrer Spalte. Um das (m, n)-te Element anzuregen oder zu aktivieren, wird die Vorspannung an die m-te Vorspannungsleitung und das Wechselspannungssignal an die n-te Signalleitung angelegt. Alle Elemente entlang der m-ten Zeile werden durch die Vorspannung ”eingeschaltet”, und alle Elemente entlang der n-ten Spalte werden mit einem Wechselspannungssignal versorgt. Das einzige Element, das sowohl durch die Vorspannung eingeschaltet wird, als auch mit einem Wechselspannungssignal versorgt wird, ist jedoch das (m, n)-te Element. Folglich ist dieses das Element, das abstrahlt. Zu einem festgelegten Zeitpunkt kann mehr als ein Element abstrahlen.
  • Wie beschrieben, kann nicht für jedes Element ein unabhängiger Systemkanal vorhanden sein. Obwohl ein unabhängiger Zugang zu allen Elementen in einem 2D-Array vorgesehen ist, kann kein gleichzeitiger Zugang vorhanden sein. Folglich können sich die Strahlformungs-Verfahren von denen unterscheiden, die für die herkömmliche Ultraschall-Bildgebung benutzt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das hier beschriebene Strahlformungs-Verfahren die oben beschriebene Wandler-Architektur benutzen, so dass die isometrische, volumetrische Ultraschall-Bildgebung zweckmäßiger ist.
  • Mit Bezug zurück auf 1 ist der Strahlformer 104 mit dem Wandler 102 verbunden, um akustische Strahlen entlang eines akustischen Gitters zu erzeugen. Akustische Daten werden gesammelt, indem die Wandler durch mechanische Bewegung erschüttert, gedreht oder verschoben werden, oder indem eine elektronische Strahl-Steuerung benutzt wird. Der Strahlformer 104 kann auch als Apertursynthese-Maschine bezeichnet werden, die eine 2D-Strahlformung über Tausende von Elementen erlaubt, indem sie aus mehreren Empfangsereignissen eine Apertur synthetisiert. Alternativ werden ein getrennter Prozessor und ein Speicher vorgesehen, um die Apertur aus Signalen vor oder nach der Strahlformung zu synthetisieren. In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren als Elevation Aperture Synthesis (EAS) bezeichnet werden und benutzt die herkömmliche Ultraschall-Strahlformung entlang einer Achse und ein Apertursynthese-Verfahren entlang der anderen. Diese beiden Operationen können seriell ausgeführt werden, um eine fokussierte Bildgebung über beide Achsen vorzusehen. Ein Beispiel für eine Apertursynthese wird in ”ULTRASOUND IMAGING TRANSDUCER ARRAY FOR SYNTHETIC APERTURE,” US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2007/0 167 752 A1, beschrieben, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Verweis mit aufgenommen wird.
  • 2 veranschaulicht ein zweidimensionales (2D) Array 202 mit M Zeilen, von denen jede mit einem unabhängigen Kanal eines Vorspannungs-Generators 206 mit M Kanälen verbunden ist, und N Zeilen, von denen jede mit einem unabhängigen Kanal eines Ultraschall-Systems 204 mit N Kanälen verbunden ist. Der Vorspannungs-Generator 206 ist eine schaltbare Gleichspannungsquelle. Wenn eine Vorspannung ”eingeschaltet” und an den Wandler angelegt wird, kann ein transienter Stromfluss auftreten, aber im Zustand mit einer ständigen Vorspannung kann ein minimaler Leckstrom vorhanden sein. Wenn der Vorspannungs-Generator 206 ”ausgeschaltet” ist, ist im Wesentlichen kein Strom vorhanden. Wenn der Vorspannungs-Generator 206 ”eingeschaltet” ist, ist ein vorher festgelegter Gleichstromwert vorhanden.
  • Der Vorspannungs-Generator 206 ist konfiguriert, ein bestimmtes Muster vom Vorspannungen zu erzeugen, und das Ultraschallsystem 204 wird angesteuert, um zu senden und zu empfangen wie bei der herkömmlichen Ultraschall-Bildgebung für herkömmliche 1D-Ultraschall-Arrays. Der Vorspannungs-Generator 206 kann ein FET-Netzwerk für hohe Spannungen sein, das mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Es können verschiedene Transistoren, Schalter, Spannungsteiler, Transformatoren, Spannungsquellen oder andere Einrichtungen benutzt werden. Jeder heute bekannte oder später entwickelte Vorspannungs-Generator 206 kann benutzt werden. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Vorspannungs-Generator 206 alternierende Wellenformen mit einer Frequenz, die kleiner ist als die Betriebsfrequenz des Wandlers 102 (Ultraschall-Frequenz), um im Wesentlichen als Gleichspannungs-Vorspannung zu wirken. Eine Frequenz der Vorspannung von weniger oder gleich 1/3 der Frequenz des Wechselsignals kann ”im Wesentlichen Gleichspannung” sein. Zum Beispiel wird eine Wellenform mit 500 kHz erzeugt. Durch Schalten mit ungefähr 500 kHz kann eine sinusförmige Wellenform benutzt werden, um die Vorspannung allmählich zwischen Sende- und Empfangsereignissen zu erhöhen und zu verringern. Der allmähliche Übergang, wie etwa über eine oder zwei Mikrosekunden, kann die Erzeugung unerwünschter akustischer Übertragungen vermeiden. Jeder unerwünschte Schall, der bei dem Übergang erzeugt wird, kann aus dem empfangenen Signal herausgefiltert werden.
  • Der Vorspannungs-Generator 206 ist in der Lage, mindestens zwei verschiedene Vorspannungspegel zu erzeugen, wie eine Vorspannung von Null und eine Vorspannung ungleich Null, oder negative und positive Vorspannungen, die für eine gewünschte Empfindlichkeit des Wandlers 102 ausgewählt werden, wie zum Beispiel 10–120 Volt. Eine größere Anzahl von Vorspannungspegeln kann benutzt werden, wie z. B. fünf oder sieben Vorspannungspegel. Verschiedene Vorspannungspegel werden an verschiedene Elektroden (nicht gezeigt) angelegt, die eine apodisierte Apertur zur Verwendung während Sende- und/oder Empfangsereignissen bilden. Beim Empfang können die Vorspannungspegel und/oder das Fresnel-Vorspannungs-Muster über die Dauer des Empfangsereignisses auf eine Weise schwanken, die auf der Grundlage der Phase dynamisch fokussiert.
