KR20230015332A - 혼합 초음파 변환기 어레이 - Google Patents

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KR20230015332A
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ultrasonic transducer
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KR1020227039062A
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단후아 자오
지안강 주
란 양
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딥사이트 테크놀로지 인코퍼레이티드
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Abstract

초음파 디바이스는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제1 유형과 상이한 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 초음파 변환기 어레이를 포함할 수 있다. 제1 유형은 음파들을 송신하도록 구성된 변환기를 포함할 수 있다. 제2 유형은 광학 센서를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유형들의 어레이 요소들은 송신된 음파들에 대응하는 음향 에코들을 검출하도록 구성된다.

Description

혼합 초음파 변환기 어레이
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 5월 22일에 출원된 미국 특허 출원 제63/029,044호에 대한 우선권을 주장하며, 이 특허 출원은 그 전체가 이 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
기술 분야
본 개시는 일반적으로 초음파 분야에 관한 것으로, 특히 광학 센서들 및 다른 변환기들의 어레이를 포함하는 혼합 어레이(mixed array)를 사용하여 초음파 변환을 가능하게 하는 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다.
초음파 변환기들은 많은 장점들로 인해 의료 이미징 및 의료 진단을 포함한 다양한 산업들에서 사용된다. 예를 들어, 초음파 변환은 현저한 침투(penetration) 깊이를 갖는 초음파 신호를 활용한다. 더욱이, 초음파 이미징은 비-이온화 방사선에 기초하기 때문에 유리하게는 비침습적인(non-invasive) 형태의 이미징으로 알려져 있다.
초음파 이미징에 사용되는 다양한 공지된 초음파 변환기들은 수많은 결점들을 갖는다. 예를 들어, 일부 초음파 변환기들은 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)와 같은 압전(piezoelectric) 재료로 만들어진다. 그러나 PZT 재료들의 6dB 대역폭(bandwidth)은 일반적으로 약 70%로 제한된다. 특정 복합 PZT 재료들은 대역폭이 약간 증가했지만 여전히 최대 약 80%의 대역폭에 도달한다. 또 다른 예로서, 초음파 프로브(probe)들의 성능을 향상시키기 위한 노력으로 단결정 재료들이 점점 더 많이 사용되고 있지만 퀴리 온도(Curie temperature)들이 더 낮고 부서지기 쉽다. 또 다른 유형의 변환기 재료는 실리콘으로 처리되어 대역폭이 증가할 수 있는 정전 용량 미세 가공 초음파 변환기(CMUT) 프로브를 구축할 수 있다. 그러나 CMUT 프로브들은 민감하지 않거나 신뢰할 수 없다. 또한, CMUT 프로브들에는 몇 가지 동작 제한들이 있다. 예를 들어, CMUT 프로브들은 비선형 변환기이므로 일반적으로 고조파 이미징에 적합하지 않다. 또한 CMUT 프로브들이 제대로 동작하려면 추가 바이어스 전압이 필요하다. 따라서, 초음파 변환을 위한 새롭고 개선된 디바이스들 및 방법들이 필요하다.
일반적으로, 일부 실시예에서, 타겟을 이미징하기 위한 장치는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제1 유형과 상이한 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 초음파 변환기 어레이를 포함할 수 있다. 제1 유형은 음파를 전달하는 변환기(예를 들어, 압전 변환기 또는 용량성 미세가공 초음파 변환기(CMUT))일 수 있고, 제2 유형은 광학 센서(예를 들어, 광학 공진기, 광학 간섭계 등의 간섭 기반 광학 센서)일 수 있다. 제1 및 제2 유형의 어레이 요소들은 송신된 음파에 대응하는 음향 에코를 검출하도록 구성된다.
일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 상승 차원에서 하나 이상의 로우들을 포함할 수 있다. 초음파 변환기 어레이는, 예를 들어, 홀수개의 로우들 또는 짝수개의 로우들을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 교번하는 로우들에 있다. 일부 구성에서, 제1 유형의 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있을 수 있다. 일부 구성에서, 제2 유형의 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있을 수 있다.
어레이 요소들은 서로로부터 다양한 적절한 간격을 갖는 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 적어도 하나의 로우는 (예를 들어, 로우에서) 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 큰 피치를 갖는다. 일부 변형예에서, 적어도 하나의 로우는 (예를 들어, 로우에서) 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 작거나 같은 피치를 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 어레이는 측방향 차원에서 동일한 피치를 갖는 로우들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 측방향 차원의 제1 피치를 갖는 적어도 하나의 로우, 및 측방향 차원의 제1 피치와 상이한 제2 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 제1 피치를 갖는 내부 로우 및 제2 피치를 갖는 내부 로우에 인접한 로우를 포함할 수 있고, 제2 피치는 제1 피치보다 클 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 피치를 갖는 내부 로우는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있고, 제2 피치를 갖는 내부 로우에 인접한 로우는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다.
또한, 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이가 측방향 차원에서 가변 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함할 수 있기 때문에 피치는 로우 내에서 변할 수 있다. 예를 들어, 가변 피치를 갖는 적어도 하나의 로우는 제1 피치를 갖는 중앙 영역, 및 제1 피치보다 큰 제2 피치를 갖는 중앙 영역에 인접한 측방향 영역을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 측방향 차원에서 제1 가변 피치 패턴을 갖는 제1 로우, 및 측방향 차원에서 제2 가변 피치 패턴을 갖는 제2 로우를 포함할 수 있고, 여기서, 제2 가변 피치 패턴은 제1 가변 피치 패턴과 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서는 초음파 변환기 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 제1 가변 피치 패턴을 갖는 내부 로우 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 제2 가변 피치 패턴을 갖는 내부 로우에 인접한 로우를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 유형의 어레이 요소들은 초음파 변환기 어레이의 서로 다른 로우들에 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 적어도 하나의 로우를 포함할 수 있다. 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 적어도 하나의 로우는 중앙 로우일 수 있다. 일부 변형예에서 중앙 로우는 제2 유형의 단일 어레이 요소를 가질 수 있다. 제2 유형의 단일 어레이 요소는 송신된 음파의 파장과 대략 같거나 더 작을 수 있는 광학 센서를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 및 제2 유형의 어레이 요소들은 초음파 변환기 어레이의 동일한 로우에 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 제1 유형의 어레이 요소들의 세트 및 제2 유형의 어레이 요소들의 세트를 포함하는 중앙 로우를 포함할 수 있다. 제2 유형의 어레이 요소들은, 예를 들어, 송신된 음파의 파장과 대략 같거나 더 작도록 크기가 정해질 수 있다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 2개 이상의 로우들을 포함할 수 있고, 2개 이상의 로우들의 각각은 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함한다. 제2 유형의 어레이 요소들은 공간적으로 규칙적인 패턴으로 분포될 수 있다. 제2 유형의 어레이 요소들은 불규칙한 패턴으로 공간적으로 분포될 수 있다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 적어도 31개의 로우들을 포함할 수 있고, 31개의 로우들 중 적어도 일부는 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함한다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 단일 로우를 포함할 수 있고, 단일 로우는 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함한다.
일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 하위-구멍들의 세트를 포함할 수 있다. 하위-구멍들의 세트는 제1 하위-구멍 및 제2 하위-구멍을 포함할 수 있고, 제1 하위-구멍은 제2 하위-구멍보다 더 많은 수의 로우들을 포함한다. 일부 변형예에서, 제1 하위-구멍은 중앙 하위-구멍일 수 있고 제2 하위-구멍은 중앙 하위-구멍에 인접할 수 있다. 일부 변형예에서, 적어도 하나의 하위-구멍은 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및/또는 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 제1 유형의 어레이 요소들의 제1 세트 및 제2 유형의 요소들의 제2 세트를 포함할 수 있고, 여기서 어레이 요소들의 제1 세트 및 어레이 요소들의 제2 세트는 각각 희소 어레이 구성으로 되어 있다. 어레이 요소들의 제1 세트의 공간 분포는 어레이 요소의 제2 세트의 공간 분포와 상이할 수 있다.
초음파 변환기 어레이는 기판 또는 다른 적절한 표면 상에 있을 수 있다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 평면 상에 있을 수 있다. 일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 곡면 상에 있을 수 있다. 곡면은 포물선 곡선, 쌍곡선 곡선 또는 타원 곡선일 수 있다.
일부 변형예에서, 초음파 변환기 어레이는 적어도 하나의 환형 어레이 요소를 포함할 수 있다. 초음파 어레이는 적어도 하나의 환형 어레이 요소와 동심인 제2 유형의 원형 어레이 요소를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 적어도 하나의 환형 어레이 요소는 제1 유형일 수 있다.
초음파 변환기 어레이는 1차원(1D) 어레이, 1.25차원(1.25D) 어레이, 1.5차원(1.5D) 어레이, 1.75차원(1.75D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이일 수 있다.
일부 변형예에서, 하나 이상의 어레이 요소들은 중합체 구조에 내장된 광학 센서이다. 광학 센서는 광학 신호들의 세트를 광검출기로 송신하기 위해 광섬유에 광학적으로 결합될 수 있다. 광학 센서는 음향 에코에 응답하여 광학 신호들의 세트를 송신하도록 구성될 수 있다.
도 1은 혼합 초음파 변환기 어레이를 갖는 예시적인 초음파 이미징 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 3은 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 4는 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 5는 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 6은 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 7은 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 8은 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 9는 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 10은 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 11은 예시적인 1D 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 12는 예시적인 2D 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 13은 예시적인 2D 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 14는 예시적인 환형 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 15는 예시적인 혼합 초음파 변환기 어레이의 개략도이다.
도 16은 예시적인 1D 혼합 초음파 변환기 어레이들의 상승 빔 패턴들을 도시한다.
도 17은 예시적인 1D 및 1.5D 혼합 초음파 변환기 어레이들의 상승 빔 패턴들을 도시한다.
도 18은 예시적인 빔 패턴의 예시적인 개략도이다.
본 발명의 다양한 양태들 및 변형들의 비제한적인 예들이 본 명세서에 설명되고 첨부 도면들에 예시되어 있다.
