KR102331437B1 - 초음파 변환기 어셈블리 및 초음파들을 송신하고 수신하기 위한 방법 - Google Patents

초음파 변환기 어셈블리 및 초음파들을 송신하고 수신하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

각각이 기판과 기판으로부터 일정 거리에 배치된 유연한 멤브레인을 구비하는, 초음파들(24)을 송수신하기 위한 복수의 변환기 소자들(32)을 포함하는 초음파 변환기 어셈블리(10)가 개시된다. 압궤모드의 유연한 멤브레인들이 기판과 접촉하게 하기 위해, AC 전압 제어 유닛(56)은 변환기 소자들의 각각에 제공된 AC 전압을 제어하기 위해 제공되고, DC 전압 제어 유닛(60)은 AC 전압 제어 유닛, 변환기 소자들에 제공된 DC 바이어스 전압을 제어하기 위해 제공된다. DC 전압 제어 유닛은 압궤모드를 제한하는 초음파 변환기 어셈블리의 동작 동안 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 일시적으로 분리하기 위해 적응된다.

Description

초음파 변환기 어셈블리 및 초음파들을 송신하고 수신하기 위한 방법{ULTRASOUND TRANSDUCER ASSEMBLY AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING ULTRASOUND WAVES}
본 발명은 초음파 변환기 어셈블리 및 초음파 변환기 어셈블리에 의해 초음파들을 송신하고 수신하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초음파들을 방출하고 수신하기 위하여 그리고 초음파 이미지들을 제공하기 위하여 용량성 마이크로-기계화된 초음파 변환기 소자들을 포함하는 초음파 이미징 유닛에 관한 것이다.
용량성 마이크로-기계화된 초음파 변환기(CMUT)는 초음파 이미징 응용들에서의 사용을 위해 잘 알려진 기술이며 압전 기술을 기초로 한 초음파 변환기들의 저가 교체에 대한 가능성을 제공한다.
CMUT 셀들은 유연한 멤브레인(flexible membrane) 아래에 공동(cavity)을 포함한다. 초음파들을 검파하기 위해, 수신 초음파들에 따라 움직이거나 진동하는 유연한 멤브레인의 진동은, 유연한 멤브레인의 전극들 및 CMUT 셀들의 기판 사이의 커패시턴스의 변동을 측정함으로써 검출될 수 있다. 역으로, CMUT 셀들의 전극들에 인가된 전기 신호는 멤브레인으로 하여금 진동하도록 그리고 그에 의해 초음파들을 방출하도록 야기한다.
CMUT 셀들의 감도를 증가시키기 위해, 압궤모드(collapse mode)가 되고, 여기서 DC 바이어스 전압은 멤브레인이 CMUT 기판과 접촉하는 것을 초래하기 위해 사용되며 그에 의해 셀들의 감도는 두 배가 될 수 있다. 윤곽이 잡힌 기판(contoured substrate)을 포함하는 압궤모드 동작가능한 CMUT는 예로서 US 2011/0040189 A1로부터 알려져있다.
그러나, 압궤모드로 동작하는 CMUT 셀들은 전기 충전 및 절연 파괴(dielectric breakdown)를 겪으며, 그에 의해 CMUT 셀들의 수명은 상당히 감소된다. 더 긴 절연 수명을 가진 높은 감도를 갖는 압궤모드로 동작될 수 있는 개선된 CMUT 구조들이 개발되었지만, 그러나 CMUT 셀들의 절연 구성요소들이 초음파 변환기들의 수명 동안 충전 또는 파괴하지 않는다는 것이 보장되어야 한다.
US 2007/0140515 A1으로부터, 변환기 정전 방전 장치가 알려져 있고, 여기서 빛은, 변환기 소자들 안의 정전하(static charge)를 감소하기 위하여, 초음파 변환기 어셈블리의 용량성 멤브레인 변환기 소자들에 노출된다.
US 2005/0119575 A1으로부터, 상대적으로 큰 높이 치수 및 공간과 시간 내에서 높이 애퍼처의 바이어스 제어를 포함하는, 3-D 이미징을 위한 용량성 미세가공된 변환기 배열이 알려져 있다.