  • Ein fokussierter Strahl Ultraschall wird entlang einer Richtung gesendet. Eine Standard-Fokussierungs-Strahlformungs-Operation wird mit den resultierenden empfangenen Signalen durchgeführt. Der resultierende Strom aus Ultraschall-Strahl-Daten wird dann für eine spätere Verarbeitung gespeichert. Das Muster von Vorspannungen kann aktualisiert werden, und der Prozess wird wiederholt. In einem Ausführungsbeispiel wird der Prozess L mal wiederholt, wobei jedes L im Allgemeinen mit verschiedenen Vorspannungs-Konfigurationen verbunden ist. Einmal beendet, umfasst das Ergebnis L Sätze mit Ultraschall-Strahl-Daten. Die Vorspannungs-Steuerung wird weiter in ”MICROFABRICATED ULTRASONIC TRANSDUCER ARRAY FOR 3-D IMAGING AND METHOD OF OPERATING THE SAME”, US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2005/0 119 575 A1, beschrieben, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Verweis mit aufgenommen wird.
  • Die Strahldaten sind fokussierte Ultraschall-Strahl-Daten, die entlang einer Dimension fokussiert sind. Die Kanäle des Ultraschallsystems entsprechen den Spalten des Arrays 202. Folglich verläuft die vom Ultraschallsystem 204 durchgeführte Fokussierung über die Spalten des Arrays 202. Diese Dimension kann als Azimut bezeichnet werden, wie in 2 gezeigt. Die entgegengesetzte Richtung kann als Elevation bezeichnet werden.
  • 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Satzes von Vorspannungs-Mustern. Der Wandler hat eine Anzahl von Zeilen, von denen jede mit einem Kanal oder einer Leitung eines Vorspannungs-Generators verbunden ist. Wie gezeigt werden die Vorspannungs-Leitungen durch den Apertur-Index 302 gekennzeichnet. Für jede der durch den Apertur-Index 302 repräsentierten Zeilen kann die Vorspannung ein- oder ausgeschaltet werden. Der Apertur-Index 302 repräsentiert jede der verschiedenen Vorspannungs-Leitungen, und der Zustand dieser Vorspannungs-Leitungen bildet ein Vorspannungs-Muster. Der Apertur-Index 302 bezeichnet die verfügbaren Aperturen für jedes der Elemente im Element-Index 304. Die Vorspannung jedes der Elemente aus dem Element-Index 304 kann durch die entsprechenden Zeilen des Apertur-Index 302 ein- oder ausgeschaltet werden.
  • Im ersten Muster der Vorspannungs-Leitungen sind alle Vorspannungs-Leitungen ausgeschaltet (in einem Beispiel auf ungefähr 0 Volt) mit Ausnahme der ersten der Vorspannungs-Leitungen im Apertur-Index 302. Die erste Vorspannungs-Leitung ist eingeschaltet (in einem Beispiel auf z. B. 100 Volt). Im zweiten Muster, wo der Apertur-Index 302 gleich zwei ist, sind alle Vorspannungs-Leitungen mit Ausnahme der zweiten ausgeschaltet. Im dritten Muster sind alle Vorspannungs-Leitungen mit Ausnahme der dritten ausgeschaltet, und so weiter. Jede Zeile in dieser grafischen Darstellung repräsentiert das Muster von Vorspannungen, die an den Wandler angelegt werden. Da die grafische Darstellung L solche Zeilen zeigt, werden der Reihe nach L verschiedene Vorspannungs-Muster an den Wandler angelegt. Folglich führt das Ultraschallsystem L Erfassungen von Strahldaten aus. Als ein Beispiel ist das Element 310 mit eingeschalteter Vorspannung gezeigt. Jeder der weißen Kästen kann als Element 310 bezeichnet werden, und die weißen Kästen repräsentieren die Elemente, deren Vorspannung eingeschaltet ist. Wie gezeigt, kann jede Zeile das Vorspannungs-Muster für ein Sende-/Empfangs-Ereignis sein. Für den in 3 gezeigten Satz von Vorspannungs-Konfigurationen ist während des ersten Sende-/Empfangs-Ereignisses die Vorspannung der Vorspannungs-Leitung 1 eingeschaltet. Beim zweiten Sende-/Empfangs-Ereignis ist die Vorspannung der Vorspannungs-Leitung 2 eingeschaltet.
  • Aus den Vorspannungs-Mustern wird ein resultierender Satz von Strahldaten erzeugt. Wie in 3 gezeigt, ist in jedem Vorspannungs-Zustand eine einzelne Vorspannungs-Leitung eingeschaltet. Insbesondere wird die Vorspannung eines einzelnen Elementes zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, der durch Nelsubap = 1 (306) gezeigt ist. Nelsubap kann die Anzahl von Elementen in jeder ”Sub-Apertur” sein, wie z. B. die Anzahl von für jedes Sende-/Empfangs-Ereignis eingeschalteten Vorspannungs-Leitungen. Nskip kann sein, wie weit der Satz von Vorspannungs-Leitungen (d. h. Sub-Apertur) mit jedem Sende-/Empfangs-Ereignis verschoben wird. Wie in 3 gezeigt, ist Nelsubap = 1 und Nskip = 1, so dass für jedes Sende-/Empfangs-Ereignis eine einzelne Vorspannungs-Leitung eingeschaltet ist, und mit nachfolgenden Sende-/Empfangs-Ereignissen diese Vorspannungs-Gruppe (in diesem Fall eine einzelne Vorspannungs-Leitung) in Einerschritten über die Apertur weiter verschoben wird. Die Sende-/Empfangs-Vorspannungs-Muster können eine effektive Breite haben, die größer oder gleich der Sprung-Größe Nskip zwischen den Vorspannungs-Mustern ist.
  • Mit anderen Worten wird eine Element-Zeile zu einem Zeitpunkt mit Vorspannung versorgt. Außerdem bewegt sich die Abfolge der Element-Zeilen eine nach der anderen zur nächsten Element-Zeile, wie durch Nskip = 1 (308) gezeigt. Folglich wird die Vorspannung einer einzelnen Zeile von Elementen eingeschaltet, und sie strahlt einen akustischen Impuls während des Sendezyklus ab und ist während des Empfangszyklus aktiv zum Empfang des zurück gestreuten Ultraschalls. Da Wandler-Elemente dieselbe Größenordnung haben wie die für die Bildgebung benutzte akustische Wellenlänge, wird die einzelne Zeile von Elementen ein breites ungerichtetes Schallfeld erzeugen, das sich zylindrisch in der Elevation ausbreiten wird, wenn es sich von der Zeile von Elementen weg ausbreitet. Ebenso wird das Empfindlichkeitsmuster beim Empfang breit sein, sowie das Muster der Hin-und-Zurück-Empfindlichkeit.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält jedes Vorspannungs-Muster im Satz von M Vorspannungs-Mustern eine einzelne eingeschaltete Vorspannungs-Leitung. Jedes zugehörige Muster für die Hin-und-Zurück-Empfindlichkeit ist daher gleich, mit Ausnahme für die laterale Translation. Das Array ist ein 2D-Array mit einer Elevationsrichtung und einer Azimutrichtung. Die empfangenen Daten können durch Strahlformung in Azimut-Richtung fokussiert werden. Das Muster der Hin-und-Zurück-Empfindlichkeit kann dem Einzel-Element-Ansprechverhalten eines 1D-Arrays (nur Elevation) entsprechen. Dieser spezielle Satz von Vorspannungs-Mustern kann das serielle Senden und Empfangen auf jedem Element des Arrays (nur Elevation) vorsehen. Dies entspricht der beim ”Side-Scan-Sonar” für Meeres-Sonar-Bildgebung benutzten Sende-Empfangs-Anordnung. Beim Side-Scan-Sonar ist der Wandler ein einzelner Sender-Empfänger, der durch das Meer geschleppt wird. Beim Schleppen sendet und empfängt er ständig, jedes Mal von einem anderen Ort. Während jedes dieser Sende-Empfangs-Zyklen wird der resultierende Datenstrom gespeichert. Dies führt zu einem Satz von Datenströmen, der mit einem Strahlformungs-Prozess analysiert wird, der allgemein als Apertursynthese bekannt ist. Dieser Prozess dient dazu, nachträglich die hin und zurück gelaufenen ”Einzelelement”-Daten zu fokussieren, was zu einem fokussierten Bild führt.
