使用换能器元件阵列的超声成像系统和成像方法与流程

本发明涉及使用换能器元件(特别是电容微机械超声换能器(cmut)元件)阵列的超声成像系统。
背景技术：
：当期望在有限的空间中进行成像时，可以使用换能器元件阵列。一个关键示例是血管内超声(ivus)成像。这在介入心脏病学中被广泛用作针对人体内的患病血管(例如，动脉)的诊断工具，以确定处置需求，引导介入和/或评估其有效性。为了执行ivus成像研究，结合有一个或多个超声换能器的ivus导管被传递到血管中并被引导到要成像的区。换能器发射和接收超声能量，以便创建感兴趣血管的图像。超声波被由组织结构(例如，血管壁的各个层)、红细胞和其他感兴趣特征引起的不连续性而被部分反射。来自反射波的回波被换能器接收并被传递到ivus成像系统，该ivus成像系统通过患者接口模块(pim)被连接到ivus导管。成像系统处理接收到的超声信号，以产生设备所位于的血管的横截面图像。当今，通常使用两种类型的ivus导管：旋转式ivus导管和固态ivus导管。对于典型的旋转式ivus导管，一个或多个超声换能器元件被定位在柔性驱动轴杆的末端，该柔性驱动轴杆在被插入到感兴趣血管中的塑料护套内部转弯。换能器元件被定向为使得超声波束大体上垂直于设备的轴线传播。充满流体的护套保护血管组织免受转弯的换能器和驱动轴杆的伤害，同时允许超声信号从换能器传播到组织中并返回。当驱动轴杆旋转时，换能器会被高压脉冲周期性激励，以发射短的超声冲击。然后，同一换能器监听从各种组织结构反射的回波。ivus成像系统根据在换能器旋转一圈期间发生的脉冲/采集循环的序列来组装血管横截面的二维显示。相比之下，固态ivus导管携带超声扫描器组件，该超声扫描器组件包括超声换能器阵列(例如，一维阵列)，其围绕设备的周缘分布并连接到一组换能器控制电路。该阵列及其对应的电路通常被称为导管的成像核心或扫描器。就部件的逻辑配置而言，一维阵列通常可以被描述为具有1×n的元件阵列的“线性阵列”。术语“一维”或“线性”并不意味着实际的物理换能器元件是沿着物理直线布置的。对于传统的图像生成，换能器控制电路可以选择阵列的个体换能器以用于发射超声脉冲并接收回波信号。通过逐步执行发射器-接收器对的序列，固态ivus系统能够合成机械扫描的换能器元件的效果，而无需移动任何部分。由于没有旋转的机械元件，因此能够将换能器阵列放置在与血液和血管组织直接接触的位置，而将血管创伤的风险降至最低。此外，由于没有旋转元件，因此简化了接口。固态扫描器能够通过布线被直接电线连接到成像系统，并且能够通过连接器被连接到患者接口模块或计算系统。固态阵列的限制因素在于需要更多数量的换能器才能获得高频图像。另外，每个换能器元件还需要单独的电路以执行对换能器元件的发射/接收功能。例如，1mm的电容微机械超声换能器(cmut)导管可以包括沿着导管的周缘放置的大约100个cmut换能器元件(每个cmut换能器元件均包括多个并联连接的鼓)，并且这些换能器元件中的每个都需要其自己的发射/接收电路。由于换能器元件及其对应的发射/接收电路的数量增加，高频ivus的成像核心的长度和直径固有地增加，这等同于导管直径的增加和容纳成像核心的导管的远侧部分的柔性降低。结果，传统的ivus导管必须限制其频率以维持实际的大小，从而能够横穿身体的曲折管腔(例如，脉管系统)。wo2016/139065公开了一种cmut超声系统，其中，生成一系列在时间上不同的脉冲，使得根据一系列窄带脉冲生成有效的宽带脉冲回波。us2008/089181公开了一种超声换能器单元，该超声换能器单元具有用于减小dc偏置电压或者消除对dc偏置电压的需要的特定配置。技术实现要素：根据本发明的一个方面的示例，提供了一种超声系统，包括：多个换能器元件，其形成一维阵列；多个第一偏置电压电路，每个偏置电压电路与所述换能器元件的相应的第一集合通信并且被配置为向所述换能器元件的相应的第一集合施加偏置电压；多个第二发射与接收电路，每个发射与接收电路与换能器元件的相应的第二集合通信并且被配置为激发相应的第二集合的所述换能器元件的信号发射或接收；其中，至少一个第一集合的所述换能器元件与至少一个第二集合的所述换能器元件不同，使得所述第二集合的换能器元件中仅部分换能器元件被布置为在由相应的偏置电压电路向所述换能器元件的所述至少一个第一集合施加偏置电压时被相应的发射与接收电路激活。