US 2012/0194107 A1으로부터, 각각이 갭을 통해 서로 향하는 제 1 및 제 2 전극들을 포함하는 셀들, 구동/검출 유닛, 및 외부 응력 적용 유닛을 포함하는, 용량성 전기화학 변환기를 위한 제어 장치로 알려져 있고, 여기서, 구동/검출 유닛은, 제 2 전극으로 하여금 전극들 사이의 AC 정전 인력을 생성함으로써 진동하여 탄성파들을 송신하거나, 또는 전극들 사이의 용량의 전하를 감지하도록 야기하고, 여기서 전하는 탄성파들의 수신에 따라 제 2 전극 진동에 의해 야기된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 높은 감도와 개선된 수명을 갖는 초음파 변환기 어셈블리를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 높은 감도와 개선된 수명을 갖는 초음파 이미징 유닛을 제공하는 것이다. 마지막으로, 본 발명의 목적은 높은 감도와 개선된 수명을 갖는 초음파 변환기 어셈블리에 의해 초음파들을 송수신하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라서, 초음파 변환기 어셈블리가 제공되며, 초음파 변환기 어셈블리는:
- 각각이 기판과 기판으로부터 일정 거리에 배치된 유연한 멤브레인을 구비하는, 초음파들을 송수신하기 위한 복수의 변환기 소자들,
- 변환기 소자들의 각각에 제공된 AC 전압을 제어하기 위한 AC 전압 제어 유닛,
- 압궤모드의 유연한 멤브레인들이 기판과 접촉하게 하기 위해 변환기 소자들에 제공된 DS 바이어스 전압을 제어하기 위한 DC 전압 제어 유닛을 포함하고,
여기서 DC 전압 제어 유닛은 압궤모드를 제한하는 초음파 변환기 어셈블리의 동작 동안 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 일시적으로 분리하기 위해 적응된다.
본 발명의 다른 양상에 따라서, 본 발명에 따른 초음파들을 방출하고 수신하기 위한 초음파 변환기 어셈블리를 포함하는 초음파 이미징 유닛이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라서, 초음파 변환기 어셈블리에 의해 초음파들을 송수신하기 위한 방법이 제공되고, 방법은:
- 각각이 기판과 기판으로부터 일정 거리에 배치된 유연한 멤브레인을 가진 복수의 변환기 소자들에 AC 전압을 제공하는 단계,
- 압궤모드의 유연한 멤브레인들이 기판과 접촉하게 하기 위해 복수의 변환기 소자들로 DC 바이어스 전압을 제공하는 단계, 및
- 압궤모드를 제한하는 초음파 변환기 어셈블리의 동작 동안 DC 바이어스 전압을 일시적으로 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에서 정의된다. 청구된 방법이 청구된 장치 및 종속항들에서 한정된 것과 같은 유사한 및/또는 동일한 바람직한 실시예들을 갖는다는 것이 이해될 수 있다.
본 발명은 변환기 셀들이 압궤모드인 동안 및 유연한 멤브레인이 기판과 접촉하는 동안의 시간을 줄이려는 아이디어에 기초한다. 변환기 셀들의 절연 파괴가, 플렉시플 멤브레인이 기판과 접촉하는 경우 전도성 경로(a conductive path)가 절연전층을 통해 형성될 때 발생하기 때문에, 유연한 멤브레인이 기판과 접촉하는 동안의 시간이 줄어들거나 제한되면, 수명은 증가될 수 있다. 본 발명에 따라서, 압궤 모드를 개시하고, 유연한 멤브레인을 기판과 접촉하게 하는 DC 바이어스 전압은, 초음파 변환기 어셈블리의 동작 동안 압궤모드 시간을 줄이기 위하여 변환기 셀로부터 분리된다. 그러므로, 초음파 변환기 소자들은 압궤모드에서 높은 감도로 동작될 수 있고, 변환기 소자들이 압궤 모드에서 동작되는 동안 시간이 줄어들기 때문에, 변환기 소자들의 수명은 증가한다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 압궤모드를 미리 정해진 시간으로 제한하도록 적응된다. 특히, DC 전압 제어 유닛은 미리 정해진 시간이 도달한 후 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 분리하고, DC 바이어스 전압을 변환기 소자들과 원하는대로 재연결하도록 적응된다. 압궤모드의 시간 제한에 의해, 유연한 멤브레인이 연속적으로 기판에 접촉하는 시간은 변환기 소자들의 수명이 개선될 수 있도록 제한될 수 있다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 변환기 소자들의 온도를 기초로 하여 압궤 모드를 제한하도록 적응된다. 특히, DC 전압 제어 유닛은 변환기 소자들의 미리 정해진 온도가 도달될 때, 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 분리하도록 적응된다. 변환기 소자들의 온도를 고려함으로써 수명에 영향을 미치는 다른 파라미터가 제한될 수 있다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 변환기 소자들에 의한 초음파들의 송신과 수신 사이에서 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 분리하도록 적응된다. 이것은 송신모드와 수신모드 사이에서 변환기 소자들의 부동시간(dead time) 동안 압궤모드를 차단하는 단순한 가능성이다.