  • Das Verfahren der Apertursynthese kann dazu benutzt werden, die hin und zurück gelaufenen Daten vom 2D-Array zu fokussieren. Die Daten sind in Azimut-Richtung bereits durch die erste Runde der Strahlformung fokussiert, die vom Ultraschallsystem durchgeführt wurde. Die zweite Runde der Strahlformung dient dazu, über die Aperturen in der Elevationsrichtung zu fokussieren. Das Ergebnis ist ein Bild, das sowohl in Azimut-, als auch in Elevationsrichtung für eine synthetisierte Apertur fokussiert ist. Das Bild kann ein isometrisches und volumetrisches Ultraschallbild sein.
  • Wie beschrieben bezieht sich 3 auf ein einzelnes Vorspannungsleitungs-Muster, aber die Strahlung von einer einzelnen Zeile von Elementen kann übermäßig breit sein. Diese Breite kann vom Standpunkt der lateralen Auflösung ausreichend sein, kann aber vom Standpunkt des Signal-Rauschverhältnisses (SNR) nicht ausreichen. Ferner kann der resultierende Datensatz angesichts herkömmlicher Array-Element-Größen im Hinblick auf die laterale räumliche Frequenz unterabgetastet sein und kann Gitterkeulen unterworfen sein. Alternativ können andere Vorspannungs-Muster benutzt werden, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Zum Beispiel kann statt für eine einzelne Zeile von Elementen eine Vorspannung einzuschalten, die Vorspannung über eine zusammenhängende Gruppe oder einen Satz von Elementen angelegt werden, wodurch sich die effektive Elementgröße erhöht. Durch die Erhöhung der effektiven Elementgröße kann sich der Grad verringern, in dem sich das abgestrahlte akustische Feld lateral ausbreitet, wodurch sich das SNR verbessern und die Amplitude der Gitterkeulen verringern kann.
  • 4 veranschaulicht ein alternatives Vorspannungsleitungs-Muster. Wie gezeigt, umfasst jedes Vorspannungs-Muster eine Gruppe von drei benachbarten Vorspannungsleitungen, die eingeschaltet sind, und diese Gruppe verschiebt sich von Muster zu Muster um ein oder mehrere Elemente in Elevationsrichtung (Zeile). Der Wandler hat eine Anzahl von Zeilen, von denen jede mit einem Kanal oder einer Leitung eines Vorspannungs-Generators verbunden ist. Wie gezeigt werden die Vorspannungsleitungen durch den Apertur-Index 402 gekennzeichnet. Der Apertur-Index 402 bezeichnet die verfügbaren Aperturen für jedes der Elemente im Element-Index 404. Die Vorspannung jedes der Elemente aus dem Element-Index 404 kann durch die entsprechenden Zeilen des Apertur-Index 402 ein- oder ausgeschaltet werden. Zum Beispiel ist die Vorspannung der Elemente 410 eingeschaltet. Die Elemente entsprechen drei Zeilen von Elementen. Für die in 4 gezeigte Vorspannungs-Konfiguration ist Nelsubap = 3 and Nskip = 1, so dass für jedes Sende-/Empfangs-Ereignis drei benachbarte Vorspannungs-Leitungen eingeschaltet sind, und bei nachfolgenden Sende-/Empfangs-Ereignissen sich die Vorspannungs-Gruppe um eins verschiebt. Insbesondere ist die Vorspannung von drei Element-Zeilen zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, wie durch Nelsubap = 3 (406) gezeigt. Die Abfolge der Elemente bewegt sich eine nach der anderen zum nächsten Element, wie durch Nskip = 1 (408) gezeigt. Mit anderen Worten wird die Vorspannung der ersten Element-Zeile und der nächsten beiden Element-Zeilen (2. und 3. Zeile von Elementen) eingeschaltet, und weil Nskip 408 = 1, wird die Vorspannung der zweiten Element-Zeile und der nächsten beiden Element-Zeilen (3. und 4. Zeile von Elementen) als nächstes eingeschaltet. Das Vorspannungs-Muster setzt sich durch die restlichen N Elemente fort, indem eine Element-Zeile zu einem Zeitpunkt weitergezählt wird. Für den in 4 gezeigten Satz von Vorspannungs-Konfigurationen ist während des ersten Sende-/Empfangs-Ereignisses die Vorspannung der Vorspannungs-Leitungen 1, 2 und 3 eingeschaltet. Beim zweiten Sende-/Empfangs-Ereignis ist die Vorspannung der Vorspannungs-Leitungen 2, 3 und 4 eingeschaltet.
  • Die Apertursynthese-Verarbeitung kann als ein Verzögerungs- und Summen-Strahlformungs-Prozess beschrieben werden. Wenn xm die Position des ”Schwerpunktes” der Element-Gruppe repräsentiert, deren Vorspannung im m-ten Vorspannungs-Muster eingeschaltet ist, und (x, z) die Koordinaten eines Punktes im Bild repräsentiert, ist die Verzögerung, die auf die Daten angewendet wird, gegeben durch t = 2[(xm – x)2 + z2](1/2)/c0, wobei c0 die Schallgeschwindigkeit ist. Die Verzögerung kann dazu dienen, die Signale abzugleichen, um die kohärente Verstärkung in der Strahlsumme und die laterale Auflösung zu verbessern. Während die Verzögerung eine verbesserte kohärente Fokussierung in allen Tiefen repräsentieren kann, kann eine tiefenunabhängige Verzögerung den Rechenaufwand verringern (z. B. Strahlformung mit fester Fokussierung). In einem Ausführungsbeispiel kann die Summe eine gleichmäßig gewichtete Summe sein. Alternativ kann vor der Summation eine nicht gleichmäßige Gewichtung auf die Signale angewendet werden, um die Struktur der Seitenkeulen zu verbessern. Mit anderen Worten kann die Strahlformung eine Apodisierung enthalten, wie unten mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Apodisierung selbst kann für eine einfache Berechnung statisch sein, oder kann alternativ variieren, um eine verbesserte Kontrolle der Seitenkeulen mit dem Bereich zu erzielen.