本发明涉及通过减少控制管腔内设备(例如，导管、导丝、探头等)的一个或多个换能器阵列元件的功能所需的电路和布线的量来实现高频管腔内成像(例如，ivus或心内回波描记(ice))的系统和方法。特别地，本发明的各方面提供了对阵列的换能器的选择性分组，所述换能器从偏置电压电路接收偏置电压并且被发射与接收电路(也被称为脉冲器/接收器电路)控制。本发明的选择性分组允许同一发射与接收电路激发一个或多个换能器元件以发射信号，同时激发一个或多个其他换能器元件以接收信号。根据本发明，由于单个发射/接收电路能够驱动多个换能器元件的发射/接收功能，因此需要较少的布线进行换能器互连并且能够减小成像核心的总体大小。结果，本发明的系统和方法实现了更高频率的成像，同时维持了较小的能够例如横穿脉管系统的管腔的设备覆盖范围。提供了一种超声系统(成像核心)，包括：多个换能器元件；多个第一电路，其包括偏置电压电路；以及多个第二电路，其包括发射与接收电路，其中，每个换能器元件适于通过施加偏置电压和被发射与接收电路控制而被激活以进行发射或接收，其中，每个偏置电压电路都被连接到换能器元件的相应的第一集合，其中，每个发射与接收电路都被连接到换能器元件的相应的第二集合，其中，每个第一集合包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且其中，每个第二集合包括至多一个来自任一第一集合的换能器元件。全部的多个换能器元件被划分成两组集合，它们以网格类型或矩阵类型的方式交叠。注意，第一集合并不彼此交叠，并且第二集合并不彼此交叠。在这两种类型的集合之间的交叠处，换能器元件能够被操作为进行发射或接收，因为能够通过相关联的第一集合的偏置电压电路施加偏置电压，并且相关联的第二集合的发射与接收电路能够被操作为执行发射功能或接收功能。这种布置利用了以下需求：将两个单独的驱动信号施加到换能器元件，以便使发射功能或接收功能有效。对于相控阵方法(即，合成孔径方法)，本发明特别有意义，在相控阵方法中，一个换能器元件用于发射，并且一个或多个周围元件用于按顺序接收。在图像采集过程完成之后，通过数据处理来构建最终图像。由于可以从任一第一集合中选择一个元件，因此可以操作单个换能器元件进行发射。然而，如果需要的话，可以激发多个元件以进行发射。类似地，可以操作单个换能器元件以进行接收。再次，如果需要的话，可以激发多个元件以进行接收。这种布置减少了偏置电压电路以及发射与接收电路的数量，并且也减少了所需的布线(线缆布置)的量。在某些实施例中，当第二集合中的一个换能器元件在发射模式中操作时，该第二集合中的其他换能器元件不可用于在接收模式中使用。通过将每个第二集合的不同换能器元件间隔开，这不会损害成像能力，因为能够在回波将携带最多信息的位置处发射和接收信号。为了清楚起见，注意，换能器元件的所有第一集合一起包括阵列的所有换能器元件，并且所有第二集合一起包括阵列的所有换能器元件。每个第二集合优选包括多个第二换能器元件，每个第二换能器元件来自不同的第一集合。至少每个第二集合可以是单个换能器元件，使得仅共享偏置电压电路。然而，优选地，偏置电压电路和发射与接收电路都进行共享。每个第一集合还可以包括相邻的换能器元件的组。通过使用偏置电压电路激活换能器元件的组，该组中的一个或多个换能器元件可以用于发射，并且一个或多个换能器元件可以用于接收。然而，其他组中的其他换能器元件也可以或者替代地用于接收。每个第二集合可以包括不相邻的换能器元件的集群。每个第二集合例如包括沿着阵列均匀间隔的多个不相邻的换能器元件。该间隔意味着不能同时操作(以执行不同功能)的换能器元件被沿着阵列间隔开。基于换能器元件的相邻组的集合与基于间隔的换能器元件的集合的组合使得能够实现上面提到的网格类型的功能。每个换能器元件例如包括多个换能器单元。这些单元优选被并联连接，使得它们由共享控制线控制。每个换能器单元例如包括cmut单元。这些设备既需要dc偏置又需要发射与接收控制以提供选择。dc偏置例如用于以塌陷模式操作单元。多个换能器元件可以形成阵列，该阵列可能包括环带，其中，每个换能器元件面向径向向外的方向。这特别适合用于导管(例如，血管)内的成像。