CN101675469A - 利用可调流体透镜进行微波束形成的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种声探头(100，300)，包含声换能器(15，444)和多个与所述声换能器耦合的可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)，每个可变折射声透镜元件具有至少一对电极(150，160)，其适于响应于在电极两端施加的选择电压而调整可变折射声透镜元件的至少一个特性。在一个实施例中，每个可变折射声透镜元件包含腔室、置于所述腔室内的第一和第二流体介质(141，142)以及所述对电极。第一流体介质中声波的声速与第二流体介质中声波的声速不同。第一和第二流体介质彼此不可混和，并且第一流体介质具有与第二流体介质基本不同的电导率。
Description
本发明涉及声成像方法、声成像装置，并且更具体而言涉及采用可调流体透镜对声波进行仰角(elevation)聚焦控制的方法和装置。
声波(包括，尤其是超声)在很多科学或技术领域中是很有用的，诸如医疗诊断、机械部分的非破坏性控制以及水下成像等。声波能够进行诊断和控制，其是对光学观察的补充，因为声波能在不透射电磁波的介质中传播。
声波成像装置包括应用传统一维(“1D”)声换能器阵列的装备以及应用全采样的二维(“2D”)声换能器阵列(其采用微型波束形成技术)的装备。
在应用1D声换能器阵列的装备中，常常以在单一平面内优化聚焦的方式排列所述声换能器元件。这允许对在轴向维度(即传播方向)和侧向维度(即，沿1D阵列的方向)上传播和接收的声压波的聚焦。
已经提出了对这一问题的若干技术解决方法，包括增加的元件计数(1.5D阵列，2D阵列)或可调的透镜材质(流变延迟结构)，但每一种方法都不被普通接受。增加元件计数只有当每个元件是单独可寻址时才能成功-极大增加了相关电子器件的费用。可调的延迟(诸如流变延迟材质)不具备最佳的解决方案，因为在每个元件上方需要分别地调整延迟这一额外需要-同样增加了复杂性。
同时，能够允许制造全采样2D声换能器阵列的实现的关键方面之一是微型波束形成技术。该解决办法涉及以特定用途集成电路(ASICs)的方式直接安置在声换能器阵列上的电子器件延迟和求和电路的使用。将这些ASICS与很多元件联系在一起，以便调整时间延迟并对“分片”或分组的元件进行求和。这有效地将很多元件从逻辑上减少为单一、可调的聚焦元件，从而减少必须从声换能器返回到驱动电子器件和接收电子器件的导线数量，同时保持必须满足λ/2标准的高元件计数以使栅瓣最小。该技术已经在商业声换能器中获得成功地进展，但增加了复杂性和额外电子器件及相互连接的费用。
因此，理想地是提供一种声成像设备，其提供2D微型波束形成器阵列的功能，但它需要更少的电子器件、更少的元件并且潜在地能够更便宜地进行配置。特别理想地是提供这样一种具有大的有源换能器孔的声成像设备，其中全采样(各元件＜半波长)换能器费用不高。
在本发明的一个方面，声成像装置包含：声探头(包括声换能器)和多个与所述声换能器耦合的可变折射声透镜元件，每个可变折射声透镜元件具有至少一对电极，其适于响应于在其电极两端施加的选择电压以调整可变折射声透镜元件的至少一个特性；声信号处理器，其与所述声换能器耦合；可变电压源，其适于给每个可变折射声透镜的所述对电极施加选择电压；以及控制器，其适于控制可变电压源对所述对电极施加的选择电压。
在本发明的另一方面，声探头包含：声换能器；和多个与所述声换能器耦合的可变折射声透镜元件，每个可变折射声透镜元件具有至少一对电极，其适于响应于在电极两端施加的选择电压而调整可变折射声透镜元件的至少一个特性。
在本发明的又一方面，一种使用声波执行测量的方法包含：(1)给患者施加声探头；(2)控制所述声探头的多个可变折射声透镜元件，从而在预期的仰角焦点上聚焦；(3)在声换能器处从可变折射声透镜元件接收从与预期仰角焦点对应的目标区域返回的声波；以及(4)从所述声换能器输出与接收的声波相对应的电信号。
图1A-B显示了声探头的一个实施例，其包括多个可变折射声透镜，每一个可变折射声透镜耦合到对应的声换能器；
图2A-C阐述了可变折射声透镜阵列的一些可能的布置；
图3显示了声探头的一个实施例，其包括空间占满的可变折射声透镜阵列，可变折射声透镜阵列与具有单个换能器元件的声换能器耦合，或者与具有多个换能器元件(其数量小于透镜的数量)的声换能器耦合；
图4显示了声成像装置实施例的方块图；
图5显示了控制声成像装置的方法的实施例的流程图。
以下参考伴随性附图将更充分地描述本发明，其中显示了本发明的各优选实施例。然而，本发明能以不同的形式来体现，不能解释成仅限于这里所述的实施例。此外，将这些实施例提供为本发明教导的各示例。