본 명세서에서는 다수의 상이한 유형들의 어레이 요소들을 포함하는 혼합 초음파 변환기 어레이를 갖는 초음파 프로브들이 설명된다. 본 명세서에 설명된 혼합 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제1 유형과 다른 제2 유형(예를 들어, 광학 센서들, 간섭-기반 광학 센서들, 광학 공진기들, 광학 간섭계들 등)의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함한다. 예를 들어, WGM 광학 공진기들과 같은 광학 센서들은 다른 유형의 초음파 센서들에 비해 초음파 신호들 수신에 있어서 높은 감도와 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들(예를 들어, 변환기들)은 제1 이미지를 형성하는 데 사용될 수 있다. 동시에, 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들(예를 들어, 광학 센서들)은 제2 이미지를 형성하는 데 사용될 수 있는 음향 에코(acoustic echo)들을 검출하는 데 사용된다. 고감도 및 광대역 광학 센서들에 의해 생성된 제2 이미지는 독립적으로 사용될 수 있거나 제1 이미지와 결합되어 더욱 개선된 이미지를 형성할 수 있다. 광학 센서들의 높은 감도와 넓은 대역폭으로 인해 광학 센서에 의해 생성된 이미지는 향상된 공간 해상도, 향상된 침투 깊이, 향상된 신호 대 잡음비(SNR), 향상된 조직 조화 이미징 및/또는 향상된 도플러감도(Doppler sensitivity)를 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 광학 센서들 광학 공진기(들), 광학 간섭계(들) 등과 같은 간섭 기반 광학 센서(들)를 포함할 수 있다. 광 공진기들은, 예를 들어, 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode)(WGM) 광학 공진기(들), 마이크로 기포 광학 공진기(들), 마이크로스피어 공진기(들), 마이크로-토로이드 공진기(들), 마이크로-링 공진기(들), 마이크로-디스크 광학 공진기(들) ), 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
광학 공진기는 광의 일부 허용 주파수들이 폐루프(closed loop) 내부에서 연속적으로 전파되도록 하고, 허용된 광 주파수들의 광 에너지를 폐루프에 저장하도록 하는 투명 매체의 폐루프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 공진기들은 광학 공진기의 오목한 표면을 이동하고 허용된 주파수들에 해당하여 공진기의 둘레를 순환하는 위스퍼링 갤러리 모드(WGM)의 전파를 허용할 수 있다. WGM들의 각 모드는 허용된 광의 주파수들에서 광의 주파수의 전파에 해당한다. 본 명세서에 설명된 광학 공진기들의 허용된 주파수들 및 품질 인자(quality factor)는 적어도 부분적으로 광학 공진기의 기하학적 파라미터들, 투명 매체의 굴절률, 및 광학 공진기를 둘러싸는 환경의 굴절률에 기초할 수 있다.
광학 간섭계들은 Mach-Zehnder 간섭계(들), Michelson 간섭계(들), Fabry-Perot 간섭계(들), Sagnac 간섭계(들) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, Mach-Zehnder 간섭계는 두 개의 거의 동일한 광학 경로들(예를 들어, 섬유들, 온-칩 실리콘 도파관들 등)을 포함할 수 있다. 2개의 광학 경로들은 Mach-Zehnder 간섭계의 출력(들)에서 광학 전력들의 분포에 영향을 미쳐서 음파들의 존재 또는 크기를 감지하는 미세하게 조정된 음파들(예를 들어, 음파들에 의해 야기된 물리적 움직임에 의해, 음파들에 의해 야기된 굴절률을 조정하는 등)일 수 있다.
본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이, 광학 센서들은 외부 세계에 결합되어 광을 수신하고, 광을 송신하고, 실제로 유용할 수 있다(예를 들어, 음향-광학 시스템에서 초음파 이미징 또는 기타 변환 적용을 위해). 광학 센서들을 기반으로 하는 음향-광학 시스템들은 초음파들(예를 들어, 초음파 에코들)에 반응하여 광탄성 효과 및/또는 공진기(들)의 물리적 변형을 통해 직접 초음파들을 측정할 수 있다. 예를 들어, 초음파(또는 임의의 압력) 파동들이 있는 경우, 광학 공진기를 이동하는 WGM들은 광학 공진기의 굴절률 및 모양의 변화들로 인해 스펙트럼 시프트를 겪을 수 있다. 스펙트럼 변화는 스펙트럼 영역과 광학 공진기로의 광 투과 강도에서 쉽게 모니터링되고 분석될 수 있다. 추가 공간 및 기타 정보는 또한 여러 광학 공진기들 사이에서 이동하는 WGM들을 모니터링하고 분석하여 파생될 수 있다. 예시적인 혼합 초음파 어레이들이 본 명세서에 설명되어 있다.
혼합 어레이들의 차원
본 명세서에 설명된 것과 같은 혼합 초음파 변환기 어레이는 다양한 차원을 가질 수 있다. 예를 들어, 혼합 어레이는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 1차원(1D) 구성, 1.25차원(1.25D) 어레이 구성, 1.5차원(1.5D) 어레이 구성, 1.75차원(1.75D) 어레이 구성, 또는 2차원(2D) 어레이 구성일 수 있다. 일반적으로 초음파 변환기 어레이의 차원은 초음파 변환기 어레이로 이미징할 때 얻을 수 있는 상승 빔 폭(또는 상승 빔 슬라이스 두께)의 범위와 변환기 어레이의 상승 빔 구멍 크기, 초점 및/또는 이미징 분야 전반에 걸쳐 (예를 들어, 이미징 깊이 전체에 걸쳐) 시스템을 얼마나 제어하는지와 관련이 있다. 1D 어레이는 상승 차원과 고정 상승 구멍 크기의 요소들의 로우(row)를 하나만 갖는다. 1.25D 어레이는 상승 차원과 가변 상승 구멍 크기의 요소들의 로우들을 여러 개 갖지만, 음향 렌즈를 통한 상승 초점은 고정되어 있다. 1.5D 어레이에는 상승 차원, 가변 상승 구멍 크기 및 전자 지연 제어를 통한 가변 상승 초점 요소들의 여러 로우들이 있다. 1.75D 어레이는 추가 상승 빔 조향 기능이 있는 1.5D 어레이이다. 2D 어레이에는 큰 빔 조향 각도들에 대한 최소 피치(pitch) 요구 사항을 충족하기 위해 측면 및 상승 차원 모두에 많은 수의 요소들이 있다.
도 18은 초음파 프로브로부터의 예시적인 빔 패턴의 개략도를 도시한다. 적절한 빔 폭을 갖는 것은 의료 이미징에서 중요할 수 있다. 예를 들어, 암 조직과 같은 병변이 상승 빔 폭보다 큰 경우, 이는 검출될 수 있다("가시 병변"). 그렇지 않고, 병변이 상승 빔 폭보다 작으면, 병변이 검출되지 않을 수 있다("비가시 병변"). 이는 일반적으로, 병변들이 주변 조직들에 비해 저에코(hypo-echogenicity)를 가지므로, 이미지에서 더 어두운 영역으로 표시되기 때문이다. 상승 빔이 병변보다 넓을 경우, 빔 폭 내에서 병변의 주변 조직들에서 발생하는 에코 신호들이 어두운 병변을 채워 보이지 않게 하거나 보기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 상승 빔의 하나 이상의 파라미터들(예를 들어, 상승 구멍 크기, 상승 초점 등)을 제어하는 능력은 초음파 이미징의 더 큰 제어를 제공하고 및/또는 특정 상황들에서 더 나은 이미지 품질을 유도할 수 있다.
1D 어레이는 상승 차원에서 요소들의 단 하나의 로우와 고정된 상승 구멍 크기를 갖는다. 다시 말해, 1D 어레이는 하나의 차원(즉, 측방향 차원)으로 확장되는 하나의 로우에만 배열된 여러 어레이 요소들을 가지고 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 1D 어레이의 어레이 요소들은 측방향 차원만을 따라 선형이지만 상승 차원에서는 확장되지 않는 단일 로우로 배열될 수 있다. 선형 어레이의 일부 변형들에서, 2개의 인접한 요소들 사이의 간격은 송신된 음파의 약 하나의 파장과 동일할 수 있다. 위상 어레이의 일부 변형들에서, 2개의 인접한 요소들 사이의 간격은 송신된 음파 파장의 약 절반일 수 있다. 변환기 어레이에서 어레이 요소들의 단일 로우는 상승 차원의 범위가 없음을 의미한다. 따라서, 1D 어레이는 고정된 상승 구멍 크기와 고정된 상승 초점을 모두 가지며, 상승 차원의 얇은 슬라이스 두께는 이미징 깊이 전체에 걸쳐 유지될 수 없다. 이 슬라이스 두께 제한 외에도, 1D 어레이는 근거리 필드 성능과 원거리 필드 성능 사이의 절충안인 상승 구멍을 갖는다.
도 16은 3mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 어레이와 6mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 선형 어레이 사이의 비교를 제공한다. 특히, 도 16은 다양한 이미지 깊이에 대한 2개의 1D 어레이들에 대한 빔 패턴들(상단 로우) 및 정규화된 빔 패턴들(중간 로우)을 묘사한다. 도 16은 또한 약 10mm 내지 약 80mm 범위의 이미지 깊이에 대한 6dB 및 20dB 상승 빔 폭을 나타내는 플롯들(하단 로우)을 묘사한다. 도16에서 나타나 있듯이, 3mm 구멍 어레이의 상승 빔 폭은 일반적으로 6dB 및 20dB 상승 빔들 모두에 대해 이미지 깊이에 따라 선형으로 증가한다. 그러나, 6mm 구멍 어레이의 상승 빔 폭은 10mm에서 약 22mm로 감소하고, 깊이에 따라 선형으로 증가하기 시작하기 전에 31mm까지 평평하게 유지된다. 따라서 1D 구성은 이미징에 일부 제한들을 가질 수 있지만, 그럼에도 불구하고 특정 애플리케이션들(예를 들어, 특정 이미징 깊이들)에서는 유용할 수 있다.
1.25D 어레이는 상승 차원 및 가변 상승 구멍 크기에서 요소들의 다중 로우들을 갖지만, 음향 렌즈를 통한 고정된 상승 초점을 갖는다. 가변 상승 구멍 크기는, 예를 들어, 전자적으로 제어될 수 있다. 상승 구멍 크기를 변경하면 상승 빔 폭이 좁아지는 것을 어느 정도 제어할 수 있는데, 이는 초음파 시스템이 보다 적절한 전체 상승 빔 슬라이스 두께를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 상승 차원의 어레이에 더 많은 로우들을 추가하여 상승 빔 폭을 더 줄일 수 있다. 그러나 1.25D 어레이는 상승 구멍 크기가 가변적이지만, 상승 초점이 고정되어 있어, 빔 두께는 이미징 필드(예를 들어, 이미징 깊이) 전체에서 제어될 수 없다.
