单片式超声成像装置、系统及方法制造方法及图纸

为了实现单芯片超声成像解决方案，可以在接收信号路径中采用片上信号处理以减小数据带宽，并且可以使用高速串行数据模块来将所有接收到的信道的数据作为数字数据流移动到片外。在片上对接收的信号进行数字化使得能够在片上进行先进的数字信号处理，从而允许将整个超声成像系统完整地集成在单个半导体衬底上。类似地公开了各种新颖的波形生成技术、换能器配置以及偏置方法等。可以附加地或替代地采用HIFU方法，作为本文中所公开的“片上超声”解决方案的组成部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单片式超声成像装置、系统及方法相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月15日提交的题为“MONOLITHICULTRASONICIMAGINGDEVICES,SYSTEMSANDMETHODS(单片式超声成像装置、系统及方法)”的美国临时专利申请序列号61/798,851的权益，其全部内容通过引用并入本文中。
本公开内容的各方面涉及用于成像和/或治疗(例如，超声成像和/或处理技术)的装置、系统及方法。例如，本文中所公开的架构和技术的特定方面使得能够将整个超声成像系统集成在单个半导体衬底上。因此，本文中描述的特征和方法中的许多特征和方法涉及单芯片超声成像解决方案，或者涉及超声成像系统的至少多个部分设置在单个芯片上的装置和系统。
技术介绍
传统的超声扫描仪具有诸如使用波束成形来线性扫描以用于传送和接收操作的硬件配置，这会限制可以用于图像处理的成像算法的类型。此外，超声扫描仪的成本和可扩展性(scalability)已经接近当前工业中主流的压电换能器技术的极限。仍使用“切割-填充(diceandfill)”制造工艺来制作压电换能器，在该处理中切割出单独的压电元件，然后将其单独地布置在衬底上以形成换能器。这样的处理容易有机械加工和布线的成本、不均匀性以及不可扩展的问题。从压电换能器阵列将多个信道的模拟信号传输至超声扫描仪中的电子器件的问题极大地限制了要向前推进超声成像的分辨率以及使得能够进行高质量3D体积成像所需的更大和更密集的换能器阵列的实用。电容式微机械超声换能器(CMUT)的制造技术的当前进展使得能够以当前驱动着电子器件工业的相同半导体铸造术来制造高质量的超声换能器。与压电换能器相比，CMUT装置还具有优良的带宽和声学阻抗匹配性能。此外，对于设计CMUT阵列可用的增大的灵活性使得能够实现先进的阵列设计技术，该技术可以抑制成像伪迹、提高信号质量以及减小信道计数。然而，目前为止提出的使用CMUT阵列的超声成像解决方案采用传统架构和信号处理范式(paradigm)，从而经受严重的限制和缺陷。
技术实现思路
本公开内容详述了基于微机械超声换能器的超声成像仪的设计的新范式的各方面。在一些实施方式中，可以在接收信号路径中采用片上信号处理，例如用于减小数据带宽，以及/或者可以使用高速串行数据模块来将所有接收到的信道的数据作为数字数据流移动到片外(off-chip)。根据本公开内容的一些实施方式在片上对接收的信号进行数字化使得能够在片上进行先进的数字信号处理，从而允许将整个超声成像系统完整地或基本完整地集成在单个半导体衬底上。在一些实施方式中，提供了完整的“片上超声系统”解决方案。在一些实施方式中，本文中公开的装置和架构可以与一种或更多种复杂的方法(例如一种或更多种合成孔径技术)完全结合。合成孔径技术例如可以允许从多个接收孔径集(receiveaperturecollections)来形成高分辨率影像。根据本技术的一方面，提供了一种用于处理来自超声换能器元件的信号的方法，包括以下动作：使用与超声换能器元件集成在同一半导体晶片(die)上的部件，将与超声换能器元件的输出对应的模拟信号转换成数字信号。在一些这样的实施方式中，然后，在半导体晶片上生成超声换能器的输出信号的数字表示，从而有利于进一步在半导体晶片上处理信号以及/或者将数字信号从半导体晶片传送出去。通过这种方式，在一些实施方式中，超声装置包括位于单个半导体晶片上的集成的换能器和电路，集成的换能器和电路可以被配置成与其他部件数字地通信。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：使用集成在所述半导体晶片上的至少一个附加部件，将与数字信号对应的数据作为高速串行数据流从半导体晶片传送出去。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：使用集成在所述半导体晶片上的至少一个附加部件，对数字信号进行处理以减小数字信号的数据带宽。在至少一些实施方式中，这样的带宽减小有利于将半导体晶片的数字数据传送至其他部件。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括数字正交解调器。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括求均值模块。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括匹配滤波器(例如，与特定频率匹配)，而在替选实施方式中包括失配滤波器。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括有限冲激响应(FIR)滤波器。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括半带下采样低通滤波器。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括去调频模块，其可以是斜坡电路(例如，数字斜坡电路)或脉冲展宽电路，并且可以被配置成针对信号(例如，LFM波形)将时间转换成频率。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：使用集成在半导体晶片上的至少一个附加部件，对与数字信号对应的数据进行处理以执行一个或多个图像形成功能。在一些这样的实施方式中，图像形成功能的这种性能导致或引起超声图像的形成，从而在一些实施方式中，将集成超声成像装置形成在半导体晶片上。