压电材料块或片可W被加工成多个元件，该多个元件附接到然后可W形成为 所期望的形状的柔性基板。例如，多个同屯、环切口42和径向切口44可W被制作成压电材料 片(如例如图5所示），其然后可W形成在具有所期望的球形盖形状的支撑材料上方。在运样 的实施例中，各个元件可W被电性地连接，W便在没有分阶段的情况下同时传送。
[0163] 在一些实施例中，所期望的形状可W由压电复合材料模制而成(例如，通过注射成 型、压铸或其它模制工艺）。在美国专利5,340,510和美国专利5,625，149中描述了可W适于 形成球形盖元件的模制工艺的示例。
[0164] 还有，可W使用附加制造技术(通常被称为3D打印技术)生产呈所期望的形状的超 声换能器。例如，美国专利公开2013/0076207和美国专利公开2013/0088122描述了用于形 成呈圆柱形柱的形状的换能器的系统和方法。类似的技术还可W适于形成具有球形盖形状 的换能器。附加地，其它的制造技术(诸如激光烧结、立体光刻、化学气相沉积或任何其它合 适的技术)可W用来生产呈本文中所描述的形状和大小的换能器。
[0165] 电容式微加工超声换能器(CMUT)形成技术还可W用来将所期望的形状的换能器 形成到预先成形的基板上。W02012/112540示出了并描述了可W适于形成球形盖状换能器 的结构和技术的一些示例。可替代地，圆顶状换能器可W通过将CMUT换能器阵列形成在预 先形成为所期望的形状(例如，如上文所描述的凹进的或凸起的球形盖）的基板上来制得。 在运样的实施例中，CMUT元件可W被电性地连接，W在没有分阶段的情况下同时传送。
[0166] 具有表观点源传送器的多孔径探头
[0167] 表观点源传送换能器可W被集成到被设计成用于2D或3D成像的多孔径超声探头。 被配置成用于基于3D Ping的多孔径成像的超声探头可W包括被布置成在至少两个维度上 延伸基本长度越过待成像对象的表面的阵列的换能器。在一些实施例中，可W通过仅显示 2D切片同时捕获用于完整3D体积的数据，一些3D探头可W用于表观2D成像，如下文进一步 详细所描述的。
[0168] 图6示出了被配置成用于使用表观点源传送器62进行基于3D Ping的多孔径超声 成像的探头60。探头60可W包括一个或多个表观点源传送换能器62和多个换能器阵列64。 在各种实施例中，换能器阵列可W是换能器元件的2D或其它矩阵阵列。如下文进一步详细 所描述的，接收元件可W在一定大小和形状范围（例如，方形、圆形或其它多边形元件，表观 点球形盖元件、圆柱形元件等）内提供。
[0169] 图7图示了被配置成使用至少两个表观点源传送器62进行基于3D Ping的多孔径 成像的探头61的备选实施例。表观点源换能器62可W被换能器元件的多个换能器阵列64包 围。如下文进一步所描述的，换能器阵列可W是由任何合适的形状的元件组成的2D或其它 矩阵阵列。
[0170] 图8图示了如下文进一步详细所描述的基于3D Ping的多孔径超声探头70的实施 例，该包括3D Ping的多孔径超声探头70包括可W用于接收和/或传送超声信号的多个表观 点源传送器换能器72和多个换能器阵列。换能器阵列可W是2D或其它矩阵阵列。图8的探头 配置提供结合多个表观点源传送器同时利用商品2D(或其它)换能器阵列用于接收和附加 成像功能(例如，传送相控阵脉冲、多普勒脉冲等)的大探头的益处。
[0171] 在一些实施例中，图8的探头70可W具有矩形、正方形、楠圆形、圆形或总体大小高 达约10cm(4")或更大的其它形状。如本文中别处所描述的，基于Ping的多孔径成像技术可 W利用运样的大总孔径W形成高分辨率的超声图像。
[0172] 如图8的示例一样，换能器阵列74可W被布置成彼此平行。在备选实施例中，一些 阵列可W被布置成长轴彼此垂直或相对于彼此W其它角度进行布置。探头还可W包括如特 定应用所需要的W任何几何布置的任何数目的表观点源传送器和矩形阵列。