1.5D 어레이는 상승 차원, 가변 상승 구멍 크기 및 전자 지연 제어를 통한 가변 상승 초점에서 요소들의 다중 로우들을 갖는다. 가변 상승 구멍 크기 및 하나 이상의 가변 상승 초점은, 예를 들어, 전자적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 15는 상승 차원에서 적어도 2개의 요소들(예를 들어, 2개의 로우들)을 갖는 예시적인 1.5D 혼합 어레이를 도시한다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이는 혼합 어레이의 단일 중앙 로우에 걸쳐 대칭을 허용하기 위해 홀수의 로우들을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이는 짝수의 로우들을 포함할 수 있다. 혼합 어레이는 전술한 바와 같이 제1 유형(예를 들어, PZT 변환기)의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형(예를 들어, 광학 공진기들, 광학 간섭계들 등)의 하나 이상의 어레이 요소들을 갖는다. 도 15에 도시된 1.5D 어레이는 설명을 위해 3개의 로우들을 포함하지만, 어레이는 임의의 적절한 수의 로우들을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 이 세 개의 로우들은 상승 차원에서 서로 인접하게 배열되는데: 하나의 내부(중앙) 로우는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 갖고 두 개의 외부 로우들은 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 갖는다. 상승 차원에서 이러한 요소들 사이의 간격은 송신된 음파의 한 파장보다 클 수 있다. 일부 변형들에서, 1.5D 어레이는 선형 어레이들을 포함하고 내부 로우 각각 및 2개의 외부 로우들은 송신된 음파의 한 파장의 최소 피치 요구 사항을 충족하기에 충분한 요소들을 가질 수 있다. 대안적으로, 일부 변형들에서, 1.5D 어레이는 위상 어레이일 수 있고 내부 로우 각각 및 2개의 외부 로우들은 송신된 음파들의 한 파장의 절반의 피치를 가질 수 있다. 내부 로우와 두 개의 외부 로우들은 동일한 피치 또는 상이한 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 내부 로우는 128개의 변환기 요소들을 포함할 수 있는 반면 2개의 외부 로우들은 32개의 변환기 요소를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 1.5D 어레이의 상승 초점 및 상승 구멍 크기는 모두 제어될 수 있다. 일부 변형들에서, 어레이 요소들의 수는 이미징 시스템의 채널들의 수보다 클 수 있으므로, 이러한 변형들에서 시스템은 원하는 1.5D 어레이의 하위-구멍들을 선택하기 위해 하나 이상의 아날로그 스위치들(예를 들어, 고전압 스위치들)을 포함할 수 있다. 그것의 상승 구멍 크기와 상승 초점이 모두 선택적으로 조정될 수 있으므로, 1.5D 어레이는 이미징 필드 전체에 걸쳐 더 좁은 상승 빔 폭을 선택적으로 달성하도록 제어될 수 있으며, 초음파 프로브가 다양한 이미징 깊이들에서 더 큰 병변들 외에 더 작은 병변들을 이미징할 수 있도록 한다.
도 17은 예시적인 1D 및 1.5D 혼합 어레이들의 상승 빔 패턴들의 비교를 도시한다. 도 17의 상단 두 이미지들은 도 16과 관련하여 위에서 논의한 3mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 어레이와 6mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 선형 어레이에 대한 빔 패턴들을 보여준다. 도 17의 상단 두 이미지들은 도 17이 0에서 80mm의 이미지 깊이에서 보다 완전한 빔 패턴 프로파일을 도시하기 위해 매우 근접한 필드 빔 패턴들(0에서 10mm까지)을 표시한다는 점을 제외하고 도 16에 표시된 것과 유사하다. 3mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 어레이(상단 로우)는 근거리 필드에서 0mm에서 약 20mm로 더 얇은 상승 빔 폭을 갖지만 약 20mm 이후에는 원거리 필드에서 더 두꺼운 상승 빔 폭을 갖는다. 6mm 상승 구멍이 있는 선형 1D 어레이(중간 로우)는 약 20mm에서 약 40mm 사이의 더 얇은 상승 빔 폭을 갖지만, 약 20mm 이상에서는 더 두꺼운 상승 빔 폭을 갖는다. 그러나, 가변 상승 구멍 크기와 상승 초점이 있는 1.5D 어레이(하단 로우)는 개별 1D 어레이들보다 더 큰 이미지 깊이 범위에서 더 얇은 상승 빔 폭을 갖는다; 즉, 예를 들어, 약 0mm에서 약 40mm까지 적어도 매우 가까운 필드를 가로질러. 즉, 1.5D 어레이는 이미징 필드 전체에 걸쳐 더 나은 전체 상승 빔 폭을 달성할 수 있다. 상승 차원의 어레이에 추가 요소들을 추가하여 상승 빔 폭을 더 좁힐 수 있다.
따라서, 1.5D 어레이는 1D 어레이에 비해 많은 장점들을 가질 수 있다. 첫째, 1.5D 어레이는, 예를 들어, 작은 혈관들 및 작은 낭종들과 같은 작은 구조들을 해결하는 데 도움이 될 수 있는 더 얇은 상승 빔 슬라이스 두께를 가질 수 있다. 둘째, 1.5D 어레이는 근거리 이미지에서 원거리 이미지에 이르는 이미지에 대해 더 좋고 균일한 이미지 품질을 가질 수 있다. 마지막으로, 1.5D 어레이는 침투와 감도를 희생하지 않으면서 1D 어레이보다 더 나은 세부 해상도를 가질 수 있다.
1.75D 어레이는 1.5D 어레이이지만, 추가적인 상승 빔 조종(steering) 능력이 있다. 다시 말해, 1.75D 어레이는 1.75D 어레이가 상승 차원의 요소들의 여러 로우들, 가변 상승 구멍 크기 및 가변 상승 초점을 포함한다는 점에서 1.5D 어레이와 유사하다. 그러나, 1.75D 어레이는 빔 조종에서 어느 정도의 자유도(예를 들어, 적어도 한 방향으로 최대 약 5도, 적어도 한 방향으로 최대 약 10도, 적어도 한 방향으로 최대 약 15도, 적어도 한 방향으로 최대 약 20도)를 가능하게 하도록 전자적으로 제어될 수 있다. 1.5D 어레이와 마찬가지로, 1.75D 어레이를 통합하는 시스템은 어레이의 원하는 하위-구멍들을 선택하기 위해 하나 이상의 아날로그 스위치들을 포함할 수 있다.
마지막으로, 2D 어레이는 대형 빔 조종 각도들에 대한 최소 피치 요구 사항을 충족시키기 위해 측방향 및 상승 차원들 모두에서 많은 수의 요소들을 가지고 있다. 예를 들어, 2D 어레이는 측방향 및 상승 차원들 모두에 배열된 다중 어레이 요소들을 포함하며, 가변 상승 구멍, 가변 상승 초점 및 풀 빔 조종 제어의 전체 세트(suite)를 가능하게 하도록 전자적으로 제어할 수 있다. 1.5D 어레이와 마찬가지로 2D 어레이를 통합하는 시스템은 어레이의 원하는 하위-구멍들을 선택하기 위해 하나 이상의 아날로그 스위치들을 포함할 수 있다.
혼합 초음파 변환기 어레이들이 있는 초음파 이미징 시스템
도 1은 혼합 어레이(본 명세서에서 "혼합 초음파 변환기 어레이"로도 지칭됨)를 갖는 예시적인 초음파 이미징 시스템(100)의 블록도이다. 초음파 이미징 시스템은 프로브(125), 이미징 시스템(150), 및 디스플레이(160)를 포함한다. 프로브(125)는 이미징 시스템(150)에 연결(개재 컴포넌트들 없이) 또는 결합(개재 컴포넌트들과 함께 또는 없이)될 수 있다. 프로브(125)는 이미징 시스템(150)으로부터/으로 신호들의 세트(예를 들어, 전기 신호들, 음향 신호들, 광학 신호들 등)를 수신 및/또는 송신할 수 있다. 이미징 시스템(150)은 디스플레이(160)에 연결(개재 컴포넌트들 없이)되거나 결합(개재 컴포넌트들과 함께 또는 없이)될 수 있다. 이미징 시스템(150)은 디스플레이(160)로부터/로 신호들의 세트(예를 들어, 전기 신호들, 전자기 신호들 등)를 수신 및/또는 송신할 수 있다.
프로브(125)는 혼합 어레이(110), 멀티플렉서(120) 및 광학 케이블(130)을 포함한다. 혼합 어레이(110)는 음파들(예를 들어, 압전 변환기들)을 송신할 수 있는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들과 광대역 응답에 매우 민감한 제2 유형의 더 많은 어레이 요소들(예를 들어, WGM 광학 공진기들)을 포함한다. 혼합 어레이(110)는 변환기 요소들의 어레이를 포함하고 아래에서 추가로 설명되는 1차원(1D) 구성, 1.25차원(1.25D) 어레이 구성, 1.5차원(1.5D) 어레이 구성, 1.75차원(1.75D) 어레이 구성, 또는 2차원(2D) 어레이 구성으로 동작하도록 구성될 수 있다. 혼합 어레이(110)의 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 멀티플렉서(120)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 혼합 어레이(110)의 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 광 케이블(130)에 동작 가능하게 결합될 수 있다.
일부 변형들에서, 프로브(125)는 혼합 어레이(110)의 위상 어레이(phased array)를 사용하여 시야를 가로질러 반복적으로 스캔하도록 구성될 수 있다. 그렇게 하면 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및/또는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 사용하여 라인별(line-by-line) 이미지들을 생성한다. 그런 다음 합성 구멍(SA) 알고리즘을 사용하여 고해상도 이미지를 생성할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 변형들에서, 프로브(125)는, 예를 들어, 변환기 요소들의 제2 그룹 또는 모든 변환기 요소들을 사용하여 음파들에 대응하는 초음파 에코들을 수신하는 동안, 음파들을 송신하기 위해 변환기 요소들의 제1 그룹을 사용하는 것과 같이 음향 여기(excitation)의 상이한 패턴들을 사용하도록 구성될 수 있다.