所述系统例如包括：每个第一集合中的数量为n1的换能器元件、数量为m的第二集合，以及孔径p。在这种情况下，该布置可以满足：p＝m－n1+1孔径大小p反映了在一个特定位置处被击发和感测以形成图像的元件范围。图像形成是回顾性的。然而，每次击发时，这种组合的元件范围可能会更小。波束形成方面的最新创新表明，使用紧密间隔的发射元件和接收元件来形成子孔径并使这样的子孔径沿着导管移位可能会是感兴趣的方案。例如，如果孔径大小为20(元件编号为1…20)，则第一子孔径可以使用元件[1…5]，第二子孔径可以使用元件[2…6]，依此类推，直到使用元件[16…20]的第十六个孔径为止。然后，回顾性波束形成将组合所有结果，以便建立完整的孔径。最大子孔径大小(即，始终能够实现的子孔径大小)是感兴趣的内容并且由值p来表示。举例来说，换能器元件的总数在20至200的范围内。每个第一集合中可能有3至10个元件，并且每个第二集合中可能有2至5个元件。本发明还提供了一种血管内超声设备，包括：导管主体；以及如上面所定义的超声成像系统，其被耦合到所述导管主体的远侧部分。这定义了本发明的成像系统的一种有益应用。本发明还提供了一种超声成像方法，其用于使用形成一维阵列的换能器元件阵列，利用多个第一偏置电压电路和多个第二发射与接收电路来执行成像，其中，每个换能器元件适于通过施加偏置电压并连接到发射与接收电路而被激活以进行发射或接收，其中，所述方法包括：操作偏置电压电路，从而向换能器元件的相应的第一集合提供偏置电压；操作第一发射与接收电路，从而向换能器元件的第一相应的第二集合提供发射功能；并且操作第二发射与接收电路，从而向换能器元件的第二相应的第二集合提供接收功能，其中，所述第一集合包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且其中，每个第二集合包括来自任一第一集合的换能器元件的部分。在另一实施例中，每个第二集合包括至多一个来自任一第一集合的换能器元件。该方法提供处于发射模式中的一个(第二)集合以及处于接收模式中的另一(第二)集合。然而，仅被连接到偏置电压的换能器元件处于活动状态。该方法允许单个换能器元件处于发射模式并且单个换能器元件处于接收模式。所述第一集合包括相邻的换能器元件的组，并且所述第二集合包括不相邻的换能器元件的集群。通过使用偏置电压电路激活换能器元件的组，该组中的一个或多个换能器元件可以用于发射，并且一个或多个换能器元件可以用于接收。然而，其他组中的其他换能器元件也可以或者替代地用于接收。所述方法可以包括：针对每个换能器元件，向换能器单元的集合提供偏置电压、发射功能和接收功能。所述方法可以包括：使用面向径向向外的方向的换能器元件的环带来执行成像。参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见。附图说明现在将参考附图来详细描述本发明的示例，在附图中：图1示出了本发明特别适用的超声成像系统的类型；图2示出了每个偏置电压电路如何被连接到换能器元件的相应的第一集合；图3示出了每个发射与接收电路如何被连接到换能器元件的相应的第二集合；图4示出了cmut单元；图5示出了基于血管内导管的成像系统；并且图6示出了超声成像方法。具体实施方式应当理解，虽然详细说明和具体示例指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是它们仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、权利要求和附图，将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅是示意性的，且并没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。本发明提供了超声成像系统，所述超声成像系统包括换能器元件阵列。提供了多个第一偏置电压电路和多个第二发射与接收电路，但是以共享的方式使用多个第一偏置电压电路和多个第二发射与接收电路。为此，将每个偏置电压电路连接到换能器元件的相应的第一集合(例如，相邻的组)，并且将每个发射与接收电路连接到换能器元件的相应的第二集合(例如，间隔开的集群)。