바람직한 실시예에서, 초음파 변환기 어셈블리는 변환기 소자들을 포함하는 변환기 및 DC 전압 서플라이를 포함하는 메인 프레임을 더 포함한다. 이는 초음파 변환기 어셈블리의 유연한 사용을 제공하는 가능성이다.
DC 전압 제어 유닛이 메인 프레임과 변환기를 연결하는 커넥터로 통합되는 것이 추가로 바람직하다. 이는, DC 바이어스 전압이 메인 프레임에서 DC 전압 서플라이로부터 변환기를 분리함으로써 쉽게 스위치 오프 될 수 있기 때문에, 기계적 노력을 줄이는 가능성이다.
추가 바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 메인프레임으로 통합된다. 이는, 메인프레임에서 중앙 처리 유닛에 의해 쉽게 제어될 수 있는 DC 바이어스 전압 서플라이와 DC 전압 제어 유닛을 통합하는 간단한 가능성이다.
바람직한 실시예에 따라서, 메인프레임과 변환기는 분리되고 연결 선을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 이는, 변환기 소자들의 구동하기 위해 메인프레임과 변환기 사이의 전기적 연결을 제공하는 간단한 가능성이다.
바람직한 실시예에서, 변환기 소자들은 변환기 소자들의 배열로 배열되고, 배열은 초음파 이미징을 위한 제어 유닛에 의해 제어된다. 이는 낮은 기술 노력을 통해 초음파 이미징을 제공하는 바람직한 가능성이다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 초음파들의 송신과 수신 사이에서 이미징 모드의 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 분리하도록 적응된다. 이는 변환기 소자들의 수명을 증가시키기 위해 이미징 스캔 동안 부동시간에서 압궤모드를 차단하는 간단한 가능성이다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 초음파들을 수신한 후에, 그리고 초음파들을 송신하기 전에 이미징 모드의 변환기 소자들을 분리하도록 적응된다. 이는 이미징 스캔 동안 수신하고 송신하는 사이에 부동시간이 변환기 소자들의 비교적 긴 부동시간이 될 수 있기 때문에, 수명을 증가시키는 효율적인 가능성이다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 제어 유닛이 변환기 배열로부터 수신된 이미지 데이터를 저장하는 동안, 변환기 소자들로부터 DC 전압을 분리하도록 적응된다. 이는 이미지 데이터를 저장하는 동안 변환기 소자들의 부동시간이 효과적으로 사용될 수 있기 때문에, 압궤모드의 시간을 줄이고, 변환기 소자들의 수명을 증가시키는 추가 가능성이다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어유닛이 변환기 배열을 제어하기 위한 데이터를 수신하는 동안, DC 전압 제어 유닛은 변환기 소자들을 분리하도록 적응된다. 특히, 제어 유닛은, DC 전압 제어 유닛이 DC 바이어스 전압으로부터 변환기 소자들을 분리하는 동안 초음파 변환기 소자들을 위한 디지털 빔 형성 데이터, 조향 데이터(steering data) 또는 설정(set up) 데이터와 같은 제어 데이터를 수신하거나 다운로드 한다. 이는 제어 데이터를 업로드하는 부동시간이 사용될 수 있기 때문에, 낮은 기술 노력으로 압궤 모드를 효과적으로 제한하는 추가 가능성이다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛은 미리 정해진 제어 신호가 없는 시간 이후에 변환기 소자들을 분리하도록 적응된다. 이는 변환기가 사용되지 않을 때 압궤 모드를 스위치 오프 하는 가능성이다. 그러므로, 미리 정해진 시간 이후, 어떠한 제어 신호도 입력 디바이스로부터 수신되지 않았을 때, 변환기 소자들은 스탠바이 모드로 스위칭될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 초음파 변환기 어셈블리는 객체에 대한 변환기의 접촉을 검출하기 위한 접촉 측정 유닛을 포함하고, 여기서 DC 전압 제어 유닛은, 변환기가 객체로부터 분리되는 동안, 변환기 소자들을 분리하도록 적응된다. 이는 압궤모드를, 초음파들을 객체로 송신하고 및/또는 초음파들을 측정될 객체로부터 수신하기 위하여 변환기가 사용되는 동안의 시간으로 제한할 가능성이다.