혼합 어레이(110)는 많은 수(예를 들어, 10, 100, 200, 1000, 2000, 10,000 및/또는 등)의 요소들을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 어레이는 직사각형 구성으로 배열될 수 있고
Figure pct00001
요소들을 포함할 수 있으며, 여기서
Figure pct00002
은 로우(row)들의 수이고
Figure pct00003
은 컬럼(column)들의 수이다. 혼합 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 유형은 초음파들을 송신하도록 구성된 변환기일 수 있고 제2 유형은 광학 센서(예를 들어, 광학 공진기, 광학 간섭계 등)일 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 직사각형 배열, 곡선형 배열, 원형 배열, 또는 희소 어레이 배열로 집합적으로 위치될 수 있다. 혼합 어레이(110)에서 어레이 요소들의 다양한 예시적인 구성들이 아래에서 더 상세히 설명된다.
혼합 어레이(110)의 변환기(들)는, 예를 들어, 납 지르코네이트 티타네이트(PZT) 변환기(들), 중합체 후막(PTF) 변환기(들), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 변환기(들), 정전용량식 미세가공 초음파 변환기(들)(CMUT), 압전 미세가공 초음파 변환기(들)(PMUT), 광음향 센서(들), 단결정 재료들 기반 변환기(예를 들어, LiNbO3(LN), Pb(Mg1/3Nb2/3)-PbTiO3　(PMN-PT), 및 Pb(In1/2Nb1/2)-Pb(Mg1/3Nb2/3)-PbTiO3　(PIN-PMN-PT)) 및/또는 음향 변환에 적합한 변환기를 포함할 수 있다.
광학 센서는, 예를 들어, 마이크로버블 공진기, 섬유-기반 공진기, 집적 광자 공진기, 마이크로-디스크 공진기, Fabry-Perot 간섭계 및/또는 등일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 광학 센서는 광학 마이크로버블 공진기를 포함할 수 있다. 광학 마이크로버블 공진기는, 예를 들어, 유리, 투명 중합체, 실리콘 질화물, 티타늄 디옥사이드, 또는 광학 마이크로버블 공진기의 동작 파장에서 적절하게 광학적으로 투명한 임의의 다른 재료와 같은 광학적으로 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 광학적 마이크로버블 공진기는 반경(R)을 갖는 외부 마이크로버블 표면과 반경(r)을 갖는 내부 마이크로버블 표면을 포함하여, (R-r)에 상응하는 공진기 벽 두께를 정의한다. 광학 마이크로버블 공진기의 공진 주파수들 세트(WGM들의 세트의 전파로 인한)는 매우 민감한 변환 프로브들에 적합한 고품질 인자들을 가질 수 있다. 일반적으로, 광학 공진기의 품질 인자를 높이면 광학 공진기들의 감도를 높일 수 있다. 특히, 그러한 구현예들에서, 감도는 광학 마이크로버블 공진기의 벽 두께(
Figure pct00004
)에 의해 제어될 수 있다. 초음파 검출기들로 사용될 때, 광학 마이크로버블 공진기는 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 낮은 잡음 등가 압력 및 광대역 동작 대역폭을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 광학 센서는 광학 도파관들에서 전파되는 광이 광섬유들에서 결합하고 광섬유들의 둘레(circumference)들에서 전파할 때 광섬유들 및 광학 도파관들의 단면에 형성된 감지 노드들을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서 광학 센서는 통합된 광자 광학 공진기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형들에서 광학 센서는 미국 특허 출원번호들 제62/945,538호 및 제63/001,738호에 기술되어 있는 임의의 광학 공진기들과 유사할 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
광학 센서들 내부 및/또는 주변 공간은 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 파릴렌, 폴리스티렌 및/또는 등과 같은 초음파 강화 재료로 채워질 수 있다. 초음파 강화 재료는 광학 센서들의 감도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 초음파 강화 재료는 광학 센서들이 초음파 에코들의 세트를 수신하는 것에 응답하여, (예를 들어, 초음파 에코들의 세트에 의해 유도된 기계적 스트레스 또는 변형을 수신할 때) 초음파 강화 재료의 굴절률이 광학 센서들의 재료(들)의 재료의 굴절률보다 더 많이 변하도록 상대적으로 높은 탄성-광학 계수를 가질 수 있다. 카메라
광학 케이블(130)은 광학 센서들로/부터 광학 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위한 전용 광학 경로를 포함할 수 있다. 광학 케이블(130)은 광섬유 케이블(들) 또는 동축 케이블(들)을 포함할 수 있다. 광케이블(130)의 선택은 광학 신호들의 종류에 따라 달라질 수 있다. 혼합 어레이(110)의 광학 센서들의 어레이는 기판 상에 선형으로 배열될 수 있다. 광학 센서들의 어레이는 서로 등거리일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어레이의 적어도 일부 광학 센서들은 상이한 거리들만큼 분리될 수 있다. 일부 구성들에서, 광학 센서들의 어레이는 모두 단일 광학 도파관에 광학적으로 결합될 수 있다. 따라서, 다수의 광학 센서들로부터의 신호들은 단일 광학 도파관에 결합되고 이에 의해 통신될 수 있다. 일부 구성들에서, 광학 센서들의 어레이는 광학 도파관들의 어레이에 광학적으로 결합될 수 있다. 따라서, 광학 센서들의 어레이로부터의 광학 신호들은 광학 케이블(130)의 다수의 광학 도파관들에 결합되고 이에 의해 이미징 시스템(150)으로 통신될 수 있다.
멀티플렉서(120)는 아날로그 스위치들을 포함할 수 있다. 아날로그 스위치들은 다수의 고전압 아날로그 스위치들을 포함할 수 있다. 아날로그 스위치 각각은 개별 시스템 채널에 연결될 수 있다. 그 결과, 멀티플렉서(120)는 이미징 시스템(150)의 시스템 채널들의 세트로부터 혼합 어레이(110)의 변환기에 개별 시스템 채널을 선택적으로 연결할 수 있다.따라서, 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들로부터의 전기 신호들은 광학 케이블(130)의 다중 광학 도파관들에 결합되고 이에 의해 이미징 시스템(150)으로 통신될 수 있다.
이미징 시스템(150)은 프론트엔드 시스템(frontend system)(151) 및 백엔드 시스템(backend system)(153)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 프론트엔드 시스템(151)은 송신 빔형성기(beamformer) 및 수신 빔형성기를 포함하는 적어도 2개의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 송신 빔형성기 및 수신 빔형성기는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및/또는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들에 연결된 (예를 들어, 전선들의 세트를 통해, 광학 도파관들의 세트 및/또는 등을 통해) 다중 송신 채널들 및 수신 채널들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신 빔형성기는 멀티플렉서(120)에 연결된 128개의 송신 채널들을 포함할 수 있고 수신 빔형성기는 광학 케이블(130) 및/또는 멀티플렉서(120)에 연결된 256개의 수신 채널들을 포함할 수 있다. 프론트엔드 시스템은 광학 신호들을 전기 신호들로 변환하는 광검출기들의 세트를 더 포함할 수 있다. 백엔드 시스템(153)은 이미지들을 생성하기 위해 혼합 어레이(110)로부터 수신된 신호들을 처리하기 위한 프로세서, 이미지들을 저장하기 위해 프로세서에 동작적으로 결합된 메모리, 및 사용자에게 이미지들을 제공하기 위한(예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해) 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
디스플레이(160)는 이미징 시스템(150)에 의해 생성된 이미지들의 세트를 표시하기 위해 이미징 시스템(150)의 백엔드 시스템(153)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 일부 변형들에서, 디스플레이(160)는 인터랙티브 사용자 인터페이스(예를 들어, 터치 스크린)를 포함하고 및 커맨드들의 세트(예를 들어, 일시 중지, 재개 및/또는 등)를 이미징 시스템(150)에 송신하도록 구성될 수 있다. 일부 변형들에서, 초음파 이미징 시스템(100)은 초음파 이미징 시스템(100)에 정보를 입력하거나 초음파 이미징 시스템(100)으로부터 정보를 출력하는 데 사용되는 보조 디바이스들의 세트(미도시)를 포함할 수 있다. 보조 디바이스의 세트는, 예를 들어, 키보드(들), 마우스(들), 모니터(들), 웹캠(들), 마이크(들), 터치 스크린(들), 프린터(들), 스캐너(들), 가상 현실(VR) 헤드-마운트 디스플레이, 조이스틱(들), 생체 인식 판독기(들), 및/또는 이와 유사한 것(미도시)을 포함할 수 있다.
혼합 어레이들의 예시적인 구성들
아래에서 설명된 것들은 혼합 초음파 변환기 어레이에서 어레이 요소들의 다양한 예시적인 구성들이다. 위에서 설명된 바와 같이, 혼합 초음파 변환기 어레이는 일반적으로 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있고, 여기서 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 변환기들(예를 들어, 압전 변환기, 단결정 재료 변환기, 압전 미세가공 초음파 변환기(PMUT) 또는 용량성 미세가공 초음파 변환기(CMUT), 등))의 세트를 포함할 수 있고 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 광학 센서들의 세트를 포함할 수 있다.
일부 변형들에서, 초음파 변환기 어레이는 상승 차원에서 하나 이상의 로우들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어레이 요소들은 다수의 로우들 및 다수의 컬럼들을 포함하는 직사각형 어레이에 집합적으로 위치될 수 있다. 일부 변형들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합 어레이는 상승 차원에서 요소들의 3개의 로우들을 포함할 수 있다. 3개의 로우들은 내부 로우와 2개의 외부 로우들을 포함한다. 2개의 외부 로우들은 제2 유형(114)(예를 들어, 광학 센서들)으로 만들어질 수 있다. 제2 유형(114)은, 예를 들어, 마이크로버블 공진기들의 세트, 섬유-기반 공진기들의 세트, 통합 광자 공진기들의 세트, 마이크로-디스크 공진기들의 세트, 광학 간섭계들의 세트 및/또는 등을 포함할 수 있다. 내부 로우는 제1 유형(112)(본 명세서에서 "변환기들"이라고도 함)으로 만들어질 수 있다. 제1 유형(112)은, 예를 들어, 납 지르콘 티탄산염(PZT) 변환기(들), 중합체 후막(PTF) 변환기(들), 용량성 미세가공 초음파 변환기(들)(CMUT), 및/또는 음향 변환에 적합한 임의의 변환기로 만들어질 수 있다.
