(57)【要約】【課題】従来技術よりもより等方性のビームプロフィールを得るためのバイアスに応ずる超音波変換器による超音波イメージングのための方法及びシステムを提供することである。【解決手段】上記課題は、超音波変換器の第１の方向に沿って接続されたバイアスライン及び第１の方向とは異なる第２の方向に沿って接続された伝送信号ラインによってエネルギ変換のためのバイアスに応ずる超音波変換器から伝送し、第１の方向とは異なる方向に沿って接続されたバイアスライン及び第２の方向とは異なる方向に沿って接続された受信信号ラインによって伝送に応じて超音波変換器により受信することによって解決される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギ変換のためのバイアスに応ずる超音波変換器（１２）による超音波イメージングのための方法において、該方法は、
前記超音波変換器（１２）の第１の方向に沿って接続されたバイアスライン及び前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って接続された伝送信号ライン（２０）によってエネルギ変換のためのバイアスに応ずる前記超音波変換器（１２）から伝送し（４０）、
前記第１の方向とは異なる方向に沿って接続されたバイアスライン及び前記第２の方向とは異なる方向に沿って接続された受信信号ライン（２２）によって伝送（４０）に応じて前記超音波変換器（１２）により受信する（４４）ことを含む、エネルギ変換のためのバイアスに応ずる超音波変換器（１２）による超音波イメージングのための方法。
【請求項２】
受信（４４）は第２の方向である第１の方向とは異なる方向及び第１の方向である第２の方向とは異なる方向によって受信すること（４４）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
伝送（４０）は、第２の方向に対して直交する第１の方向によって伝送すること（４０）を含み、受信（４４）は第２の方向とは異なる方向に対して直交する第１の方向とは異なる方向によって受信すること（４４）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
伝送（４４）はアレイの仰角次元（elevation dimension）に沿って延在する第１の電極（１４）及びアレイの方位角次元（azimuth dimension）に沿って延在する第２の電極（１６）を有する超音波変換器（１２）のエレメントの多次元アレイからの伝送（４０）を含み、前記第１の方向は仰角又は方位角次元のうちの一つであり、前記第２の方向は仰角又は方位角次元のうちのもう一つであり、さらに、受信（４４）は仰角又は方位角次元のうちのもう一つである前記第１の方向とは異なる方向及び仰角又は方位角次元のうちの一つである前記第２の方向とは異なる方向による受信（４４）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
伝送（４０）は次のことを含む、すなわち、
第１のフレネルパターン（Fresnel pattern）をバイアスラインによって超音波変換器（１２）に印加することを含み、前記第１のフレネルパターンは第１の方向に沿っており、さらに、
第１の時間遅延パターンを前記超音波変換器（１２）に接続された伝送信号ライン上の信号に与えることを含み、前記第１の時間遅延パターンは第２の方向に沿っており、
受信（４４）は次のことを含む、すなわち、
第２のフレネルパターンをバイアスラインによって超音波変換器（１２）に印加することを含み、前記第２のフレネルパターンは第１の方向とは異なる方向に沿っており、さらに、
第２の時間遅延パターンを前記超音波変換器（１２）に接続された伝送信号ライン上の信号に与えることを含み、前記第２の時間遅延パターンは第２の方向とは異なる方向に沿っている、請求項１記載の方法。
【請求項６】
伝送（４０）は第１のフレネルパターンをバイアスラインによって超音波変換器（１２）に印加することを含み、前記第１のフレネルパターンは第１の方向に沿っておりかつ少なくとも５つの異なるバイアスレベルに応じており、
受信（４４）は第２のフレネルパターンをバイアスラインによって超音波変換器（１２）に印加することを含み、前記第２のフレネルパターンは第２の方向に沿っておりかつ前記少なくとも５つの異なるバイアスレベルに応じている、請求項１記載の方法。
【請求項７】
ボリューム内の複数のスキャンラインに沿った伝送（４０）及び受信（４４）を繰り返すことを含み、さらに、
前記ボリュームの３次元表示を生成し、
該３次元表示は第２の方向に沿ったサイドローブと実質的に同じ第１の方向に沿ったサイドローブレベルに関連付けられている、請求項１記載の方法。
【請求項８】
動作のためのバイアスに応ずる超音波変換器（１２）によって音響エネルギを伝送（４０）及び受信（４４）するための方法において、前記伝送（４０）及び受信（４４）は前記超音波変換器（１２）に印加されるバイアス信号及び交流信号に応じ、改善された方法（improvement）は次のことを含む、すなわち、伝送イベントと該伝送イベントに応ずる受信イベントとの間にバイアス信号と交流信号とを交換する（４２）ことを含む、改善された方法。
【請求項９】
前記交換（４２）は伝送イベントと該伝送イベントに応ずる受信イベントとの間の音響アパーチャを回転することを含む、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１０】
前記回転は約９０度だけ音響アパーチャを回転することを含む、請求項９記載の改善された方法。
【請求項１１】
前記交換（４２）は超音波変換器（１２）において信号ラインに直交にバイアスラインを接続すること及び超音波変換器（１２）において異なる配向で信号ラインに直交にバイアスラインを再接続することを含む、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１２】
前記交換（１２）は次のことを含む、すなわち、
伝送イベントのために第１の仰角パターンにおいて異なるバイアス信号を印加すること、
伝送イベントのために第１の方位角パターンにおいて交流信号を遅延させること、
受信イベントのために第２の方位角パターンにおいて異なるバイアス信号を印加すること、及び、
受信イベントのために第２の仰角パターンにおいて交流信号を遅延させることを含む、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１３】
前記交換（４２）は、バイアス信号に応ずるフレネルアパーチャを及び交流信号に応ずる遅延アパーチャを電気的に回転することを含む、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１４】
少なくとも５つの異なるレベル有するバイアス信号に依存してフレネルアパーチャを発生することを含む、請求項１３記載の改善された方法。
【請求項１５】