[0173] 图9图示了包括大连续换能器阵列81的基于3D Ping的多孔径超声探头80的另一 实施例，该大连续换能器阵列81包括多个表观点源传送器换能器82和多个小接收元件84。 在一些实施例中，大换能器阵列81可W基本上是平面的。可替代地，大换能器阵列81可W相 对于待成像的对象在一个或两个维度上是凹进的。一维凹进阵列可W采用圆弧的形状，而 二维凹进阵列可W被成形为更像碗或盘。在进一步的实施例中，阵列81可W包括平面段和 凹进段。小接收换能器元件84的大小可W是任何典型的2D阵列元件(例如，介于约0.01mm和 约0.5mm之间的正方形、圆形或多边形状元件）。在另外一些实施例中，具有多个表观点源换 能器(诸如如图8和图9所示的示例）的连续探头还可W提供有用于接触待成像的对象的凸 起表面。
[0174] 在各种实施例中，被配置成用于接收从表观点源换能器传送的S维Ping的回波的 换能器元件(例如，接收元件84)本身可W具有定义表观点接收元件的球形截面形状。具有 球形截面形状的接收换能器元件可W非常适于从成像介质的=维体积内接收来自所有方 向（即，全方向地或基于其它约束从尽可能多的方向）的回波。在一些实施例中，表观点源换 能器探头可W包括表观点源换能器阵列，其每个可W包括独立的凹进或凸起球形截面壳 体。运样表观点源换能器元件阵列可W包括可能基本上大于其它元件的一些元件。可替代 地，表观点源换能器元件阵列的大小可W基本上彼此相同。当接收元件小时，其它形状还可 W提供全向性足W从完整体积中均匀地接收回波。
[0175] 还可W使用其它接收元件形状，运取决于运种接收单元的大小和权衡(诸如介于 探头可制造性和图像质量之间的权衡）。因此，在一些实施例中，被配置成用于接收从表观 点源换能器传送的S维Ping的回波的换能器元件可替代地具有可W是平面的、凸起的或凹 进的基本上是圆形的接收表面。在高程中，运种元件可能具有圆柱形或其它形状的侧。在进 一步的实施例中，被配置成用于接收从表观点源换能器传送的S维Ping的回波的换能器元 件的平面表面、凹进表面或凸起表面可W具有其它形状，诸如多边形（例如，正方形、六角 形、八角形等）。
[0176] 因此，一些探头可W包括采用多种配置的具有不同形状和尺寸的换能器的组合。 例如，在一些实施例中，表观点接收换能器元件可W被布置成由对齐的行和列、偏移的行 和/或列组成的阵列、径向线路、环、随机阵列或任何其它配置。表观点接收元件通常可W基 本上小于相同探头中的表观点源传送器，同时保持基本上全向接收能力。
[0177] 在各种实施例中，被配置成用于基于2D或3D Ping的多孔径成像探头可W包括多 种大小的表观点源传送换能器。如上文所描述的，较大的表观点源传送换能器可W有利于 深层组织成像，而较小的表观点源传送换能器可W有利于相对较浅层组织成像。在一些实 施例中，探头可W包括各种大小的表观点源传送换能器，每个大小被优化用于特定深度的 成像。在一些实施例中，在各种深度处获得的图像可W被组合W形成从相对较浅的区域延 伸到相对较深的区域的连续图像。
[0178] 在其它实施例中，表观点源换能器可W结合大小用来插入患者体内的血管或其它 体内腔的超声探头(例如，经食管探头、经尿道探头、经直肠探头、经阴道探头)使用。图10图 示了包括携带由接收元件122的阵列120包围的表观点源换能器110的可转向的导管本体 102的血管内超声探头100的实施例。在一些实施例中，接收阵列120可W位于基本上垂直于 导管主体102的纵向轴线的单个平面上。
[0179] 可替代地，如图IOA所示，接收阵列120的形状可W是接合到表观点源传送器110的 圆锥形表面，表观点源传送器110可W相对于圆锥体同屯、地或偏屯、地布置。在另外一些实施 例中，接收阵列120可W位于轴线平行于导管本体102的纵向轴线的圆柱形表面上。可替代 地，接收阵列120可W位于任何其它凹进或凸起曲面上。