每个第一集合包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且每个第二集合包括来自任一第一集合的换能器元件的部分(在特定实施例中为至多一个来自任一第一集合的换能器元件)。这种布置利用了以下需求：将两个单独的驱动信号施加到换能器元件，以便使发射功能或接收功能有效。图1示出了本发明特别适用的超声成像系统的类型。图1示出了用于定位在导管主体的端部处的探头形式的血管内超声系统10。系统10包括在探头的远侧末端处的换能器元件12的一维阵列。asic被安装在末端后面更靠后的位置。一维意指换能器元件处于单条线中而不处于2d网格中。在该示例中，该线是圆形的，因此很明显，一维并不意味着直线，而是更笼统地指阵列布局的类型。每个换能器元件12可以包括一个或多个换能器单元或鼓14。换能器单元14可以被布置为沿着处于线配置中的换能器元件，但是其他配置也是可能的。在某些实施例中，换能器元件是电容微机械超声换能器(cmut)。cmut是超声换能器元件，其能够通过半导体工艺(例如使用与用于生产超声探头所需的asic电路的工艺相同的工艺(例如，cmos工艺))进行批量制造。cmut换能器单元是具有电极的类似于膜片的微型设备，其能够将接收到的超声信号的声音振动转换成调制的电容。为了发射，被施加到电极上的电容电荷被调制以振动/移动单元的膜片，从而发射超声波。由于这些膜片是通过半导体工艺制造的，因此设备的尺寸通常能够在10-500微米的范围内，其中，膜片直径例如被选择为使膜片直径与膜片的期望共振频率(范围)相匹配，其中，个体膜片之间的间隔小于几微米。能够将许多这样的个体cmut单元连接在一起并且将它们作为单个换能器元件一起操作。例如，能够将四个至几十个(例如，50个)cmut单元耦合在一起，以使其作为单个换能器元件一致地起作用。因此，与基于pzt的系统相比，基于cmut换能器的超声系统的制造更具成本效益。此外，归因于在这样的半导体工艺中使用的材料，cmut换能器表现出与水和生物组织的声阻抗匹配大大改善，从而消除了对(多个)匹配层的需求并产生了改善的有效带宽。为了优化由cmut单元产生的声功率(输出压力)，cmut单元可以在所谓的塌陷模式中操作，在塌陷模式中，换能器元件的cmut单元由将横跨间隙的膜片或柔性膜的中心部分驱动到相对的基板上的偏置电压驱动，并且被提供有具有设定频率的激发物，该激发物使膜片或柔性膜以设定频率共振。使膜塌陷的电压被称为塌陷电压vc。典型的cmut单元的结构将在下面进一步讨论。因此，cmut单元的操作可能需要偏置电压以及脉冲发射信号或脉冲接收功能的组合。对两个单独的信号连接的要求给出了提供矩阵类型寻址方案的机会，从而仅激活交叉点处的换能器单元。本发明基于提供偏置电压电路的第一集合和发射与接收电路的第二集合。偏置电压电路少于换能器元件，并且优选地，发射与接收电路也少于换能器元件。这减少了布线量和电路量。被连接到一个偏置电压电路的多个换能器元件并联操作，并且被连接到一个发射与接收电路的多个换能器元件也并联操作。每个偏置电压电路被连接到换能器元件的相应的第一集合。这在图2中示出，其中，换能器元件12的第一集合20连接到共享的偏置电压电路22。每个第一集合都有一个这样的偏置电压电路22。每个发射与接收电路被连接到换能器元件的相应的第二集合。这在图3中示出，其中，换能器元件12的第二集合30连接到共享的发射与接收电路32。每个第二集合都有一个这样的发射与接收电路32。矩形20、30仅图示了被分组以形成集合的换能器元件的位置。偏置电压电路22和发射/接收电路32经由电连接被通信地耦合到一个或多个换能器元件。电连接可以是布线和/或印刷连接。在某些实施例中，电路22、32可以被定位在换能器元件的近侧，换能器元件的远侧，与换能器元件同心(例如平行)和/或其组合。偏置电压电路22和发射/接收电路32可以被结合到一个或多个专用集成电路(asic)中。本发明不仅允许减少超声系统的电路复杂性，而且还减少了诸如系统之类的操作所需的互连(线缆)量。另外，本发明允许减少电路与超声元件之间的导电耦合量，从而进一步允许维持较小的例如横穿脉管系统的管腔的设备覆盖范围。优选地，第一集合20和第二集合30以某种方式覆盖相同的换能器。