超音波変換器（１２）は仰角に沿って延在する第１の電極（１４）の行及び方位角に沿って延在する第２の電極（１６）の列を有するＭ個のエレメントの多次元アレイであり、前記交換（４２）はＭの平方根の約２倍のバイアス及び信号ラインによるスイッチング（２４、２６）を含む、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１６】
前記交換（４２）は方位角及び仰角の両方において往復ビームプロフィールを提供することを含み、該往復ビームプロフィールはフレネル及び時間遅延ビームプロフィールの積である、請求項８記載の改善された方法。
【請求項１７】
バイアスにより作動可能な超音波変換器（１２）による超音波イメージングのためのシステムにおいて、該システムは次のものを含む、すなわち、
バイアスにより作動可能な超音波変換器（１２）における第１の電極（１４）を含み、該第１の電極（１４）は第２の方向に亘って分布されており、各々第１の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在しており、
超音波変換器（１２）における第２の電極（１６）を含み、該第２の電極（１６）は第１の方向に亘って分布されており、各々第２の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在しており、
第１及び第２の電極（１６）に接続可能なバイアス発生器（１８）を含み、
第１及び第２の電極（１６）に接続可能な交流信号ライン（２０、２２）を含み、
伝送の間に第１の電極（１４）に及び受信の間に第２の電極（１６）にバイアス発生器（１８）を接続するように作動可能な及び伝送の間に第２の電極（１６）に及び受信の間に第１の電極（１４）に交流信号ライン（２０、２２）を接続するように作動可能な少なくとも１つのスイッチ（２４、２６）を含む、バイアスにより作動可能な超音波変換器（１２）による超音波イメージングのためのシステム。
【請求項１８】
交流信号ライン（２０、２２）は遅延ビームフォーマに接続する、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
交流信号ライン（２０、２２）は伝送ビームフォーマに接続された伝送ライン（２０）及び受信ビームフォーマに接続された受信ライン（２２）を含み、前記伝送ライン（２０）は前記受信ライン（２２）から分離しており、少なくとも１つのスイッチ（２４、２６）は伝送の間には交流信号ライン（２０、２２）として伝送ラインを接続し、受信の間には交流信号ライン（２０、２２）として受信ラインを接続するように作動可能である、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
第１の方向は仰角方向を含み、第２の方向は仰角方向に直交する方位角方向を含み、少なくとも１つのスイッチ（２４、２６）は伝送と受信との間でアパーチャを回転するように作動可能である、請求項１７記載のシステム。
【請求項２１】
バイアス発生器（１８）は少なくとも５つのバイアスレベルを発生するように作動可能であり、これらのバイアスレベルの異なるバイアスレベルは伝送及び受信の間に第１の及び第２の電極（１４、１６）のうちの異なる電極にそれぞれ印加され、これらのバイアスレベルの異なるバイアスレベルはフレネルアパーチャを含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項２２】
少なくとも１つのスイッチ（２４、２６）は、伝送と該伝送に応ずる受信との間に交流信号ライン（２０、２２）の時間遅延フォーカスアパーチャを及びバイアス発生器（１８）のフレネルアパーチャを回転するように作動可能である、請求項１７記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも１つのスイッチ（２４、２６）は伝送ラインに接続された高電圧スイッチ（２４）及び受信ラインに接続された低電圧スイッチ（２６）を含み、バイアス発生器（１８）は前記伝送ラインと前記受信ライン（２０、２２）との間に接続されており、
さらに前記高電圧スイッチ（２４）と前記伝送ライン（２０）との間に接続された第１の接地キャパシタ（２８）及び前記低電圧スイッチ（２６）と前記バイアス発生器（１８）との間に接続された第２の接地キャパシタ（３０）を含む、請求項１９記載のシステム。
【請求項２４】
バイアス発生器（１８）はバイアス信号に依存して受信動作の間にダイナミックに集束するように作動可能である、請求項１７記載のシステム。
【請求項２５】
受信（４４）はバイアスラインによるダイナミックなフォーカシングを含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の文書は２００５年９月２２日に提出された暫定米国特許出願シリアルナンバー６０／７１９８１０の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）による提出日の利益を主張し、上記暫定米国特許出願はここに参考文献として取り込まれる。
【０００２】
本発明は、容量性メンブレン又はマイクロ加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ）又は電歪結晶変換器（capasitive menbrane or microfabriacted ultrasound transducer (cMUT) or electrostrictive crystal transducer）による超音波イメージングに関する。
【背景技術】
【０００３】
ｃＭＵＴは半導体材料又は他の材料から形成されうる。電極を有する複数のメンブレン又は他の構造物が音響エネルギと電気エネルギとを変換する。メンブレンのグループは異なるエレメントとして作動する。エレメントの多次元又は２次元アレイのように、エレメントの様々な配置がｃＭＵＴにおいて提供されうる。
【０００４】
ｃＭＵＴを作動するためにメンブレンがＤＣ電圧によってバイアスをかけられる。交流信号がエレメントに印加され、音響エネルギを発生する。エレメントにより受信された音響エネルギは交流信号に変換される。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．２００４／０１６０１４４は多次元ｃＭＵＴを示している。バイアス電圧がフレネルアパーチャ（Fresnel aperture）として印加される。正の、負の又はゼロレベルのバイアス電圧が音響エネルギを集束させるパターンにおいて印加される。交流信号は時間遅延アパーチャによるビームフォーミングのために使用される。時間遅延及びフレネルアパーチャは互いに直交している。
【０００６】
比較的高いサイドローブは時間遅延アパーチャからよりもフレネルアパーチャから生じる。３次元イメージングの場合、１つの軸に沿ったプアサイドローブがあらゆるスライス配向における画像品質にネガティブに影響を及ぼしうる。
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．２００４／０１６０１４４