可变聚焦流体透镜技术是最初为通过改变具有特定折射率的充满流体的腔室的物理边界而允许对光进行聚集的目的而发明的解决方法(见专利合作条约(PCT)公开WO200/069380，就像在此处提出的一样，其全部内容作为参考结合于此)。称之为电湿润的过程(其中通过在导电电极两端施加的电压使所述腔室内的流体移动)实现了液体表面的移动。表面拓扑中的这种变化能够使光以改变传播路径的方式发生折射，从而使光聚焦。
同时，超声在流体介质中传播。实际上常常将人体称之为除压缩波外不支持高频声波的流体。在这种意义上，波对大组织中声音传播速度差异造成的失真敏感，而且对界面处声音速度的突然改变造成的失真敏感。如下所述，该属性在声探头和声成像装置的实施例中进行解释。在下面的讨论中，对声成像装置和包括可变折射声透镜的声探头做了描述。在本申请中使用的术语“可变折射声透镜”的环境下，词语“透镜”广泛定义为指引或聚焦(可能除光外的)辐射而非光，特别是声辐射(例如超声辐射)的设备。虽然可变折射声透镜可以聚焦声波，但在本上下文中，并不使用词语“透镜”来暗示这种聚焦。通常，此处所用的可变折射声透镜适于折射声波，其可使所述声波偏转和/或聚焦。
图1A-B显示了声探头100的一个实施例，其包含可变折射声透镜元件10，它们的每一个耦合到与声换能器15的多个声换能器元件20的对应的其中一个。可变折射声透镜元件10的每一个均适于响应于对其施加的至少一个选择电压而调整其至少一个声信号处理特性。例如，每个可变折射声透镜元件10有益地包括沿传播(“聚焦”)轴和/或垂直该轴(“偏转”)来改变声波聚焦的能力，如下面更详细地描述。每个可变折射声透镜元件10包括外罩110、耦合元件120、第一和第二流体介质141和142、第一电极150以及至少一个第二电极160a。例如，外罩110可以是圆柱形状。有利地，外罩110的顶端和底端基本上是声透射的，而声波不能穿透外罩110的(各)侧壁。有利地通过一个或多个声匹配层130来使对应的声换能器元件20耦合到外罩110的底部。是否需要声匹配层主要是由声换能器材质的选择来决定，其在一些实施方式中并非是必须的，如在压电微机械超声换能器(PMUTs)或电容微机械超声换能器(CMUTs)的情况下。
声换能器元件20可包含1D阵列甚至是2D阵列。
有利地，如下面更详细地解释，可变折射声透镜元件10耦合到声换能器元件20的结合能够仿效微型波束形成2D声换能器阵列。在该情形中，每个声换能器元件20代替很多(例如，16)传统微型波束形成2D声换能器阵列中的声换能器元件。例如，具有64×64＝4096个元件的传统微型波束形成2D阵列的声探头的操作可由只有256个声换能器元件20的声探头100以及256个可变折射声探头元件10代替。由于元件大小大于全采样阵列，因此栅瓣的外表一般将是技术挑战。然而，在每个大元件的前面引入透镜的情况下，可实现更小元件的相同控制力。有利地，声探头100需要更少的电子器件，更少的元件，并且潜在地比使用传统微型波束形成2D声换能器阵列的声探头具有更便宜地配置。
在一个实施例中，声探头100适于在发射模式和接收模式下操作。在这种情形中，在发射模式下，每个声换能器元件20将其电信号输入转换成其输出的声波。在接收模式中，每个声换能器元件20将其接收的声波转换成其输出的电信号。声换能器元件20可以是声波领域中众所周知的类型。
在备选实施例中，声探头100可代替地适于在只有接收模式下进行操作。在这种情形中，单独提供发射换能器。
在又一实施例中，声探头100可代替地只在发射模式下使用。这种模式对于拟将超声与组织或声穿透对象进行相互作用从而传递治疗的治疗应用中很有用。
有益地，在外罩110的一端设置耦合元件120。将耦合元件120设计成当压靠物体(诸如人体)时，出现接触区。有利地，耦合元件120包含填充有耦合实体物质(诸如聚脂薄膜(即，声窗))的柔性密封袋，或基本具有与物体等同声阻抗的塑料膜。
外罩110封闭具有体积V的密封腔室，其中设置第一流体介质141和第二流体介质142。在一个实施例中，例如外罩110内的腔室体积V大约是0.8cm的直径，以及大约1cm的仰角，即沿外罩110的轴。
有利地，第一流体介质141和第二流体介质142中的声速彼此不同(即声波在流体介质141中以不同于在流体介质142中的速度传播)。同样，第一流体介质141和第二流体介质142彼此不能混合。这样它们总是在腔室中保持分离的液相。第一流体介质141和第二流体介质142间的分离是接触表面或弯月面，其在没有任何实体部分的情况下，定义了第一和第二流体介质141和142之间的边界。同样有利地，两种流体介质141和142的其中之一是导电的，而另一个流体介质基本上是不导电，或电绝缘的。
