專利名稱：用于醫(yī)學超聲的多扭曲聲陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及用于醫(yī)學超聲的聲陣列。聲陣列是由半導體或 壓電材料形成的。壓電材料包括固體壓電材料或復合材料。所述材料在 聲能與電能之間進行換能。
背景技術：
所迷材料被劃分成多個元件，比如將一塊壓電材料板切割成一個線 性元件陣列。通過安裝在剛性或半剛性背襯之上，所述元件陣列保持所 期望的平面發(fā)射面。對于曲線線性陣列可以彎曲元件設置。舉例來說， 由壓電復合材料形成的陣列可以被巻曲。末端的元件被定位成遠離方位 軸 所述陣列的發(fā)射面在高度上是平坦的，但是沿著方位角彎曲。
二維陣列被用于三維成像。沿著兩個維度將換能器材料劃分成多個 元件。但是這樣一來，元件數(shù)目就變大。 一種替代方案是在一個維度上、 比如在搖擺換能器中的一維陣列中進行機械操縱。但是所迷機械操縱需 要空間并且增加復雜度。
聲陣列可以被定位在導管、經(jīng)食道探頭或者用于插入到患者內(nèi)的其 他設備中。由于所述導管或探頭的尺寸，用于導線或機械結(jié)構(gòu)的空間可 能受到限制。但是例如對于消融術來說，期望能夠在三個維度上從導管 進行掃描。舉例來說，美國公開專利申請No. 2006/0173348示出扭曲 導管中的一維陣列以用于體積成像。作為另一個例子，美國公開專利申 請No. 2007/0066902示出被鉸接以展開用于體積成像的多維陣列。鉸 鏈可以使用記憶金屬來進行操作。 可以使用其他復雜的陣列幾何結(jié)構(gòu)。但是這種陣列可能需要復雜且昂貴的制造技術。具有匹配所期望的曲率的機制件的夾具和組件可能會 導致材料、加工和勞力方面的高成本。

發(fā)明內(nèi)容
作為介紹，下面描述的優(yōu)選實施例包括各種方法、系統(tǒng)、改進以及 換能器。本發(fā)明提供多個扭曲或旋轉(zhuǎn)陣列。舉例來說，記憶合金允許在 一平坦襯底上制造多行元件。所述合金的記憶被激活來以不同方式扭曲 不同行，比如兩個相鄰的基本上平行但是相反地旋轉(zhuǎn)的陣列。通過沿著 給定的旋轉(zhuǎn)陣列選擇不同的孔徑，由于所述孔徑的元件的方向上的差異 而掃描不同的平面。通過在不同地旋轉(zhuǎn)的陣列上選擇不同的孔徑，可以 掃描更大的體積。
在第一方面中，提供一種用于聲學換能器的系統(tǒng)。第一陣列的第一 多個第一元件限定所述第一陣列的第一發(fā)射面。所述第一元件沿著方位 軸間隔開。所述第一陣列的第一元件中的一些以相對于其他第一元件扭 曲的關系圍繞所述方位軸被旋轉(zhuǎn)?；谒鲂D(zhuǎn)，所述第一發(fā)射面在不 同方向上成角度。第二陣列的第二多個第二元件限定所述第二陣列的第 二發(fā)射面。所述第二元件沿著方位軸間隔開。所述第二陣列的第二元件 中的 一些以相對于其他第二元件扭曲的關系圍繞所迷方位軸^f皮旋轉(zhuǎn)。基 于所述旋轉(zhuǎn)，所述第二發(fā)射面在不同方向上成角度。電導線與相應的第 一和第二元件連接。
在第二方面中，提供具有元件的醫(yī)學超聲換能器。所述元件被設置 在至少兩個螺旋中，使得沿著所迷至少兩個螺旋中的每一個的方位軸間 隔開的每組至少一個元件的不同組可操作用于掃描在高度上堆疊的并 且具有類似的方位角限度的不同平面區(qū)域，并且使得使用所述至少兩個 螺旋中的不同螺旋來掃描所述平面區(qū)域中的不同平面區(qū)域。
在第三方面中，提供一種用于利用聲學換能'器進行掃描的方法。在 第 一元件陣列上形成第 一孔徑。圍繞第 一縱軸扭曲所述第 一元件陣列。 利用所述第 一孔徑掃描第 一平面。在所述第 一元件陣列上形成不同的第 二孔徑。所述第二孔徑對應于沿著所述第一元件陣列在方位角上移動所 述第 一孔徑。所述第 一陣列的元件沿著由圍繞所述第 一縱軸被扭曲的元 件所限定的同一條線。利用所述第二孔徑掃描不同的第二平面。所述第 二平面的位置對應于與所述第一孔徑的元件相關聯(lián)的扭曲角度，該扭曲角度不同于與所述第二孔徑的元件相關聯(lián)的扭曲角度。對圍繞第二縱軸 被扭曲的第二元件陣列重復所述形成步驟和掃描步驟。所述重復針對不
同于所述第一和第二平面的第三和第四平面。根椐來自所述掃描的數(shù)椐 以及所述第一、第二、第三和第四平面的相對位置生成三維表示。
在第四方面中，提供一種用于制造聲陣列的方法。利用記憶合金連 接所述陣列的第一和第二多個超聲元件。在制造包括所述陣列的換能器 探頭的過程中，利用所述記憶合金針對所述第 一 多個超聲元件和所述第 二多個超聲元件以不同的方式改變所述陣列的幾何結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明由隨后的權利要求限定，這部分中的內(nèi)容不應被認為是對那 些權利要求的限制。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點在下面結(jié)合優(yōu)選實施例來 討論，并且在后面可以獨立地或者組合地^皮要求保護。


組件和附圖不 一定是按比例繪制的，替代地強調(diào)圖示本發(fā)明的原 理。此外，在附圖中，相同的附圖標記在不同的視圖中指代相應的部件。
圖1是螺旋換能器陣列的一部分的一個實施例的圖形表示；
圖2是導管中的圖1的陣列的圖形表示；
圖3是利用扭曲聲陣列進行掃描的方法的 一個實施例的流程圖4是利用圖1的陣列進行三維掃描的一個實施例的圖形表示；
圖5是示出與圖4的陣列相鄰的掃描位置的圖形表示；
固6是用于制造及使用聲陣列的方法的 一 個實施例的流程圖7-8和IO是具有記憶合金的換能器陣列的不同實施例的橫截面
圖9是用于制造換能器陣列的記憶合金框架的一個實施例的透視
圖11和u是兩個不同位置中的記憶合金薄片的一個實施例的圖形
表示；以及
圖13是多扭曲陣列記憶合金的圖形表示。
具體實施例方式
通過使用沿著方位軸扭曲的螺旋陣列可以掃描不同的掃描平面。通 過沿著所迷方位軸移動孔徑，聲平面的角度變化。可以對體積進行采樣。舉例來說，螺旋陣列沿著方位軸扭曲。使用具有大數(shù)目的元件的螺 旋陣列允許掃描不同的掃描平面。通過沿著所述方位軸移動孔徑，所述
聲平面的角度變化?？梢詫w積進行采樣。在美國公開申請No. 20080125659 (母案申請)中公開了這種陣列的螺旋幾何結(jié)構(gòu)以及使用， 該申請的公開內(nèi)容被合并在此以作參考。扭曲是設定的或永久性的，但 是可以是可變的。
所述陣列可以被使用在超聲導管、經(jīng)食道(TEE)探頭或者用于插 入到患者內(nèi)的其他換能器中。所述螺旋陣列可以被用來在患者體內(nèi)進行 掃描。舉例來說，所述元件的高度端或者其他部分沿著螺旋(例如雙螺 旋)伸展，其中方位角中心線是直的。通過扭曲一個小角度，比如大約 28度，可以對體積進行掃描。通過沿著所迷導管的軸移動所迷孔徑，可 以掃描與所述導管的側(cè)面相鄰的體積。利用從所述體積掃描生成的三維 表示來引導所述導管或其他工具。對于消融術或其他手術來說，圖像可 以幫助引導。
在超聲陣列制造過程中可以使用形狀記憶合金或超彈性合金組件。
這些合金提供對最終的陣列幾何結(jié)構(gòu)的控制。超彈性合金和形狀記憶合 金被用來利用簡單的陣列制造技術保持任何幾何結(jié)構(gòu)或者產(chǎn)生復雜的 超聲陣列幾何結(jié)構(gòu)。