상술된 바와 같이, 변환기 소자들로부터 DC 바이어스 전압을 분리함으로써, 압궤모드의 시간이 효율적으로 감소될 수 있기 때문에, 본 발명은 효과적으로 변환기 소자들의 수명을 효과적으로 증가시킬 수 있고, 여기서 변환기 어셈블리의 감도는 압궤모드의 사용으로 인해 높다. 변환기 어셈블리의 부동시간이 압궤 모드를 스위치 오프하기 위해 사용되기 때문에, 특히 이미징 스캔들 동안, 수명은, 변환기 어셈들리의 기능을 감소시키지 않고 증가될 수 있다. 추가로, 압궤모드의 시간과 같은 가장 큰 마모 영향 값들이 고려되기 때문에, 수명은 개선될 수 있다.
본 발명의 이들 다른 양상들은 본 명세서에 기술된 실시예(들)을 참조하여 분명해지고 명료해질 것이다.
도 1은 초음파 어셈블리의 일 실시예의 개략적 도해를 도시한 도면.
도 2a는 초음파 변환기 어셈블리 내의 신호들과 데이터의 처리를 개략적으로 도시하는 블록 다이어그램.
도 2b는 변환기 배열과 빔 형성기의 개략적 상세한 뷰의 예시를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 비-압궤모드와 압궤모드의 용량성 마이크로-기계 변환기 셀의 개략적 횡단면도.
도 4는 변환기 어셈블리의 개략적 도해를 도시한 도면.
도 5는 초음파 변환기 어셈블리의 실시예를 도시한 도면.
도 1은 초음파 변환기 어셈블리의 원리 설계, 특히 초음파 이미징 시스템을 도시한다. 이러한 도면은 초음파 시스템들의 배경과 동작 원리를 설명하기 위해 사용된다. 청구된 초음파 이미징 유닛뿐만 아니라 청구된 초음파 변환기 어셈블리가 이러한 종류의 시스템들로 제한되지 않을 것이라는 것이 이해될 것이다.
도 1의 초음파 변환기 어셈블리는 일반적으로 참조 번호 10으로 명시된다. 초음파 변환기 어셈블리(10)는 환자의 몸(12)의 일정 면적과 일정 체적을 스캔하기 위해 사용된다. 초음파 변환기 어셈블리(10)는 또한 다른 면적들 또는 체적들, 예로서, 동물들 또는 다른 생명체들의 몸체들을 스캔하기 위해 사용될 수 있다.
초음파 변환기(14)가 환자의 몸(12)을 스캔하기 위해 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 초음파 변환기(14)는 콘솔 디바이스로서 초음파 메인 프레임(16)에 연결된다. 메인 프레임(16)은 모바일 콘솔로서 도 1에 도시된다. 그러나, 메인 프레임(16)은 또한 고정 디바이스로 형성될 수 있다. 메인 프레임(16)은 유선 방식으로 형성된 인터페이스(18)를 통해 초음파 변환기(14)에 연결된다. 추가로, 메인 프레임(16)은 유선 방식으로, 예로서, UWB 송신 기술을 이용하여 초음파 변환기에 연결될 수 있다는 것을 알 수 있다. 메인프레임은 입력 디바이스(20)를 더 포함할 수 있다. 입력 디바이스(20)는 입력 메커니즘을 초음파 변환기 어셈블리(10)의 사용자에게 제공하기 위한 버튼들, 키 패드, 및/또는 터치 스크린을 가질 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 다른 메커니즘들이 사용자가 초음파 이미징 시스템(10)을 제어하는 것을 가능하게 하는 입력 디바이스(20)에 제공될 수 있다.