  • Weitere Varianten der Strahlformung können möglich sein. Zum Beispiel kann eine inkohärente Strahlformung oder eine teilweise kohärente Strahlformung benutzt werden. Bei der inkohärenten Strahlformung werden die HF-Strahldaten amplitudendemoduliert, bevor die Strahl-Summe gebildet wird. Bei der teilweise kohärenten Strahlformung wird die Strahlformungs-Operation mehrmals mit unterschiedlicher Apodisierung auf den selben Datensatz angewendet, und der resultierende Satz von Bildern wird inkohärent kombiniert.
  • Zum Beispiel kann ein Satz von Daten erfasst und mit dem Strahlformer für die synthetische Apertur dreimal mit einem Satz von Apodisierungsfunktionen, wie die in 5 gezeigten, bearbeitet werden. Die Apodisierung 502 ist auf der y-Achse gezeigt, wobei der Gruppen-Index 504 als x-Achse gezeigt wird. Die Apodisierungsfunktionen können das Eingangs-Intensitätsprofil der Daten ändern, um den Dynamikbereich der Daten zu verbessern. Jede der drei Apodisierungsfunktionen kann die Daten von einem unterschiedlichen Teil des Arrays hervorheben. Wenn die resultierenden apodisierten Datensätze strahlgeformt werden, kann die Strahlformung effektiv gesteuert werden.
  • Mit anderen Worten können als Folge der drei in 5 gezeigten Apodisierungsfunktionen die Bilddaten aufgezeichnet werden, als ob die physikalische Position des Wandlers bei drei aufeinander folgenden Erfassungen unterschiedlich wäre. Demzufolge können drei resultierende Bilder gleich sein, aber die Specklemuster können etwas unterschiedlich sein. Wenn die drei Bilder dann nach dem Detektionsprozess kombiniert (d. h. inkohärent kombiniert) werden, kann die Speckle-Varianz verringert werden, wenn auch möglicherweise auf Kosten der lateralen Auflösung. Die teilweise kohärente Strahlformung kann eine Form der nachträglichen räumlichen Zusammensetzung sein und bietet ähnliche Vorteile, wie man sie bei der herkömmlichen räumlichen Zusammensetzung findet.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können möglich sein. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Vorspannungs-Muster angelegt, das Sende-Empfangs-Ereignis wird ausgelöst und ausgeführt, und das nächste Vorspannungs-Muster wird angelegt. Das Ändern des Vorspannungs-Musters zwischen den Sende- und Empfangszyklen kann bestimmte Vorteile bieten. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die oben beschriebenen Vorspannungs-Muster während des Empfangszyklus benutzt werden, aber während des Sendezyklus können alle Vorspannungsleitungen eingeschaltet werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann das gesendete Feld eine ebene Welle sein und kann für jeden Sende-Empfangs-Zyklus identisch sein, aber die Empfangs-Vorspannungs-Gruppe ändert sich von Ereignis zu Ereignis. Folglich kann bei der Strahlformung eine unterschiedliche Verzögerung benutzt werden, wie t = {[(xm – x)2 + z2](1/2) + z}/c0, wobei c0 die Schallgeschwindigkeit ist, und die resultierende Strahlformung kann als eine Einweg-, Nur-Empfangs-Strahlformung aufgefasst werden. Die Hin- und Zurück-Strahlformung kann eine bessere laterale Auflösung aufweisen, es kann aber sein, dass sie hinsichtlich des SNR nicht so stark ist. Ferner erlauben solche Einweg-Verfahren die Verwendung von Aperturcodierungsverfahren, wie Hadamard-Codierung, die weitere SNR-Vorteile vorsehen können und unten mit Bezug auf die 7 und 8 gezeigt sind.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Ultraschall-Bildgebung mit Vorspannungs-Mustern, wie oben beschrieben. In Block 602 wird eine Vorspannung entsprechend einem ersten Vorspannungs-Muster an Elemente eines Wandlers angelegt, wie z. B. an Elemente eines cMUT. Beispiele für Vorspannungs-Muster werden oben in den 3 und 4 beschrieben. Auf der Grundlage des ersten Vorspannungs-Musters wird eine Sende-/Empfangs-Funktion ausgeführt, um Ultraschall-Bilddaten zu erfassen, wie in Block 604. Die Ultraschall-Bilddaten können zur weiteren Verarbeitung aufgezeichnet oder gespeichert werden, wie in Block 606. In Block 608 wird das Vorspannungs-Muster angepasst, und Elemente des Wandlers werden entsprechend einem zweiten Vorspannungs-Muster mit einer Vorspannung versorgt. In Block 610 wird eine Sende-/Empfangs-Funktion ausgeführt, um Ultraschall-Bilddaten auf der Grundlage des zweiten Vorspannungs-Musters zu erfassen. Dieser zweite Satz von Ultraschall-Bilddaten kann zur weiteren Verarbeitung aufgezeichnet oder gespeichert werden, wie in Block 612. In Block 614 können die Ultraschall-Bilddaten vom ersten Vorspannungs-Muster und vom zweiten Muster unter Verwendung der Apertursynthese kombiniert werden. Zum Beispiel wird jeder Satz von Daten entlang dem Array von Elementen in den Zeilen mit eingeschalteter Vorspannung oder in Zeilen von Elementen durch elektronische Fokussierung einer Strahlformung unterzogen (z. B. Strahlformung im Azimut). Entlang der Richtung der Synthese (z. B. Elevation) wird keine Fokussierung vorgesehen. Die strahlgeformten Abtastwerte aus mehreren Erfassungen werden durch Synthese, wie z. B. durch Strahlformung, entlang der Richtung der Synthese kombiniert (z. B. Auswahl von strahlgeformten Abtastwerten, die zur gewünschten Verzögerung in Elevation gehören, und Summation). Mit anderen Worten werden die Signale auf eine solche Weise kombiniert, dass eine Apertur synthetisiert wird und die Daten strahlgeformt oder fokussiert werden. Die kombinierten Ultraschalldaten werden dazu benutzt, ein Ultraschallbild zu erzeugen, das aus jedem der Sende-/Empfangs-Ereignisse zusammengesetzt ist, wie in Block 616.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können für die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Verfügung stehen. In den oben beschriebenen Beispielen wird das Vorspannungs-Muster angelegt, das Sende-Empfangs-Ereignis wird ausgelöst und ausgeführt, und das nächste Vorspannungs-Muster wird angelegt. Das Ändern des Vorspannungs-Musters zwischen den Sende- und Empfangszyklen kann von Vorteil sein. In einem Ausführungsbeispiel können die oben beschriebenen Vorspannungs-Muster während des Empfangszyklus benutzt werden, aber während des Sendezyklus werden alle M Vorspannungs-Leitungen eingeschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das gesendete Feld eine ebene Welle und kann für jeden Sende-Empfangszyklus identisch sein. Die Empfangs-Vorspannungs-Gruppe ändert sich von Ereignis zu Ereignis. Bei der Strahlformung kann eine unterschiedliche Verzögerung verwendet werden:
    Figure DE112008002204B4_0002
  • Die resultierende Strahlformung kann als Einweg-, Nur-Empfangs-Form der Strahlformung betrachtet werden. Diese Strahlformung kann hinsichtlich der lateralen Auflösung im Vergleich zu der oben beschriebenen Hin-und-Zurück-Strahlformung alles andere als optimal sein, sie kann aber hinsichtlich des SNR optimaler sein. Ein alternatives Ausführungsbeispiel kann es sein, die Rollen des Sendens und Empfangens umzuschalten. Mit anderen Worten werden die unterschiedlichen Vorspannungs-Muster während des Sendezyklus angelegt, und beim Empfang wird an alle Elemente eine Vorspannung angelegt. Die resultierende Strahlformung ist auch eine Einweg-Form der Strahlformung, kann aber als Nur-Sende-Strahlformung bezeichnet werden.