舉例來說，將形狀記憶合金薄片固定到超聲陣列的背面。所述形狀 記憶合金可以具有存儲在記憶中的螺旋或曲線形狀。在陣列制造期間， 形狀記憶薄片處于平坦的幾何結(jié)構(gòu)下。所述平坦的幾何結(jié)構(gòu)大大簡化所 述陣列制造。在后續(xù)的導管制造的塑性焊接或其他加熱應用過程中，所 迷形狀記憶合金回復到所記憶的螺旋或曲線形狀。覆蓋所述陣列的熱塑 性塑料足夠軟，使得所述陣列可以呈現(xiàn)由所述形狀記憶合金所限定的幾 何結(jié)構(gòu)。以這種方式使用所述形狀記憶合金，允許在使用與構(gòu)建平面陣 列相關聯(lián)的簡單陣列制造方法的同時產(chǎn)生復雜的陣列幾何結(jié)構(gòu)。
作為另 一個例子，超彈性合金在整個加工工藝期間保持陣列平坦 性。所迷超彈性合金在超聲導管(或探頭)制造工藝期間保持平面陣列 的平坦性。如果所述陣列被扭曲、彎曲或者以其他方式變形，所述超彈 性合金使所述陣列返回到平坦位置。所述超彈性合金的穩(wěn)態(tài)幾何結(jié)構(gòu)可 以是非平坦的，比如螺旋的。所述陣列和合金在制造期間被保持平坦， 但是一旦被釋放就返回到所述超彈性合金的其他幾何結(jié)構(gòu)?？梢蕴峁┗蛘呖梢圆惶峁┢渌嚵?，比如用于二維成像的相鄰的未 扭曲陣列。在另一個實施例中，機械或其他結(jié)構(gòu)在扭曲位置與未扭曲位 置之間改變所述陣列。與扭曲陣列相比，未扭曲線性陣列可以提供分辨 率更高的二維成像。所述扭曲陣列可以允許進行三維掃描。
為了擴大三維(3D)或四維(4D-代表作為時間函數(shù)的體積)圖像 的視角，可以提供附加陣列。舉例來說，通過選擇不同的孔徑， 一個具 有螺旋幾何結(jié)構(gòu)的線性陣列可以允許掃描21度。提供多個螺旋陣列段 允許更大的視角。通過使用四個螺旋陣列(即4X螺旋陣列)，所述21 度視角可以被增大到近似84度。
取決于空間的大小，可以提供不同數(shù)目的螺旋陣列。舉例來說，在 一個導管中使用一個或兩個這種陣列，但是在TEE探頭中使用3個、4 個或更多這種陣列。多個螺旋陣列可以具有比 一 個二維陣列更少的元 件，從而降低成本并且增加簡單性。所述陣列的每一段平行于所述換能 器的軸被扭曲。通過使用每一個陣列段的一部分并且沿著導管軸移動這 些孔徑，可以掃描廣角3D/4D體積。
可以利用任何方法、比如模制(mold)來產(chǎn)生所述陣列幾何結(jié)構(gòu)。 在一個實施例中，所述超聲成像陣列內(nèi)(或者與之相接觸)的形狀記憶 合金構(gòu)件提供包括不同扭曲陣列的幾何結(jié)構(gòu)。在已經(jīng)以易于制造的平面 形式制造出所述陣列之后，所述形狀記憶合金可以允許精確地形成復雜 的陣列幾何結(jié)構(gòu)。多扭曲形狀記憶薄片可以提供每 一 個陣列段的精確的 相對放置，其中陣列段通過所述形狀記憶薄片彼此附著在一起。
具有多個相鄰的交替的右手和左手扭曲的單個形狀記憶薄片可以 允許比單扭曲設備更大的視角。利用單扭曲設備實現(xiàn)廣視角將需要非常 大的扭曲角度。具有大視角(大扭曲)的單扭曲聲陣列可能會由于過大 的內(nèi)部應力而無法結(jié)合。此外，對于相同的視角，多扭曲設備可以提供 比單扭曲設備更高的分辨率。
下面關于提供一個螺旋來提供圖1-12。單個線性陣列;故扭曲。替 代地，扭曲一個具有多行的陣列，從而提供具有類似旋轉(zhuǎn)的兩個相鄰螺 旋。圖13示出具有多個不同旋轉(zhuǎn)的一個實施例。圖13的實施例可以對 多個扭曲陣列中的一個或更多使用關于圖1 - 12所描述的實施例中的任 何一個。
圖1和2示出用于聲學換能器陣列12的系統(tǒng)10。所述系統(tǒng)10包括所述陣列12、導線14、射束成形器16、圖^象處理器18以及顯示器20。 可以提供附加的、不同的或者更少的組件。舉例來說，所述系統(tǒng)10包 括所述陣列12和導線14而沒有所迷射束成形器16、圖像處理器18和/ 或顯示器20。這些成像電子裝置可以處在一個單獨的超聲成像系統(tǒng)中。 所述換能器以可松開的方式與所述成像系統(tǒng)連接。
所述陣列12被用在換能器探頭、比如醫(yī)學超聲換能器中。所述換 能器探頭被用在患者的外部，比如手持式換能器探頭。替代地，所述換 能器被用在患者體內(nèi)，比如導管11 (圖2中示出)、經(jīng)食道、陰道、內(nèi) 腔、術中或其他探頭。所述陣列12和導線14與所迷換能器探頭相連或 者被定位在所述換能器探頭中。在所述陣列U上方有一個窗口或透鏡， 用于從所述探頭內(nèi)的所迷陣列的發(fā)射面22進行聲學掃描。
所述陣列12具有多個元件24、背襯材料26、電極28以及匹配層 30?？梢蕴峁└郊拥?、不同的或者更少的組件。舉例來說，可以^吏用兩 個或更多匹配層30。作為另一個例子，提供一個腔室來替代背襯材料 26。所述背襯材料26吸收聲能，以便限制或防止接收自所述陣列12的 背面的反射。所述匹配層30提供聲阻抗之間的更加漸進的轉(zhuǎn)變，從而 最小化來自所述換能器與患者之間的邊界的反射。所述電極28與所述 元件相互作用，以便在聲能與電能之間進行換能。 一個元件兩端的電極 28之間的電勢或距離變化分別導致電信號生成或聲能。
所述元件24包含壓電材料?？梢允褂霉腆w或復合壓電材料。每一 個元件是矩形固體、立方體或六邊形固體，但是可以提供其他表面。舉 例來說， 一個或多個元件24的發(fā)射面22是凹面或凸面，以用于高度聚 焦或基于頻率的方向性。替代地，使用微電機械器件或電容性器件，比 如柔性膜。任何現(xiàn)在已知或者以后開發(fā)的超聲換能器都可以被使用。在 高度上比波長更長的元件可以提供增強的高度方向性。
可以提供任何數(shù)目的元件24,比如64個元件、128個元件或者可 以允許更多或更大的孔徑的其他數(shù)目的元件24。所述元件24彼此相鄰， 比如在相鄰元件24的中心之間具有基本上為波長或更小的間距。舉例 來說，所迷元件24具有半波長間距，其中截口聲學地分離每一個元件 24?？梢允褂闷渌蛛x方法。所述波長間距是基于所迷陣列12的 中心、平均、成像或其他操作頻率。可以使用在元件24之間具有更大 間距的稀疏陣列12。所述元件24沿著方位軸32被定位。對于一維陣列12來說，所述 元件24處于沿著所述方位軸32的單行內(nèi)?？梢允褂?2個、50個或更 多、64個、128個或者其他數(shù)目的元件24。所述陣列12可以是線性的 或曲線線性的。曲線線性陣列12具有朝向或遠離所述方位軸32延伸的 末端或中部，但是所迷元件24仍然沿著方位角維度被定位。由于曲線， 所述陣列12的一些元件24處于不同的深度或范圍。
可以使用多維陣列12。舉例來說，兩行或更多行元件24沿著高度 維度彼此相鄰?？梢蕴峁?.25、 1.5、 1.75或2D陣列。沿著所迷高度 維度的元件24之間的間距與沿著所述方位角維度的間距相同或不同， 比如在方位角上所有相鄰元件之間具有半波長間距的2x64陣列。所迷 元件在高度上較長，比如具有3-20個波長的高度寬度，但是可以是半 波長或者具有其他間距。
所述元件24的由所迷匹配層30覆蓋的更靠近待掃描區(qū)域并且/或 者與所述背襯材料26相對的側(cè)面是所述發(fā)射面22。從所述陣列12的發(fā) 射面22發(fā)射聲能并且在該發(fā)射面22處接收聲能。聲能相對于所述發(fā)射 面22的角度影響所述元件24對所述能量的靈敏度。所述元件24對垂 直入射到所述元件24的能量更加靈敏。
參照圖1，所述陣列12的一些元件24被旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)是圍繞所 迷方位軸32進行的。所述方位軸32延伸穿過所迷背襯材料26、元件 24、發(fā)射面30或者與所述陣列12相鄰。所述旋轉(zhuǎn)形成所述元件24的 螺旋模式。相鄰的元件24被設置在沿著所迷方位軸32的螺旋中。 一個 元件24圍繞所述軸32旋轉(zhuǎn)與其他元件24不同的量。關于特定的目標， 對于所述旋轉(zhuǎn)元件24來說最大靈敏度角度與對于另一個元件24來說相 比是不同的。圍繞所述方位軸32的旋轉(zhuǎn)可以附加于遠離所迷軸32的旋 轉(zhuǎn)，比如與曲線陣列相關聯(lián)。