추가로, 메인프레임(16)은 초음파 변환기 어셈블리(10)에 의해 생성된 데이터를 사용자에게 디스플레이하는 디스플레이(22)를 포함한다. 이것에 의해, 초음파 변환기(14)를 통해 스캐닝된 환자의 몸(12) 내의 체적은 초음파 변환기 어셈블리(10)의 사용자에 의해 메인 프레임(16)의 디스플레이(22) 상에 관찰될 수 있다.
도 2a는 2차원 또는 3차원 초음파 이미징 유닛(10)의 전형적인 동작을 도시하는 블록 다이어그램을 도시한다. 초음파 변환기(14)는 환자의 몸(12)의 체적(26)으로부터 다시 변환기(14)로의 응답(25)을 생성하는 초음파들(24)을 방출한다. 체적(26)으로부터 수신된 신호들은 변환기(14)에 의해 전기신호들로 변환된다. 이러한 전기신호들은 이미지 프로세서(28)로 제공된다. 이미지 프로세서(28)는 초음파 변환기(14)로부터 수신된 검출된 음향 데이터로부터 이미지 데이터를 생성한다. 이미지 프로세서(28)는 이미지 데이터를 디스플레이(22) 상에 디스플레이될 디스플레이 데이터로 전환한다. 이미지 프로세서(28)는 디스플레이될 체적(26)의 2차원 형태의 슬라이스들을 준비하거나, 이미지 데이터를 디스플레이(22) 상에 디스플레이되는 3차원 이미지로 변환하거나 렌더링할 수 있다.
도 2b는 초음파 변환기(14)의 개략적 상세 뷰이다. 초음파 변환기(14)는 본 명세서에서 변환기 소자들(32)로 표시된 복수의 음향 소자들로 형성된 초음파 변환기 배열(30)을 포함한다. 본 발명에 따라서, 이러한 변환기 소자들(32)은 변환기 배열(30)을 형성하기 위해 행렬로 배열된 용량성 마이크로-기계화된 초음파 변환기(CMUT) 셀들로 형성된다. 변환기 배열(30)은 빔 형성을 위한 마이크로-빔 형성기들(34)로 연결되며, 마이크로-빔 형성기들(34)은 마이크로-빔 형성기들(34)을 구동하는 메인 빔 형성기(36)로 연결된다. 변환기 소자들(32)은 초음파 신호들(24)을 송신하고 생성된 응답(25)을 수신한다. 변환기 배열(30)은 다수의 서브-배열들을 형성하는 수천개의 변환기 소자들(32)을 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 용량성 마이크로-기계화된 변환기 소자들(32)의 횡단면도들을 도시한다. 변환기 소자(32)는 유전 층(44)으로 덮인 제 1 (아래쪽) 전극(42)을 포함하는 기판(40)을 포함한다. 변환기 소자(32)는 또한 제 2 (위쪽) 전극(48) 및 전극(48)을 절연하기 위한 유전층(49)을 포함하는 유연한 멤브레인(46)을 포함한다. 유연한 멤브레인(46)은 공동(50)이 기판(40)과 멤브레인(46) 사이에 형성되도록, 유전층(44)으로부터 일정 거리에 배치된다. 유전층은 바람직하게 산화물층이고 가장 바람직하게 실리콘 기판(40) 상에 형성된 실리콘 산화물층이다.
초음파들(24)을 송신하기 위해, 전기신호는 전극들(42, 48)로 공급되어 멤브레인(46)이 이동하거나 진동하는 것을 야기한다. 초음파들을 수신하기 위해, 멤브레인(46)은, 초음파들(25)에 의해 움직이거나 진동하도록 야기되어, 전극들(42, 48) 사이의 커패시턴스의 변화가 검출될 수 있고, 상응하는 전기신호가 형성될 수 있다.