  • Entweder beim Nur-Empfangs-, oder beim Nur-Sende-Verfahren kann es wünschenswert sein, nur an einen Teil der Sende-(oder Empfangs-)Apertur eine Vorspannung anzulegen anstatt an die gesamte Apertur. Zum Beispiel wird beim Nur-Empfangs-Verfahren die Vorspannung an die gesamte Sende-Apertur angelegt. Es kann wünschenswert sein, die Breite des Teils der Apertur, an die eine Vorspannung angelegt ist, zu reduzieren, um die Breite der ebenen Sende-Welle zu reduzieren und daher Seitenkeulen und Bildstörungen zu verringern. Das resultierende Bild kann schmaler sein, aber die aktive Apertur kann dann verschoben werden.
  • Weitere Vorteile bezüglich des SNR können durch Verwendung von Apertur-Codierungsverfahren erzielt werden, wie z. B. durch die Hadamard-Codierung. Bei der Hadamard-Codierung wird eine Sequenz von breiten, codierten Mustern angelegt. Betrachten wir den in 3 gezeigten Satz von Vorspannungs-Mustern, bei dem jedes Vorspannungs-Muster aus allen Vorspannungs-Leitungen mit Ausnahme einer einzelnen Leitung besteht, an die eine Vorspannung angelegt ist. Wenn ein Hadamard-codiertes Vorspannungs-Muster angelegt wird, wie in 7, und auf den resultierenden Datensatz mit einer linearen algebraischen Decodierungs-Operation eingewirkt wird, ist der resultierende decodierte Datensatz ähnlich dem, der unter Verwendung der in 3 gezeigten Vorspannungs-Muster erfasst würde, mit der Ausnahme, dass das SNR größer als 20·log(√N) sein kann, wobei N die Gesamtzahl von Vorspannungsleitungen ist.
  • Die Punkte in einer Hadamard-Matrix können von Null verschieden sein und denselben Betrag haben, sich aber im Vorzeichen unterscheiden (Element-Polarität). Ein Beispiel ist in 8 gezeigt, in der das Vorspannungs-Muster dargestellt ist, das mit dem sechsten Sende-/Empfangs-Ereignis des in 7 gezeigten Vorspannungs-Musters verbunden ist. Man beachte, dass alle Vorspannungs-Leitungen von Null verschieden sind, aber auf einen Vorspannungs-Wert von +v oder –v gelegt werden, wobei v der Betrag der Vorspannung ist. Das Vorspannungs-Muster in 7 ist für lineare Transduktionsverfahren brauchbar, bei denen eine Umkehrung der Vorspannung zu einer Umkehrung des gesendeten Signals führt. Alternativ kann mit Wandlern, die eine weniger lineare Form der Transduktion nutzen, ein modifiziertes Verfahren eingesetzt werden. Bei diesem modifizierten Verfahren wird jedes Sende-/Empfangs-Ereignis in zwei getrennte Sende-/Empfangs-Ereignisse aufgeteilt, von denen jedes Vorspannungen mit demselben Vorzeichen nutzt. Zum Beispiel das in 8 gezeigte Vorspannungs-Muster, welches das sechste Vorspannungs-Muster in dem in 7 gezeigten Satz ist. Wir können dieses Vorspannungs-Muster in zwei Schritten anwenden. Im ersten Schritt wird der positive Vorspannungs-Teil des Satzes eingeschaltet, und der Rest wird ohne Vorspannung gelassen. Das System wird dann veranlasst, ein Sende-/Empfangs-Ereignis auszuführen. Das Vorspannungs-Muster wird dann umgeschaltet, und nur die negative Spannungskomponente des Vorspannungs-Musters wird angelegt, wird aber als positive Spannungen angelegt. Das System wird veranlasst, ein Sende-/Empfangs-Ereignis auszuführen, und das Ergebnis der beiden Ereignisse kann subtrahiert werden.
  • In den in den 3 und 4 gezeigten Vorspannungs-Mustern ist Nskip ein Parameter, der die Güte der Gitterkeulen beeinflussen kann. Größere Werte von Nskip können mit schnelleren Erfassungen, aber höheren Gitterkeulen und daher einem schlechteren Störverhalten verbunden sein. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann Nskip auf ganzzahlige Werte beschränkt sein. Für Wandler mit grober Teilung kann es wünschenswert sein, Werte von Nskip zu benutzen, die kleiner als eins sind. Dies ist durch Benutzung von Apodisierung in den Vorspannungs-Mustern möglich. Um eine Apodisierung der Vorspannungs-Muster zu ermöglichen, kann ein Vorspannungs-Generator benutzt werden, der in der Lage ist, eine Anzahl verschiedener Vorspannungen zu erzeugen. Nskip ist ein Maß, wie viel das Vorspannungs-Muster zwischen den Sende-/Empfangs-Ereignissen verschoben wird.
  • 9 ist eine Darstellung eines Vorspannungs-Musters aus einer Gruppe von Elementen. 9 benutzt drei unterschiedliche von Null verschiedene Vorspannungen (1/3, 2/3, 1). Vom Standpunkt der Akustik ist die Lage des Vorspannungs-Musters der ”Schwerpunkt” der Gruppe der Elemente, an die eine Vorspannung angelegt ist. Eine Berechnung des Schwerpunktes macht deutlich, dass der Schwerpunkt dieser Vorspannungs-Gruppen sich von Vorspannungs-Gruppe zu Vorspannungs-Gruppe um den Wert Nskip = 1/3 verschiebt. Mit anderen Worten weist die erste Vorspannungs-Gruppe 902 einen Schwerpunkt auf, der um 1/3 zur zweiten Vorspannungs-Gruppe 904 verschoben ist. Die zweite Vorspannungs-Gruppe 904 weist einen Schwerpunkt auf, der um 1/3 zur dritten Vorspannungs-Gruppe 906 verschoben ist. Die dritte Vorspannungs-Gruppe 906 weist einen Schwerpunkt auf, der um 1/3 zur vierten Vorspannungs-Gruppe 908 verschoben ist.