[0180] 在一些实施例中，表观点源传送换能器可W提供在与接收换能器分开的探头上。 单独探头可W具有单独电缆并且可W完全彼此独立。在其它情况下，机械联动装置可W接 合传送和接收探头。当在单独传送和接收换能器之间没有机械联动装置时，传送换能器的 位置可W使用来自接收探头中的多个接收器的接收定时通过=角测量进行确定。一旦传送 表观点源的位置被确定，就可W使用经由多个接收元件生成的楠球体的交点来如上文所描 述的确定组织中的散射器中的每个散射器的位置。
[0181] 在一些实施例中，传送换能器110可W被安装到大小和形状用来定位在如例如图 IOB所示的体腔或内腔内的细长导管本体111的远端。被设计成用于插入到动脉、静脉或尿 道中的导管111和传送换能器110可W在可W被容纳W便保持电缆足够小的导线的数目上 受到严重限制。然而，可能只需要两条电线W激活单个表观点源传送器。运样的腔内表观点 源传送器可W定位在接近感兴趣器官的患者身体内部，W便可W减少从传送器到散射器并 且到患者皮肤表面上的一个或多个接收换能器阵列的总路径长度。运可能使得信号的衰减 被减少，从而允许使用更高的超声频率。在其它实施例中，多于一个的表观点源换能器可W 被放置在相同的导管上。在一些实施例中，被配置成定位在体腔内的表观点源传送器的形 状可W是几乎完整球体，除了附连到定位导管并且进入内部表面上的电性连接的点之外。
[0182] 各种方法可W用于=角测量传送换能器相对于一个或多个接收换能器的位置。例 如，通过引用并入本文的美国专利8,473,239提供了一种用于基于由彼此相隔已知距离定 位的两个或多个接收元件接收的信号的飞行时间来=角测量传送超声脉冲的换能器元件 的位置。类似的技术可W用来确定一个或多个表观点源传送器相对于一个或多个机械上独 立的接收阵列的位置。例如，从位于被定位在患者体内的腔内探头上的表观点源传送换能 器传送的超声Ping可W使用W彼此相隔精确地已知的距离定位在患者皮肤表面上的接收 阵列的=个或更多个元件(或单独的接收阵列的元件)来接收。
[0183]当在=个维度上=角测量时，=个接收元件中的至少一个应该位于与其余两个不 同的平面上。换言之，当S角测量S维Ping的原点时，所有接收元件不应该位于公共平面 中。
[0184]可W基于接收元件相对于彼此的已知位置和ping到达第一接收元件的时间、ping 到达第二接收元件的时间和Ping到达第S(和/或随后的)接收元件的时间之间的差异来S 角测量表观点源传送器的位置。在各种实施例中，可W如上文所描述的调整用于位置测量 的时间飞行值W便确定表观点源（即，球形中屯、点）而不是凸起或凹进换能器表面的位置。
[0185]在一些实施例中，使用上文所描述的位置计算方法(或任何其它方法），具有在机 械上独立的传送和接收换能器的成像系统可W被配置成在成像的同时执行传送器定位步 骤。在一些实施例中，该系统可W在传送一个或多个成像ping之前传送单独的定位ping。可 W确定传送器相对于一个或多个接收器阵列的位置，并且在波束成形计算由定位Ping之后 的一个或多个成像Ping产生的回波中使用。在一些实施例中，可W W与成像Ping不同的频 率传送定位ping。
[0186] 在其它实施例中，直接从成像ping接收的信号可W用来相对于一个或多个接收器 阵列定位传送器。在运样的实施例中，如上文所描述的，可W在相对于彼此已知的位置处的 两个或更多个接收元件处接收每个所传送的成像Ping的初始峰，并且可W计算传送器相对 于接收元件的位置。