每一個元件24被旋轉(zhuǎn)不同的量。舉例來說，處于所述陣列12的相 對末端的元件24圍繞所述方位軸相對于彼此被旋轉(zhuǎn)至少10度、至少15 度或者其他更大或更小的度數(shù)。所述方位角中心線是直的，或者可以旋 轉(zhuǎn)或扭曲?？梢允褂酶蠡蚋〉目傂D(zhuǎn)。在中間的所述元件24中的 每一個被旋轉(zhuǎn)不同的量，以便在兩個末端之間步進旋轉(zhuǎn)。舉例來說，每 一個元件24與相鄰元件24相比旋轉(zhuǎn)0. 47度(例如具有30度總旋轉(zhuǎn)的 64個元件24針對每個元件24提供G. 47度)。替代地，元件24組相對于另一個元件24或元件24組被旋轉(zhuǎn)相同的量。舉例來說，陣列12的 一半被旋轉(zhuǎn)一個量，另一半被旋轉(zhuǎn)另一個量。可以使用任何步數(shù)，其中 具有元件12的對稱或非對稱分組。舉例來說，元件24的中心組、元件 24的周期性組或者元件24的其他設置面對相同的方向，但是其他元件 被旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，所述元件24的位于中心的一半(例如位于 中心的64個元件24)是直的或者具有圍繞所述方位軸的相同旋轉(zhuǎn)取向， 但是位于每一個末端的四分之一的所迷元件24 (例如位于一個末端的 32個元件24和位于另一個末端的32個元件24)被螺旋旋轉(zhuǎn)。所述旋
轉(zhuǎn)為單步或多步旋轉(zhuǎn)。
由于所述元件24的旋轉(zhuǎn)，所述發(fā)射面22在不同的方向上成角度。 所迷發(fā)射面22被扭曲，例如與一個螺旋相關聯(lián)，其中所述螺旋具有或 沒有與旋轉(zhuǎn)軸的偏移量。所述發(fā)射面22對應于所述元件24的旋轉(zhuǎn)而被 旋轉(zhuǎn)，比如被圍繞所述方位軸旋轉(zhuǎn)至少10度。所述發(fā)射面22在一個區(qū) 域內(nèi)的扭曲程度可以高于另一區(qū)域。所述扭曲允許沿著所述陣列12的 不同孔徑具有不同的最優(yōu)靈敏度角度，從而在圍繞所述方位軸的旋轉(zhuǎn)中 限定不同的掃描平面(例如不同的高度掃描平面)。
一般來說，高度上的更大孔徑可以提供增強的高度方向性和更窄的 高度束寬。通過在高度上扭曲所述陣列， 一個元件子孔徑被共同用來形 成一個圖像平面。可以由一個陣列形成的獨立射束的總數(shù)與一個孔徑的 元件數(shù)目相當。通過改變相對于元件角度束寬的總扭曲，在所形成的體 積的方位角分辨率和高度角寬之間有一個折衷。
材料將所述元件24保持在旋轉(zhuǎn)位置。舉例來說，背襯材料26被硬 化，從而定位所述元件24。作為另一個例子，框架將所迷元件24保持 在適當位置。在另一個例子中，環(huán)氧樹脂或其他粘合劑在一部分或整個 陣列12上硬化，從而將所述陣列12保持在適當位置?？梢允褂闷渌?料和相關聯(lián)的結(jié)構(gòu)。對于所述導管實施例，所述導管11的主體可以扭 曲或旋轉(zhuǎn)，以避免與所述旋轉(zhuǎn)元件24發(fā)生干擾、將其保持在適當位置 或者幫助其保持在適當位置。
所述背襯材料26、電極28、地平面和/或匹配層30是可變形的， 從而允許與所迷元件24 —起扭曲。舉例來說，在不進一步改變制造工 藝的情況下，通常被用作線性陣列的陣列可以被扭曲。替代地，在扭曲 之后形成這些層中的一個或多個以避免變形。電導線14是線纜、同軸線纜、跡線、連線(wire)、柔性電路、 跳線、或其組合，或者是其他現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的導線。所述導線 14將所述陣列12的電極28電連接到所述換能器探頭或所述射束成形器 16(圖2)的連接器。為每一個元件24提供一條或更多條導線14。替 代地，少于元件24的導線14可以被比如用于開關孔徑、部分射束成形 或者多路復用。所述導線14可以;故單獨尋址。每一個元件24可以:故選 擇性地用于給定的孔徑和相關聯(lián)的電子操縱。替代地，某些元件24只 能被用于可能孔徑的子集。
在一個實施例中，所述陣列12被定位在導管11內(nèi)。所述陣列12 可以裝配在10 French 3. 33mm或其他直徑的導管11內(nèi)。所述導線14 通過所述導管11被路由到所述射束成形器16。所述導管換能器被用于 成像。所述圖像有助于診斷、導管或工具引導和/或治療布置。所述幾 何結(jié)構(gòu)可以幫助成像。舉例來說，將所述陣列12保持為與所述導管11 一同平坦或彎曲可以減少成像偽影并且/或者允許扇區(qū)掃描。通過將所 述螺旋陣列12包括在所述導管11內(nèi)，可以使用三維掃描和圖像表示。 替代地，所述陣列12的旋轉(zhuǎn)元件24被用在其他換能器中。
所述射束成形器16包括多個通道以用于生成發(fā)射波形和/或用于接 收信號。相對延遲和/或變跡法(apodization)聚焦所述發(fā)射波形或接 收信號以用于形成射束。所述射束成形器16與所迷導線14相連接。所 述射束成形器16選擇一個包括所述陣列12的一個、 一些或所有元件24 的孔徑。在不同的時間可以使用不同的孔徑。通過將所述元件24用于 發(fā)射和/或接收操作并且同時不使用其他元件而形成所述孔徑。所述射 束成形器16可操作用于從由相鄰的各組所述元件24形成的多個孔徑進 行掃描。所述孔徑可以通過規(guī)則的增量或跳躍移動到所述陣列12的不 同部分。
為了進行掃描，所述射束成形器16沿著所述方位角方向電子聚焦。 掃描使用一個孔徑的多條掃描線。在接收操作期間，所述聚焦可以作為
深度的函數(shù)而改變。通過透鏡和/或元件靈敏度提供高度聚焦，或者所 述陣列12不在高度上聚焦。在替代實施例中，所述射束成形器16與在 高度上間隔開的元件相連接，以便在所述高度維度中進行至少部分的電 聚焦和/或操縱。
在所述螺旋幾何結(jié)構(gòu)實施例中，通過從所迷陣列12的不同孔徑進行掃描來掃描不同的平面。所述元件24的旋轉(zhuǎn)將不同孔徑的掃描平面 定位在圍繞所述方位軸的不同旋轉(zhuǎn)量處。所述陣列12的短段平均起來 偏離所述陣列12的任一側(cè)的各段指向不同方向。舉例來說，形成在一 個陣列12上的一個孔徑的前8個元件14在通過64步旋轉(zhuǎn)的64個元件 24上具有32度的總旋轉(zhuǎn)的情況下具有-14度的角度。各包括8個元件 的8個順序孔徑的序列的非共面掃描平面分別處于-10、 -6、 -2、 +2、 +6、 +10和+14的角度下。這8個孔徑限定在高度上間隔開的8個發(fā)散 平面。所述發(fā)散平面彼此相鄰地堆疊(stack),以便掃描所述體積。 不共同使用具有一些或者全部元件24的不同孔徑允許掃描不同的平面 或區(qū)域。
每一個孔徑的尺寸可以受到扭曲量的限制。 一個孔徑內(nèi)的元件24 的可用方向性應當重疊，比如在每一個孔徑的末端處重疊所述元件24 的高度方向性。在高度上間隔開的元件(比如兩行元件)可以利用高度 上的電子輔助操縱而允許較小的扭曲，從而減小射束擴散并且允許更長 的孔徑。