  • 10 ist eine grafische Darstellung des Vorspannungs-Musters in 9. Insbesondere zeigt 10 einen Satz von Vorspannungs-Mustern, die in 9 dargestellt sind. Die aus einem solchen Vorspannungs-Satz, wie in 10 gezeigt, ausgebildeten Bilder können dazu tendieren, weniger anfällig gegen Gitterkeulen-Artefakte zu sein.
  • Obwohl die Apertursynthese in der Elevation durchgeführt werden kann und die herkömmliche Strahlformung im Azimut, kann es möglich sein, ein volumetrisches Bild auszubilden, indem die Apertursynthese in beiden Dimensionen durchgeführt wird. Standardmäßige fortschreitende Vorspannungs-Muster oder Hadamard-Codes können in der Elevation angewendet werden, und eine Strahlformung mit festem Fokus und Zeitverzögerung kann sowohl beim Senden als auch beim Empfangen im Azimut durchgeführt werden, wobei die Sende- und Empfangs-Brennpunkte in derselben Tiefe platziert werden. Empfangsdaten werden dann für eine Vielzahl von Sende-Empfangs-Ereignissen erfasst und gespeichert, die elektronisch verschoben werden, um ein Volumen abzustecken. Dann kann eine Apertur in der Elevation synthetisiert werden, indem Wellenformen auf der Grundlage des Abstandes zwischen der Mitte des Vorspannungs-Musters und dem beabsichtigten Brennpunkt in der Elevations-Bereichs-Ebene verzögert und aufsummiert werden. Gleichzeitig oder anschließend wird eine Apertur im Azimut synthetisiert, indem ”virtuelle Punktquellen” an dem festen Brennpunkt angenommen werden und die Verzögerung und Summation von Wellenformen auf der Grundlage des Abstandes zwischen diesen virtuellen Punkten und dem beabsichtigten Brennpunkt in der Azimut-Bereichs-Ebene durchgeführt wird. Zum Beispiel kann ein Verfahren zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung einen mehrdimensionalen akustischen Wandler umfassen, der auf Vorspannungs-Transduktion reagiert, wobei ein erstes Vorspannungs-Muster in der Elevation angelegt wird und ein erstes Sende-Empfangs-Ereignis stattfindet. Zum Senden werden alternierende Signale mit einem Satz fester Zeitverzögerungen im Azimut angelegt, und zum Empfangen werden alternierende Signale im Azimut mit einem anderen Satz fester Zeitverzögerungen, die sich nicht dynamisch mit der Zeit ändern, strahlgeformt. Ein zweites Vorspannungs-Muster kann dann in der Elevation angelegt werden, und ein zweites Sende-Empfangs-Ereignis wird ausgeführt. Wellenformen von dem ersten und zweiten Ereignis werden ”offline” auf eine Weise kombiniert, dass eine Apertur gleichzeitig sowohl in der Elevation als auch im Azimut synthetisiert wird oder umgekehrt.
  • Wie beschrieben kann die Apertursynthese mit einem cMUT-2D-Array mit ”V3”-Form durchgeführt werden, wobei die Vorspannung in der Elevation fest ist, und die Zeitverzögerungs-Sende-/Empfangs-Strahlformung im Azimut fest ist. In alternativen Ausführungsbeispielen können andere Verfahren zur Apertursynthese benutzt werden, die auf Wandler mit ”SV3”-Form und rotierender Apertur anwendbar sind, wobei beim Senden die Zeitverzögerung in der Elevation angewendet wird und das Vorspannungs-Muster im Azimut angewendet wird, und beim Empfangen das Vorspannungs-Muster in der Elevation angewendet wird, und die Zeitverzögerung im Azimut angewendet wird. Zum Beispiel kann ein Verfahren zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung einen 2D-Wandler umfassen, der auf eine Vorspannungs-Transduktion reagiert, die im Apertur-Rotations-Modus betrieben wird (z. B. wie in ”ULTRASOUND IMAGING TRANSDUCER ARRAY FOR SYNTHETIC APERTURE,” US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung US 2007/0 167 752 A1 beschrieben, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Verweis mit aufgenommen wird). Es werden zwei Sende-Empfangs-Ereignisse erfasst, wobei ein erstes und ein zweites Sende-Zeitverzögerungs-Profil in der Elevation benutzt wird, und dann werden die Empfangs-Wellenformen von den beiden Ereignissen auf eine Weise kombiniert, dass die Apertursynthese, Anpassungs-Filterung und/oder die dynamische Sende-Fokussierung in der Elevation implementiert wird.
  • Elevations-Apertursynthese-Verfahren im Modus mit nicht rotierender Apertur können eine gute isotrope 3D-Auflösung, aber ein nicht ideales SNR aufweisen. Die Bildgebung im Modus mit rotierender Apertur weist auch eine isotrope 3D-Auflösung auf, kann aber wegen der von Null verschiedenen Umschaltzeiten der Elektronik keine Bilder im Nahfeld erzeugen. Mit einer Kombination dieser beiden Modi kann eine Lösung zur Bildgebung des gesamten Bereichs erzielt werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung es umfassen, ein Volumen aus einer Kombination eines ersten Satzes von Elevations-Apertursynthese-Daten, die mit dem Wandler erfasst wurden, der im Modus mit nicht rotierender Apertur arbeitet, mit einem zweiten Satz von Daten, die mit dem Wandler erfasst wurden, der im Modus mit rotierender Apertur arbeitet, zu konstruieren, wobei im zweiten Satz die Apertursynthese einbezogen sein kann oder nicht. Die Daten von den beiden Sätzen können kohärent oder inkohärent kombiniert, miteinander verbunden, zusammengefügt, verschachtelt oder Seite an Seite oder von oben nach unten abgelegt werden.
  • Wenn eine Wandler-Apertur kleiner ist als die Basisfläche oder die Fläche des bildlich darzustellenden oder abzufragenden Volumens, kann es erforderlich sein, die Apertursynthese mit der mechanischen Translation und Zusammenfügen zu kombinieren, um das gesamte Volumen abzudecken. Zum Beispiel kann ein Verfahren zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung es umfassen, ein Volumen aus einem ersten und zweiten Satz von Elevations-Apertursynthesedaten zu konstruieren, die mit dem Wandler erfasst wurden, der im Modus mit nicht rotierender Apertur arbeitet, und wobei der Wandler zwischen dem Erfassen des ersten und des zweiten Satzes mechanisch in der Elevation oder im Azimut verschoben oder bewegt wird. Die Daten von den beiden Sätzen können auf kohärente, inkohärente oder teilweise kohärente Weise zusammengefügt werden.