【特許文献２】米国特許出願Ｎｏ．１０／８１９０９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来技術よりもより等方性のビームプロフィールを得るためのバイアスに応ずる超音波変換器による超音波イメージングのための方法及びその改善された方法及びバイアスにより作動可能な超音波変換器による超音波イメージングのためのシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、エネルギ変換のためのバイアスに応ずる超音波変換器による超音波イメージングのための方法において、この方法は、
超音波変換器の第１の方向に沿って接続されたバイアスライン及び第１の方向とは異なる第２の方向に沿って接続された伝送信号ラインによってエネルギ変換のためのバイアスに応ずる超音波変換器から伝送し、
第１の方向とは異なる方向に沿って接続されたバイアスライン及び第２の方向とは異なる方向に沿って接続された受信信号ラインによって伝送に応じて超音波変換器により受信することを含むことによって解決され、
動作のためのバイアスに応ずる超音波変換器によって音響エネルギを伝送及び受信するための方法において、伝送及び受信は超音波変換器に印加されるバイアス信号及び交流信号に応じ、改善された方法は次のことを含む、すなわち、伝送イベントとこの伝送イベントに応ずる受信イベントとの間にバイアス信号と交流信号とを交換することを含むことによって解決され、
バイアスにより作動可能な超音波変換器による超音波イメージングのためのシステムにおいて、このシステムは次のものを含む、すなわち、
バイアスにより作動可能な超音波変換器における第１の電極を含み、第１の電極は第２の方向に亘って分布されており、各々第１の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在しており、
超音波変換器における第２の電極を含み、第２の電極は第１の方向に亘って分布されており、各々第２の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在しており、
第１及び第２の電極に接続可能なバイアス発生器を含み、
第１及び第２の電極に接続可能な交流信号ラインを含み、
伝送の間に第１の電極に及び受信の間に第２の電極にバイアス発生器を接続するように作動可能な及び伝送の間に第２の電極に及び受信の間に第１の電極に交流信号ラインを接続するように作動可能な少なくとも１つのスイッチを含むことによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
下記の有利な実施形態は、容量性メンブレン又は電歪超音波変換器による超音波イメージングのための方法、システム及び改善された方法（improvement）を含む。バイアスアパーチャ及び時間遅延アパーチャを回転することによって、より等方性のビームプロフィールが結果的に得られる。音響エネルギはバイアス及び時間遅延アパーチャの１つのアレンジメントによって伝送される。これらのバイアス及び時間遅延アパーチャは、伝送された音響エネルギに応じて音響エネルギを受信するために回転される。異なるアパーチャ位置の二方向コンボリューション（two-way convolution）は結果的により等方性のビームプロフィールを生じる。
【００１０】
第１の局面において、バイアスに応ずる超音波変換器による超音波イメージングのための方法が提示される。音響エネルギは、超音波変換器の第１の方向に沿って接続されたバイアスライン及び第１の方向とは異なる第２の方向に沿って接続された伝送信号ラインによって超音波変換器から伝送される。音響エネルギは、伝送に応じて、第１の方向とは異なる方向に沿って接続されたバイアスライン及び第２の方向とは異なる方向に沿って接続された受信信号ラインによって超音波変換器により受信される。
【００１１】
第２の局面では、エネルギ変換動作のためのバイアスに応ずる超音波変換器によって音響エネルギを伝送及び受信するための方法における改善された方法が提供される。伝送及び受信は超音波変換器に印加されるバイアス信号及び交流信号に応ずる。この改善された方法は、伝送イベントとこの伝送イベントに応ずる受信イベントとの間にバイアス信号と交流信号とを交換することを含む。
【００１２】
第３の局面では、超音波変換器による音響エネルギの伝送及び受信のための方法における更なる改善された方法が提供される。伝送及び受信は、変動するか又は変動しないバイアス信号に及び交流信号に応ずる。この更なる改善された方法は、受信中にバイアスパターンを調整しダイナミックに様々な深度に同相で集束することを含む。ＤＣバイアスは音響エネルギの望ましくない発生を防止するためにゆっくりと変化される。代替的に、このようなエネルギが発生され、次いでイメージングシステムによりフィルタリング除去される。
【００１３】
第４の局面では、作動のためのバイアスに応ずる超音波変換器による超音波イメージングのためのシステムが提供される。第１の電極は第２の方向に亘って分布されており、各々第１の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在する。第２の電極は第１の方向に亘って分布されており、各々第２の方向に沿って多数のエレメントに亘って延在する。バイアス発生器は第１及び第２の電極に接続可能である。交流信号ラインは第１及び第２の電極に接続可能である。少なくとも１つのスイッチが伝送の間に第１の電極に及び受信の間に第２の電極にバイアス発生器を接続するように作動可能であり、さらに伝送の間に第２の電極に及び受信の間に第１の電極に交流信号ラインを接続するように作動可能である。
【００１４】
本発明は請求項によって定められ、このセクションの記述はこれらの請求項への制限とはならない。本発明の更なる局面及び利点は以下において有利な実施例によって議論され、のちほど個々に又は結合されて主張される。
【実施例】
【００１５】
図面の簡単な記述
コンポーネント及び図面は必ずしもスケーリングし、強調するのではなく、代わりに本発明の原理を示すために置かれている。さらに、図面において、同一の参照数字は異なる図面においても対応する部分を示す。
【００１６】
図１はｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器による超音波イメージングのためのシステムの１つの実施例の回路図である。
【００１７】
図２はフレネルアパーチャの３つの実施例の線図である。
【００１８】
図３は１つの実施例による２つのフレネルアパーチャの結合の線図である。
【００１９】
図４はｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器による超音波イメージングのための方法の１つの実施例のフローチャートである。
【００２０】
図５は図４の方法のためのタイミングチャートである。
図面及び明らかに有利な実施例の詳細な記述