所述圖像處理器18是檢測器、濾波器、處理器、專用集成電路、 現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器、控制處理器、掃描變換器、三維 圖像處理器、圖形處理單元、模擬電路、數(shù)字電路、或其組合。所述圖 像處理器18接收射束成形數(shù)據(jù)并且在所述顯示器20上生成圖像。所迷 圖像與二維掃描相關聯(lián)。
替代地或附加地，所述圖像是三維表示。通過掃描來采集代表體積 的數(shù)據(jù)。所述處理器18根據(jù)由所述射束成形器進行的掃描而生成三維 數(shù)椐集。所述三維數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)可以被內(nèi)插到 一個笛卡爾柵格中或者被 保持掃描格式。被用于掃描的平面的相對位置可以是已知的，或者可以 基于孔徑位置和相應元件24的旋轉(zhuǎn)來假定。可以使用任何再現(xiàn) (rendering),比如投影、體積和/或表面再現(xiàn)。所述處理器18從代表 所迷體積的數(shù)椐生成所述三維表示。
可以利用具有螺旋幾何結(jié)構(gòu)的陣列12獲得體積掃描。通過使用所 述陣列12的發(fā)射面22的扭曲，可以掃描一個體積內(nèi)的不同平面。所迷 平面在高度維度中被間隔開，比如從所迷陣列12以不同旋轉(zhuǎn)量延伸。 通過在方位角上進行電操縱，所述掃描可以在所述方位角范圍維度中覆 蓋類似的區(qū)域或者具有類似的限度(extent)。替代地，所述陣列12是彎曲的或者平坦的而沒有扭曲?？梢酝ㄟ^移動所述陣列12和/或所述 導管12來掃描一個體積。在其他實施例中，多維陣列12或者具有凹面 或凸面元件的陣列分別允許進行電子或頻率操縱以便掃描一個體積。
圖3示出利用聲陣列進行掃描的方法。所述方法使用圖l和/或圖2 的系統(tǒng)10和/或陣列12,或者使用不同的陣列和/或系統(tǒng)?？梢蕴峁└?加的、不同的或更少的醫(yī)學(act)。舉例來說，可以使用代表一個體 積的數(shù)據(jù)而不在步驟50中生成三維表示。所述步驟按照所示出的順序 被執(zhí)行，但是也可以按照其他順序來執(zhí)行。
在步驟40中，圍繞所述陣列的縱軸(即方位軸)扭曲所述陣列的 元件。所述陣列被扭曲成圍繞所迷縱軸的螺旋。所述扭曲是通過以下步 驟來執(zhí)行的旋轉(zhuǎn)所述陣列的末端、在所述扭曲位置處形成所述陣列以 及/或者旋轉(zhuǎn)所述陣列的元件或元件組。舉例來說，所述陣列被形成為 具有復合元件和截口的線性陣列。所述背襯材料是柔性的或可變形的。 所述線性陣列被扭曲任何量。所述匹配層和/或電極(例如柔性電路材 料)可以具有足夠的彈性或者可以是柔性的，以避免由于扭曲而導致剝 離。
通過框架、殼體、硬化的環(huán)氧樹脂、導絲、其他結(jié)構(gòu)、或其組合將 所述扭曲陣列保持在適當位置。舉例來說，將所述陣列強加到一個螺絲 或螺旋工具中。將環(huán)氧樹脂施加到所述陣列上，比如施加在所述陣列的 背面的柔性電路折疊之間。在所述環(huán)氧樹脂硬化之后，所述環(huán)氧樹脂將 所述陣列保持在所述螺旋中。作為另一個例子，將所述陣列與記憶金屬 相連接。當所述陣列被加熱時，所述記憶金屬扭曲所述陣列，并且即使 在冷卻之后仍然保持扭曲位置。在另一個例子中，導管或其他探頭主體 被強制穿過一個心軸從而形成扭曲，或者包括扭曲框架。將所迷陣列放 置在所述主體內(nèi)扭曲并保持所述陣列。在一個實施例中， 一個平坦陣列 在用于體積掃描時被扭曲，并且在用于高分辨率掃描時變平。舉例來說， 通過相對于導管主體扭曲連線、記憶合金或者通過使扭曲射束強制穿過 所述背襯材料中的引導來提供在使用期間的扭曲調(diào)節(jié)。
在步驟42中，在所述元件陣列上形成孔徑。所述孔徑是所有所迷 元件或者所述元件的子集?？梢允褂萌魏纬叽绲目讖?。所述孔徑包括連 續(xù)相鄰的元件或者是稀疏的。通過將導線和相關聯(lián)的元件連接到所述射 束成形器而形成所迷孔徑。被用于在給定的發(fā)射和接收事件期間進行發(fā)射和/或接收的元件限定所述孔徑。對于發(fā)射和接收可以使用不同的孔徑。
在步驟44中，利用所述孔徑掃描平面。通過使用電子聚焦，利用 所述孔徑的元件形成發(fā)射和接收射束。通過改變所述聚焦，可以利用所 述孔徑順序地掃描平面區(qū)域。對于每一個事件，可以形成單個或多個射 束以用于發(fā)射和/或接收操作?？梢允褂闷矫娌?、發(fā)散波前或者未聚焦 發(fā)射。對于發(fā)射和接收操作可以使用不同的孔徑。由于所述孔徑內(nèi)的元 件的扭曲，所掃描的平面可包括空間位置的扭曲或失真。響應于利用所 述孔徑的發(fā)射和接收，采集代表所掃描的區(qū)域的數(shù)據(jù)。所述元件的旋轉(zhuǎn) 導致代表在特定高度旋轉(zhuǎn)下所述區(qū)域的所采集數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，所述掃描是從導管進行的。所述掃描可以是從其 他換能器探頭、比如手持式探頭或TEE探頭進行的。
圖4和5示出具有相應孔徑52、 54、 56的在螺旋模式中的所述陣 列12。對于所述孔徑52、 54、 56中的每一個，相應的通常是平面的掃 描區(qū)域58、 60、 62分別被掃描。所述掃描區(qū)域58、 60、 62在所述高度 維度中彼此偏離，并且與圍繞所述方位軸32的不同旋轉(zhuǎn)量相關聯(lián)。所 述平面沿著一個基本上與所述平面正交的維度(例如所述高度維度)彼 此相鄰。每一個掃描區(qū)域的縱向(方向角)和深度(范圍)限度是類似 的、重疊的或者不同的。每一個平面的高度角度不同，比如從一個公共 軸發(fā)散，所述公共軸也是所述陣列的旋轉(zhuǎn)軸。所述平面的相交不在所掃 描的體積內(nèi)，而是在所述陣列的表面上或者在其后面。在其他實施例中， 所述掃描平面可以在所述陣列表面的上方相交。步驟42和44對應于選 擇孔徑以及掃描與所述孔徑相關聯(lián)的區(qū)域。
在步驟46和48中形成另一個孔徑并且掃描相關聯(lián)的區(qū)域。通過選 擇不同的孔徑，掃描不同的平面。所述平面的位置對應于與所述元件相 關聯(lián)的扭曲角度，該扭曲角度與針對其他孔徑的扭曲角度不同?？梢孕?成其他孔徑以用于掃描其他區(qū)域或平面。如圖4和5中所示，所述平面 被間隔開，但是在方位角和范圍上重疊。在其他實施例中沒有提供方位 角和/或范圍上的重疊。
在步驟50中生成三維表示。對得自所述掃描的數(shù)據(jù)進行格式化以 用于再現(xiàn)。舉例來說，所述數(shù)椐被內(nèi)插到均等間隔的三維柵格中。作為 另一個例子，每一個平面或掃描的數(shù)據(jù)被掃描變換為二維數(shù)據(jù)集。提供數(shù)據(jù)集以用于再現(xiàn)。在另一個例子中， 所述數(shù)據(jù)被保持采集格式，比如極坐標格式。已知的平面位置、樣本深 度以及掃描線位置提供每一數(shù)據(jù)的相對空間定位信息。
所述數(shù)據(jù)或相關聯(lián)的空間位置可以被巻曲或調(diào)節(jié)，以便考慮到由于 每一個孔徑的扭曲而導致的平面偏斜。由于被用來采集數(shù)據(jù)的所述掃描 區(qū)域或平面可能由于靈敏度根據(jù)掃描線位置的扭曲或變化而發(fā)生彎曲， 因此所述數(shù)據(jù)可以在幅度上被增大或減小?？梢栽谄矫嬷g使用內(nèi)插來 考慮空間偏移?？梢允褂闷渌麕喦蛘{(diào)節(jié)。