  • Mit Bezug zurück auf 1 ist der Detektor 106 ein B-Modus-, Doppler-, Fluss- und/oder anderer Detektor zur Erkennung der Intensität, Energie, Geschwindigkeit oder anderer Informationen aus den Strahlformungs-Signalen. Die Ultraschalldaten können beliebige aus B-Modus-, Doppler-Geschwindigkeits-Informationen oder Doppler-Energie-Informationen sein.
  • Das System 100 kann einen optionalen Scan-Wandler (nicht gezeigt) enthalten, der aus dem akustischen Koordinatennetz in ein kartesisches Koordinatennetz umwandelt, wie das dem Display 24 zugeordnete. In Ausführungsbeispielen, in denen einige Daten in einem kartesischen Koordinatensystem formatiert sind, wandelt ein Scan-Wandler einige Daten aus dem akustischen Koordinatennetz in das kartesische Koordinatennetz. Zum Beispiel führt ein Scan-Wandler die Scan-Umwandlung einer Vielzahl zweidimensionaler Bilder oder Ebenen aus einem akustischen Koordinatennetz in ein kartesisches Koordinatennetz durch. Alternativ wandelt ein Scan-Wandler, eine CPU, GPU oder ein anderer Prozessor einige oder alle Daten des akustischen Koordinatennetzes in ein kartesisches 3D-Koordinatennetz um.
  • Der Speicher 110 kann einen Video-RAM-Speicher, einen RAM-Speicher oder eine andere Speichereinrichtung zum Speichern von Daten oder Videoinformationen umfassen. Der Speicher 110 kann ein computerlesbares Speichermedium oder ein Speicher sein, wie z. B. ein Cache, Puffer, RAM, Wechsel-Speichermedium, eine Festplatte oder andere computerlesbare Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren veranschaulichten oder hier beschriebenen Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben werden als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Instruktionen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ des Instruktionssatzes, Speichermedien, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltkreise, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die alleine oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einem Ausführungsbeispiel werden die Instruktionen auf einer Wechsel-Speichermedien-Einrichtung gespeichert, um von lokalen oder entfernten Systemen gelesen werden zu können. In anderen Ausführungsbeispielen werden die Instruktionen an einem entfernten Ort gespeichert, um sie über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen zu übertragen. In noch anderen Ausführungsbeispielen werden die Instruktionen in einem bestimmten Computer, einer CPU, GPU oder einem System gespeichert.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Speicher 110 einen Video-RAM-Speicher des Prozessors 108. In alternativen Ausführungsbeispielen ist der Speicher 110 vom Prozessor 108 getrennt, wie z. B. ein Cache-Speicher eines Prozessors, der Systemspeicher oder ein anderer Speicher. Der Speicher 110 ist in der Lage, Ultraschalldaten, die in einem akustischen Koordinatennetz, einem kartesischen Koordinatennetz, sowohl einem kartesischen Koordinatennetz als auch einem akustischen Koordinatennetz formatiert sind, oder Ultraschalldaten, die ein Volumen in einem 3D-Koordinatennetz repräsentieren, zu speichern.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der Prozessor 108 eine GPU sein, die einen Grafikbeschleuniger-Chip, einen Prozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, einen Schaltkreis oder eine Beschleuniger-Karte umfasst. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 108 eine Grafikbeschleuniger-Karte oder -Komponente eines Personal-Computers, zum Beispiel hergestellt von nVidia (z. B. Quadro4 900XGL oder andere), ATI (z. B. Radeon 9700 oder andere), oder Matrox (z. B. Parhelia oder andere). Der Prozessor 108 sieht Hardwareeinrichtungen zum Beschleunigen der Volumen-Bildsynthese-Prozesse vor, wie die Verwendung von Schnittstellen zur Anwendungsprogrammierung für die dreidimensionale Textur-Abbildung. Beispiel-APIs umfassen OpenGL und DirectX, aber andere APIs können unabhängig oder mit dem Prozessor 108 benutzt werden.
  • Der Prozessor 108 und/oder der Speicher 110 können im System 100 als Teil einer einzelnen Ultraschallsystemkomponente enthalten sein, wie z. B. ein Ultraschallsystem auf einem Einschub im selben Gehäuse. In alternativen Ausführungsbeispielen werden der Prozessor 108 und der Speicher 110 getrennt von einem Ultraschall-Datenerfassungssystem vorgesehen, wie z. B. in einer Workstation oder einem Personal-Computer. Die Ultraschalldaten können drahtlos, über ein Computernetzwerk oder über ein tragbares Speichermedium zum Prozessor 108 übertragen werden.
  • Das Display 24 ist eine Kathodenstrahlröhre, ein LCD, Flachbildschirm, Plasmabildschirm, Videoprojektor oder eine andere Einrichtung zur Anzeige eines zweidimensionalen Bildes eines dreidimensionalen Volumens oder einer Darstellung. Das Display 24 kann konfiguriert sein, die Ausgabe eines Ultraschallbildes darzustellen.
  • Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die obige detaillierte Beschreibung als erläuternd und nicht als Einschränkung betrachtet wird, und dass verstanden wird, dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente sind, die bezwecken, den Erfindungsgedanken und den Umfang dieser Erfindung zu definieren.

Claims (21)

  1. System (100) zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung, wobei das System umfasst: einen Wandler (102), der Elemente (304) aufweist, die durch eine Vorspannung aktiviert werden; einen Vorspannungs-Generator (206), der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Vorspannungs-Generator (206) betreibbar ist, um ein Vorspannungs-Signal zu erzeugen, das ein erstes Vorspannungs-Muster (602) der Elemente (304) bildet, und ein Vorspannungs-Signal zu erzeugen, um ein zweites Vorspannungs-Muster (608) der Elemente (304) zu bilden; und einen Strahlformer (104), der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Wandler (102) in der Lage ist, als Reaktion auf dem Strahlformer (104) Ultraschalldaten auf der Grundlage des ersten Vorspannungs-Musters (602) zu senden und zu empfangen, und Ultraschalldaten auf der Grundlage des zweiten Vorspannungs-Musters (608) zu senden und zu empfangen, wobei der Strahlformer (104) dazu geeignet ist, eine zweidimensionale Strahlformung auszuführen und dazu den Strahl entlang einer ersten Richtung des abgetasteten Volumens zu formen und eine Apertur entlang einer zweiten Richtung des abgetasteten Volumens zu synthetisieren; wobei ein Bild auf der Basis einer Apertursynthese der Ultraschalldaten vom ersten Vorspannungs-Muster (602) und der Ultraschalldaten vom zweiten Vorspannungs-Muster (608) erzeugt wird, wobei die Apertursynthese die Synthese der Apertur in der zweiten Richtung ist.
