结合相位阵列与使用延迟校正的菲涅尔子孔径的菲涅尔波带片波束成形的系统和方法技术方案

公开了用于利用交叉电极超声换能器阵列来执行成像的系统和方法，其中，超声换能器阵列配置为用于经由传统的时间延迟相位阵列波束成形来在一个方向上聚焦，并用于经由施加偏置电压而形成的菲涅尔孔径在第二方向上聚焦。在传输操作与接收操作之间切换超声换能器阵列连接，以使得菲涅尔孔径在传输时在第一方向上生成，并在接收时在第二方向上生成。传输菲涅尔孔径与接收菲涅尔孔径的一个或两个被配置为延迟校正的菲涅尔子孔径的集合，其中，与每一个菲涅尔子孔径有关的延迟被选择为补偿菲涅尔子孔径与聚焦点之间的路径长度上的偏差。多个菲涅尔子孔径与时间延迟校正的使用克服了与转向引发的带宽劣化有关的问题。

System and method for beam forming with phase array and Finel subband of Finel subaperture using delay correction

A system and method for performing imaging using an array of cross electrode ultrasonic transducers in which an array of ultrasonic transducers is configured to focus in one direction via a traditional time delayed phase array beam forming and used for the second direction of the Fresnel aperture formed by the applied bias voltage. Coke. The ultrasonic transducer array connection is switched between the transmission operation and the receiving operation so that the Fresnel aperture is generated in the first direction at the time of transmission and is generated in the second direction at the time of reception. One or two sets of Fresnel apertures which are transmitted by the Fresnel aperture and the Fresnel aperture are configured to be delayed correction of the Fresnel aperture, in which the delay associated with each Fresnel aperture is chosen to compensate for the deviation of the path length between the Fresnel aperture and the focus point. The use of Fresnel subaperture and time delay correction overcomes the problem of bandwidth degradation caused by steering.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】结合相位阵列与使用延迟校正的菲涅尔子孔径的菲涅尔波带片波束成形的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年9月8日提交的名称为“SYSTEMSANDMETHODSOFCOMBINEDPHASED-ARRAYANDFRESNELZONEPLATEBEAMFORMINGEMPLOYINGDELAY-CORRECTEDFRESNELSUB-APERTURES(结合相位阵列与使用延迟校正的菲涅尔子孔径的菲涅尔波带片波束成形的系统和方法)”的第62/215,548号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文，并要求于2015年10月5日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSOFCOMBINEDPHASED-ARRAYANDFRESNELZONEPLATEBEAMFORMINGEMPLOYINGDELAY-CORRECTEDFRESNELSUB-APERTURES(结合相位阵列与使用延迟校正的菲涅尔子孔径的菲涅尔波带片波束成形的系统和方法)”的第62/237,414号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及超声波束成形和超声成像。在一些方面中，本公开涉及容积超声成像。