2개의 외부 로우들은 대응하는 컬럼에서 평행하게 위치되는 동일한 수의 요소들을 포함할 수 있다. 2개의 외부 로우들에서 동일한 컬럼에 위치된 각 쌍의 요소들(114)은 1.25차원(1.25D) 어레이 구성 또는 1.5차원(1.5D) 어레이 구성을 위한 단일 결합된 외부 요소를 형성하도록 선택적으로 연결(예를 들어, 전기적으로 연결되거나 전자기적으로 결합됨)될 수 있다.
도 2가 3개의 로우들을 갖는 변환기 어레이를 도시하지만, 일부 변형들에서, 로우들의 수는 3, 5 ... 2n + 1과 같은 임의의 홀수일 수 있으며, 여기서 n은 정수이다. 일부 변형들에서, 제1 유형(112)의 어레이 요소들은 홀수의 로우들의 세트의 중앙 로우에 배열될 수 있다. 예를 들어, 1.5D 어레이 구성은 중앙 로우에 PZT 변환기 로우가 있는 5개의 로우들, 중앙 로우에 인접한 2개의 광학 센서 로우들, 광학 센서 로우들에 인접한 가장 바깥쪽 로우들에 2개의 PZT 변환기 로우들을 포함할 수 있다. 중앙 로우에 변환기들이 포함되는 것은 일부 변형들에서 유리할 수 있다. 예를 들어, 중앙 로우에는 초음파의 송신 및 수신을 모두 수행할 수 있는 제1 유형(112)의 변환기 요소들이 포함되어 있으므로, 상승 빔 프로파일은 변환기들의 송신 모드와 수신 모드 모두에 대해 중간에 "딥(dip)"이 없다. 상승 빔 프로파일에서 발생하는 이러한 딥은 이미지 품질을 저하시키고 이미지 아티팩트(artifact)들을 유발할 수 있다. 따라서, (예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이) 중앙 로우에 제1 유형(112)의 변환기 요소들을 배열하는 것은 이미지 품질 및 이미지 아티팩트들의 이러한 열화를 방지하는 데 유리하게 도움을 줄 수 있다. 그러나, 도 6에 도시된 것과 같은 일부 변형들에서, 혼합 변환기 어레이는 중앙 로우에 광학 센서들을 포함할 수 있다.
일부 변형들에서, 제1 유형(112)(예를 들어, 변환기들)의 하나 이상의 어레이 요소 들 및 제2 유형(114)(예를 들어, 광학 센서들)의 하나 이상의 어레이 요소들은 교번(alternation)하는 로우들에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 2는 제1 유형(112)의 어레이 요소들이 중앙 로우에 있는 제1 유형(112)과 함께 어레이 요소들(114)의 제2 유형과 교번하는 예시적인 변형을 도시한다. 다른 예로서, 도 6은 어레이 요소들(112)의 제1 유형이 변환기들의 제2 유형과 교번하고, 어레이 요소들(114)의 제2 유형이 중앙 로우에 있는 예시적인 변형을 도시한다.
일부 변형들에서, 인접한 어레이 요소들 사이의 간격(피치(pitch))은 특정 퍼포먼스 파라미터에 대해 선택될 수 있다. 피치는 변환기 요소의 중심과 인접한 변환기 요소의 중심 사이의 거리로 정의될 수 있다. 일부 변형들에서, 피치는 어레이가 위상 어레이 동작에 있을 때와 같이, 음파들의 동작 주파수(예를 들어, 압전 변환기에 의해 송신됨)의 한 파장의 절반보다 큰 파장을 측정할 수 있다. 일부 변형들에서, 피치는 어레이가 선형 어레이 동작에 있을 때와 같이, 음파들의 동작 주파수의 전체 파장보다 더 크게 측정될 수 있다. 일부 변형들에서, 피치는 음파들의 동작 주파수의 한 파장의 절반보다 작게 측정될 수 있거나 또는 음파들의 동작 주파수의 전체 파장보다 작게 측정될 수 있다.
일부 변형들에서, 혼합 어레이의 모든 로우들은 측방향 차원에서 동일한 피치를 가질 수 있다(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이). 그러나, 일부 변형들에서, 혼합 어레이의 로우들 중 적어도 일부는 측방향 차원에서 다른 피치를 가질 수 있다. 다시 말해서, 하나의 로우는 제1 피치를 가질 수 있고, 다른 로우는 제2 피치를 가질 수 있으며, 여기서 제2 피치는 제1 피치보다 작거나 클 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 혼합 어레이(110)는 제1 균일 피치를 갖는 내부(중앙) 로우, 및 제1 균일 피치와 상이한 제2 균일 피치를 갖는 2개의 외부 로우들을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 제2 균일 피치는 제1 균일 피치보다 클 수 있다(즉, 서로 더 멀리 이격될 수 있다). 2개의 외부 로우들은 광학 센서들(114)을 포함할 수 있다. 내부 로우는, 예를 들어, PZT 변환기(들), CMUT 변환기(들) 및/또는 등과 같은 변환기인 제1 유형(112)을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 2개의 외부 로우들 중 하나는 제2 균일 피치를 가질 수 있고 2개의 외부 로우들 중 다른 하나는 제1 및 제2 피치들 둘 모두와 상이한 제3 균일 피치를 가질 수 있다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이는 3, 5 ... 2n + 1 로우들과 같은 홀수 로우들을 갖는 로우들의 세트를 포함할 수 있으며, 여기서 n은 정수이다. 이러한 변형들에서, 로우들의 세트의 각 로우는 다른 로우들의 피치와 다른 고유한 피치를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 로우들의 세트는 로우들의 세트 중에서 가장 작은 피치를 갖는 중앙 로우로부터 시작하여 로우들의 세트 중에서 가장 큰 피치를 갖는 외부 로우들까지 꾸준히 증가하는 오름차순 피치를 가질 수 있다.
초음파 이미징에서, 변환기 피치는 일반적으로 동작 주파수에 기초하여 선택된다. 보다 구체적으로, 변환기 피치는 격자 로브(grating lobe)들을 피하기 위해 동작 주파수에 반비례할 수 있다(예를 들어, 동작 주파수에 대응하는 동작 파장에 비례). 표면 조직들을 이미징할 때, 작은 상승 구멍들과 고주파수들이 자주 사용된다. 반면에, 큰 상승 구멍들과 저주파수들은 심부 조직(deep tissue)들의 이미징에 유리할 수 있다.
그 로우들 사이의 다양한 피치로 인해, 도 3과 관련하여 도시되고 설명된 혼합 어레이는 유리하게는 표면 조직들의 이미징 및 심부 조직들의 이미징 둘 모두를 수행할 수 있다. 이 변형예에서, 더 작은 피치의 중앙 로우는 높은 동작 주파수를 사용하여 표면 조직들의 고해상도를 생성하는 데 사용될 수 있다. 심부 조직들을 이미징하기 위해, 모든 로우들(더 큰 피치의 로우들 포함)은 낮은 동작 주파수를 사용하여 높은 침투 이미지들을 생성하는데 사용될 수 있다.
더 큰 피치를 사용하는 또 다른 이점은 이미징 시스템(150)에서 변환기 요소들의 전체 수를 줄이는 옵션이다. 더 큰 피치는 프로브(125)의 혼합 어레이(110)를 이미징 시스템(150)의 프론트엔드(151)에 연결하는 프로브(125)의 면적당 더 적은 수의 변환기 요소들 및 더 작은 케이블들(예를 들어, 광학 케이블(130), 동축케이블 등)의 면적 밀도를 초래한다. 따라서, 이 실시예에 도시되고 개시된 바와 같은 변환기 요소들의 수의 감소는 다음을 포함하는 여러 이점들을 수반한다: 감소된 수의 케이블들(즉, 더 얇은 케이블 번들), 더 가벼운 프로브(125) 중량, 더 낮은 제조 및 동작 비용.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 변형들에서, 특정 로우의 변환기 어레이 요소들 사이의 거리(피치)는 동일할 수 있거나 로우의 길이를 따라 변할 수 있다. 이러한 가변 피치를 사용하는 것은 일반적으로 도 3과 관련하여 위에서 설명된 것과 유사한 표면 조직들과 심부 조직들 모두를 이미징할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 도 4는 측방향 차원에서 가변 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 갖는 예시적인 혼합 어레이의 개략적인 설명이다. 예를 들어, 일부 변형들에서, 가변 피치를 갖는 로우는 제1 피치를 갖는 중앙 영역, 및 제1 피치와 상이한(예를 들어, 더 작거나 더 큰) 제2 피치를 갖는 중앙 영역에 인접한 하나 이상의 측방향 영역들을 포함할 수 있다. 각 로우에 대한 피치의 3개 그룹들(좌측, 중간 및 우측)만이 도 4에 도시되어 있지만, 일부 변형예에서는 2개 또는 4개 이상의 피치 그룹들도 사용될 수 있다. 일부 변형들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙 로우 및 2개의 외부 로우들은 각각 가변 피치를 가질 수 있다(도 2 또는 도 3과 관련하여 개시된 균일 피치 대신에). 예를 들어, 초음파 변환기 어레이는 측방향 차원에서 제1 가변 피치 패턴을 갖는 제1 로우, 및 측방향 차원에서 제2 가변 피치 패턴을 갖는 제2 로우를 포함할 수 있다. 제2 가변 피치 패턴은 제1 가변 피치 패턴과 상이할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 혼합 어레이의 2개 이상의 로우들은 각각 측방향 차원의 길이들을 따라 동일하거나 유사한 가변 피치 패턴을 포함할 수 있다.
일부 변형들에서, 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 혼합 어레이(110)의 하위-그룹들 또는 하위-구멍들의 세트에 집합적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형들에서, 혼합 어레이(110)는 각각이 하나 이상의 로우들의 세트를 갖는 하위-구멍들의 세트로 분할될 수 있다. 각각의 하위-구멍은 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및/또는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들로부터의 변환기 요소들의 세트를 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이는 3개의 로우들(예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은 요소들의 3개 로우들)을 포함하는 1.5차원(1.5D) 어레이로 구성될 수 있다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이의 중심에 위치된 하위-구멍 내의 변환기 요소들의 세트의 중심 변환기 요소만이 광학 센서(114)이다. 이러한 변형들에서, 변환기 요소들의 나머지는 상이한 유형의, 예를 들어, 납 지르코네이트 티타네이트(PZT) 변환기(들), 중합체 후막(PTF) 변환기(들), CMUT 변환기(들), 및/또는 음향 변환에 적합한 임의의 변환기들을 포함할 수 있는 변환기(112)로 이루어진다. 일부 구현예들에서, 광학 센서의 크기는 작다(예를 들어, 음파들 및/또는 음향 에코들의 동작 파장과 비슷하거나 더 작음).