根據(jù)來自所述掃描的數(shù)據(jù)來再現(xiàn)所述三維表示。所述掃描平面的相 對位置被用來格式化所述數(shù)據(jù)以及/或者進行再現(xiàn)?？梢允褂萌魏维F(xiàn)在 已知的或以后開發(fā)的再現(xiàn)。舉例來說，使用基于視圖的發(fā)散線或者沿著 觀察方向的平行線，提供投影再現(xiàn)?？梢允褂米钚≈?、最大值、閾值以 上的第一值、平均值、OC混合或其他投影技術?？梢允褂帽砻嬖佻F(xiàn)?？?以應用不透明、陰影或其他再現(xiàn)細化。
所述再現(xiàn)的結(jié)果是來自給定觀察方向的三維表示?？梢岳孟嗤?數(shù)據(jù)集從另一個觀察方向執(zhí)行所述再現(xiàn)。對于實時成像，所述觀察方向 可以針對隨后采集的數(shù)據(jù)集發(fā)生改變?？梢蕴峁崟r三維成像。所述三
維表示是超聲圖像。所迷數(shù)據(jù)是B模式、強度、多普勒模式、速度、能 量、諧波模式、造影劑、或其組合，或者是其他類型的超聲數(shù)據(jù)。
利用所述三維表示，可以觀察與所述陣列相鄰的組織結(jié)構(gòu)。在所述 導管或TEE實施例中，可以從另一個腔室或者相同的腔室觀察一個腔室 的組織結(jié)構(gòu)。在給定孔徑間距的情況下，附近的視圖可以提供更少的體 積信息以用于再現(xiàn)。為了更高的分辨率，所述陣列可以被定位成稍稍遠 離待掃描的區(qū)域。所述陣列可以被旋轉(zhuǎn)，以便進一步增大體積視場。
作為對三維成像的補充或替代，通過掃描單個平面或區(qū)域而生成二 維圖像。在所述陣列繼續(xù)扭曲的情況下，所述孔徑可以被限制以掃描單 個平面。替代地，對扭曲平面或區(qū)域內(nèi)的不同掃描線使用不同的孔徑。 在其他實施例中，所述陣列的大部分不發(fā)生扭曲，因此該部分被用于二 維成像。在其他實施例中，所述陣列可以在扭曲位置與未扭曲位置之間 轉(zhuǎn)變。所述陣列被置于所述未扭曲位置中以用于二維成像。
在某些實施例中，記憶合金提供所述扭曲、旋轉(zhuǎn)或陣列幾何結(jié)構(gòu)。 圖6示出用于利用記憶合金來制造聲陣列以及利用所述聲陣列進行掃描的方法。所述方法使用圖2的系統(tǒng)，圖1、 7-8或.10的陣列，或者使 用不同的陣列和/或系統(tǒng)。可以提供附加的、不同的或者更少的步驟。 舉例來說，不在步驟74中固定所述幾何結(jié)構(gòu)，不在步驟76中封閉所述 陣列，以及/或者不在步驟78中使用所述陣列。
在步驟70中，將所述陣列的多個超聲元件與記憶合金相連接。所 述連接可以是夾緊或者定位在夾具中。在另一個實施例中，通過比如利 用在室溫或更高溫度(例如50攝氏度)下硬化的環(huán)氧樹脂進行粘結(jié)將 所述元件連接到所述記憶合金。舉例來說，將記憶合金與陣列以及用于 超聲換能器的其他換能器層(例如背襯、具有跡線的柔性電路、接地平 面以及/或者匹配層)堆疊。所述堆疊被擠壓并硬化。
所述記憶合金直接與所述陣列相連接或者通過一個或多個其他組 件與所述陣列相連接。舉例來說，所述記憶合金與包括匹配層、換能器
材料和背襯塊的陣列堆疊。諸如柔性電路的導線在所迷換能器材料與所 述背襯塊之間延伸。多余的柔性電路材料被定位在所述背襯塊的后面。 所述合金被直接堆疊在所述背襯塊上，或者被堆疊在所述背襯塊后面的 所述多余的柔性電路材料上。
圖7示出通過背襯材料26以及一層或多層導線84、比如擠壓在一 起的柔性電路材料的"Z"形(accordioned)堆疊與陣列12相連接的 記憶合金86的一個實施例。所述陣列12是具有或沒有任何匹配層和導 線的換能器材料堆疊。在其他實施例中，所述陣列12僅僅是換能器材 料。所述合金86位于所迷陣列12的下方，位于所述背襯材料26的下 方，并且位于所述導線84的下方。所述導線84從所述陣列12 (例如在 所述換能器材料與所述背村之間)延伸到所述背襯26的后面。封閉罩 88封閉元件24的陣列12。所述層通過粘結(jié)相連接。所述封閉罩88與 所述陣列12的堆疊相連接、安放在所述陣列12的堆疊上或者圍繞所述 陣列12的堆疊并且與之間隔開。
圖8示出與圖7類似的互連堆疊，但是在所述背襯26與所述導線 84之間具有所述記憶合金86?？梢允褂闷渌O置。
圖10示出作為桿或管而不是作為圖7和8的薄片或板的所述記憶 合金86。可以使用沿著任何維度的其他形狀和限度。在一個替代實施例 中，所述桿在與所述陣列相鄰的側(cè)面是平坦的，但是在底面(即遠離所 述陣列U的側(cè)面)是圓柱形的。與所述背襯26相鄰的橫截面積被最大化。
圖11示出在熱激活之前作為比如與圖7和8中所示出的記憶合金 86相關聯(lián)的平板結(jié)構(gòu)的所述記憶合金86。
在圖6的步驟72中，所述陣列的幾何結(jié)構(gòu)被改變。所述記憶合金 在包括所述陣列的換能器探頭的制造過程中改變所述幾何結(jié)構(gòu)。所述合 金將所述陣列改變到所期望的幾何結(jié)構(gòu)。任何幾何結(jié)構(gòu)都可以被所述記 憶合金所記憶。舉例來說，所期望的幾何結(jié)構(gòu)是平坦的或平面的。作為 另一個例子，所期望的幾何結(jié)構(gòu)是沿著一個或多個維度彎曲的(例如沿 著方位角維度彎曲而不沿著高度維度彎曲)。在另一個實施例中，所期 望的幾何結(jié)構(gòu)是所迷陣列的發(fā)射面的螺旋形狀。
所述改變在制造期間發(fā)生。舉例來說，所述改變在將所述陣列連接 到所述記憶合金之后發(fā)生，但是在將完成的陣列運送給顧客之前發(fā)生。 作為另一個例子，所述改變由于將所述記憶合金連接到所述陣列而發(fā) 生。所述陣列被改變，從而與所述記憶合金相連接。在一個實施例中， 所述陣列在連接之后并且在將所述陣列封閉在殼體內(nèi)之前或者期間被 所述記憶合金改變。
在一個實施例中，利用超彈性合金將所迷陣列改變回到所期望的幾 何結(jié)構(gòu)。舉例來說，所述陣列由于制造期間的處理而被扭曲、彎曲、巻 曲或移位。所述記憶合金保留所期望的幾何結(jié)構(gòu)，從而使所迷陣列變形 回到所期望的幾何結(jié)構(gòu)。超彈性合金薄片、連線或其他形狀被固定到所 述超聲陣列12,如圖7 - 8和10中所示出的那樣。所述超彈性合金86 保持所述聲陣列12的平面或其他所期望的幾何表面。在某些超聲導管 或TEE應用中，所述陣列12的背襯塊和/或其他材料可能由于尺寸約束 而是薄的。相應地，與以其他方式所能夠提供的相比，所述換能器堆疊 的維度穩(wěn)定性較低。可能期望更多數(shù)目的元件，從而增大所迷陣列的橫 向(例如方位角和/或高度)限度。所迷增大的橫向限度可以允許更加 容易變形的陣列12。所述陣列在正常制造期間的任何多余的變形都被所 述超彈性合金組件反轉(zhuǎn)給所述聲陣列。
替代地通過形狀記憶合金來提供所述反轉(zhuǎn)。不是自動返回到所期望 的幾何結(jié)構(gòu)，而是所述記憶合金的溫度或其他轉(zhuǎn)變將所迷陣列12返回 或改變到所期望的幾何結(jié)構(gòu)。
圖9示出用以改變陣列的幾何結(jié)構(gòu)的超彈性合金的另一種用途。夾具包括超彈性合金桿102。舉例來說，兩個超彈性桿102附著到由相同 或不同材料制成的兩個端套100。所述超彈性桿102被彎曲以便將所述 陣列12插入到所述兩個端套100中。所述超彈性桿102隨后由于記憶 伸直或者以不同方式彎曲，并且迫使所述陣列12呈現(xiàn)所期望的幾何結(jié) 構(gòu)。
在一個實施例中，所述陣列12通過所迷記憶合金86從一種形狀祐_ 改變到另一種形狀。所述記憶合金86被強制轉(zhuǎn)變到不同于先前狀態(tài)的 記憶狀態(tài)。