技术介绍
基于菲涅尔(Fresnel)的波束聚焦已被研究用作三维(3D)成像阵列的可转向透镜。与光一样，声波可利用菲涅尔透镜或波带片方法来聚焦。菲涅尔波带片能够产生紧密的焦点，特别是在使用大孔径时。传统的菲涅尔波带片由交替的透射和非透射区域的环或条组成。波在非透射波带附近衍射，并且由于特定间距，在焦点附近相长干涉。在相位波带片中，两种波带均传输波，然而对于其它每个波带都存在相位反转。这种类型的片具有效率优势，并显示出了成为被动式超声聚焦的好方法的潜力。
技术实现思路
公开了用于利用交叉电极超声换能器阵列来执行成像的系统和方法，其中，超声换能器阵列配置为用于经由传统的时间延迟相位阵列波束成形来在一个方向上聚焦，并用于经由施加偏置电压而形成的菲涅尔孔径在第二方向上聚焦。在传输与接收操作之间切换超声换能器阵列连接，以使得菲涅尔孔径在传输时在第一方向上生成，并在接收时在第二方向上生成。传输菲涅尔孔径与接收菲涅尔孔径的一个或两个被配置为延迟校正的菲涅尔子孔径的集合，其中，与每一个菲涅尔子孔径有关的延迟被选择为补偿菲涅尔子孔径与聚焦点之间的路径长度上的偏差。多个菲涅尔子孔径与时间延迟校正的使用克服了与转向引发的带宽劣化有关的问题。相应地，在第一方面中，提供了超声成像系统，包括：超声换能器，包括：超声元件的阵列，其中，每一超声元件均能在被施加偏置电压时进行声学换能，以使得在偏置电压存在的情况下，超声换能器在被施加电压脉冲时发射超声能量；第一电极的第一阵列，设置在超声元件的阵列的第一侧，每一个第一电极在第一方向上延伸；第二电极的第二阵列，设置在超声元件的阵列的第二侧，每一个第二电极在第二方向上延伸，其中，第一方向和第二方向配置为使得第一电极的第一阵列和第二电极的第二阵列布置成交叉电极配置；以及控制和处理硬件，操作性地联接到超声换能器，控制和处理硬件包括处理电子器件，处理电子器件配置为执行传输操作，传输操作包括：向第一电极的第一阵列提供传输电压脉冲，并向第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得将超声脉冲沿聚焦的瞄准线传输至聚焦点；其中，将电压脉冲提供至第一电极的第一阵列，以使得时间延迟传输波束成形孔径被用于将超声脉冲聚焦至第一平面中的聚焦点，第一平面包括第一方向并垂直于超声换能器的发射表面；以及其中，向第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得传输菲涅尔孔径被形成为用于将超声脉冲聚焦至第二平面中的聚焦点，第二平面包括第二方向并垂直于超声换能器的发射表面；以及其中，处理电子器件配置为执行接收操作，接收操作包括：向第一电极的第一阵列施加第二偏置电压，并利用第二电极的第二阵列接收信号；其中，向第一电极的第一阵列提供第二偏置电压，以使得接收菲涅尔孔径被形成为用于使从第一平面中的聚焦点接收到的超声能量聚焦；其中，将从第二电极的第二阵列获得的信号动态地波束成形，以使得时间延迟接收波束成形孔径被用于使第二平面中接收到的超声能量聚焦；其中，处理电子器件还配置为使得传输菲涅尔孔径和接收菲涅尔孔径中的一个或两个被顺序地生成为菲涅尔子孔径的集合，其中，来自与菲涅尔子孔径的集合相关的多个传输/接收事件的信号被相加在一起；以及其中，处理电子器件还配置为使得：在传输菲涅尔孔径被生成为传输菲涅尔子孔径的集合时，通过选择为补偿传输菲涅尔子孔径与聚焦点之间的路径长度的偏差的相应传输时间延迟，来延迟与相应的传输菲涅尔子孔径对应的每一传输事件；以及在接收菲涅尔孔径被生成为接收菲涅尔子孔径的集合时，在将来自接收菲涅尔子孔径的相应信号相加到一起之前，通过选择为补偿接收菲涅尔子孔径与聚焦点之间的路径长度的偏差的时间延迟，来延迟与相应的接收菲涅尔子孔径对应的每一信号；其中，处理电子器件配置为沿着多个聚焦的瞄准线执行传输操作和接收操作，以生成用于产生超声图像的超声图像数据。在另一方面，提供了使用超声换能器执行超声成像的方法：超声换能器包括：超声元件的阵列，其中，每一超声元件均能在被施加偏置电压时进行声学换能，以使得在偏置电压存在的情况下，超声换能器在被施加电压脉冲时发射超声能量；第一电极的第一阵列，设置在超声元件的阵列的第一侧，每一个第一电极在第一方向上延伸；第二电极的第二阵列，设置在超声元件的阵列的第二侧，每一个第二电极在第二方向上延伸，其中，第一方向和第二方向配置为使得第一电极的第一阵列和第二电极的第二阵列布置成交叉电极配置；该方法包括：通过下述步骤执行传输操作：向第一电极的第一阵列提供传输电压脉冲，并向第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得将超声脉冲沿聚焦的瞄准线传输至聚焦点；其中，向第一电极的第一阵列提供电压脉冲，以使得时间延迟传输波束成形孔径被用于将超声脉冲聚焦至第一平面中的聚焦点，该第一平面包括第一方向并垂直于超声换能器的发射表