バイアスライン及び交流信号ラインは伝送イベントと受信イベントとの間で交換される。例えば、直交フレネルバイアス及び時間遅延軸は電子的に交換可能であり、９０度だけ音響アパーチャを効果的に回転する。フレネル及び時間遅延軸を伝送と受信との間で電子的にスワップすることによって、方位角（azimuth）及び仰角（elevation）における往復ビームプロフィールはフレネル及び時間遅延ビームプロフィールの積である。サイドローブは、さらに、フレネルバイアスパターンをアポダイゼーションする（apodize）ために７つ以上の量子化されたバイアスレベルを使用することによって低減されうる。ビームプロフィールは受信においてダイナミックにフレネルバイアスパターンを調整することによって更により等方的になりうる。変換器はマトリクス構成で電極を有し、この場合Ｎ２個のエレメントアドレス指定能力がたった２Ｎ個の接続によって達成される。上記の１つ以上の特徴を有する又は有さない他の実施例も提供されうる。
【００２１】
図１は容量性メンブレン又は電歪超音波変換器１２（ここではｃＭＵＴ又は容量性メンブレン超音波変換器と呼ばれる）又は電歪結晶変換器１２による超音波イメージングのためのシステムを示す。このシステムは変換器１２、バイアス発生器１８、伝送ライン２０、受信ライン２２、高電圧スイッチ２４、低電圧スイッチ２６及び接地キャパシタ２８、３０を含む。付加的な、異なる又はより少数のコンポーネントが提供されうる。例えば伝送及び受信ライン２０、２２は同じラインである。別の例として、スイッチは直接伝送及び受信ライン２０、２２及びバイアス発生器１８を変換器１２の異なる電極１２、１６に接続又は遮断する。
【００２２】
このシステムは基板上に集積されている。例えば、バイアス発生器１８、ｃＭＵＴ１２及び低電圧スイッチ２６は同一の半導体基板上に集積されている。付加的な、異なる又はより少数のコンポーネントが集積されうる。ｃＭＵＴ１２又はディスクリートコンポーネントのために使用されるのとは異なる基板がシステムのコンポーネントのために使用されうる。例えば電歪変換器と関連して、別個の結晶構造物が使用されうる。
【００２３】
図１は単一チャネルを示している。変換器１２の作動のためには、複数のパラレルチャネルが設けられる。各チャネルは受信又は伝送ビームフォーマチャネル及び関連電極１４、１６に相応する。別個の伝送ライン２０、受信ライン２２、高電圧スイッチ２４、低電圧スイッチ２６のような別個のコンポーネントが異なるチャネルのために使用される。代替的に又は付加的に、１つ以上のコンポーネントが１つ以上のチャネルに対して使用される。例えば、バイアス発生器１８は全チャネルに対して又は同一のバイアスレベルを有する１つ以上のチャネルに対して使用される。
【００２４】
変換器１２はｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器である。この変換器はエネルギ変換動作のためにバイアスに応ずる（responsive to a bias）。電歪変換器として、変換器１２はエレメントにパターニングされた又は切り分けられた複数の結晶を含む。ｃＭＵＴとして、変換器１２は複数のメンブレン又は他の構造物及び関連するボイド又はチャンバを含む。これらのメンブレンは可撓性である。電極１４、１６はチャンバ内に及びメンブレン上に位置決めされる。メンブレン接続電極としてｃＭＵＴ１２の外側表面上に位置決めされた接地電極のように、接地電極は全てのエレメントに対して共通に設けられる。メンブレンの運動及び電極１４、１６間の相応する電位差及び接地が、音響エネルギと電気エネルギとの間のエネルギ変換を可能にする。メンブレンは、超音波周波数を中心とするバンド幅（例えば１〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数）のような所望の周波数で作動するような大きさ及び形状を与えられる。メンブレン、チャンバ及び電極１４、１６はＣＭＯＳ又は他のマイクロ加工技術によって半導体基板上に形成されうる。
【００２５】
電極１４、１６の相互接続は複数のエレメントを定義する。図１の変換器１２はエレメントの多次元（例えば、ＮｘＮ）アレイである。矩形状、三角形状、六角形状又は他のグリッドにおけるエレメントの１次元又は他の多次元分布が設けられうる。各エレメントは、数十個又は数百個のメンブレン及びチャンバのような電気的にパラレルに接続された多くのメンブレン又は他の可撓性構造物を含む。より多くの又はより少ない個数も設けられうる。例えば、各エレメント毎に単一メンブレン及びチャンバが設けられうる。
【００２６】
電極１４、１６はエレメント間の相互接続を含む。電極１６は電極１４とは異なるエレメントのグループに接続する。電極１４、１６は仰角に沿って延在する電極１６の行及び方位角に沿って延在する電極１４の列を有するマトリクスパターンで存在する。１〜Ｎの電極１６は方位角方向に亘って分布されており、各々仰角方向に沿って多数のエレメントに亘って延在する。１〜Ｍの電極１４は仰角方向に亘って分布されており、各々方位角方向に沿って多数のエレメントに亘って延在する。図１には各々のタイプの電極１４、１６の数は等しい数（Ｎ）として示されている。しかし、等しくない数を使用してもよい。各電極１４、１６は１エレメント分の幅であるが、より幅広い電極１４、１６を使用してもよい。各電極１４、１６の長さは変換器１２全体に亘って延びているが、より短い長さを設けてもよく、例えば１つ以上の行又は列を２つ以上の電極１４、１６に分割してもよい。
【００２７】
電極１４、１６は互いに直交しており、例えば方位角及び仰角次元に沿っている。代替的な実施例では、電極１４、１６は変換器１２に亘って他の角度、例えば４５度で存在する。電極の１４、１６の２つ以上のセットが設けられうる。例えば変換器１２に亘ってマトリクスパターンで３セットの電極が互いに６０度の角度で存在する。
【００２８】
１つの電極１４、１６におけるＤＣバイアス及びもう一つの電極１６、１４における信号情報が同一の音響エレメントに印加される。例えば、両方の電極１４、１６がエレメントのチャンバ内の電極に接続する。１つの実施例では、電極１４、１６及び米国特許公表Ｎｏ．２００４／０１６０１４４（２００３年２月１３日提出の出願Ｎｏ．１０／３６７１０６）及びその開示がここに参考文献として取り込まれる２００４年４月５日提出の米国特許出願Ｎｏ．１０／８１９０９４に開示されたｃＭＵＴが使用される。代替的な実施例では、電極１４がチャンバ内のエレメント電極に接続し、電極１６がメンブレン上のエレメント電極に接続する。代替的に、バイアス電圧及び信号情報が同一の電極１４、１６において結合されうる。図１では矩形状配置として示されているが、電極１４、１６はトレース、ジャンパ又は他の電気的相互接続を含みうる。
【００２９】
バイアス発生器１８は電圧原に接続された高電圧ＦＥＴ回路網である。異なるトランジスタ、スイッチ、分圧器、変圧器、電圧発生器又は他の装置も使用できる。現在公知の又は将来開発されるバイアス発生器１８も使用されうる。
【００３０】
バイアス発生器１８は電極１４、１６の両方のセットに接続可能である。図１の実施例では、バイアス発生器１８はダイオードを介して電極１４、１６に接続する。交互にスイッチ２４、２６により提供される接地接続はバイアス発生器１８を交流信号により使用されるのとは異なる電極１４、１６に接続する。代替的な実施例では、マルチプレクサ又は他の回路配置がバイアス発生器１８を電極１４、１６の異なるセットにスイッチング可能に接続する。バイアス発生器１８は、個別の出力側として又は比較的少数のバイアス発生器回路に接続された出力側として、バイアスアパーチャにおいて使用される最大個数の電極１４、１６と接続するために充分な個数の出力側を含む。