  2. System (100) nach Anspruch 1, wobei die Strahlformung durch den Strahlformer (104) in einer Azimutrichtung durchgeführt wird und die ersten und zweiten Vorspannungs-Muster (608) in Elevationsrichtung variieren.
  3. System (100) nach Anspruch 1, wobei die Apertursynthese (614) die Hadamard-Codierung beinhaltet.
  4. System (100) nach Anspruch 1, wobei der Wandler (102) mindestens einen aus einem kapazitiven Membran-Ultraschallwandler (cMUT) oder einem Wandler aus elektrostriktiven Transduktions-Material umfasst, der die Elemente (304) enthält, die durch die Vorspannung aktiviert werden.
  5. System (100) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Muster (602, 608) apodisiert sind oder mit einer effektiven Breite, die größer oder gleich einer Sprung-Größe zwischen den Vorspannungs-Mustern (602, 608) ist, gesendet/empfangen werden.
  6. Verfahren zur Ultraschall-Bildgebung mit einem Ultraschallwandler (102), der auf eine Vorspannung zur Transduktion reagiert, wobei das Verfahren umfasst: vom Ultraschallwandler (102), der auf die Vorspannung zur Transduktion reagiert, Senden von Ultraschalldaten mit einem ersten Vorspannungs-Muster (602) des Ultraschallwandlers (102) und mit einem zweiten Vorspannungs-Muster (608) des Ultraschallwandler (102); mit dem Ultraschallwandler (102) und als Reaktion auf das Senden, Empfangen (604) der Ultraschalldaten vom ersten Vorspannungs-Muster (602) und vom zweiten Vorspannungs-Muster (608); und Durchführen einer Apertursynthese (614) der Ultraschalldaten, die aus dem Senden und Empfangen mit dem ersten Vorspannungs-Muster (602) resultieren und der Ultraschalldaten, die aus dem Senden und Empfangen mit dem zweiten Vorspannungs-Muster (608) resultieren, so dass ein Bild erzeugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Ultraschallwandler (102), der auf eine Vorspannung zur Transduktion reagiert, eine Vielzahl von Elementen (304) enthält, wobei ferner das erste Vorspannungs-Muster (602) einem ersten Muster von Elementen (304) entspricht, deren Vorspannung eingeschaltet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite Vorspannungs-Muster (608) einem zweiten Muster von Elementen (304) entspricht, deren Vorspannung eingeschaltet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Elemente (304), deren Vorspannung im ersten Vorspannungs-Muster (602) eingeschaltet ist, und die Elemente (304), deren Vorspannung im zweiten Vorspannungs-Muster (608) eingeschaltet ist, in Elevationsrichtung geändert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das erste Vorspannungs-Muster (602) Elemente (304) in Azimut-Richtung umfasst, die aktiviert sind, die im zweiten Vorspannungs-Muster (608) nicht aktiviert sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Ultraschallwandler (102), der auf eine Vorspannung zur Transduktion reagiert, mindestens eines aus einem kapazitiven Membran-Ultraschallwandler (cMUT) oder einem Wandler aus elektrostriktiven Material umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Empfangen das Empfangen durch den Ultraschallwandler (102) mit einem dritten Vorspannungs-Muster umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Apertursynthese (614) nur Senden (TX), nur Empfangen (RX) oder Senden und Empfangen (TX-RX) umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Vorspannungs-Muster (602, 608) eine effektive Breite haben, die größer oder gleich einer Sprung-Größe zwischen den Vorspannungs-Mustern ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Apertursynthese (614) mindestens eines aus einer Strahlformung durch Verzögerung und Summation, einer Phasenverschiebung, einer angepassten oder inversen lateralen Filterung umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Senden umfasst: Aktivieren des ersten Vorspannungs-Musters (602) auf dem Ultraschallwandler (102); und Anwenden eines ersten Zeitverzögerungs-Musters auf Signale von der Anwendung des ersten Vorspannungs-Musters (602); und wobei das Empfangen umfasst: Anlegen des zweiten Vorspannungs-Musters (608) an den Ultraschallwandler (102); und Anwenden eines zweiten Zeitverzögerungs-Musters auf Signale vom Ultraschallwandler (102) von der Anwendung des zweiten Vorspannungs-Musters (608).
  17. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Wiederholen des Sendens und Empfangens entlang einer Vielzahl von Abtast-Leitungen in einem Volumen; und Erzeugen einer Darstellung des Volumens (616).
  18. Verfahren zur Ultraschall-Bildgebung unter Verwendung eines elektrostriktiven Materials, das auf eine Vorspannung reagiert, wobei das Verfahren ein Verwenden eines Vorspannungsgenerators zur Erzeugung eines Vorspannungssignals umfasst, zum Einrichten eines ersten Vorspannungs-Musters (602) von Elementen (304) auf dem Material; eines Senden und Empfangen erster Ultraschall-Bilddaten mit dem ersten Vorspannungs-Muster (602), um unter Verwendung des Vorspannungsgenerators ein Vorspannungssignal zu erzeugen, zum Einrichten eines zweiten Vorspannungs-Musters (608) von Elementen (304) auf dem Material; eines Senden und Empfangen zweiter Ultraschall-Bilddaten mit dem zweiten Vorspannungs-Muster (608); eines Durchführens einer Apertursynthese der ersten Ultraschall-Bilddaten und der zweiten Ultraschall-Bilddaten (614); und Ausbilden eines Bildes als Funktion der Apertursynthese (614).
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das erste Vorspannungs-Muster (602) und das zweite Vorspannungs-Muster (608) sich in Elevationsrichtung befinden.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das elektrostriktive Material eine kapazitive Membran oder einen mikromechanisch hergestellten Ultraschallwandler (102) (cMUT) umfasst.
  21. System (100) zur volumetrischen Ultraschall-Bildgebung, wobei das System umfasst: einen Wandler (102), der Elemente (304) enthält, die durch eine Vorspannung aktiviert werden; einen Strahlformer (104), der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Strahlformer (104) in der Lage ist Ultraschalldaten zu senden und zu empfangen; einen Synthesizer, der mit dem Wandler (102) gekoppelt ist, wobei der Synthesizer in der Lage ist, eine Apertursynthese (614) auf den Sende- und Empfangsfunktionen auszuführen; wobei ein Senden und Empfangen von ersten Ultraschalldaten mit Elementen (304) durchgeführt wird, die entsprechend eines ersten Vorspannungs-Musters (602) mit einer Vorspannung versorgt sind, und ein Senden und Empfangen von zweiten Ultrasschalldaten mit Elementen (304) durchgeführt wird, die entsprechend eines zweiten Vorspannungs-Musters (608) mit einer Vorspannung versorgt sind, wobei der Synthesizer eine Apertursynthese der ersten und zweiten Ultraschalldaten durchführt und basierend auf der Apertursynthese ein Ultraschallbild erzeugt.
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