在一个实施例中，第一流体介质141主要包括水。例如，它可以是盐溶液，并且离子浓度足够高到具有电极性行为或可以导电。在该情形中，第一流体介质141可含有钾和氯离子，例如具有1mol.l-1的浓度。备选地，它可以是水和酒精的混合物，并且由于存在诸如钠或钾离子(例如具有0.1mol.l-1的浓度)而基本导电。第二流体介质142例如可以包含对电场不敏感的硅油。有益地，第一流体介质141中的声速可以是1480m/s，而第二流体介质142中的声速可以是1050m/s。
有益地，第一电极150设置在外罩110内，以便接触导电的两个流体介质141，142中的其中一个，在图1A-B的示例中，假设流体141是导电流体介质，而流体介质142是基本不导电的流体介质。然而应该理解，流体介质141可以是基本上不导电的流体介质，而流体介质142可以是导电的流体介质。在这种情形中，将第一电极150布置成与流体介质142接触。同样在该情形中，如图1A-B中所示接触弯月面的凹面将颠倒。
同时，第二电极160a沿外罩110的侧壁设置。任选地，两个或多个第二电极160a、160b等沿外罩110的(各)侧壁设置。将电极150和160a连接到可变电压源的两个输出上(在图1A-B中未显示)。
可操作地，可变折射声透镜元件10按照下面与声换能器元件20结合操作。在图1A的示范性实施例中，当可变电压源在电极150和160之间施加的电压为零时，则第一流体介质141和第二流体介质142之间的接触表面是弯月面M1。按照已知的方式，弯月面的形状由外罩110侧壁内侧的表面属性确定。其形状近似为一部分球状，尤其是对第一流体介质141和第二流体介质142密度基本相等的情形。由于声波W在第一流体介质141和第二流体介质142中具有不同的传播速度，因此填充有第一流体介质141和第二流体介质142的体积V起着对声波W的会聚透镜作用。这样，当越过第一流体介质141和第二流体介质142之间的接触表面时，降低进入探头100的声波W的发散度。可变折射声透镜元件10的焦距是从相应的声换能器元件20到声波的源点之间的距离，使得在碰撞声换能器元件20之前，声波被可变折射声透镜元件10变成平面的。
当将可变电压源在电极150和160之间施加电压设置成正值或负值时，由于电极150和160之间的电场，改变弯月面的形状。特别地，在邻近第一流体介质141和第二流体介质142之间的接触表面处，对第一流体介质141的部分施加力。由于第一流体介质141的极性行为，根据施加电压的符号以及所用的实际流体，它试图更靠近或更远离电极160。因此，第一流体介质141和第二流体介质142之间的接触表面如图1B的示范性实施例中所述进行变化。在图1B中，M2表示当电压设置成非零值时接触表面的形状。将这种以接触表面形式的电控变化称之为电湿润法。在第一流体介质141是导电的情形中，当施加电压时第一流体介质141和第二流体介质142之间接触表面的变化与前述相同。由于接触表面形式的变化，可变折射声透镜元件10的焦距在所述电压非零时发生改变。
如图1B所见，每个可变折射声透镜元件10通过对其电极150、160a和160b施加选择电压而单独控制。这样，在图1B的示例中，在左侧所示的前两个可变折射声透镜元件10具有对其电极150、160a和160b施加的电压，从而将接触表面改变成形状M2，而图1B中右侧远处所示的后一个可变折射声透镜元件10具有对其施加的零电压，并且其接触表面具有形状M1。当然对可变折射声透镜元件10阵列的电极150、160a和160b可施加各种电压组合，从而产生几乎无限的可变折射声透镜元件10的接触表面形状(包括除了M1和M2外的形状)的组合。这为声探头100在聚焦声束中提供了极大的灵活性。
有益地，在图1A-B的示例中，在流体介质141主要包括水的情形中，至少外罩110的底壁覆有亲水涂层170。当然在流体介质142主要包括水的不同示例中，代替地外罩110的顶壁代替地覆有亲水涂层170。
同时，PCT公开WO2004051323(就像在此处提出的一样，其全部内容作为参考结合于此)提供了使可变折射流体透镜弯月面倾斜的详细描述。
对可变折射声透镜元件10的调整可由外部电子器件(例如，可变电压源)进行控制，所述外部电子器件例如在可变折射声透镜元件10具有3mm直径时可以在20ms内调整所述表面拓扑，或者在可变折射声透镜元件10具有100微米时快达100微秒。当声探头100在发射模式和接收模式两种模式下操作时，此时将调整可变折射声透镜元件10，以改变有效发射和接收聚焦。在发射模式下，包含换能器元件20的换能器15能够发送以M模式操作的短时(宽带)信号，可能是短猝发音以允许用于其他成像技术的脉冲波形多普勒和其他相关信号。典型的应用可以是利用调节到临床感兴趣区域的固定焦点对平面进行成像。另一用法可以是利用多焦点对平面进行成像，调整所述焦点使向轴向焦点的区域传送的能量最大。超声信号可以是时域分解信号，诸如普通回声、M模式或PW多普勒，甚至是非时域分解信号，诸如CW多普勒。