각각의 하위-구멍은 로우들의 세트의 하나 이상의 다른 로우들과 상이한 수의 로우들을 포함할 수 있다. 각 로우는 균일 피치 또는 가변 피치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합 어레이(110)는 5개의 하위-구멍들 중 최좌측 구멍으로부터 최우측 구멍까지 연속적으로 1개 로우, 3개 로우들, 5개 로우들, 3개 로우들 및 1개 로우를 갖는 5개의 하위-구멍들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 5는 하위-구멍들을 갖는 예시적인 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 도 5에 도시된 혼합 어레이(110)는 다음을 포함하는 3개의 하위-구멍들로 분할될 수 있다: 좌측 하위-구멍, 중간 하위-구멍 및 우측 하위-구멍. 좌측 하위-구멍 및 우측 하위-구멍들(110) 모두는 균일 피치를 갖는 것으로 도시된 단 하나의 로우를 가질 수 있지만, 일부 변형들에서 이러한 하위-구멍들은 가변 피치인 로우를 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 그러나, 중간 하위-구멍은 내부 로우(118) 및 2개의 외부 로우들(116)과 같은 다중 로우들을 가질 수 있다. 내부 로우(118)는 특정 피치를 가질 수 있고 2개의 외부 로우들(116)은 내부 로우와 다른 피치를 가질 수 있다. 중간 하위-구멍의 이러한 피치들 중 하나는 균일하거나 가변적일 수 있다. 2개의 외부 로우들(116)은 광학 센서들을 포함할 수 있다. 중간 하위-구멍, 좌측 하위-구멍 및 우측 하위-구멍의 내부 로우를 포함하는 다른 모든 로우들은, 예를 들어, PZT 변환기(들), CMUT 변환기(들), 등과 같은 다른 변환기들을 포함할 수 있다.
도 6은 제1 유형의 어레이 요소들(112) 및 제2 유형의 어레이 요소들(114)의 상대적인 위치들만이 전환된다는 점을 제외하고는, 도 2의 혼합 어레이와 유사한 예시적인 혼합 어레이의 개략도이다. 유사한 방식으로, 제1 유형의 어레이 요소들(112)과 제2 유형의 어레이 요소들(114)의 상대 위치는 도 3의 혼합 어레이, 도 4의 혼합 어레이 및 도 5의 혼합 어레이 및/또는 본 명세서에 도시되고 설명된 임의의 다른 혼합 어레이에서 전환될 수 있다.
도 7은 예시적인 혼합 어레이의 개략적인 설명이다. 혼합 어레이는 변환기들의 세트를 포함하는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 광학 센서들의 세트를 포함하는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 혼합 어레이는 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 혼합 어레이는, 예를 들어, 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소를 포함하는 중앙 로우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중앙 로우는 제2 유형의 단일 어레이 요소를 갖고 다른 로우들은 제1 유형의 어레이 요소들만 가질 수 있다. 제2 유형의 단일 어레이 요소는 송신된 음파들의 파장과 거의 같거나 더 작은 광학 센서일 수 있다. 일부 변형들에서, 광학 센서의 사용은 이미지 품질 개선을 위해 광학 센서의 초고감도(예를 들어, WGM 광학 공진기의 초고감도)를 활용하면서 프로브 제조의 복잡성을 최소화할 수 있다.
도 8은 예시적인 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 혼합 어레이는 중앙 로우를 포함하는 2개 이상의 로우들을 포함할 수 있다. 중앙 로우는 제1 유형(112)의 다중 요소들 및 제2 유형(114)의 다중 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 제2 유형의 어레이 요소들은 송신된 음파의 파장과 대략 같거나 작을 수 있다. 내부 로우의 적어도 하나의 변환기 요소는 광학 센서(114)이고 요소들의 나머지는, 예를 들어, PZT 변환기(들) 및/또는 CMUT 변환기(들)를 포함할 수 있는 제1 유형의 어레이 요소들(112)이다. 도 7의 혼합 어레이(110)와 유사하게, 일부 구현예에서, 도 8의 혼합 어레이(110)의 광학 센서들의 크기는 음파들 및/또는 음향 에코들의 동작 파장과 비슷하거나 더 작을 수 있다. 일부 구현예들에서, 광학 센서들의 크기는 음파들 및/또는 음향 에코들의 동작 파장보다 클 수 있다.
도 9는 예시적인 혼합 어레이의 개략적인 설명이다. 초음파 변환기 어레이는 2개 이상의 로우들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 로우들 각각은 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 가질 수 있다. 제2 유형의 어레이 요소들은 공간적으로 규칙적인 패턴으로 분포될 수 있거나, 또는 공간적으로 불규칙한 패턴(예를 들어, 랜덤 패턴)으로 분포될 수 있다. 내부 로우 및 2개의 외부 로우들에 있는 요소들의 세트는 광학 센서들(114)을 포함할 수 있고 요소들의 나머지 부분은, 예를 들어, PZT 변환기(들) 및/또는 CMUT 변환기(들)를 포함하는 제1 유형(112)을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 광학 센서들(114)의 위치들의 공간적 분포는 랜덤할 수 있다. 일부 구성들에서, 광학 센서들(114)의 위치들의 공간적 분포는 배치 패턴을 따를 수 있다(예를 들어, 동일, 센서 요소들 중 1셀 오른쪽으로 시프트, 센서 요소들 중 2셀들 아래로 시프트). 광학 센서의 크기는 제1 유형(112)의 크기보다 작거나 같을 수 있다.
여러 이점들을 수반할 수 있는 혼합 어레이들의 변형들이 도 7 내지 9에 설명된다. 예를 들어, 두 가지 유형들의 두 어레이 요소들을 모두 갖는 이러한 혼합 어레이들의 각 로우는, 어느 정도까지, 음파들(예를 들어, 초음파)를 송신하고 음향 에코(예를 들어, 초음파 에코들)을 검출하여, 보다 분산된 이미징 기능을 가능하게 한다. 또한, 분산형 광학 센서들은 음향 에코들에 대한 혼합 어레이의 전반적이고 더 분산된 감도를 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 변형들의 혼합된 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들에 의해 생성되는 두 개의 독립적인 이미지들을 생성할 수 있으며, 및 이미징 시스템(예를 들어 도1과 관련하여 도시되고 설명된 이미징 시스템(150))은 2개의 독립적인 이미지들 각각에 비해 개선된 단일 결합된 이미지를 형성하기 위해 2개의 독립적인 이미지들을 결합할 수 있다.
도 2 내지 9에 도시된 혼합 어레이들이 일반적으로 평면 기판 또는 표면 상에 도시되어 있지만, 혼합 어레이가 임의의 다른 적합한 표면(예를 들어, 곡면) 상에 배열될 수 있다는 것이 이해돼야 한다. 예를 들어, 도 10은 만곡된 기판 상의 예시적인 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 혼합 어레이(110)는 변환기들의 세트를 포함하는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 만곡된 패널과 같은 곡면 상에 광학 센서들의 세트를 포함하는 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 곡면은 원형 곡선, 이차 곡선(예를 들어, 포물선 곡선, 쌍곡선 곡선, 타원 곡선 등) 및/또는 초음파 이미징에 적합한 임의의 곡선의 프로파일을 포함할 수 있다. 패널의 곡률은 혼합 어레이(110)의 시야 방향일 수 있다. 일부 구성들에서 곡률은 오목 곡률이다. 일부 구성들에서 곡률은 볼록 곡률이다. 혼합 어레이는 도 10에 도시된 바와 같이 상승 차원에서 요소들의 3개 로우들을 포함할 수 있다. 3개 로우들은 내부 로우 및 2개의 외부 로우들을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 2개의 외부 로우들은 제2 유형(114)의 어레이 요소들(예를 들어, 광학 센서들)을 포함할 수 있고 내부 로우는 제1 유형(112)의 어레이 요소들(예를 들어, PZT 변환기들, CMUT 변환기들 및/또는 등)을 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 혼합 어레이는 3, 5... 2n + 1과 같은 홀수의 로우들을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 정수이다. 이러한 변형들에서, 혼합 어레이의 내부 로우는 제1 유형(112)의 어레이 요소들을 포함할 수 있고 그 이후의 나머지 로우들은 제2 유형(114)과 제1 유형(112)의 어레이 요소들 사이에서 교번할 수 있다.
도 10의 혼합 어레이에서 변환기 요소들의 위치는 도 10의 혼합 어레이가 곡면 패널에 장착된다는 점을 제외하고는 도 2의 혼합 어레이에서 변환기 요소들의 위치와 유사하다. 도 10의 혼합 어레이의 위치는 도 10의 혼합 어레이의 곡률에 대응하는 변환 매트릭스를 도 2의 혼합 어레이의 위치들의 매트릭스에 곱함으로써 달성될 수 있다. 도면들 2 내지 13 중 임의의 혼합 어레이들에서 변환기 요소들의 상대적 위치들은 곡면 패널에 장착되도록 변환될 수 있다.
도 11은 다중 어레이 요소들 또는 변환기 요소들을 포함하는 단일 로우를 포함하는 예시적인 1D 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 다중 어레이 요소들은 제1 유형(112)의 적어도 하나의 어레이 요소(예를 들어, PZT 변환기들, CMUT 변환기들 및/또는 등) 및 제2 유형(114)의 적어도 하나의 어레이 요소(즉, 광학 센서들)를 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112)의 그것들의 및 제2 유형(114)의 그것들의 공간 분포는 랜덤할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112)의 어레이 요소들 및 제2 유형(114)의 어레이 요소들의 공간적 분포는 배치 패턴을 따를 수 있다. 한 가지 유형의 변환기만 포함하는 기존의 1D 어레이와 비교할 때, 혼합 어레이(도 11에 표시된 바와 같이 광학 센서들의 세트를 포함)는 광학 센서들, 예를 들어, 광 공진기들(예를 들어, WGM 광학 공진기들, 마이크로버블 광학 공진기, 마이크로스피어 공진기, 마이크로-토로이드 공진기, 마이크로-링 공진기, 또는 마이크로-디스크 광학 공진기 및/또는 등)의 추가로 인해 감지 대역폭 및/또는 감도에서 향상된 성능을 가질 수 있다.