도 3b에서, 변환기 소자(32)의 횡단면도는 개략적으로 압궤모드로 도시된다. 압궤모드에서, 멤브레인(46)이 기판(40)의 유전층(44)의 표면과 접촉되도록, DC 바이어스 전압이 전극들(42, 48)에 인가된다. 압궤모드에서, 변환기 소자(32)의 감도는 상당히 증가된다. 전극(48)이 유전층(44)과 접촉하기 때문에, 전도성 경로가 유전층(44)을 통해 형성된다면, 유전층(44)을 통한 누설 전류는 유전층(44)의 파괴(blreakdown)를 야기할 수 있다. 이러한 유전 파괴의 원인들은, 전자들의 주입을 일으키는 높은 전기장으로 인해 디바이스 작동 동안의 고유 열화 또는 처리 동안 야기된 유전층(44) 내의 결함들로 인한 외인성 열화이다.
유전층(44) 및 유전층(49)의 파괴할 시간은 DC 바이어스 전압 하의 변환기 배열(30)의 전체 수명을 추정하기 위해 사용될 수 있다. 유전 수명은 DC 바이어스 전압과 바이어스 하의 전체 시간에 반비례한다.
그러므로, 변환기 배열(30)의 수명은, 다음 기술된 바와 같이 변환기 배열(30)의 부동시간들 동안 가능할 때마다, 변환기 소자들(32)로부터 DC 바이어스 전압을 능동적으로 분리함으로써 바이어스 하의 시간을 감소함으로써 증가될 수 있다.
도 4는 변환기 어셈블리(10)의 개략적 블록 다이어그램을 도시한다. 동일한 소자들은 동일한 참조 번호들로 표시되고, 여기서 본 명세서에서 단지 차이들이 상세하게 설명된다.
메인프레임(16)은 초음파 변환기(14) 내의 변환기 배열(30)의 변환기 소자들(32)을 구동하기 위한 드라이버 디바이스(52)를 포함한다. 드라이버 디바이스는 AC 전압 서플라이(54)와 초음파들(24)을 방출하기 위한 변환기 소자들(32)에 제공된 AC 전압을 제어하기 위한 AC 전압 제어 유닛을 포함한다. 드라이버 디바이스(52)는 또한, 압궤모드에서 변환기 소자들(32)을 동작하기 위해, 멤브레인(46)이 기판(40)과 접촉하게 하기 위해, DC 전압(VDC)을 변환기 소자들(32)에 제공하기 위한 DC 전압 서플라이(58) 및 DC 전압 제어 유닛(60)을 포함한다.
메인프레임(16)은 또한 감지된 음향 신호들로부터 이미지 데이터를 형성하고, 이미지 데이터를 디스플레이(22)로 제공하기 위해서 변환기 배열(30)에 연결된 이미지 프로세서(28)를 포함한다. 메인프레임(16)은 또한 드라이버 디바이스(52), 이미지 프로세서(28), 입력 디바이스(20), 및 디스플레이 디바이스(22)에 연결된 중앙 프로세싱 유닛(62)을 포함한다. 중앙 프로세싱 유닛은 드라이버 디바이스(52)와 이미지 프로세서(28)를 제어하기 위해 제공된다.
DC 전압 제어 유닛(60)은, 변환기 소자(32)의 압궤모드를 제한하거나 차단하기 위하여, DC 전압 서플라이(58)에 의해 제공된 DC 전압을 스위치 오프 하거나 변환기 소자들로부터 DC 전압 서플라이(58)를 분리한다. DC 전압 제어 유닛(60)은 변환기 소자들(32)의 부동시간 동안, 예로서 초음파들(24)의 송신과 초음파들(25)의 수신 사이에 변환기 소자들(32)로부터 DC 전압 서플라이(58)를 분리한다. 중앙 프로세싱 유닛(62)이 이미지 데이터를 메모리(64)에 저장할 때, 또는 변환기 배열(30)을 구동하기 위해 드라이버 디바이스(52)에 의해 사용되는 디지털 빔 형성 데이터, 조향 데이터, 또는 설정 데이터와 같은 제어 데이터가 예로서 입력 디바이스(20)로부터 다운로드 되는 동안, DC 전압은 분리될 수 있다.