【００３１】
１つの実施例では、バイアス発生器１８は変換器１２の動作の交流周波数（超音波周波数）より小さい周波数の交流波形を発生し、実質的にＤＣバイアスとして作用する。交流信号の周波数の１／３より小さい又は交流信号の周波数の１／３に等しいバイアス電圧周波数は「実質的にＤＣ」である。例えば、５００ＫＨｚ波形が発生される。約５００ＫＨｚでのスイッチングによって、正弦波形が伝送イベントと受信イベントとの間で緩やかにバイアス電圧を増大及び低減するために使用されうる。１又は２マイクロ秒をこえるような緩やかな遷移は望ましくない音響伝送の発生を回避することができる。遷移の間に発生される望ましくない音響は受信された信号からフィルタリング除去されうる。バイアス波形の実質的にゼロ部分において、バイアス発生器１８はもう一つの電極１４、１６にスイッチされうる。バイアス波形ピークでは、接続された電極１４、１６は伝送又は受信のためにバイアスをかけられる。代替的に、緩やかな遷移がステップ化されたＤＣ遷移又はスイッチングによって提供される。さらに他の代替的な実施例では、バイアス発生器は急速な遷移を有さないか又はより急速な遷移を有する。
【００３２】
バイアス発生器１８は少なくとも２つの異なるバイアスレベルを発生することができ、例えば１０〜１２０ボルトのような変換器１２の所望の感度のためにセレクトされるゼロバイアス及び非ゼロバイアス又は負のバイアス及び正のバイアスである。３つのバイアスレベル又は２つの非ゼロレベルによって、相対的位相調整（relative phasing）がフレネルフォーカスのために使用されうる。バイアス発生器１８は、正の、ゼロの及び負の電圧を電極１４、１６の１つのセットへ印加されるバイアスとして出力する。異なる電極での正反対の極性バイアスから生じる正反対の又は１８０度の位相シフトは音響エネルギを集束する。１つ以上の焦点領域において音響エネルギ位相がアライン（align）する。より多くのバイアスレベル、例えば５つ又は７つのバイアスレベルが使用されうる。異なるバイアスレベルが異なる電極１４、１６に印加され、伝送及び／又は受信イベントの間の使用のためのアポダイゼーションされたフレネルアパーチャを形成する。対称的又は非対称的バイアスレベル（例えば２つの正の及び３つの負のレベル）が使用されうる。受信の際には、バイアスレベル及び／又はフレネルバイアスパターンは、位相に基づいてダイナミックに集束するように受信イベントの間にスムーズに変動する。
【００３３】
フレネルアパーチャの１つの側面又は半分に沿った位相変化の個数は励起波形において使用されるサイクルの個数と同じである。例えば、励起波形は２つ又は３つのサイクルである。より多くの又はより少ない個数の位相変化及びサイクルが提供されうる。サイクルの個数とは異なる位相変化の個数が使用されうる。図２は、一番上のグラフィカルな表示において、フレネルアパーチャの半分ごとに３つの位相変化を有する３つのバイアスレベルを使用するフレネルアパーチャを示す。
【００３４】
ゼロバイアスはフレネルアパーチャのアクティブな領域の外側で電極１４、１６に印加される。図２に示されたフレネルアパーチャは各アクティブアパーチャの外側で印加されるゼロバイアスを有する。代替的に、負の及び正のバイアスの交番する領域からなる急速に交番するバイアスがアクティブアパーチャの外側でエレメントに対する信号波形をキャンセルするために使用されうる。
【００３５】
サイドローブを低減するために、バイアスパターンはより緩やかな遷移を有するように変更される。このより緩やかな効果は交番するバイアス（＋−）の短いセクションをバイアス位相遷移を囲む領域に挿入することによって達成され、これは例えば図２の一番上のフレネルアパーチャに比較されている真ん中のフレネルアパーチャによって示されている。代替的に、フレネルアパーチャは中間バイアスレベルによってアポダイゼーションされ、これは例えば図２の一番下のフレネルアパーチャによって示されている。図２に示されたアポダイゼーションされたフレネルアパーチャは同じ程度の負の最大値に対する正の最大値に亘って一様に配置された７つの個別バイアスレベルを有する。レベルの他の分布も使用されうる。
【００３６】
サイドローブレベルは代替的に又は付加的に時間に依存して様々にアポダイゼーションすることによって低減される（又はメインローブが狭められる）。例えば、多数のフレネルアパーチャが使用され、１つは伝送動作に、１つは受信動作に使用される。Ｎ個のファイヤリング（firing）に対する分析的なアポダイゼーションされたバイアスパターンは次のように表される：
【数１】
2007089187.tif 000003
各ファイヤリングｋ毎に、Ｔｋは一方向レスポンス（one-way response）の場合にビーム和の前に波形に加えられる秒単位の遅延である。二方向レスポンス（two-way response）の場合には、数が倍にされなければならない。
【００３７】
ダイナミックな受信フォーカスのために、バイアスパターンは時間の関数として与えられ、ここでｔ＝０は伝送ファイヤリングの時間である：
【数２】
2007089187.tif 000004
【００３８】
加算された場合に２つのアポダイゼーションされたフレネルファイヤリングはより理想的な位相をそれらのアパーチャに亘って発生しうる。バイアスレベルは再構成されたアパーチャの位相誤差及び振幅歪みを同時に最小化するように割り当てられる。サイドローブにおける付加的な改善方法は４つのファイヤリングによって達成され、伝送と受信との間の音響的交さ項を捕捉する。バイアスインターリービングは最初に２Ｎ−１個の利用可能なバイアスレベルによってパターンを最適化しさらにバイアスラインピッチを２倍化することによってインプリメントされる。アポダイゼーション値はこの場合２つ以上のノーマルなバイアスラインのグループへとバックプロジェクションされる。理想的な位相は
【数３】
2007089187.tif 000005
と表される。φPERFECTはデフォーカスされた点源を生成するためにインバート（invert）され、次式を提供する：
【数４】
2007089187.tif 000006
これはオフセットをプラスしたφPERFECTに等しい。図３は異なる伝送ファイヤリングに対する２つのフレネルアパーチャ及び関連する位相及び振幅再構成を示す。これらの再構成は２つ（又はそれより多く）の異なる伝送フレネルアパーチャに関わる同一のスキャンラインからの受信された信号を結合することに相応する。２つ又は４つのバックツーバック（back-to-back）ファイヤリングが組織の同一領域を調査するために使用される。これらのファイヤリング間の差は伝送及び受信に使用されたフレネルパターンである。
【００３９】