熱量或者其他轉(zhuǎn)變能量使所述合金改變所述陣列的幾何結(jié)構(gòu)。舉例 來說，對諸如鎳鈦諾的形狀記憶合金進行加熱。所述熱量從外部被施加 到所述換能器堆疊和/或換能器探頭。舉例來說，被施加來進行塑料焊 接或者在所述換能器堆疊周圍形成殼體的熱量還導致所述記憶合金86 轉(zhuǎn)變到不同的幾何結(jié)構(gòu)。替代地，可以在內(nèi)部對換能器探頭加熱，比如 通過處于所述換能器殼體內(nèi)的并且與所述記憶合金86相鄰的加熱元件 進行力口熱。
在一種示例改變中，所述記憶合金86在改變之前具有基本上平面 的形狀，并且改變到彎曲的或螺旋的形狀。圖11示出(在粘結(jié)到所述 陣列之前)具有基本上平坦的幾何結(jié)構(gòu)的記憶合金86薄片。在轉(zhuǎn)變之 后，圖12示出(在所述封閉軍內(nèi)塑料焊接所述陣列之后)具有螺旋形 狀的所述記憶合金86。所述陣列12的元件24被圍繞所迷陣列的縱軸(即 方位軸)扭曲。所述陣列12被扭曲成圍繞所述縱軸的螺旋。所述扭曲 提供所述陣列的末端的旋轉(zhuǎn)以及/或者所述陣列的元件或元件組的旋 轉(zhuǎn)。舉例來說，所述陣列被形成為具有復合元件和截口的線性陣列。所 述截口可以延伸或者可以不延伸到所述記憶合金86中，或者可以在將 所迷陣列12連接到所述記憶合金86之前被形成。
所述線性陣列可以被扭曲任何量。所述匹配層和/或電極( 例如柔 性電路材料)可以具有足夠的彈性或者可以是柔性的以避免由于扭曲而 剝離。所述背襯塊是柔性的，比如是具有或沒有填充物的硅樹脂和/或 環(huán)氧樹脂。所迷背襯可以是其他材料，并且/或者可以使其變薄以便具 有柔性(例如0. 05 - 0. 02英寸厚)。
被固定到超聲陣列12的背面的形狀記憶合金薄片、連線或其他形 狀改變所述陣列12的幾何結(jié)構(gòu)。舉例來說，圖10示出通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)到所述背襯材料26的背面的形狀記憶桿86。對于后續(xù)的導管或TEE 制造，執(zhí)行塑料焊接或其他加熱。舉例來說，圍繞所述換能器堆疊收縮 或焊接具有或沒有粘合劑(PSA)的PET薄片。作為另一個例子，通過 加熱，形成所述導管的Pebax外部殼體封閉所述換能器堆疊。在塑料焊 接或其他加熱步驟中，所迷形狀記憶合金86回復到原始的或所記憶的 形狀，比如圖12的螺旋形狀。在圖10的例子中，所述桿發(fā)生扭曲。由 于所迷加熱，所迷陣列12的熱塑性覆蓋物88足夠軟，從而所述陣列12 可以呈現(xiàn)由所述形狀憶合金86所限定的幾何結(jié)構(gòu)。利用矩形的未扭曲 腔管可以更容易制造導管的尖端(封閉罩)。如果所述陣列在插入之前 被扭曲，則可以使用扭曲的矩形尖端腔管以將所述陣列插入到所述尖端 中。
在另一個實施例中，所述形狀記憶合金86提供框架，正如圖9中 所示出的那樣?？梢詾榱诉M一步穩(wěn)定而提供夾具與堆疊的組合。舉例來 說，將鎳鈦諾薄片堆疊在所述換能器堆疊中。所述薄片的薄壁向上彎曲， 以便覆蓋所述換能器堆疊的一部分或一整個側(cè)面或多個側(cè)面。所述側(cè)壁 以與堆疊部分不同的方式變形，從而提供鎳鈦諾圓柱或夾具。由于附加 的穩(wěn)定性在所述堆疊中可以使用更薄的鎳鈦諾，從而最小化所述換能器 堆疊的尺寸。
對于形狀記憶合金，所述變形在所期望的溫度下發(fā)生?？梢允褂酶?于室溫和/或可能高于體溫的任何溫度。舉例來說，所述記憶合金86不 在50攝氏度以下轉(zhuǎn)變。所述堆疊在50攝氏度或以下粘結(jié)。所述轉(zhuǎn)變溫 度低于另一個制造溫度，比如低于所述塑料焊接溫度。在低硬度計Pebax 的情況下，所迷變形發(fā)生在低于140攝氏度的溫度下?？梢允褂闷渌麥?度。可以使用單獨的加熱。舉例來說，所述轉(zhuǎn)變不在塑料焊接期間發(fā)生， 而是在僅僅針對轉(zhuǎn)變而被施加的或者針對用以形成所述換能器探頭的 其他目的而被施加的另一個溫度下發(fā)生。
在步驟74中，所述陣列12的幾何結(jié)構(gòu)在所述改變之后被固定。所 述改變在制造期間設置所期望的幾何結(jié)構(gòu)。所述幾何結(jié)構(gòu)對于所有后續(xù) 使用保持相同。舉例來說，如圖2中所示，所述陣列12被用在導管11 中。在制造期間固定所述幾何結(jié)構(gòu)之后，所述陣列12對于運送、準備 掃描、插入到患者體內(nèi)以及/或者掃描都保持相同的幾何結(jié)構(gòu)。可能會 發(fā)生由于應力或張力而導致的幾何結(jié)構(gòu)改變，但是不提供有意的幾何結(jié)構(gòu)改變。在替代實施例中，所述陣列的幾何結(jié)構(gòu)隨后被改變。舉例來說， 在制造期間保持或提供所期望的形狀。提供結(jié)構(gòu)、鉸鏈、其他記憶合金 或其他設備以用于在使用期間改變所述幾何結(jié)構(gòu)(例如從平坦或螺旋幾 何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變或者相反的情況)。
通過框架、殼體、硬化的環(huán)氧樹脂、導絲、其他結(jié)構(gòu)、所述記憶合
金86、或其組合將所述陣列12的幾何結(jié)構(gòu)保持在適當位置。舉例來說， 所述記憶合金86改變所述陣列12的形狀?？梢韵蛩龆询B中添加材料 并且將所迷材料與所述陣列12或其他材料粘結(jié)，以便將所迷陣列12保 持在所期望的幾何結(jié)構(gòu)中。隨后可以利用粘合劑將所述陣列12固定在 適當位置并且去除所述夾具。替代地，所述夾具可以保留在原處，這是 因為所迷夾具完全處在聲徑的外部。
所述記憶合金86保持在所述堆疊中或者被去除。舉例來說，所述 記憶合金86處在所述陣列12的發(fā)射面?zhèn)取⑺詺んw88的粘結(jié)、所 述換能器堆疊的粘結(jié)或者粘結(jié)到所述換能器堆疊的附加材料添加到所 述陣列12的期望位置處。通過脫粘或研磨去除所述記憶合金86。替代 地，所迷記憶合金86充當匹配層或者被定位在所述陣列12的后面。
在步驟76中，通過殼體88封閉所述陣列12。通過諸如電絕緣材料 薄膜之類的保護性材料封閉所述陣列12。在一個實施例中，所述陣列 12被封閉在換能器探頭殼體、比如用于手持使用的塑料殼體內(nèi)。所述陣 列12可以被封閉在導管、TEE或者其他殼體內(nèi)。所述封閉罩是蛤殼式殼 體、熱縮塑料包或者其他殼體。舉例來說，塑料焊接圍繞所述陣列12 的至少一部分封閉熱塑性塑料?？梢栽谒鰵んw88與所述陣列12之間 提供環(huán)氧樹脂或其他粘結(jié)劑?？梢允褂枚鄬託んw材料，比如一層用于電 絕緣，另一層用于所述探頭的外表面。
在步驟78中，在沒有幾何結(jié)構(gòu)改變的情況下使用所述陣列12?？?以使用線性、扇區(qū)、Vector(g)或其他超聲掃描格式。在一個實施例中， 所述陣列12具有螺旋幾何結(jié)構(gòu)。所述陣列12的元件24被用來順序地 提供不同的成像平面位置。來自所述陣列的一部分的成像平面將面對不 同于該陣列的另一部分的方向。所述陣列12具有固定位置，但是可以 在掃描期間被改變或者針對掃描被改變。
可以使用任何現(xiàn)在已知的或者以后開發(fā)的記憶合金。舉例來說，使 用形狀記憶合金，比如鎳鈦諾。所迷形狀記憶合金具有當前形狀和所記住的形狀。在施加諸如熱量之類的能量時，所述形狀記憶合金從當前形
狀返回到所記住的形狀。所述轉(zhuǎn)變改變所述陣列12的發(fā)射面22。舉例 來說，所述發(fā)射面22從基本上平面的幾何結(jié)構(gòu)被改變到固定的非平面 的幾何結(jié)構(gòu)。