추가 실시예에서, 압궤모드의 시간이 측정되고, 기판에 대한 유연한 멤브레인(46)의 접촉의 기간이 제한되도록, 미리 정해진 시간으로 제한된다. 추가 실시예에서, 변환기 소자들(32)의 온도가 미리 정해진 온도에 도달할 때, 변환기 소자들(32)의 온도가 측정되거나 산정되고 압궤모드는 스위치오프 되거나 차단된다. 추가 실시예에서, 체적(26)의 미리 정해진 온도가 도달될 때, 환자의 몸(12)의 체적(26)의 온도는 계산되거나 산정되고 압궤모드는 스위치오프 되거나 차단된다.
추가 실시예에서, 변환기(14)가 측정될 환자의 몸(12) 또는 체적(26)과 접촉되지 않는 경우, 접촉 센서(도시되지 않음)는, 변환기(14)가 측정된 환자의 몸(12) 또는 체적(26)과 접촉하고 DC 전압 제어 유닛(60)이 변환기 소자들(32)로부터 DC 전압을 분리하는지를 감지한다. 접촉 센서는 압력 센서일 수 있거나 초음파적으로 수축(contract)을 측정할 수 있다.
추가 실시예에서, 입력 디바이스(20)가 입력 신호들을 미리 정해진 시간 동안 수신하지 않을 때, DC 전압 제어 유닛(60)은 변환기 소자들(32)로부터 DC 전압을 분리한다. 다시 말해, 초음파 변환기(10)는, 제어 신호들 없이 미리 정해진 시간 이후에 압궤 모드가 스위치 오프되는 스텐바이 모드 또는 동결 모드이다.
추가 실시예에서, 변환기(14)는 복수의 변환기 유닛들 또는 변환기 배열들(30)을 포함한다. 이러한 경우, DC 전압 제어 유닛(60)은, 각각의 변환기 유닛 또는 변환기 배열(30)이 사용중이 아니거나, 압궤모드를 제한하기 위해 선택해제 되는 경우, 변환기 소자들(32)로부터 DC 전압을 분리한다.
도 5는 변환기 어셈블리(10)의 실시예의 개략적 도면을 도시한다. 동일한 소자들은 동일한 참조 번호들에 의해 표시되고, 여기서 단지 차이점들이 상세하게 설명된다. 본 실시예 내의 DC 전압 제어 유닛(60)은, DC 전압 제어 유닛(60)이 DC 전압 서플라이(58)와 초음파 변환기(14)를 메인프레임(16)에 연결하는 연결 선(18) 사이에 커넥터를 형성하도록, 메인프레임(16)과 인터페이스(18) 사이의 커넥터로서 배치된다. 그러므로, DC 전압 제어 유닛(60)은 압궤모드를 차단하기 위해, DC 전압 VDC를 쉽게 분리할 수 있다. 이러한 실시예에서, DC 전압 제어 유닛(60)은 연결 선(18)과 메인프레임(16) 사이에 예로서, 상응하는 플러그 연결들을 이용하여 연결된, 보강 장치 또는 추가기능 키트(add-on kit)로서 쉽게 제공될 수 있다.
본 발명은 도면들과 상술한 기술로 도시되고 설명되는 반면, 이러한 도시 및 설명은 제한적이지 않고 도시적이거나 예시적인 것으로 간주된다; 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 개시된 실시예들의 다른 변형들이 도면들, 개시사항, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해될 수 있고 이루어질 수 있다.
청구항들에서, 단어 "포함하는"(comprising)은 다른 소자들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 요소들은 복수의 요소들을 배제하지 않는다. 단일 소자 또는 다른 유닛은 청구항들에 인용된 여러 아이템들의 기능들을 성취할 수 있다. 특정 조치들이 서로 다른 종속 항들에 언급되어 있다는 단순한 사실은 이러한 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
청구항들의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 않된다.