有益地，如下面更详细地解释，可变折射声透镜元件10耦合到声换能器20的结合可代替传统1D换能器阵列，并具有实时调整仰角焦点的额外优势，从而能够用预期的仰角聚焦以可变的深度传送最大能量。
常常，声探头需要具有中等规格(例如4-10cm2)孔径的可变折射声透镜，以便例如提供更小的焦点，并同时展示出跨过所述孔径的压力场的平滑变化的时间延迟或相位，以避免栅瓣。在该情形中，在临界阻尼时间(对于大约几mm的透镜而言大约是几ms)和可变折射声透镜的尺寸之间存在折中。一旦可变折射声透镜变得过大，则其他效果(诸如重力、由于透镜移动造成的与惯性有关的弯月面变形，以及其他不利属性)开始占据主导地位。目前的技术需要直径小于大约10mm来实现稳定性。
解决该问题的一种方法是将很多更小的可变折射声透镜元件以这样的方式集合到一起，即构建更大有效孔径。为了使其最有效地工作，所述更大的孔径必须好像如平滑变化的单个可变折射声透镜操作。这一需求暗示了可变折射声透镜阵列-包含多个更小的可变折射声透镜元件-必须“空间填充”或具有接近100％的填塞。
图2A-C阐述了可变折射声透镜的一些可能布置。
图2C阐述了具有非空间填充布置的可变折射声透镜阵列，如图可见在邻近可变折射声透镜元件之间存在大量的空间。
相反，图2A-B显示了空间填充可变折射声透镜阵列的两个示范性实施例。
图2A显示了可变折射声透镜200a，其包含可变折射声透镜元件210a的空间填充阵列，每一个具有六边形的形状。这能够完全或基本完全空间塞填可变折射声透镜元件210a，同时简化电子器件和制造工艺，因为每个可变折射声透镜元件与它的邻近元件相同。
图2B显示了备选的可变折射声透镜200b，其包含可变折射声透镜元件210b的阵列，每一个具有三角形的形状。在使用三角形的所述情形中，优势是通过使它们全部唯一地定形和定位为代价而减少透镜元件200b的计数。然而，图2B中相同的几何结构代替地可由相同形状的三角形进行覆盖而以使用更多透镜元件为代价。
在图2A-B中，除了控制电极所占必要空间外，实现全空间覆盖。通过使用薄导体可使该空间最小，并且由于在这些阻碍层的布置中缺乏对称性而可能使超声干扰最小(如图2B所示)。希望这些导体的整体效果最小。使用具有同心环、正方形和其他、更多奇异模式(诸如彭罗斯瓷砖)形状的透镜元件可构建其他备选的空间填充模式。
图3显示了声探头300的一个实施例，其包括耦合到声换能器40的空间填充可变折射声透镜30。可变折射声透镜30包含可变折射声透镜元件10的阵列，并可如图2A或图2B所示进行构建。每个可变折射声透镜元件10可构建成与上述图1中基本一样，其详细描述在此不再重复。声换能器40可以是如图3所示的单个元件换能器，或可选地可以是1D换能器阵列或2D换能器阵列。
图3阐述了给电极施加不同信号的能量，每个可变折射声透镜元件10构建为有效更大、平滑变化的可变折射声透镜30。然而，有效更大的弯月面无需是连续的。例如，在从一个隔间到一个隔间可能存在仰角上的位移。这是用于菲涅耳透镜的相同原理。理想地耦合流体142与接触患者的层具有相同的阻抗。当所述表面达到正确的拓扑时，此时激发声换能器40，例如用传统超声成像中时间分解回波信息的短期成像脉冲，或者时间分解猝发音进行，从而能够对沿位置线(line of site)的运动进行探测。
图4是声成像装置400的实施例的方块图，其使用包括耦合到声换能器的可变折射声透镜从而提供实时仰角聚焦控制的声探头。声成像装置400包括处理器/控制器410、发射信号源420、发射/接收开关430、声探头440、滤波器450、增益/衰减器站460、声信号处理站470、仰角聚焦控制器480和可变电压源490。同时，声探头440包括多个可变折射声透镜元件442，其耦合到包含一个或多个换能器元件的声换能器444。
例如，可将声探头440实现为如上面参考图1所述的声探头100或如图3所示的声探头300。在该情形中，有益地每个可变折射声透镜元件442的两种流体141、142具有匹配的阻抗，但声速不同。这能够使声波向前传播最大，同时能够控制波束的方向。有益地，流体141、142具有选择的声速以便使声波聚焦和折射中的灵活性最大。
可变电压源490给每个可变折射声透镜元件442的电极供应可控电压。
有益地，声换能器444包含声换能器元件的1D阵列。
可操作地，声成像装置400操作如下。