另一種示例記憶合金86是超彈性合金。超彈性合金可以被彎曲、 扭曲或者以其他方式^皮改變，但是可以返回所記住的形狀或幾何結(jié)構(gòu)。 舉例來說，所述超彈性合金在任何失真之后使所述陣列12的發(fā)射面22 返回到所期望的幾何結(jié)構(gòu)。所述所期望的幾何結(jié)構(gòu)可以在制造完成時被 固定。
所迷記憶合金86可以以任何方式與所述陣列12相連接，以便提供 所期望的影響。舉例來說，所述記憶合金86如圖7-8和10中所示沿 著范圍維度與所述陣列12堆疊。所述范圍維度在給定位置處基本上與 所述發(fā)射面22正交。所述記憶合金86薄片具有與所述陣列12基本上 相同的方向角和高度限度，但是可以更小或更大。作為另一個例子，所 述記憶合金86是框架的一部分，正如圖9中所示。
所述元件24通過所述記憶合金86被保持在適當位置或者被改變以 返回到所期望的幾何結(jié)構(gòu)。在制造期間，可以添加附加材料以便將所述 元件24保持在由所述記憶合金86所建立的幾何結(jié)構(gòu)下。所述附加材料、 所述記憶合金86或者二者固定所迷位置，比如永久性地固定，以供以 后使用。舉例來說，所述封閉軍88 (例如Pebax)被預先模制，以便在 所述陣列12與柔性連接束84之間進行緊密配合。當所述封閉罩88被 融化時，所述陣列12通過所述合金被扭曲，并且所有開放空間都充滿 來自所述封閉罩88的材料或者被添加在所述封閉罩88內(nèi)的環(huán)氧樹脂。 在硬化時，所述元件24被保持在適當位置。作為另一個例子，框架將 所迷元件24保持在適當位置。在另一個例子中，環(huán)氧樹脂或其他粘結(jié) 劑硬化在一部分或整個陣列12上，從而將所述陣列12保持在適當位置。 可以使用其他材料和相關聯(lián)的結(jié)構(gòu)。對于所迷導管實施例，所迷導管11 的主體可以扭曲或旋轉(zhuǎn)以避免與所述旋轉(zhuǎn)元件24發(fā)生干擾、將所述旋 轉(zhuǎn)元件24保持在適當位置或者幫助將所述旋轉(zhuǎn)元件24保持在適當位 置。
所述背襯塊材料、電極、地平面和/或匹配層都是可變形的，從而 允許隨所述元件24扭曲。舉例來說，在不進一步改變制造工藝的情況下，通常被用作線性陣列的陣列12可以被扭曲。替代地，可以在改變 之后形成這些層中的一個或多個以避免變形。
在一個實施例中，柔性電路駐留在所述背襯塊與PZT之間。所述柔 性電路圍繞所述背襯塊的側(cè)面彎曲，并且(以"Z"形方式)被折疊在 背襯塊的后面。在所迷柔性連接束("Z"形)84內(nèi)，所述柔性電路被 連接到在所述射束成形器16與所述陣列12之間傳送信號的導線束14。 在一種變型中，所述柔性連接束14駐留在所述背襯塊與所迷合金86之 間(見圖7)。在另一種變型中，所述合金86被定位在所迷背襯塊與所 述柔性連接束14之間(見圖8 )。
可以提供具有幾何結(jié)構(gòu)不同的陣列的換能器。舉例來說，不同的元 件組被以不同方式扭曲或旋轉(zhuǎn)。所述不同元件可以;波此相鄰。舉例來說， 兩個或更多陣列可以基本上平行?；旧峡梢钥紤]一個或更多陣列的非 線性軸以及/或者由沿著所述陣列的軸的陣列旋轉(zhuǎn)的差異所導致的其他 差異。所述陣列被對準，以便允許掃描更大的平面范圍或者更大的體積。 一個陣列可以掃描一個21度場，另一個陣列可以掃描一個不同的21度 場，以便對體積掃描42度?？梢蕴峁┢渌秶?。
圖13示出用于具有不同幾何結(jié)構(gòu)的四個基本上平行的陣列的形狀 記憶合金?？梢允褂酶倩蚋嚓嚵?。在圖13的實施例中，每隔一個 陣列在相同方向上被旋轉(zhuǎn)，使得兩個陣列與另外兩個陣列相反地旋轉(zhuǎn)。 每一個陣列與相鄰陣列相反地旋轉(zhuǎn)。對于每一個陣列可以使用相同的旋
轉(zhuǎn)量或不同的旋轉(zhuǎn)量。所有陣列都可以在相同方向上被旋轉(zhuǎn)。對于每一 個陣列提供相同或不同的陣列結(jié)構(gòu)，比如按照每一旋轉(zhuǎn)增量、元件數(shù)目、 陣列長度、元件類型或者元件尺寸的元件分組。
所述陣列彼此相鄰。如圖13中所示，所述陣列和/或所述記憶合金 可以被連接。舉例來說，所述形狀記憶合金被連接在二中選一的陣列末 端，從而提供所述陣列的剛性相對定位。在所連接的陣列上，所連接的
在所連接的末端處的所述發(fā)射面可以旨在使掃描區(qū)域重疊(例如朝向彼 此成角度的發(fā)射面)或者旨在進一步分離所掃描的區(qū)域(例如被遠離彼 此對準的發(fā)射面)。重疊可以允許進行基于數(shù)椐的相關配準或者確認所 述陣列的適當相對定位。替代地，所述陣列中的一個或更多可以與所述 陣列中的其他陣列間隔開。所述陣列成角度，以便在有重疊或者沒有重疊的情況下掃描不同區(qū)
域。相對位置和陣列幾何結(jié)構(gòu)限定將要掃描的不同區(qū)域，如在圖4和5 中針對一個陣列所示出的那樣。另外的一個或多個陣列可以被用于相同 類型的掃描，但是在不同的相對位置處進行掃描。在一個實施例中，四 個陣列覆蓋大約84度，其中每一個陣列覆蓋21度。每一個陣列的覆蓋 范圍是基于沿著該陣列的孔徑選擇。
在替代實施例中，所迷陣列是非平行的，比如利用一般正交的軸械* 定位?？梢蕴峁﹥蓚€或更多扭曲陣列的任何設置。
在制造所述陣列的過程中，所迷記憶合金是平坦的。所迷記憶合金 可以包括(至少部分地)分離不同陣列的切口。替^(戈地，所述合金在陣 列制造期間被剪切。陣列之間的元件切割可以遍及所述背襯塊的全部或 大部分。 一旦所述陣列被切割，所述記憶合金就可以將所迷陣列扭曲到 所期望的幾何結(jié)構(gòu)。所迷陣列中的一個或更多個可以是未扭曲的。在圖 13的實施例中，第一和第三陣列具有右手扭曲，而第二和第四陣列具有 左手扭曲。
對于彼此相鄰的兩個陣列，可以將所述柔性電路或?qū)Ь€路由到每一 個陣列遠離其他陣列的所暴露出來的側(cè)面。對于三個或更多相鄰陣列， 一個或更多陣列可以具有靠近或靠著另 一個陣列的兩個側(cè)面?？梢允褂?共享的柔性電路。在所迷柔性電路的一個側(cè)面上無法提供用于來自兩個 陣列的跡線的足夠空間的情況下，可以使用多層柔性電路。舉例來說， 來自 一個陣列的跡線在所述柔性材料的一側(cè)被路由。所述柔性材料與多
個陣列相接觸。另一個陣列的跡線被路由到所述柔性材料的另一側(cè)?？?以使用其他信號路由。
雖然在上面參照各實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解的是，在不 偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出許多改變和修改。因此，前面的詳 細描述應當被視為說明性的而非限制性的，并且應當理解的是，隨后的 權利要求(包括所有等效表迷)是用來限定本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1、一種用于聲學換能器的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)(10)包括第一陣列(12)的第一多個第一元件(24)，限定所述第一陣列(12)的第一發(fā)射面(22)，所述第一元件(24)沿著方位軸間隔開，所述第一陣列(12)的一些第一元件(24)以相對于其他第一元件(24)扭曲的關系圍繞所述方位軸被旋轉(zhuǎn)，所述第一發(fā)射面(22)基于所述旋轉(zhuǎn)在不同方向上成角度；第二陣列(12)的第二多個第二元件(24)，限定所述第二陣列(12)的第二發(fā)射面(22)，所述第二元件(24)沿著方位軸間隔開，所述第二陣列(12)的一些第二元件(24)以相對于其他第二元件(24)扭曲的關系圍繞所述方位軸被旋轉(zhuǎn)，所述第二發(fā)射面(22)基于所述旋轉(zhuǎn)在不同方向上成角度；以及與相應的第一和第二元件(24)連接的電導線(14)。