Claims (15)

  1. 초음파 변환기 어셈블리(10)에 있어서:
    각각이 기판(40)과 상기 기판으로부터 일정 거리에 배치된 유연한 멤브레인(46)을 갖는, 초음파들(24, 25)을 송수신하기 위한 복수의 변환기 소자들(32),
    상기 변환기 소자들의 각각에 제공되는, AC 전압을 제어하기 위한 AC 전압 제어 유닛(56),
    압궤모드의 상기 유연한 멤브레인들을 상기 기판에 접촉시키기 위해, 상기 변환기 소자들에 제공되는, DC 바이어스 전압을 제어하기 위한 DC 전압 제어 유닛(60)을 포함하고,
    이미징 스캔을 위한 상기 초음파 변환기 어셈블리의 작동 동안:
    상기 이미징 스캔의 송신 시간 동안, 상기 복수의 변환기 소자들은, 상기 압궤모드에서, 초음파들을 환자의 체적으로 방출하고,
    상기 이미징 스캔의 응답 시간 동안, 상기 복수의 변환기 소자들은, 상기 압궤모드에서, 상기 송신 시간 동안 방출된 상기 초음파들에 기초하여 상기 환자의 체적으로부터 초음파 응답을 수신하고,
    상기 이미징 스캔의 부동 시간 동안, 상기 부동 시간은 상기 송신 시간 및 상기 응답 시간을 포함하지 않고, 상기 복수의 변환기 소자들이 상기 이미징 스캔 동안 상기 압궤모드에 있는 기간을 제한하기 위하여, 상기 복수의 변환기 소자들이 비압궤모드에 있도록, 상기 DC 전압 제어 유닛은 상기 유연한 멤브레인들이 상기 압궤모드에 있을지 또는 상기 유연한 멤브레인들이 상기 기판에 접촉하지 않는 비압궤모드에 있을지 여부를 변경하도록 구성되는, 초음파 변환기 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환기 소자들을 포함하는 변환기(14) 및 DC 전압 서플라이(58)를 포함하는 메인 프레임(16)을 더 포함하는, 초음파 변환기 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 전압 제어 유닛은 상기 메인프레임과 상기 변환기를 연결하는 커넥터 내에 통합되는, 초음파 변환기 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 전압 제어 유닛은 상기 메인프레임 내에 통합되는, 초음파 변환기 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환기 소자들은 변환기 소자들의 배열(30)로 배열되고, 여기서 상기 배열은 초음파 이미징을 위한 상기 제어 유닛(60)에 의해 제어되는, 초음파 변환기 어셈블리.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 부동 시간은, 초음파 이미징을 위한 상기 제어 유닛이 상기 배열로부터 수신된 이미지 데이터를 저장하는 시간을 포함하는, 초음파 변환기 어셈블리.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 부동 시간은, 초음파 이미징을 위한 상기 제어 유닛이 상기 배열을 제어하기 위한 데이터를 수신하는 시간을 포함하는, 초음파 변환기 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항의 초음파 변환기 어셈블리(10)를 포함하는 초음파 이미징 유닛.
  10. 초음파 변환기 어셈블리(10)에 의해 초음파들(24, 25)을 송수신하기 위한 방법에 있어서:
    각각이 기판(40)과 상기 기판으로부터 일정 거리에 배치된 유연한 멤브레인(46)을 갖는 복수의 변환기 소자들(32)에 AC 전압을 제공하는 단계,
    압궤모드의 상기 유연한 멤브레인들을 상기 기판에 접촉시키기 위해, 상기 복수의 변환기 소자들에 DC 바이어스 전압을 제공하는 단계, 및
    이미징 스캔을 위한 상기 초음파 변환기 어셈블리의 작동 동안:
    상기 이미징 스캔의 송신 시간 동안, 상기 복수의 변환기 소자들은, 상기 압궤모드에서, 초음파들을 환자의 체적으로 방출하고,
    상기 이미징 스캔의 응답 시간 동안, 상기 복수의 변환기 소자들은, 상기 압궤모드에서, 상기 송신시간 동안 방출된 상기 초음파들에 기초하여 상기 환자의 체적으로부터 초음파 응답을 수신하고,
    상기 이미징 스캔의 부동 시간 동안, 상기 부동 시간은 상기 송신 시간 및 상기 응답 시간을 포함하지 않고, 상기 복수의 변환기 소자들이 상기 이미징 스캔 동안 상기 압궤모드에 있는 기간을 제한하기 위하여, 상기 복수의 변환기 소자들이 비압궤모드에 있도록, 상기 유연한 멤브레인들이 상기 압궤모드에 있을지 또는 상기 유연한 멤브레인들이 상기 기판에 접촉하지 않는 비압궤모드에 있을지 여부를 변경하는 단계를 포함하는, 초음파들을 송수신하기 위한 방법.
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