도 2 내지 11은, n이 정수인, 1, 3, 5 ... 2n + 1개의 로우들 수와 같은 홀수를 갖는 변환기 어레이들을 묘사하지만, 일부 변형들에서 변환기 어레이들은 2, 4, 6, ... 2n개의 로우들 수와 같은 짝수를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 변형들에서, 혼합 어레이(110)는 제1 유형(112)의 어레이 요소들(CMUT 변환기들, PMUT 변환기들 및/또는 등)의 2개의 로우들 및 제2 유형(114)의 요소들(예를 들어, 광학 공진기들, 광학 간섭계들 및/또는 등)의 2개의 로우들을 가질 수 있다.
도 12는 직사각형 구성으로 배열된 예시적인 2D 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이고
Figure pct00005
변환기 요소들을 포함할 수 있으며, 여기서
Figure pct00006
은 로우들의 수이고
Figure pct00007
은 컬럼들의 수이며 둘 다 정수이다. 일부 구현예들에서, 로우들의 수 및/또는 컬럼들의 수는 31개의 로우들 및/또는 31개의 컬럼들보다 클 수 있다. 예를 들어, 2D 혼합 어레이는 64
Figure pct00008
96 = 6,144개의 변환기 요소들을 포함할 수 있다. 혼합 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 변환기들의 세트를 포함할 수 있고 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 광학 센서들의 세트를 포함할 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 직사각형 배열로 집합적으로 위치될 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112) 및 제2 유형(114)의 공간 분포는 랜덤할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112) 및 제2 유형(114)의 공간 분포는 배치 패턴을 따를 수 있다. 한 가지 유형의 변환기만 포함하는 기존의 2D 어레이와 비교할 때 혼합 어레이(도 12에 도시된 것과 같이 광학 센서들의 세트를 포함)는 광학 센서들의 추가로 인해 감지 대역폭 및/또는 감도에서 향상된 성능을 나타낼 수 있다.
도 13은 희소 어레이 구성의 예시적인 2D 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 혼합 어레이(110)를 완전히 샘플링된 배열(도 12에 대해 도시되고 설명된 배열과 같은) 대신 희소 어레이 구성으로 배열하는 것은 혼합 어레이를 제조하는 데 사용되는 변환기 요소들의 총 수를 줄일 수 있다. 예를 들어, 완전히 샘플링된 2D의 동일한 크기를 갖는 희소 2D 어레이(도 12에 대해 도시되고 설명됨)는 도 12의 완전히 샘플링된 혼합 어레이의 64
Figure pct00009
96 = 6,144 개의 변환기 요소들과 비교하여 1000개의 변환기 요소들만을 포함할 수 있다. 혼합 어레이는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 변환기들의 세트를 포함할 수 있고 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 광학 센서들의 세트를 포함할 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 희소 어레이 구성으로 집합적으로 위치될 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112)의 어레이 요소들 및 제2 유형(114)의 어레이 요소들의 공간적 분포는 랜덤할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 유형(112) 및 제2 유형(114)의 어레이 요소들의 공간 분포는 통계적 분포(예를 들어, 정규 분포, 가우시안 분포 및/또는 등)를 따를 수 있다. 제1 유형(112) 및 제2 유형(114)의 어레이 요소들의 희소 공간 분포를 사용함으로써, 혼합 어레이에 의해 생산된 이미지에서 격자 로브들의 생성이 감소/방지될 수 있다. 제1 유형(112)의 어레이 요소들의 공간 분포는 제2 유형(114)의 어레이 요소들의 공간 분포와 동일하거나, 유사하거나, 상이할 수 있다. 예를 들어, 혼합 어레이(110) 내의 광학 센서들의 세트의 위치들의 제1 세트는 랜덤 공간 분포를 가질 수 있고 혼합 어레이(110) 내의 PZT 변환기들의 세트의 위치들의 제2 세트는 정규 분포를 가질 수 있다.
도 2 내지 13과 관련하여 위에서 설명된 혼합 어레이들이 주로 하나 이상의 로우들을 갖는 직사각형 배열의 관점에서 설명되었지만, 다른 어레이 형태들이 유사하게 다중 유형들의 어레이 요소들(112 및 114)과 혼합될 수 있음이 이해돼야 한다. 예를 들어, 도 14는 예시적인 환형(annular) 혼합 어레이(110)의 개략적인 설명이다. 환형 어레이는 일반적으로 그것의 대칭 형상으로 인해 3차원 공간에서 개선된 음향(예를 들어, 초음파) 빔 패턴을 생성할 수 있다. 개선된 음향(예를 들어, 초음파) 빔 패턴들은 이미지 품질이 음향 빔 패턴들과 높은 상관관계가 있기 때문에 음향 이미징 시스템들(예를 들어, 의료 초음파 이미징 시스템들)의 더 나은 이미지 품질을 초래할 수 있다.
위에서 설명된 어레이들과 같이, 환형 혼합 어레이는 제1 유형(112)의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형(114)의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함할 수 있다. 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 변환기들의 세트를 포함할 수 있고 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 광학 센서들의 세트를 포함할 수 있다. 혼합 어레이는 적어도 하나의 원형 어레이 요소 및 원형 어레이 요소 주위에 배열되고 이와 동심인 적어도 하나의 환형 어레이 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 혼합 어레이는 혼합 어레이의 중심에 있는 적어도 하나의 원형 광학 센서(114)(예를 들어, 링 공진기)와 직경이 증가하는 순서로 원형 광학 센서 주위에 배열되고 이와 동심인 환형 변환기들(112)의 세트(예를 들어, PZT 변환기(들) 및/또는 CMUT 변환기(들))을 포함한다. 도 14에 도시된 변형은 원형 어레이 요소 주위에 3개의 환형 어레이 요소들을 포함하지만, 혼합 어레이는 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 5개 초과의 환형 또는 링-형 요소들과 같은 임의의 적절한 수의 환형 어레이 요소들을 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 또한, 일부 변형들에서, 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들은 둘 다 동심 구성으로 집합적으로 배열된 환형 요소들일 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적들을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용했다. 그러나, 본 발명을 실시하기 위해 특정한 세부사항들이 요구되지 않는다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예들에 대한 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 그것들은 완전하거나 개시된 정확한 형태들로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며; 명백하게, 상기 교시들을 고려하여 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그 실제 애플리케이션들을 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 이로써 당업자가 본 발명 및 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들을 활용할 수 있다. 다음 청구서들 및 그 등가물들이 본 발명의 범위를 정의하도록 의도된다.

Claims (110)

  1. 타겟(target)을 이미징(imaging)하기 위한 장치에 있어서,
    초음파 변환기 어레이(ultrasound transducer array)를 포함하고, 상기 초음파 변환기 어레이는:
    제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소(array element)들-여기서, 상기 제1 유형은 음파(acoustic wave)들을 송신하도록 구성된 변환기임-; 및
    상기 제1 유형과 상이한 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하고, 상기 제2 유형은 광학 센서이며,
    상기 제1 및 상기 제2 유형들의 상기 어레이 요소들은 상기 송신된 음파들에 대응하는 음향 에코(acoustic echo)들을 검출하도록 구성되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상승(elevation) 차원에서 하나 이상의 로우(row)들을 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 홀수의 로우들을 포함하는, 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 짝수의 로우들을 포함하는, 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들은 교번하는(alternating) 로우들에 있는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 유형의 상기 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있는, 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있는, 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 큰 피치(pitch)를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 작거나 동일한 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 로우들은 측방향(lateral) 차원에서 동일한 피치를 갖는, 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 측방향 차원에서 제1 피치를 갖는 적어도 하나의 로우, 및 상기 측방향 차원에서 상기 제1 피치와 상이한 제2 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 피치를 갖는 내부 로우와, 상기 제2 피치를 갖는 상기 내부 로우에 인접한 로우를 포함하고, 상기 제2 피치는 상기 제1 피치보다 큰, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 내부 로우는 상기 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하고 상기 내부 로우에 인접한 상기 로우는 상기 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는, 장치.
  14. 제2항에 있어서, 상기 초음파 어레이는 상기 측방향 차원에서 가변 피치(variable pitch)를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 가변 피치를 갖는 상기 적어도 하나의 로우는 제1 피치를 갖는 중앙 영역, 및 상기 제1 피치보다 큰 제2 피치를 갖는 상기 중앙 영역에 인접한 측방향 영역을 포함하는, 장치.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 측방향 차원에서 제1 가변 피치 패턴을 갖는 제1 로우, 및 상기 측방향 차원에서 제2 가변 피치 패턴을 갖는 제2 로우를 포함하고, 여기서 상기 제2 가변 피치 패턴은 상기 제1 가변 피치 패턴과 상이한, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 내부 로우와, 상기 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 상기 내부 로우에 인접한 로우를 포함하는, 장치.
  18. 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 상기 적어도 하나의 로우는 중앙 로우인, 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 중앙 로우는 상기 제2 유형의 단일 어레이 요소를 갖는, 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 단일 어레이 요소는 상기 송신된 음파들의 파장과 동일하거나 작은 광학 센서인, 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 중앙 로우는 상기 제1 유형의 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 복수의 어레이 요소들을 포함하는, 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 상기 송신된 음파의 파장과 동일하거나 작은, 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 2개 이상의 로우들을 포함하고, 상기 2개 이상의 로우들 각각은 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 규칙적인 패턴으로 공간적으로(spatially) 분포되는, 장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 불규칙한 패턴으로 공간적으로 분포되는, 장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 적어도 31개의 로우들을 포함하고, 상기 31개의 로우들 중 적어도 일부는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  28. 제18항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 단일 로우를 포함하고, 상기 단일 로우는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 복수의 하위-구멍(sub-aperture)들을 포함하는, 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 복수의 하위-구멍들은 제1 하위-구멍 및 제2 하위-구멍을 포함하고, 상기 제1 하위-구멍은 상기 제2 하위-구멍보다 더 많은 수의 로우들을 포함하는, 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 하위-구멍은 중앙 하위-구멍이고, 상기 제2 하위-구멍은 상기 중앙 하위-구멍에 인접한, 장치.
  32. 제29항에 있어서, 각각의 하위-구멍은 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  33. 제32항에 있어서, 각각의 하위-구멍은 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 더 포함하는, 장치.