2、 權利要求1的系統(tǒng)(10)，其中所迷第一元件(24)以第一螺 旋模式圍繞所述方位軸被旋轉(zhuǎn)，并且其中所述發(fā)射面(22)基于所述旋 轉(zhuǎn)被扭曲，并且其中所述第二元件(24)以第二螺旋模式圍繞所述方位 軸被旋轉(zhuǎn)，并且其中所述發(fā)射面(22)基于所述旋轉(zhuǎn)被扭曲。
3、 權利要求1的系統(tǒng)(10)，其中處于所述第一陣列(12)的相 對末端的元件(24)圍繞所述方位軸被相對于彼此旋轉(zhuǎn)至少10度，第 一發(fā)射面(22)也圍繞所述方位軸被旋轉(zhuǎn)至少10度。
4、 權利要求1的系統(tǒng)(10)，其中所述第一多個第一元件包括沿 著所述方位軸的至少50個第一元件(24)，所述第一元件(24)中的 每一個相對于至少一個相鄰元件(24)被旋轉(zhuǎn)。
5、 權利要求l的系統(tǒng)(10),其中用于所述第一和第二元件(24) 中的每一個的所述導線(14)能夠作為單個陣列(12)被尋址。
6、 權利要求1的系統(tǒng)U0),還包括記憶合金(86)，可搡作用于將所述第一和第二元件(24)保持在旋轉(zhuǎn)位置處。
7、 權利要求1的系統(tǒng)(10),還包括 經(jīng)食道探頭(11 );其中所述笫一和第二陣列(12)被定位在所述探頭(11)內(nèi)，其中 所述第一和第二元件(24)處于旋轉(zhuǎn)位置中。
8、 權利要求1的系統(tǒng)(10),還包括與所述導線(14)連接的射束成形器(16),所述射束成形器(16) 可操作用于從由所述第一和第二元件(24)的相鄰組形成的多個孔徑進 行掃描；以及處理器(18)，可操作用于根據(jù)由所述射束成形器(16)進行的掃 描生成三維數(shù)據(jù)集。
9、 權利要求1的系統(tǒng)(10),其中所迷第一和第二陣列(12)分 別連接相鄰的第 一和第二末端，并且在相反的方向上被旋轉(zhuǎn)。
10、 權利要求9的系統(tǒng)(10),還包括與所迷第一和第二陣列U2)連接的第三和第四陣列(12),所述 第三和第四陣列(12)以扭曲的關系被旋轉(zhuǎn)，所述第一、第二、第三和 第四陣列U2)在與所述第一、第二、第三和第四陣列(l2)中的相鄰 陣列相反的方向上# 旋轉(zhuǎn)。
11、 在具有元件(24)的醫(yī)學超聲換能器中，改進包括 將所述元件(24)設置在至少兩個螺旋中，使得沿著所述至少兩個螺旋中的每一個的方位軸間隔開的每組至少一個元件(24)的不同組可 操作用于掃描在高度上堆疊的并且具有類似的方位角限度的不同平面 區(qū)域(58， 60, 62 ),并且使得使用所述至少兩個碌旋中的不同螺旋來 掃描所述平面區(qū)域中的不同平面區(qū)域。
12、 權利要求U的改進，其中每一個螺旋的所述元件(24)限定 所述換能器的發(fā)射面(22)，每一個發(fā)射面(22)基于所述螺旋在不同 方向上成角度。
13、 權利要求U的改進，其中處于所述換能器的每一個螺旋的相 對末端的元件(24)圍繞所述方位軸被相對于彼此旋轉(zhuǎn)至少10度。
14、 權利要求11的改進，其中所述元件(24)中的每一個具有基 本上為波長或者更小的方向角間距；并且還包括可操作用于將所述元件(24)定位在所述螺旋中的記憶合金 (86)。
15、 權利要求14的改進，其中所述螺旋是具有支撐兩個螺旋的單 片記憶合金(86)的基本上平行的陣列(12)。
16、 權利要求U的改進，其中所述換能器包括經(jīng)食道換能器。
17、 權利要求11的改進，其中所述至少兩個螺旋包括至少三個螺旋。
18、 一種用于利用聲學換能器進行掃描的方法，所述方法包括以下 步驟在第一元件(24)陣列(12)上形成(42)第一孔徑(52)，其中 所述第一元件(24)陣列(U)圍繞第一縱軸被扭曲；利用所述笫一孔徑掃描(44)第一平面(58);在所述第一元件(24 )陣列(12 )上形成(46 )不同的第二孔徑(54 )， 其中所述第二孔徑(54)對應于沿著所述第一元件(24)陣列U2)在 方位角上移動所述第一孔徑(52)，所述第一陣列(12)的元件(24) 沿著由圍繞所述第一縱軸被扭曲的元件(2"所限定的同一條線；利用所述第二孔徑(54)掃描(48)不同的第二平面(60)，其中 所述第二平面(60)的位置對應于與所述第一孔徑(52)的元件(") 相關聯(lián)的扭曲角度，該扭曲角度不同于與所述第二孔徑(54)的元件(24) 相關聯(lián)的扭曲角度；對圍繞第二縱軸被扭曲的第二元件(24)陣列(12)重復所述形成 步驟和掃描步驟，其中所述重復針對不同于所述第一和第二平面(58， 60)的第三和第四平面(60);以及根據(jù)來自所述掃描的數(shù)椐以及所述第一、第二、第三和第四平面的 相對位置生成(50)三維表示。
19、 權利要求18的方法，其中所述第二和第四平面分別與所述第 一和第三平面相鄰但是非共面，所述第一、第二、第三和第四平面的掃 描的縱向和深度限度基本上類似。
20、 權利要求18的方法，其中所述掃描步驟(44， 48)包括從經(jīng) 食道探頭(11 )進行掃描。
21、 一種用于制造聲陣列(12)的方法，所述方法包括以下步驟 將所迷陣列U2)的第一和第二多個超聲元件(24)與記憶合金(86)連接；以及在制造包括所述陣列(12)的換能器探頭(11)的過程中，利用所 述記憶合金(86)針對所述第一多個超聲元件和所述第二多個超聲元件 以不同的方式改變所迷陣列(12)的幾何結(jié)構(gòu)。
22、 權利要求21的方法，還包括在所述改變之后針對所有的后續(xù) 使用固定所述第 一和第二多個超聲元件的幾何結(jié)構(gòu)。
23、 權利要求22的方法，其中所迷換能器探頭(n)包括經(jīng)食道探 頭(ll)，并且所迷陣列(12)處于所述經(jīng)食道探頭(11 )內(nèi)，并且其 中固定包括在插入在患者體內(nèi)之前固定。
24、 權利要求21的方法，其中所述記憶合金(86)包括超彈性合金 (86)，所述方法還包括在制造期間使所述幾何結(jié)構(gòu)變形，并且其中改變包括利用所述超彈性合金(86)將所述陣列(12)改變回去。
25、 權利要求21的方法，其中所述記憶合金(86)包括形狀記憶合 金(86)，其中改變包括對所述形狀記憶合金(86)進行加熱。
26、 權利要求21的方法，其中所述記憶合金(86)在改變之前具有 基本上平面的形狀，并且其中改變包括改變到通過所述記憶合金(86) 連接在一起的至少兩個分開的螺旋形狀，所迷記憶合金(86)與所述兩 個分開的螺旋形狀的末端相鄰。
全文摘要
本發(fā)明提供多個扭曲或旋轉(zhuǎn)陣列(12)。舉例來說，記憶合金(86)可以允許在一平坦襯底上制造多行元件(24)。所述合金(86)的記憶被激活來以不同方式扭曲不同行，比如兩個相鄰的基本上平行但是相反地旋轉(zhuǎn)的陣列(12)。通過沿著給定的扭曲選擇不同的孔徑，由于所述孔徑的元件(24)的方向上的差異而掃描不同的平面。通過在不同地旋轉(zhuǎn)的陣列(12)上選擇不同的孔徑，可以掃描(44，48)更大的體積。
文檔編號A61B8/00GK101683275SQ200910176299
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者L·J·加比尼, W·T·韋爾澤 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司