例如，第一集合20总体可以包括阵列的所有换能器元件，并且所有第二集合30总体可以包括阵列的所有换能器元件。但是也可能存在阵列包括第一集合20或第二集合30不包括的阵列的一个或多个换能器元件的情况。此外，每个第一集合20包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且每个第二集合30包括来自任一第一集合的元件。在特定实施例中，每个第一集合20包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且每个第二集合30包括至多一个来自任一第一集合的换能器元件。在某些方面中，换能器元件的完整集合被划分成以网格类型的方式交叠的两组集合。在各个集合之间的交叠处，能够通过使用相关联的第一集合20的偏置电压电路22(换能器元件是其成员)应用偏置电压并且应用相关联的第二集合30的发射与接收电路32(换能器元件是其成员)来操作换能器元件以进行发射或接收。在特定示例中，第一集合20中的每个均包括相邻的元件的组(g)，并且第二集合中的每个均包括以360/x度的角度定位的“x”个换能器元件的集群(c)。因此，每个第二集合(集群)的换能器元件围绕阵列均匀分布。通过控制偏置电压并选择性地激发发射与接收电路(即，脉冲器电路)，能够激发任何个体换能器元件以进行发射(tx)并且激发选定数量(一个或多个)换能器元件以进行接收(rx)并且同时共享发射与接收硬件。这种方法特别适合用于侧视圆形换能器阵列(例如，ivus)，因为由非选定元件生成的不想要的超声能量会从成像区完全消失。这很重要，因为即使没有施加所期望的偏置电压，也很难在发射模式中完全关闭cmut单元。这是因为cmut单元的非线性行为与强发射脉冲组合的缘故。从下面的示例表中可以更好地理解系统的操作。表1g1g2g3g4g5g6c1116c2217c3318c4419c5520c6621c7722c8823c9924c101025c111126c121227c131328c141429c151530该表示出了30个换能器元件(表中的编号1至30)的布置并且示出了它们所属的组(g1至g5)和集群(c1至c15)。按顺序的换能器元件编号表示相邻的元件。举例来说，为了使用换能器元件6进行发射，激活组2的偏置电压电路，并且激活集群6的发射脉冲器电路。唯一不能用于接收的换能器元件是元件21。元件7至10都可以用于接收。接收与发射之间的切换足够快，以至于能够在同一击发期间选择一个元件进行发射，然后再次选择同一元件进行接收。请注意，每个集群可能仅有一个换能器元件，例如，对于元件1到15，仅具有上表的左半部分即可。然而，优选地，每个集群(即，第二集合)也包括多个换能器元件。此外，如果每个元件都有发射与接收电路，则可以改为经由发射与接收电路禁用换能器元件。可以有一个或多个用于接收的元件。例如，元件11和12可以被操作为接收从发射到元件6所产生的回波信号。通常，该系统例如包括：每个第一集合中的数量为n1的换能器元件(即，一组中有多少个元件，在这种情况下，n1＝5)、数量为m的第二集合(即，有多少个集群，在这种情况下，m＝15)，以及孔径p，其是发射元件与接收元件之间的最大距离(以元件数为单位)。能够表明：p＝nclusters－(nelements/ngroups)+1＝nclusters－sizegroup+1其中，nclusters是集群数，nelements是元件数，ngroups是组数，并且sizegroup是每组的元件数。从上表能够容易地看出，这是一列中的元件数减去一组元件并且加上1。例如，假定从上表中激活元件10，那么距离最远的用于接收的元件就是元件20。因此，最大距离(＝p)为11(从10到20，包括10和20)，ngroup＝6并且nclusters＝15。因此，在该示例中满足上面的公式：11＝15－30/6+1＝15－5+1。因此，该关系可以用于确定集群的数量和组的大小以实现期望的孔径。举例来说，换能器元件的总数可以在20至200的范围内。改变偏置电压是一个缓慢的过程并且会生成声能。因此，无法在发射模式(tx)与接收模式(rx)之间进行偏置电压切换。结果，对于被选择用于发射的任何换能器元件，仅换能器元件的集合(被施加有偏置电压的换能器元件)敏感地接收超声能量。