  34. 제1 항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 제1 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 제2 복수의 요소들을 포함하고, 상기 제1 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 복수의 어레이 요소들은 각각 희소(sparse) 어레이 구성으로 되어 있는, 장치
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 복수의 어레이 요소들의 상기 공간적 분포는 상기 제2 복수의 어레이 요소들의 상기 공간적 분포와 상이한, 장치.
  36. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 평면(planar surface) 상에 있는, 장치.
  37. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 곡면(curved surface) 상에 있는, 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 곡면은 2차 곡선(quadratic curve)을 포함하는, 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 2차 곡선은 포물선 곡선(parabolic curve), 쌍곡선 곡선(hyperbolic curve) 또는 타원 곡선(elliptic curve)인, 장치.
  40. 제37항에 있어서, 상기 곡면은 원형 곡선(circular curve)을 포함하는, 장치.
  41. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 적어도 하나의 환형(annular) 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 초음파 어레이는 상기 적어도 하나의 환형 어레이 요소와 동심인(concentric) 상기 제2 유형의 원형 어레이 요소를 포함하는, 장치.
  43. 제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 환형 어레이 요소는 상기 제1 유형인, 장치.
  44. 제1항에 있어서, 상기 제1 유형의 상기 어레이 요소들의 적어도 일부는 적어도 하나의 압전 변환기(piezoelectric transducer), 단결정 재료 변환기(single crystal material transducer), 압전 미세가공 초음파 변환기(PMUT), 또는 용량성 미세가공 초음파 변환기(CMUT)를 포함하는, 장치.
  45. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1차원(1D) 어레이인, 장치.
  46. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.25차원(1.25D) 어레이인, 장치.
  47. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.5차원(1.5D) 어레이인, 장치.
  48. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.75차원(1.75D) 어레이인, 장치.
  49. 제1항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 2차원(2D) 어레이인, 장치.
  50. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 어레이 요소들은 중합체(polymer) 구조에 내장된 광학 센서들인, 장치.
  51. 제1항에 있어서, 상기 광학 센서는 광학 신호들의 세트를 광검출기(photodetector)로 송신하기 위해 광섬유에 광학적으로 결합되는, 장치.
  52. 제51항에 있어서, 상기 광학 센서는 상기 음향 에코들에 응답하여 상기 광학 신호들의 세트를 송신하도록 구성되는, 장치.
  53. 제1항에 있어서, 상기 광학 센서는 간섭-기반(interference-based) 광학 센서인, 장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 광학 센서는 광학 공진기(resonator) 또는 광학 간섭계(interferometer)를 포함하는, 장치.
  55. 제54항에 있어서, 상기 광학 센서는 광학 공진기인 위스퍼링 갤러리 모드(WGM) 광학 공진기, 마이크로버블 광학 공진기, 마이크로스피어 공진기, 마이크로-토로이드 공진기, 마이크로-링 공진기, 또는 마이크로-디스크 광학 공진기를 포함하는, 장치.
  56. 초음파 변환 방법에 있어서,
    초음파 프로브를 사용하여 음파들을 송신하는 단계-여기서, 상기 초음파 프로브는 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들 및 상기 제1 유형과 상이한 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 갖는 초음파 변환기 어레이를 포함함-; 및
    상기 제1 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들을 사용하여, 상기 음파들에 응답하여 음향 에코들을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들은 광학 센서들인, 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상승 차원에서 하나 이상의 로우들을 포함하는, 방법.
  58. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 홀수 개의 로우들을 포함하는, 방법.
  59. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 짝수 개의 로우들을 포함하는, 방법.
  60. 제57항에 있어서, 상기 제1 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들은 교번하는 로우들에 있는, 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 제1 유형의 상기 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있는, 방법.
  62. 제60항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들의 적어도 일부는 중앙 로우에 있는, 방법.
  63. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 작은 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 방법.
  64. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 변환기의 중심 주파수 파장의 절반보다 작거나 동일한 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 방법.
  65. 제57항에 있어서, 상기 로우들은 측방향 차원에서 동일한 피치를 갖는, 방법.
  66. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 측방향 차원의 제1 피치를 갖는 적어도 하나의 로우, 및 상기 측방향 차원의 상기 제1 피치와 상이한 제2 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 방법.
  67. 제66항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 피치를 갖는 내부 로우와, 상기 제2 피치를 갖는 상기 내부 로우에 인접한 로우를 포함하고, 상기 제2 피치는 상기 제1 피치보다 큰, 방법.
  68. 제67항에 있어서, 상기 내부 로우는 상기 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하고 상기 내부 로우에 인접한 상기 로우는 상기 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는, 방법.
  69. 제57항에 있어서, 상기 초음파 어레이는 상기 측방향 차원에서 가변 피치를 갖는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 방법.
  70. 제69항에 있어서, 가변 피치를 갖는 상기 적어도 하나의 로우는 제1 피치를 갖는 중앙 영역, 및 상기 제1 피치보다 큰 제2 피치를 갖는 중앙 영역에 인접한 측방향 영역을 포함하는, 방법.
  71. 제70항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 측방향 차원에서 제1 가변 피치 패턴을 갖는 제1 로우, 및 상기 측방향 차원에서 제2 가변 피치 패턴을 갖는 제2 로우를 포함하고, 상기 제2 가변 피치 패턴은 상기 제1 가변 피치 패턴과 상이한, 방법.
  72. 제71항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 내부 로우, 및 상기 제2 유형의 하나 이상의 어레이 요소들을 포함하는 상기 내부 로우에 인접한 로우를 포함하는, 방법.
  73. 제57항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 적어도 하나의 로우를 포함하는, 방법.
  74. 제73항에 있어서, 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는 상기 적어도 하나의 로우는 중앙 로우인, 방법.
  75. 제73항에 있어서, 상기 중앙 로우는 상기 제2 유형의 단일 어레이 요소를 갖는, 방법.
  76. 제73항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 단일 어레이 요소는 상기 송신된 음파들의 파장과 대략 동일하거나 더 작은 광학 센서인, 방법.
  77. 제74항에 있어서, 상기 중앙 로우는 상기 제1 유형의 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 복수의 어레이 요소들을 포함하는, 방법.
  78. 제77항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 상기 송신된 음파의 파장과 대략 동일하거나 더 작은, 방법.
  79. 제73항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 2개 이상의 로우들을 포함하고, 상기 2개 이상의 로우들 각각은 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  80. 제71항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 공간적으로 규칙적인 패턴으로 분포되는, 방법.
  81. 제71항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 어레이 요소들은 불규칙한 패턴으로 공간적으로 분포되는, 방법.
  82. 제71항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 적어도 31개의 로우들을 포함하고, 상기 31개의 로우들 중 적어도 일부는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  83. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 단일 로우를 포함하고, 상기 단일 로우는 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소 및 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  84. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 복수의 하위-구멍들을 포함하는, 방법.
  85. 제84항에 있어서, 상기 복수의 하위-구멍들은 제1 하위-구멍 및 제2 하위-구멍을 포함하고, 상기 제1 하위-구멍은 상기 제2 하위-구멍보다 더 많은 수의 로우들을 포함하는, 방법.
  86. 제85항에 있어서, 상기 제1 하위-구멍은 중앙 하위-구멍이고, 상기 제2 하위-구멍은 상기 중앙 하위-구멍에 인접한, 방법.
  87. 제84항에 있어서, 각각의 하위-구멍은 상기 제1 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  88. 제87항에 있어서, 각각의 하위-구멍은 상기 제2 유형의 적어도 하나의 어레이 요소를 더 포함하는, 방법.
  89. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 제1 유형의 제1 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 유형의 제2 복수의 요소들을 포함하고, 상기 제1 복수의 어레이 요소들 및 상기 제2 복수의 어레이 요소들은 각각 희소 어레이 구성으로 되어 있는, 방법.
  90. 제89항에 있어서, 상기 제1 복수의 어레이 요소들의 상기 공간 분포는 상기 제2 복수의 어레이 요소들의 상기 공간 분포와 상이한, 방법.
  91. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 평면 상에 있는, 방법.
  92. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 곡면 상에 있는, 방법.
  93. 제92항에 있어서, 상기 곡면은 2차 곡선을 포함하는, 방법.
  94. 제93항에 있어서, 상기 2차 곡선은 포물선 곡선, 쌍곡선 곡선, 또는 타원 곡선인, 방법.
  95. 제92항에 있어서, 상기 곡면은 원형 곡선을 포함하는, 방법.
  96. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 적어도 하나의 환형 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  97. 제96항에 있어서, 상기 초음파 어레이는 상기 적어도 하나의 환형 어레이 요소와 동심인 상기 제2 유형의 원형 어레이 요소를 포함하는, 방법.
  98. 제97항에 있어서, 상기 적어도 하나의 환형 어레이 요소는 상기 제1 유형인, 방법.
  99. 제56항에 있어서, 상기 제1 유형의 어레이 요소들의 적어도 일부는 적어도 하나의 압전 변환기, 단결정 재료 변환기, 압전 미세가공 초음파 변환기(PMUT), 또는 용량성 미세가공 초음파 변환기(CMUT)를 포함하는, 방법.
  100. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1차원(1D) 어레이인, 방법.
  101. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.25차원(1.25D) 어레이인, 방법.
  102. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.5차원(1.5D) 어레이인, 방법.
  103. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 1.75차원(1.75D) 어레이인, 방법.
  104. 제56항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 2차원(2D) 어레이인, 방법.
  105. 제56항에 있어서, 상기 제2 유형의 상기 하나 이상의 어레이 요소들은 중합체 구조에 내장된 광학 센서들인, 방법.
  106. 제56항에 있어서, 상기 광학 센서들은 광학 신호들의 세트를 광검출기로 송신하기 위해 광섬유에 광학적으로 결합되는, 방법.
  107. 제106항에 있어서, 상기 광학 센서들은 상기 음향 에코들에 응답하여 상기 광학 신호들의 세트를 송신하도록 구성되는, 방법.
  108. 제56항에 있어서, 상기 광학 센서들은 간섭-기반 광학 센서들인, 방법.
  109. 제108항에 있어서, 상기 광학 센서들은 광학 공진기 및 광학 간섭계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  110. 제109항에 있어서, 상기 광학 센서들은 광학 공진기인 위스퍼링 갤러리 모드(WGM) 광학 공진기, 마이크로버블 광학 공진기, 마이크로스피어 공진기, 마이크로-토로이드 공진기, 마이크로-링 공진기, 또는 마이크로-디스크 광학 공진기를 포함하는, 방법.
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