仰角聚焦控制器480通过可变电压源490控制对施加给可变折射声透镜元件442的电极上的电压。如上所解释的，这继而按照预期控制每个可变折射声透镜元件442的折射。在一个实施例中，给可变折射声透镜元件442提供电压，使得多个可变折射声透镜元件442作为有效尺寸大于每个可变折射声透镜元件442的单个可变折射声透镜进行操作(例如，见上述图3)。
当可变折射声透镜元件442中的两种流体定义的弯月面的表面达到正确的拓扑时，此时处理器/控制器410控制发射信号源420，以生成施加给声换能器444的一个或多个预期电信号，从而生成预期的声波。在一种情形中，可控制发射信号源420以生成以M模式操作的短时(宽带)信号，可能是短猝发音以允许用于其他成像技术的脉冲波形多普勒和其他相关信号。典型的应用可以是利用调整到临床感兴趣区域的固定焦点对平面进行成像。另一用法可以是用多焦点对平面进行成像，调整仰角焦点使向轴向焦点的区域传送的能量最大。声信号可以是时域分解信号，诸如普通回声、M模式或PW多普勒，甚至是非时域分解信号，诸如CW多普勒。
在图2的实施例中，声探头440适于以发射模式和接收模式进行操作。如上所解释的，在备选实施例中，声探头440可代替地适于只以接收模式进行操作。在该情形中，分开地提供发射换能器，并且省略发射/接收开关430。
图5显示了对图4的声成像装置400的仰角聚焦进行控制的方法500的一个实施例的流程图。
在第一步505中，将声探头440耦合到患者。
然后，在步骤510中，仰角聚焦控制器480通过可变电压源490，对施加给可变折射声透镜元件442的电极上的电压进行控制以聚焦到目标仰角。如上所解释的，这继而按照预期控制每个可变折射声透镜元件442的折射。在一个实施例中，给可变折射声透镜元件442提供电压，使得多个可变折射声透镜元件442作为有效尺寸大于每个可变折射声透镜元件442的单个可变折射声透镜进行操作(例如，见上述图3)。
接着，在步骤515中，处理器/控制器410控制发射信号源420，而发射/接收开关430给声换能器444施加一个或多个预期电信号。可变折射声透镜元件442与声换能器444协同操作，以生成声波，并聚焦在患者的目前区域，包括目标仰角。
随后，在步骤520中，可变折射声透镜元件442与声换能器444协同操作，以接收从患者目标区域返回的声波。同时，处理器/控制器410控制发射/接收开关430，以将声换能器444与滤波器450连接，以便从声换能器444向滤波器450输出(各)电信号。
接着，在步骤530中，滤波器450、增益/衰减器站460和声信号处理站470共同操作，以调节来自声换能器444的电信号，并从中产生接收的声数据。
然后，在步骤540，将接收的声数据存储到声成像装置400的声信号处理站470的存储器(未显示)中。
接着，在步骤545中，处理器/控制器410决定其是否聚焦另一个仰角平面。如果是，则在步骤550中，选择新的仰角平面，并且重复步骤510中的操作。如果否，则在步骤555中，声信号处理站470处理接收的声数据(可能与处理器/控制器410协同)以产生并输出图像。
最后，在步骤560中，声成像装置400输出图像。
通常，方法500可适于在声波是时域分解信号(诸如普通回波、M模式或PW多普勒)，或者甚至是非时域分解信号(诸如CW多普勒)处进行测量。
虽然在此描述了优选的实施例，但可能有很多属于本发明精神和范围内的变化。这些变化对于本领域普通技术人员在调查了此处的说明书、附图及权利要求后，将变得明显。因此本发明只受附加权利要求的精神和范围的限制。
Claims (27)
1、一种声成像装置(400)，包括：
声探头(440，100)，其包括，
声换能器(15，444)，以及
多个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)，其与所述声换能器(15，444)耦合，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b)均至少具有一对电极(150，160)，所述可变折射声透镜元件适于响应于在其所述电极(150，160)两端施加的选择电压来调整所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的至少一个特性；
声信号处理器(470)，其与所述声换能器(15，444)耦合；
可变电压源(490)，其适于给每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的所述对电极(150，160)施加选择电压；以及