集合的形成确实给出了一些控制限制。例如，对于上表，发射模式中的元件10能够与上面的示例中使用的接收模式中的元件20组合在一起，但是不能与接收模式中的元件21组合在一起，因为这将需要向组g2和g5施加偏置电压。这将导致故障，因为元件6和元件21都将在tx模式和rx模式中被意外激活。如上所述，对于面向侧面的环形系统，能够容忍该限制，因为有效孔径始终限于圆周的一小部分，这意味着仅需要收集有限数量的换能器元件信号即可形成图像。上面的示例使得能够将换能器元件的数量完美地划分成若干组和集群以形成完整的网格(集群的数量除以每组的元件数量)。这不是必需的。下表示出了如何使用28个集群和13个组来形成104个元件阵列。在该示例中，集群(第二集合)包含3个或4个元件(因为元件的总数不一定能被集群数整除)。在该示例中，以上公式给出21＝28－104/13+1。例如，这可以来自元件24至44(包括22和24)。表2g1g2g3g4g5g6g7g8g9g10g11g12g13c11295785c22305886c33315987c44326088c55336189c66346290c77356391c88366492c99376593c1010386694c111396795c1212406896c1313416997c1414427098c1515437199c16164472100c17174573101c18184674102c19194775103c20204876104c21214977c22225078c23235179c24245280c25255381c26265482c27275683c28285684请注意，该示例在表中的最后一个元件与第一个元件之间有间隙，这减小了孔径大小。它表明元件不需要被确切地划分成段。然而，优选例如以112个元件(14个组)或略少一些或84个元件(11个组)或略少一些来操作该设计。将直接显而易见的是，对于给定数量的元件，有许多种方法来配置组和集群，并且可以执行这些方法以实现期望的孔径。ivus系统中的信号处理通常涉及合成孔径方法，通过该方法可以一次激发一个元件，并且一次使用一个(或多个)周围元件进行接收。通过组合发射与接收元件的所有组合的信号来回顾性地执行波束形成。如上面所解释的，本发明对于cmut单元特别重要，其中，必须使用偏置电压来激活或去激活单元。为了完整起见，图4示出了cmut单元100，其具有悬在硅基板112上方的柔性膜或膜片114，在柔性膜或膜片114与硅基板112之间具有间隙或腔体118。在该示例中，第一电极122位于基板112的上表面上的单元的底板上。第二电极120位于膜片114上并与膜片一起移动。在所示的示例中，两个电极都是圆形的。电介质(未示出)被提供在基板112上并且在顶部(第二)电极120下方。这两种电介质的成分和厚度可以相等，但是也可以是不对称的(不同的材料和厚度)。能够考虑电极120设计的其他实现方式，例如，电极120可以被嵌入在膜114中，或者电极120可以作为额外层被沉积在膜114上。在该示例中，作为非限制性示例，第一电极122被圆形地配置并被嵌入在基板层112中。其他合适的布置也是可能的，例如，例如在基板层112上的第一电极122具有其他电极形状和其他位置，使得第一电极122直接暴露于间隙118或者通过电绝缘层或膜与间隙118分开，以防止第二电极120与第一电极122之间发生短路。另外，膜层114相对于基板层112的顶面是固定的，并且被配置和尺寸设计为在膜层114与基板层112之间限定球形或圆柱形腔体118。请注意，为了避免疑问，在图4中，作为非限制性示例，第一电极122接地。其他布置当然也同样是可行的，例如，第二电极120接地或者第二电极120和第一电极122都是浮动的。单元100及其间隙118可以呈现出替代的几何形状。例如，腔体118可以呈现出矩形或正方形横截面、六边形横截面、椭圆形横截面或不规则横截面。在本文中，对cmut单元100的直径的引用应被理解为单元的最大横向尺寸。cmut单元100的电极提供设备的电容板，并且间隙118是电容器的板之间的电介质。当膜片振动时，板之间的电介质间隙的变化的尺寸会提供变化的电容，该变化的电容被感测为cmut单元100对接收到的声回波的响应。