面；以及其中，向第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得传输菲涅尔孔径被形成为用于将超声脉冲聚焦至第二平面中的聚焦点，该第二平面包括第二方向并垂直于超声换能器的发射表面；以及通过以下步骤执行接收操作：向第一电极的第一阵列施加第二偏置电压，并利用第二电极的第二阵列接收信号；其中，向第一电极的第一阵列提供第二偏置电压，以使得接收菲涅尔孔径被形成为用于使从第一平面中的聚焦点接收到的超声能量聚焦；其中，将从第二电极的第二阵列获得的信号动态地波束成形，以使得时间延迟接收波束成形孔径被用于使第二平面中接收到的超声能量聚焦；其中，传输菲涅尔孔径和接收菲涅尔孔径中的一个或两个被顺序地生成为菲涅尔子孔径的集合，其中，来自与菲涅尔子孔径的集合相关的多个传输/接收事件的信号被相加在一起；以及其中，传输菲涅尔孔径和接收菲涅尔孔径中的一个或两个还配置为使得：在传输菲涅尔孔径被生成为传输菲涅尔子孔径的集合时，通过选择为补偿传输菲涅尔子孔径与聚焦点之间的路径长度的偏差的相应传输时间延迟，来延迟与相应的传输菲涅尔子孔径对应的每一传输事件；以及在接收菲涅尔孔径被生成为接收菲涅尔子孔径的集合时，在将来自接收菲涅尔子孔径的相应信号相加之前，通过选择为补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声成像系统，包括：超声换能器，包括：超声元件的阵列，其中，每一超声元件均能在被施加偏置电压时进行声学换能，以使得在所述偏置电压存在的情况下，所述超声换能器在被施加电压脉冲时发射超声能量；第一电极的第一阵列，设置在所述超声元件的阵列的第一侧，每一个第一电极在第一方向上延伸；第二电极的第二阵列，设置在所述超声元件的阵列的第二侧，每一个第二电极在第二方向上延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向配置为使得所述第一电极的第一阵列和所述第二电极的第二阵列布置成交叉电极配置；以及控制和处理硬件，操作性地联接到所述超声换能器，所述控制和处理硬件包括处理电子器件，所述处理电子器件配置为执行传输操作，所述传输操作包括：向所述第一电极的第一阵列提供传输电压脉冲，并向所述第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得将超声脉冲沿聚焦的瞄准线传输至聚焦点；其中，向所述第一电极的第一阵列提供所述电压脉冲，以使得时间延迟传输波束成形孔径被用于将所述超声脉冲聚焦至第一平面中的聚焦点，所述第一平面包括所述第一方向并垂直于所述超声换能器的发射表面；以及其中，向所述第二电极的第二阵列提供所述第一偏置电压，以使得传输菲涅尔孔径被形成为用于将所述超声脉冲聚焦至第二平面中的聚焦点，所述第二平面包括所述第二方向并垂直于所述超声换能器的发射表面；以及其中，所述处理电子器件配置为执行接收操作，所述接收操作包括：向所述第一电极的第一阵列施加第二偏置电压，并利用所述第二电极的第二阵列接收信号；其中，向所述第一电极的第一阵列提供所述第二偏置电压，以使得接收菲涅尔孔径被形成为用于使从所述第一平面中的聚焦点接收到的超声能量聚焦；其中，将从所述第二电极的第二阵列获得的信号动态地波束成形，以使得时间延迟接收波束成形孔径被用于使所述第二平面中接收到的超声能量聚焦；其中，所述处理电子器件还配置为使得所述传输菲涅尔孔径和所述接收菲涅尔孔径中的一个或两个被顺序地生成为菲涅尔子孔径的集合，其中，来自与所述菲涅尔子孔径的集合相关的多个传输/接收事件的信号被相加在一起；以及其中，所述处理电子器件还配置为使得：在所述传输菲涅尔孔径被生成为传输菲涅尔子孔径的集合时，通过选择为补偿所述传输菲涅尔子孔径与所述聚焦点之间的路径长度的偏差的相应传输时间延迟，来延迟与相应的传输菲涅尔子孔径对应的每一传输事件；以及在所述接收菲涅尔孔径被生成为接收菲涅尔子孔径的集合时，在将来自所述接收菲涅尔子孔径的相应信号相加到一起之前，通过选择为补偿所述接收菲涅尔子孔径与所述聚焦点之间的路径长度的偏差的时间延迟，来延迟与相应的接收菲涅尔子孔径对应的每一信号；其中，所述处理电子器件配置为沿着多个聚焦的瞄准线执行传输操作和接收操作，以生成用于产生超声图像的超声图像数据。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.08 US 62/215,548;2015.10.05 US 62/237,4141.