控制器(210)，其适于对所述可变电压源(290)进行控制以向所述对电极(150，160)施加所述选择电压。
2、如权利要求1所述的声成像装置(400)，还包括：
发射信号源(420)；以及
发射/接收开关(430)，其适于选择性地将所述声换能器(15)耦合到所述发射信号源(420)，以及耦合到所述声信号处理器(470)。
3、如权利要求1所述的声成像装置(400)，其中，所述声换能器(15，444)包括多个声换能器元件(20)。
4、如权利要求3所述的声成像装置(400)，其中，每一个所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)耦合到所述声换能器元件(20)中对应的一个。
5、如权利要求1所述的声成像装置(400)，其中，控制所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)，以便作为有效尺寸大于每个所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的单个可变折射声透镜(200a，200b)进行操作。
6、如权利要求5所述的声成像装置(400)，其中，所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)包括空间填充阵列，其中所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)中的每个具有六边形、三角形、矩形、正方形、多边形或平滑变化轮廓的形状。
7、如权利要求1所述的声成像装置(400)，其中，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)均包括：
腔室；
置于所述腔室内的第一和第二流体介质(141，142)；以及
第一和第二电极(150，160)，
其中，声波在所述第一流体介质(141)中的声速与所述声波在所述第二流体介质(142)中的对应声速不同，
其中，所述第一和第二流体介质(141，142)彼此不可混和，以及
其中，所述第一流体介质(141)具有与所述第二流体介质(142)基本不同的电导率。
8、如权利要求7所述的声成像装置(400)，其中，所述第一和所述第二流体介质(141，142)具有基本相等的密度。
9、如权利要求7所述的声成像装置(400)，其中，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)包括界定所述腔室的外罩(110)，并且其中，将所述对电极的其中的第一个设置在所述外罩(110)的底部或顶部，而所述对电极的其中的第二个设置在所述外罩(110)的侧壁。
10、如权利要求7所述的声成像装置(400)，其中，将所述对电极的其中的第一个(150)设置成与所述第一和所述第二流体介质(141，142)中具有更大电导率的一个接触，而所述对电极的其中的第二个(160)与具有更大电导率的所述第一和所述第二流体介质(141，142)隔离。
11、如权利要求1所述的声成像装置(400)，其中，响应于在所述电极(150，160)两端施加的选择电压而调整的所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b)的所述至少一个特性包括所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的焦点和倾角。
12、一种声探头(100，300)，包括：
声换能器(15，444)；以及
多个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)，其与所述声换能器(15)耦合，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)至少具有一对电极(150，160)，所述可变折射声透镜元件适于响应于在所述电极(150，160)两端施加的选择电压来调整所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的至少一个特性。
13、如权利要求12所述的声探头(100，300)，其中，所述声换能器(15，444)包括多个声换能器元件(20)。
14、如权利要求13所述的声探头(100，300)，其中，将每一个所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)耦合到所述声换能器元件(20)中对应的一个。
15、如权利要求12所述的声探头(100，300)，其中，控制所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)，以便作为有效尺寸大于每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的单个可变折射声透镜(200a，200b)进行操作。
16、如权利要求15所述的声探头(100，300)，其中，所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)包括空间填充阵列，其中所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)中的每个具有六边形、三角形、矩形、正方形、多边形或平滑变化轮廓的形状。
17、如权利要求12所述的声探头(100，300)，其中，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)包括：
腔室；
置于所述腔室内的第一和第二流体介质(141，142)；以及
所述对电极(150，160)，
其中，所述第一流体介质(141)中声波的声速与所述第二流体介质(141)中对应的所述声波的声速不同，
其中，所述第一和所述第二流体介质(141，142)彼此不可混和，以及
其中，所述第一流体介质(141)具有与所述第二流体介质(142)基本不同的电导率。
18、如权利要求17所述的声探头(100，300)，其中，所述第一和所述第二流体介质(141，142)具有基本相等的密度。
19、如权利要求17所述的声探头(100，300)，其中，每个可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)包括界定所述腔室的外罩(110)，并且其中，将所述对电极的其中的第一个设置在所述外罩(110)的底部或顶部，而将所述对电极的其中的第二个设置在所述外罩(110)的侧壁。
20、如权利要求17所述的声探头(100，300)，其中，将所述对电极的其中的第一个(150)设置成与所述第一和所述第二流体介质(141，142)中具有更大电导率的一个接触，而所述对电极的其中的第二个(160)与具有更大电导率的所述第一和所述第二流体介质(141，142)隔离。
21、如权利要求12所述的声探头(100)，其中，响应于对所述电极(150，160)两端施加的选择电压而调整的所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b)的所述至少一个特性包括所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的焦点和仰角。
22、一种使用声波执行测量的方法(500)，所述方法包括以下行为：
(1)给患者施加声探头(505)；
(2)控制所述声探头的多个可变折射声透镜元件，以聚焦到预期的焦点上(510)；
(3)在声换能器处从所述可变折射声透镜元件接收从对应于预期焦点的目标区域返回的声波(520)；以及
(4)从所述声换能器输出与接收的声波相对应的电信号(530)。
23、如权利要求22所述的方法(500)，还包括：
(5)从由换能器(530)输出的所述电信号中产生接收的声数据。
24、如权利要求23所述的方法(500)，还包括：
(6)将接收的声数据存储到存储器中(540)；
(7)确定是否聚焦另一焦点(545)；
(8)当选择另一焦点时；对于新焦点重复步骤(1)到(7)(550)；以及
(9)当没有选择更多焦点时，处理存储的声数据，并输出来自所处理的声数据的图像(555)。
25、如权利要求22所述的方法(500)，还包括，在步骤(3)之前，给耦合到所述可变折射声透镜元件的所述声换能器施加一个或多个电信号，以便生成在预期焦点上聚焦的声波(515)。
26、如权利要求22所述的方法(500)，其中，(510)控制所述多个可变折射声透镜元件以聚焦在目标区域，包括给每个所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的电极(150，160)施加电压，从而将置于所述可变折射声透镜元件(10，210a，210b，442)的外罩(110)中的两种流体(141，142)相对于彼此而移位，其中，所述两种流体(141，142)相对于彼此具有不同的声波传播速度。
27、如权利要求22所述的方法(500)，其中，控制所述声探头的所述多个可变折射声透镜元件以聚焦到预期的仰角焦点(510)包括，控制所述可变折射声透镜元件以作为有效尺寸大于每个所述可变折射声透镜元件442的单个可变折射声透镜进行操作。
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