[0187] 图11图示了携带凹进球面截面表观点源换能器132的静脉内超声探头130的备选 实施例。该探头130可W内置到被安装到大小被设置和配置用来插入到体内腔(诸如血管、 食管等）中的导管或内窥镜的外壳134中。探头130还可W包括一个、两个或更多个接收阵列 136,被布置成接收由表观点源传送器132传送的S维Ping信号的回波。接收阵列136可W包 括任何数目的矩形、正方形、圆形、多边形或其它形状的换能器元件。在一些情况下，接收阵 列136可W朝向表观点换能器132形成角度。可替代地，接收阵列136彼此可W位于公共平面 中，或者可W W其它方式定向。可替代地，接收阵列136可W具有非平面表面，诸如凸起或凹 进曲面。图IlA图示了探头131的实施例，其基本上类似于图11的探头130但具有凸起的球形 截面表观点源传送换能器142。
[0188] 在一些情况下，可W在公共基板上形成探头的所有元件或阵列（例如，使用机加 工、模制、附加制造、CMUT或其它方法），而在其它实施例中，表观点源和其它阵列和/或元件 可W单独制作，并且使用各种其它组装方法组装成公共探头结构。
[0189] 待用于基于Ping的多孔径超声成像的任何2D或3D探头应该被构造并且校准W便 记录足W定义探头的每个换能器元件相对于公共坐标系统的实际声学位置的位置信息。示 出了用于在构造期间对齐换能器并且用于检测换能器元件的位置的系统和方法的示例并 且在上文所引用的本申请人的在先申请中得W描述。
[0190] 在一些实施例中，表观点源换能器可W被电性地连接在探头内W便仅执行传送功 能。在其它实施例中，表观点源换能器还可W用来通过包括TX/RX开关来接收回波。
[0191] 3D中的多孔径波束成形
[0192] 用表观点源传送换能器产生的Ping可W具体地适用于多孔径成像，由于宽的球形 截面3D波前脉冲的回波可W在较宽的区域内由多个接收器接收，其比具有非均质材料的成 像对象的任何最大相干宽度更宽。在基于3D Ping的多孔径成像期间的波束成形可W包括： 计算与每个所接收的回波样本的飞行时间相对应的点的轨迹。在3D成像的情况下，运样的 一组点是楠球体一一具有两个焦点的S维楠圆表面。焦点的其中一个是在其上接收到回波 样本的元件的位置，而另一焦点是从其中传送Ping脉冲的源的位置。在表观点源传送换能 器的情况下，在运样的波束成形计算中使用的表观传送点是形成表观点源传送器的球形盖 状换能器的中屯、点。
[0193] 在一些实施例中，基于Ping的多孔径成像可W通过从第一表观点源传送换能器传 送球形截面超声Ping信号并且使用两个或更多个接收孔径的元件接收回波来操作。通过基 于Ping传送和回波接收之间的延迟时间、W及传送点和接收点的已知的S维位置S角测量 散射器的位置，完整"子图像"可W通过控制器或控制系统由单个Ping的回波形成，该回波 由单个接收元件接收。
[0194]当使用表观点源换能器时，在波束成形计算中使用的传送时间可W与电性脉冲被 发送到换能器的时间基本上不同。因为声波实际上并非源自表观点源（即使计算它们执行 一样被执行），所W在波束成形计算中使用的Ping传送时间应该从实际已知值调整到"表 观"值，其与看起来已经被传送的出射波形实际上源自表观点源的时间相对应。
[01M]在圆顶状表观点源换能器的情况下，所传送的ping开始时间可W通过将调整因子 有效地加到每个所接收的回波时间来进行调整。在一些实施例中，待加上的调整时间可W 是等于声波W所选的声音速度从球面中屯、行进到凸起的外部换能器表面所需的时间的时 间值。在一些实施例中，用于运种调整的所选的声音速度可W是与所成像的对象中的声音 速度相同的由成像系统所使用的声音速度。在其它实施例中，用于凸起的表观点源调整的 所选的声音速度可W是与换能器表面直接相邻的隔离(stand-off)或声学凝胶材料中的声 音速度。
[0196] 在凹进的碗状表观点源换能器的情况下，所传送的Ping开始时间可W通过从每个 所接收的回波时间中有效地减去调整因子进行调整。在一些实施例中，要减去的调整时间 可W是等于声波W所选的声音速度从内部凹进的换能器表面行进到球面中屯、所需的时间 的时间值。在一些实施例中，用于运种调整的所选的