超声成像系统，包括：超声换能器，包括：超声元件的阵列，其中，每一超声元件均能在被施加偏置电压时进行声学换能，以使得在所述偏置电压存在的情况下，所述超声换能器在被施加电压脉冲时发射超声能量；第一电极的第一阵列，设置在所述超声元件的阵列的第一侧，每一个第一电极在第一方向上延伸；第二电极的第二阵列，设置在所述超声元件的阵列的第二侧，每一个第二电极在第二方向上延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向配置为使得所述第一电极的第一阵列和所述第二电极的第二阵列布置成交叉电极配置；以及控制和处理硬件，操作性地联接到所述超声换能器，所述控制和处理硬件包括处理电子器件，所述处理电子器件配置为执行传输操作，所述传输操作包括：向所述第一电极的第一阵列提供传输电压脉冲，并向所述第二电极的第二阵列提供第一偏置电压，以使得将超声脉冲沿聚焦的瞄准线传输至聚焦点；其中，向所述第一电极的第一阵列提供所述电压脉冲，以使得时间延迟传输波束成形孔径被用于将所述超声脉冲聚焦至第一平面中的聚焦点，所述第一平面包括所述第一方向并垂直于所述超声换能器的发射表面；以及其中，向所述第二电极的第二阵列提供所述第一偏置电压，以使得传输菲涅尔孔径被形成为用于将所述超声脉冲聚焦至第二平面中的聚焦点，所述第二平面包括所述第二方向并垂直于所述超声换能器的发射表面；以及其中，所述处理电子器件配置为执行接收操作，所述接收操作包括：向所述第一电极的第一阵列施加第二偏置电压，并利用所述第二电极的第二阵列接收信号；其中，向所述第一电极的第一阵列提供所述第二偏置电压，以使得接收菲涅尔孔径被形成为用于使从所述第一平面中的聚焦点接收到的超声能量聚焦；其中，将从所述第二电极的第二阵列获得的信号动态地波束成形，以使得时间延迟接收波束成形孔径被用于使所述第二平面中接收到的超声能量聚焦；其中，所述处理电子器件还配置为使得所述传输菲涅尔孔径和所述接收菲涅尔孔径中的一个或两个被顺序地生成为菲涅尔子孔径的集合，其中，来自与所述菲涅尔子孔径的集合相关的多个传输/接收事件的信号被相加在一起；以及其中，所述处理电子器件还配置为使得：在所述传输菲涅尔孔径被生成为传输菲涅尔子孔径的集合时，通过选择为补偿所述传输菲涅尔子孔径与所述聚焦点之间的路径长度的偏差的相应传输时间延迟，来延迟与相应的传输菲涅尔子孔径对应的每一传输事件；以及在所述接收菲涅尔孔径被生成为接收菲涅尔子孔径的集合时，在将来自所述接收菲涅尔子孔径的相应信号相加到一起之前，通过选择为补偿所述接收菲涅尔子孔径与所述聚焦点之间的路径长度的偏差的时间延迟，来延迟与相应的接收菲涅尔子孔径对应的每一信号；其中，所述处理电子器件配置为沿着多个聚焦的瞄准线执行传输操作和接收操作，以生成用于产生超声图像的超声图像数据。2.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，通过所述第一电极的第一阵列并通过所述第二电极的第二阵列将所述超声元件的阵列限定在电致伸缩层内部。3.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述超声元件的阵列包括电容式微型机械超声换能器(CMUT)阵列元件。4.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述超声元件的阵列包括切口电致伸缩阵列元件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声成像系统，其中，所述第一方向垂直于所述第二方向。6.根据权利要求1至4中任一项所述的超声成像系统，其中，所述第一方向位于方位角平面内，并且其中，所述第二方向位于高程平面内。7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声成像系统，其中，所述处理电子器件还配置为使得所述传输菲涅尔孔径和所述接收菲涅尔孔径分别被生成为传输菲涅尔子孔径的集合和接收菲涅尔子孔径的集合。8.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述处理电子器件还配置为使得所述接收菲涅尔子孔径的集合被顺序地生成为用于每一传输菲涅尔子孔径，以使得对于给定的聚焦的瞄准线，传输/接收事件的总数等于传输菲涅尔子孔径的数量与接收菲涅尔子孔径的数量的乘积。9.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述处理电子器件还配置为使得一个或多个传输菲涅尔子孔径均具有与之相关的单个唯一的接收菲涅尔子孔径，从而使得单个传输/接收事件被生成为用于一个或多个传输菲涅尔子孔径中的每一个。10.根据权利要求7至9中任一项所述的超声成像系统，其中，所述处理电子器件配置为使得传输菲涅尔子孔径的数量等于接收菲涅尔子孔径的数量。11.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述处理电子器件配置为使得传输菲涅尔子孔径的数量等于接收菲涅尔子孔径的数量；以及其中，所述处理电子器件还配置为使得单个唯一的接收菲涅尔子孔径被生成为用于每一个传输菲涅尔子孔径。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰雷米·布朗，凯瑟琳·莱萨姆，
申请(专利权)人：达尔豪斯大学，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA