[发明专利]利用可调节的流体透镜进行孔径控制和复用的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及声成像方法、声成像装置，且更具体地涉及采用可调节的流体透镜对声波进行聚焦控制以优化成像分辨率(例如，通过改变高度聚焦(elevation focus)、横向聚焦(lateral focus)和景深)的方法和装置。

背景技术

声波(具体地包括超声)在许多科学或技术领域中是有用的，诸如医学诊断，机械部件的无损控制和水下成像等。声波允许进行诊断和控制，其与光学观察互补，因为声波可在不透电磁波的介质中行进。

声波通常从声换能器发射。图1示出了用于说明声换能器孔径的大小对声波聚焦的影响的示例性活塞换能器100。实线110说明对于大的固体活塞孔径112，声能如何在距离z处在相对较窄的区域中聚焦。相比而言，线120说明更小的“虚线”孔径122如何在距离z处产生更宽的聚焦区域。

在声成像中，在所谓的“远场”中，孔径大小决定了在距离z处的分辨率(R)，如：

(1),R=λzD=λ(F/#)]]>

其中λ是声波长且D是孔径长度(即，活塞直径)，且F数(F/#)等于(z/D)。

对于不同应用，孔径大小可能需要改变。举例而言，在超声治疗疗法中，可使用较小孔径来最初在较宽的区域上散布高强度聚焦能量(以较小的总能量密度)，之后改变孔径至更紧密的聚焦以在特定聚焦位置处更好地瞄准(targeting)和发送更多能量。在声成像和治疗中，孔径可能需要改变，因为存在近场障碍物(即，肋骨或重要血管)，其使得更大的孔径没有用处，且尽管较小的孔径将造成分辨率损失，但是分辨率减小，成像/治疗仍可以是有用的。

利用单个元件换能器或者仅具有少量元件的换能器来动态地改变孔径大小以做出这些孔径折衷是不实际的，因为没有办法控制能量。

因此，提供声换能器阵列，其使用大量元件以允许调节和控制“有效孔径”大小，以允许进行聚焦控制。

在由大量换能器元件(例如，50个或50个以上的换能器元件)组成的声换能器阵列中，系统可通过向每个换能器元件施加合适信号来控制有效孔径大小。举例而言，该系统可通过向换能器元件的发射的波形施加切趾函数来控制有效孔径大小，这将使外围换能器元件基本上“清零”，即这些换能器元件将发射要乘以相对较小(例如，零)的权重因子的发射波形，这个权重因子有效地使元件对聚焦波前的作用无效。可替代地，某些换能器元件可简单地不用在特定发射配置中。在发射时，当在不同深度处聚焦达到最大可用孔径时，这允许有效孔径发生改变。在接收时，当在不同深度处接收声信号时，电子器件可扩大有效孔径，这是为了确保系统中恒定的F/#，恒定的F/#导致均匀分辨率。

为此目的，开发了具有相对大量换能器元件的声成像装备，包括传统的一维(“1D”)声换能器阵列以及采用微束成形技术的全取样二维(“2D”)声换能器阵列。

但是，当换能器元件的数目增加时，所需要的电子器件和电缆布线量相应地增加。

发明内容

因此，期望提供一种声成像装置，其提供具有大量换能器元件的换能器阵列的功能，但所述换能器阵列需要更少的电子器件，其可具有简化的电缆布线要求，且其可潜在地更廉价地来部署。还期望提供这样的声成像装置，其将以减小的计算要求提供孔径控制。

在本发明的一个方面，声探头包括：声换能器；以及，多个可变折射声透镜元件，其耦合到声换能器并适于响应于施加到其上的控制信号来调节声换能器的有效孔径以具有选择的孔径大小用于发射声波和接收声信号中的至少一个操作。

在本发明的另一方面，控制声探头的聚焦的方法包括：提供多个耦合到声换能器的可变折射声透镜元件；以及，向多个可变折射声透镜元件施加控制信号以调节声换能器的有效孔径以具有选择的孔径大小用于发射声波和接收声信号中的至少一个操作。