在一些实施方式中，一个或多个图像形成功能包括从变迹、后向投影、快速分层后向投影、插值距离徙动或其他傅里叶重采样技术、动态聚焦、延迟求和处理、以及断层重建所组成的组中选择的至少一个图像形成功能。在至少一些实施方式中，这样的功能用于提供有益的图像类型，例如医学相关的图像类型。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：使用集成在半导体晶片上的至少一个附加部件，对与数字信号对应的数据进行处理以执行一个或多个后端处理功能。在一些实施方式中，一个或多个后端处理功能包括从纵向自动聚焦(down-rangeautofocusing)、横向自动聚焦(cross-rangeautofocusing)、频散补偿、非线性变迹、重映射、压缩、降噪、复合、多普勒、弹性成像、光谱法、以及基追踪所组成的组中选择的至少一个后端处理功能。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：使用集成在半导体晶片上的至少一个微处理器来执行至少一个数字信号处理功能。在一些实施方式中，所述至少一个微处理器用于减小与数字信号对应的数据的带宽。在一些实施方式中，所述至少一个微处理器用于执行一个或多个图像形成功能。在一些实施方式中，一个或多个图像形成功能包括从变迹、后向投影、快速分层后向投影、Stolt插值、动态聚焦、延迟求和处理、以及断层成像所组成的组中选择的至少一个图像形成功能。在一些实施方式中，所述至少一个微处理器用于执行一个或多个后端处理功能。在一些实施方式中，一个或多个后端处理功能包括从纵向自动聚焦、横向自动聚焦、频散补偿、非线性变迹、重映射、压缩、降噪、复合、多普勒、弹性成像、光谱法、以及基追踪所组成的组中选择的至少一个后端处理功能。在一些实施方式中包括集成在半导体晶片上的微处理器还有利于实现单个半导体晶片上的超声装置。例如，在一些实施方式中实现了被配置成收集适于在形成超声图像过程中使用的超声数据的超声成像装置。在一些实施方式中，该方法还包括以下动作：在将模拟信号转换成数字信号之前，使用集成在半导体晶片上的至少一个附加部件，对模拟信号进行处理以从模拟信号解耦波形。在一些实施方式中，可以结合表示多个波形的信号来使用波形的解耦，并且波形的解耦可以涉及分离所选择的信号分量(例如，所选择的频率)。在一些实施方式中，所述至少一个附加部件包括模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理来自超声换能器元件的信号的方法，包括以下动作：使用与所述超声换能器元件集成在同一半导体晶片上的部件，将与所述超声换能器元件的输出对应的模拟信号转换成数字信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/798,8511.一种配置超声装置中的第一传送控制电路和第二传送控制电路的方法，其中，所述第一传送控制电路包括第一波形生成器，所述第一波形生成器驱动用于所述超声装置中的第一超声换能器元件的第一脉冲发生器，所述第二传送控制电路包括第二波形生成器，所述第二波形生成器驱动用于所述超声装置中的第二超声换能器元件的第二脉冲发生器，所述方法包括以下动作：对所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路进行不同的配置，使得：所述第一传送控制电路接收传送使能信号的时刻与第一波形生成器生成的第一波形被施加至第一脉冲发生器的时刻之间的第一延迟的长度不同于所述第二传送控制电路接收所述传送使能信号的时刻与第二波形生成器生成的第二波形被施加至第二脉冲发生器的时刻之间的第二延迟的长度，其中，所述第一超声换能器元件、所述第二超声换能器元件、所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路形成在单个固态半导体晶片上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，配置所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路的动作包括以下动作：将所述第一传送控制电路配置成使得所述传送使能信号在到达所述第一波形生成器之前被延迟第一时间量；以及将所述第二传送控制电路配置成使得所述传送使能信号在到达所述第二波形生成器之前被延迟第二时间量，其中，所述第二时间量不同于所述第一时间量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，配置所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路的动作包括以下动作：将所述第一波形生成器配置成具有第一起始频率；以及将所述第二波形生成器配置成具有不同于所述第一起始频率的第二起始频率。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，配置所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路的动作包括以下动作：将所述第一波形生成器配置成具有第一起始相位；以及将所述第二波形生成器配置成具有不同于所述第一起始相位的第二起始相位。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，配置所述第一传送控制电路和所述第二传送控制电路的动作包括以下动作：将所述第一传送控制电路配置成使得由所述第一波形生成器输出的所述第一波形在到达所述第一脉冲发生器之前被延迟第一时间量；以及将所述第二传送控制电路配置成使得由所述第二波形生成器输出的所述第二波形在到达所述第二脉冲发生器之前被延迟不同于所述第一时间量的第二时间量。6.一种超声装置，包括：至少第一超声换能器元件和第二超声换能器元件；第一传送控制电路，包括：第一脉冲发生器，所述第一脉冲发生器耦接至所述第一超声换能器元件以驱动所述第一超声换能器元件，使得所述第一超声换能器元件发射超声脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·M·罗思伯格，基思·G·菲费，泰勒·S·拉尔斯顿，格雷戈里·L·哈尔瓦特，内瓦达·J·桑切斯，
申请(专利权)人：蝴蝶网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US