Ｎ個のバイアスレベル及びＷライン幅を有するインターリーブされたバイアスラインパターンは基本的に２Ｎ個のバイアスレベル及び２Ｗライン幅を有するインターリーブされないバイアスパターンと同じ性能を示す。同じ程度のサイドローブ低減が、幅広いエレメントを使用する比較的スムーズなアポダイゼーションによって又はより微細なエレメントピッチに沿って頻繁にトグルする（インターリービング）より粗いアポダイゼーションを使用することによって達成される。言い換えれば、利用可能なバイアスレベルの個数の２倍化によって、バイアスラインの総数が半分にカットされることが可能になる。
【００４０】
図１を再び参照すると、伝送及び受信イベントにおいて、バイアス発生器１８はバイアスを電極１４、１６の異なるセットにシーケンシャルに印加し、例えば伝送に対しては仰角において及び受信に対しては方位角においてフレネルアパーチャを与える。交流信号ライン２０、２２は正反対のやり方で適用され、例えば伝送に対しては方位角において及び受信に対しては仰角において交流信号によるビームフォーミングを適用する。
【００４１】
交流信号ライン２０、２２はトレース、ワイヤ及び／又は同軸ケーブルである。交流信号ライン２０、２２は別個の伝送交流信号ライン２０及び受信交流信号ライン２２を含む。代替的に、伝送及び受信交流信号ライン２０、２２の少なくとも一部分は同じトレース、ワイヤ又はケーブルを共有する。伝送及び受信交流信号ラインは他の実施例では同一のケーブル上に保持されうる。バイアス電圧はシステム内のどこか他の箇所で発生され、同一のケーブルに沿って提供され、次いでＡＣ信号から変換器においてバイアスＴ回路のような電気回路により分離される。
【００４２】
別個の交流信号ライン２０、２２は電極１４、１６毎に設けられ、伝送又は受信時間遅延アパーチャにおいて使用される。代替的に、交流信号ラインはフレネルアパーチャのような位相アパーチャをインプリメントするために使用される。伝送交流信号ライン２０は伝送ビームフォーマ（図示せず）に接続する。伝送ビームフォーマは異なるチャネルからの信号を相対的に遅延させ及び位相シフトし及びアポダイゼーションする。各チャネルは伝送交流信号ライン２０の異なる一つのライン及び関連する電極１４又は１６に接続する。受信交流信号ライン２２は受信ビームフォーマ（図示せず）に接続する。受信ビームフォーマは異なるチャネルの信号を相対的に遅延させ及び／又は位相シフトし及びアポダイゼーションする。各チャネルは受信交流信号ライン２２の異なる一つのライン及び関連する電極１４又は１６に接続する。チャネルからのデータは、空間的位置をアイソレートするために適当な時間遅延及び／又は位相シフトと総和される。伝送及び受信ビームフォーマは遅延及び／又は位相ベースのビームフォーマとして動作する。交流信号ライン２０、２２は時間遅延アパーチャを形成するために異なる電極１４、１６に接続する。
【００４３】
交流信号ライン２０、２２は電極１４、１６に接続可能である。図１の実施例では、それぞれ高及び低電圧スイッチ２４及び２６の配置は電極１４、１６から交流信号ライン２０、２２を接続及び遮断する。伝送交流信号ライン２０を接地することによって、バイアス発生器１８は電極１６のうちの１つに接続し、他方で受信交流信号ライン２２は電極１４のうちの１つに接続する。受信交流信号ライン２２を接地することによって、バイアス発生器１８は電極１４のうちの１つに接続し、他方で伝送交流信号ライン２０は電極１６のうちの１つに接続する。代替的に、異なる配置でスイッチ、マルチプレクサ、ダイオード回路網、メカニカル又はＭＥＭＳアレイ又は他の装置がスイッチング可能に交流信号ライン２０、２２を電極１４、１６に接続する。
【００４４】
高電圧スイッチ２４は１００〜２００ボルトで動作可能な高電圧ＦＥＴ又は他のスイッチである。他の電圧レベル及び相応のスイッチも使用されうる。多重チャネルの高電圧スイッチ２４はディスクリートコンポーネントであるか、又は、チャネルのうちのいくつか又は全てに対するスイッチ２４を有するマルチプレクサに統合されている。
【００４５】
低電圧スイッチ２６は１〜２０ボルトで動作可能な低電圧ＦＥＴ、トランジスタ又は他のスイッチである。他の電圧レベル及び相応のスイッチも使用されうる。多重チャネルの低電圧スイッチ２６はディスクリートコンポーネントであるか、又は、チャネルのうちのいくつか又は全てに対するスイッチ２６を有するマルチプレクサに統合されている。
【００４６】
スイッチ２４、２６は伝送イベントの間に行電極１６のうちの１つにバイアス発生器１８を接続し、伝送交流信号ライン２０を列電極１４のうちの１つに接続することが可能である。高電圧スイッチ２４は開かれ、低電圧スイッチ２６は閉じられ、変換器の垂直方向電極を接地させる。伝送イベントの間は、バイアス発生器１８は列電極１４のうちの１つに接続され、伝送交流信号ライン２０は行電極１６のうちの１つに接続される。受信の間は、低電圧スイッチ２６が開かれ、高電圧スイッチ２４が閉じられ、変換器の水平方向電極を接地させる。
【００４７】
伝送の後で、スイッチ２４、２６は変換器１２に関するバイアス及び時間遅延アパーチャを変化するようにスイッチングされる。このスイッチングは伝送と受信との間でアパーチャを回転させ、例えば多重チャネルの交流信号ライン２０、２２の時間遅延アパーチャ及びバイアス発生器１８のフレネルアパーチャを伝送と伝送に応ずる受信との間で回転させる。スイッチ２４、２６はアパーチャをスイッチする部分として伝送及び受信交流信号ライン２０、２２間で変化する。代替的に、同じ交流信号ライン２０、２２が伝送及び受信動作に対して使用され、スイッチ２４、２６の両方のコンフィギュレーションのためにも使用される。
【００４８】
図１の実施例では、２Ｎ個の電極１４、１６がバイアス及び交流信号ライン２０、２２に対して設けられている。接地電極も設けられうる。これらの２Ｎ個の電極はＮ２個のエレメントのためのものである。交流信号ライン２０、２２に対する総数２Ｎ個（もしケーブルが多重化されているならばもっと少ない）のケーブルがエレメントの全てをアドレッシングするために設けられている。非正方形アレイの場合、アパーチャはＭ＋Ｎ個のラインをスイッチングすることによって交換され、ここでＭは行の数であり、Ｎは列の数である。バイアス発生器１８は変換器１２に又はプローブ内に又は超音波システム内に設けられている。代替的に、付加的なバイアスラインが、例えば７個のバイアスラインが設けられ、プローブにおけるスイッチがバイアス信号をルーティングしてフレネルアパーチャを形成する。Ｎ個の増幅器及び２Ｎ個のスイッチがプローブハンドルの中に配置される。代替的な実施例では、付加的なケーブルが設けられ、及び／又は、付加的な又はより少ないコンポーネントがプローブの中に設けられる。
【００４９】
キャパシタ２８、３０は接地キャパシタである。キャパシタ２８は高電圧スイッチ２４と伝送交流信号ライン２０との間に接続している。キャパシタ３０は低電圧スイッチ２６とバイアス発生器１８との間に接続している。接地キャパシタ２８、３０は交流信号の接地を可能にし、他方でＤＣ又はバイアス信号（例えば、交流信号周波数よりも低い周波数で変動する信号）を維持し又は可能にする。
【００５０】
代替的な実施例では、変換器１２のエレメントはマトリクス構成なしで個々にアドレス指定可能である。例えば、別個の電極接続が各エレメント毎に設けられる。マルチプレクサ又は他のスイッチがバイアス及び交流信号をエレメントの異なるグループへとルーティングするために使用されうる。