cmut常常在塌陷模式中使用。在这种情况下，电介质间隙看起来像一个具有变化的宽度的甜甜圈形状。如果没有偏置电压，则cmut不会处于塌陷模式。电极之间的间隔是通过利用电压源101向电极施加静态电压(例如，dc偏置电压)来控制的。电压源101包括分离的级102、104，它们分别用于例如在发射模式中提供cmut单元100的驱动电压的dc分量和ac或激发分量。实际上，本发明利用这种分离来使得不同的级能够被分配给换能器元件的不同集合。第一级102可以适于生成静态(dc)电压分量，并且第二级104可以适于生成具有设定的交变频率的交流可变电压分量或激发物，该信号通常是总驱动电压与其前述静态分量之差。所施加的驱动电压的静态分量或偏置分量优选达到或超过用于迫使cmut单元100进入其塌陷状态的阈值电压。这具有以下优点：第一级102可以包括相对较大的电容器(例如，平滑电容器)，以便生成总电压的噪声特别低的静态分量，该静态分量通常在总电压中占主导作用，使得总电压信号的噪声特性将由该静态分量的噪声特性来主导。电压源电源101的其他合适的实施例应是显而易见的，例如，其中电压源电源101包含三个离散级的实施例，这三个离散级包含：第一级，其用于生成cmut驱动电压的静态dc分量；第二级，其用于生成驱动电压的可变dc分量；以及第三级，其用于生成信号的频率调制或激发分量，例如，脉冲电路等。概括地说，可以以任何合适的方式来实施电压源电源101。已知通过施加高于某个阈值的静态电压来迫使cmut单元100进入塌陷状态，在塌陷状态中，膜114塌陷到基板112上。该阈值可以取决于cmut单元100的确切设计并且被定义为dc偏置电压(被称为塌陷电压)，膜114在该dc偏置电压处通过因电极之间的电场所产生的力而粘附到(接触)单元底板。膜114与基板112之间的接触量(面积)取决于所施加的偏置电压。膜114与基板112之间的接触量面积的增加使膜114的共振频率增大。因此，可以通过调节在塌陷之后被施加到cmut电极的dc偏置电压来改变塌陷模式的cmut单元100的频率响应。结果，随着较高的dc偏置电压被施加到电极，cmut单元的共振频率会增大。如上面所解释的，本发明利用了对ac驱动部分和dc驱动部分的划分。另外，将cmut偏置电压施加到一个节点(例如，底部电极)并且将激发电压施加到另一节点(例如，顶部电极)。图5示出了基于血管内导管的成像系统200，成像系统200包括在导管管腔210的远侧端部处并且被插入到血管212中的上述超声成像系统10。导管被耦合到患者接口模块214、计算系统216和监视器218。计算系统216通过患者接口模块从成像系统接收回波数据，并且处理该数据以重建在成像系统周围的介质中的组织结构的图像。回波数据能够用于生成包括b扫描和流量信息的混合模式ivus图像。b扫描图像表示垂直于ivus设备的纵轴的平面中的组织的二维解剖结构，其中，图像的任何一点处的亮度表示从组织内的对应位置接收到的回波信号的强度。流量数据与扫描器周围的介质中的元件(例如，血流)的移动的视觉表示相关联。能够收集、处理和/或组合b模式数据(例如使用多频超声发射)和流量数据(例如使用在时间上分离的超声发射)。计算系统216还能够在监视器上输出混合模式图像。它还能够与血管造影/荧光成像系统220通信。图6示出了用于使用上述超声系统来执行成像的超声成像方法。该方法包括：在步骤300中，操作偏置电压电路，从而向换能器元件的相应的第一集合提供偏置电压；在步骤302中，操作第一发射与接收电路，从而向换能器元件的第一相应的第二集合提供发射功能；并且在步骤304中，操作第二发射与接收电路，从而向换能器元件的第二相应的第二集合提供接收功能，其中，至少一个第一集合的换能器元件与至少一个第二集合的换能器元件不同，使得当通过相应的偏置电压电路向换能器元件的至少一个第一集合施加偏置电压时，第二集合的换能器元件中仅部分被布置为由其相应的发射与接收电路激活。在该方法的另外的实施例中，超声换能器的第一集合包括多个换能器元件，每个换能器元件来自不同的第二集合，并且每个第二集合包括至多一个来自任一第一集合的换能器元件。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。当前第1页12