【００５１】
図４は容量性メンブレン超音波変換器による超音波イメージングのための方法の１つの実施例を示す。付加的な、異なる又はより少数のアクトが方法において設けられうる。この方法は図１のシステム又は異なるシステムを使用する。
【００５２】
図４の方法は、音響エネルギと電気エネルギとの間の変換のためにバイアスを使用するｃＭＵＴ、電歪結晶変換器又は他の変換器による音響エネルギの伝送及び受信を含む。伝送及び受信は、超音波変換器に印加されるバイアス信号及び変換器に印加される又は変換器から受信される交流信号に応ずる。
【００５３】
アクト４０では、音響エネルギが変換器から伝送される。伝送のために、バイアスラインは変換器の１つの方向に沿って接続し、伝送信号ラインは変換器の別の方向に沿って接続する。例えば、バイアスラインは仰角次元に亘って配置された方位角に延在する電極に接続し、伝送信号ラインは方位角次元に亘って配置された仰角に延在する電極に接続する。仰角及び方位角次元は直交する。バイアスラインは仰角次元に亘る位相シフトされたアパーチャを形成し、伝送信号ラインは方位角次元に亘る時間遅延又は位相アパーチャを形成する。正反対の配置（例えば方位角次元における位相シフトされたバイアスアパーチャ及び仰角次元における時間遅延又は位相交流信号アパーチャ）も伝送のために設けられうる。
【００５４】
バイアスラインはバイアス電圧を変換器に印加する。バイアス電圧は２つ以上のレベルに関わる。バイアスの異なるレベルは異なるエレメントに印加される。１つの実施例では、バイアス電圧は正の及び負のレベルを含み、フレネルパターンによるフォーカシングを可能にする。３つ以上の、例えば５つ又は７つの異なるバイアスレベルがバイアスアパーチャに亘って印加される。バイアスアパーチャが方位角次元に沿って延在する場所では、フレネルパターンは方位角において集束する。バイアスアパーチャが仰角次元に沿って延在する場所では、フレネルパターンは仰角において集束する。
【００５５】
伝送信号ラインは伝送ビームフォーマを変換器に接続する。伝送ビームフォーマは時間遅延（又は位相シフトされた）パターンを変換器に接続された伝送信号ライン上の信号に与える。時間遅延アパーチャが方位角次元に沿って延在する場所では、時間遅延パターンは方位角において集束する。時間遅延アパーチャが仰角次元に沿って延在する場所では、時間遅延パターンは仰角において集束する。アクト４０では、時間遅延及びバイアスアパーチャが直交方向のような異なる方向に沿って延在する。
【００５６】
図５は単一チャネルに対するタイミングを示す。図５は図１のシステムによりインプリメントされる図４の方法に対するタイミング線図を示す。高電圧スイッチが伝送のためにターンオフされる。低電圧スイッチは伝送のためにターンオンされる。スイッチングの後で、バイアスの７つの異なるレベルがバイアスアパーチャに沿って印加される。非ゼロレベルは伝送ＤＣタイミングにより表示されているように緩やかにランプアップ（ramp up）される。一度これらのバイアスレベルがランプアップされると（又はランピングが発生している間に）、伝送波形が伝送ＡＣタイミングにより表示されているように印加される。その後、これらのバイアスレベルは緩やかにゼロ値へとランプダウンされる。
【００５７】
図４を再び参照すると、バイアス及び時間遅延アパーチャがアクト４２において交換又は移動される。バイアス及び遅延集束接続が変化される。代替的に、バイアスアパーチャだけ又は時間遅延アパーチャだけが移動される。バイアス信号及び交流信号のための接続は伝送イベントと伝送イベントに応ずる受信イベントとの間で交換又は変化される。この変化は伝送イベントと伝送イベントに応ずる受信イベントとの間で音響アパーチャを回転する。例えば、バイアス及び交流信号接続により定められる音響アパーチャは約９０度だけ回転される。交換はアパーチャをスイッチングし、他方で変化はアパーチャのスイッチングがあろうとなかろうと変換器に関するアパーチャを移動する。
【００５８】
１つの実施例では、バイアス信号はフレネルアパーチャを生成する。正及び負のレベルを含む少なくとも５つ、７つ又は他の個数の異なるレベルを有するバイアス信号がフレネルアパーチャを発生する。バイアス信号の接続及び印加される位置を変えることは電気的にフレネルアパーチャを回転する。交流信号は時間遅延アパーチャのためのものである。交流信号の接続及び印加される位置を変えることは電子的に時間遅延アパーチャを回転する。フレネル及び時間遅延アパーチャの位置を伝送及び受信イベント間で変えることによって、往復ビームプロフィールは方位角及び仰角におけるフレネル及び時間遅延ビームプロフィールの積である。
【００５９】
三次元イメージングのために受信信号の等方性特性を増大させるために、バイアスラインは伝送の場合には変換器において信号ラインに直交して接続され、受信の場合にはバイアスラインは変換器において異なる配向で信号ラインに直交して再接続される。例えば、様々な異なるバイアス信号が伝送イベントのために仰角パターンにおいて印加され、交流信号が伝送イベントのために方位角パターンにおいて遅延される。様々な異なるバイアスが相応する受信イベントのために方位角パターンにおいて印加され、交流信号が受信イベントのために仰角パターンにおいて遅延される。伝送及び受信のために使用されるパターンは同一であるか又は異なる。
【００６０】
図５は高及び低電圧スイッチの位置又は状態を変えることを示している。この変化は音響アパーチャ位置を回転又は変化させる。例えば、バイアス及び時間遅延アパーチャが交換される。
【００６１】
再び図４を参照すると、音響エネルギはアクト４４において変換器で受信される。この受信はアクト４０での伝送に対応する。アクト４２での交換又は他の変化のために、アクト４４の受信は、アクト４０の伝送のためのバイアスライン及び伝送シングラインとは異なる方向に沿って接続されたバイアスライン及び受信信号ラインにより実施される。伝送の場合とは異なる受信の場合の方向は正反対（例えば９０度アパーチャ回転）か又は正反対ではない（例えば９０度ではない角度でアパーチャを回転する又は信号ライン接続とは異なるようにバイアス接続を回転する）。例えば、これらの異なる方向は変換器アレイの方位角及び仰角次元に沿っている。受信の間には、バイアスアパーチャ及び時間遅延アパーチャの方向は直交している。しかし、別の角度も使用できる。直交アパーチャは伝送の場合には９０度だけ回転され交換される。
【００６２】
１つの実施例では、バイアス信号はフレネルアパーチャを生成する。正及び負のレベルを含む少なくとも５つの異なるレベルを有するバイアス信号がフレネルアパーチャを発生する。もう一つの方向に沿って受信される信号は遅延され、時間遅延アパーチャを形成する。
【００６３】
図５では、低電圧スイッチが受信の場合にはターンオフされる。高電圧スイッチが受信の場合にはターンオンされる。スイッチングの後で、７つの異なるレベルのバイアスがバイアスアパーチャに沿って印加される。異なるＤＣタイミングラインが異なる接続及び関連するアパーチャを反映するために設けられている。非ゼロレベルは受信ＤＣタイミングにより表示されているように緩やかにランプアップされる。一度バイアスレベルがランプアップされると（又はランプされている間に）、受信波形が受信ＡＣタイミングにより表示されているようにサンプリング又は受信される。その後、バイアスレベルは緩やかにゼロ値にランプダウンされる。伝送バイアスラインは、同時に受信のためにランプアップされている間にランプダウンされてもよい。
【００６４】
伝送アクト４０、交換アクト４２及び受信アクト４４は同一の又は異なるスキャンラインに対して繰り返される。例えば、アクト４０、４２、４４はボリューム内の複数のスキャンラインの各々に対して少なくとも１度は繰り返される。結果的に得られるデータはこのボリュームを表す。サーフィスレンダリングのようなレンダリング又はレイラインプロジェクション（ray line projections）を使用すると、ボリュームの三次元表示が生成される。三次元表示のビューイング方向は手動で又は自動的にセレクトされ変更されうる。フレネルバイアスアパーチャ及び時間遅延アパーチャを伝送イベントと受信イベントとの間で交換することによって、この三次元表示は一つの方向に沿ったサイドローブレベルに関連付けられ、これらのサイドローブレベルはもう一つの方向、例えば直交する方向に沿ったサイドローブレベルと実質的に同じである。時間遅延フォーカシングはフレネル位相シフトフォーカシングよりもはるかに低いサイドローブを発生し、非対称性をもたらす。電子的に伝送と受信との間に単一ビームの内部で変換器アパーチャを回転することによって、往復ビームプロフィールは時間遅延及びフレネルフォーカシングの積である。この往復ビームプロフィールは実質的に仰角及び方位角において等方性である低いサイドローブ全体を有する。一般に、変換器（ｃＭＵＴ又は電歪結晶）は機械的に互いにアイソレートされた１つ以上のセグメントにパターン化又はセグメント化される。変換器の近傍に配置された電極の第１のセットは一定の方向にアラインされ、電気的に変換器セグメントのグループのセットに接続される。変換器の近傍に配置された電極の第２のセットは第１のセットとは異なる方向にアラインされ、電気的に変換器セグメントのグループの異なるセットに接続される。
【００６５】
伝送の間には、交流信号は第１の及び第２のセットから抜き出された電極のサブセットに印加され、スムーズに変動するバイアス電圧（交流信号より低い周波数又は全く変動を持たない）は第１の及び第２のセットから抜き出された電極の別のサブセットに印加される。交流信号及びバイアス電圧のこれら２つのサブセットは多くの、少数の共有エレメントを有するか又は全く共有エレメントを持たないこともありうる。バイアス電圧及び交流信号は同時に同一の電極に印加されるか又は異なる電極に印加されうる。音響エネルギは同時にバイアス電圧及び交流信号の両方をなんらかの結合において見るセグメントによって発生される。時間遅延に基づくフォーカシングは交流信号か又はスムーズに変動するバイアスのいずれかによって引き起こされ、位相シフトに基づくフォーカシングはもう一方の電気的モードに分類される。このようにして、時間遅延フォーカシング及び位相シフトフォーカシングは空間内の異なる軸に沿って生じる。
【００６６】
受信の間には、バイアス電圧が伝送サブセットとは異なる電極の新たなサブセットに印加され、及び／又は、この同じサブセットが使用されるがバイアス電圧は著しく異なるようにスムーズに変動される。同時に、交流信号が電極の新たなサブセットから受信され、及び／又は、同じサブセットから受信されるが著しく異なるように超音波システムによりビームフォーミングされる。受信の間には、それに沿って音響信号の時間遅延フォーカシング及び位相シフトフォーカシングが生じる物理的な軸が伝送の場合とは反転され、比較的等方性のビームプロフィールをもたらす。
【００６７】
上記の一般的アプローチをインプリメントする１つの実施例では、行電極が小さい２Ｄエレメントにセグメント化されたｃＭＵＴ音響変換器の１つの側面のストリップに配列されている。直交する列電極は反対側のストリップに配列されている。
【００６８】
伝送の間には、フレネルパターンにアレンジされた一定のバイアス電圧が列電極に印加され、交流信号が行電極に印加される。音響エネルギはバイアス電圧及び交流信号が重なる領域において発生される。時間遅延フォーカシングは交流信号により引き起こされ、位相シフトフォーカシングはフレネルバイアスパターンにより引き起こされる。
【００６９】
伝送の直後に、バイアス電圧が行電極から除去され、これらの行電極は次いで接地され、これによりこれらはもはや交流信号をサポートできない。
【００７０】
受信の間には、ダイナミックなフレネルパターンにアレンジされたスムーズに変動するバイアス電圧が行電極に印加され、ダイナミックな位相シフトフォーカシングを引き起こす。同時に、交流信号が列電極から受信され、時間遅延を介してダイナミックに集束される。このようにして、時間遅延及び位相シフトフォーカシングの物理的な軸は伝送と受信との間でスイッチされる。
【００７１】
本発明は様々な実施例を参照して上のように記述されたが、多くの変更及び修正が本発明の範囲から逸脱することなしに行われうることは理解すべきである。それゆえ前述の詳細な記述は限定的なものではなく例証的なものとみなされるべきであり、本発明の精神及び範囲を定めるべきものは請求項及び全ての等価的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器による超音波イメージングのためのシステムの１つの実施例の回路図である。
【図２】フレネルアパーチャの３つの実施例の線図である。
【図３】１つの実施例による２つのフレネルアパーチャの結合の線図である。
【図４】ｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器による超音波イメージングのための方法の１つの実施例のフローチャートである。
【図５】図４の方法のためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１２  容量性メンブレン又はマイクロ加工された超音波変換器（ｃＭＵＴ又は電歪結晶変換器）
１４  第１の電極
１６  第２の電極
１８  バイアス発生器
２０  伝送ライン
２２  受信ライン
２４  高電圧スイッチ
２６  低電圧スイッチ
２８  接地キャパシタ
３０  接地キャパシタ
４０  伝送アクト
４２  交換アクト
４４  受信アクト
【図１】
2007089187.tif 000007
【図２】
2007089187.tif 000008
【図３】
2007089187.tif 000009
【図４】
2007089187.tif 000010
【図５】
2007089187.tif 000011
【外国語明細書】
2007089187.tif 000012
2007089187.tif 000013
2007089187.tif 000014
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