反转由超声换能器表现出的去极化效应的方法和系统

相关专利申请

本专利申请是于2019年7月19日提交的名称为“METHOD AND SYSTEM TO PREVENTDEPOLING OF ULTRASOUND TRANSDUCER”的美国专利申请16/516,798的部分继续申请并且要求该美国专利申请的优先权，该美国专利申请的整个主题据此全文以引用方式并入。

技术领域

本公开的各方面涉及医学成像。更具体地，某些实施方案涉及用于防止超声换能器去极化和用于在经历时反转去极化效应的方法和系统。

背景技术

单晶压电材料可用于形成超声探头中的声学叠层。超声探头内使用的声学叠层的制造包括将压电材料与其他层材料堆叠或夹在一起，所述其他层材料诸如为可用于形成匹配层的石墨基材料或重负载环氧材料、嵌入有铜迹线的挠性材料和/或其他非常硬的材料。在制造期间，超声换能器被“极化”以改善压电效应。该极化过程通过以下方式进行：沿着相对于压电材料的参考轴的预定方向将电场施加到换能器。将单晶材料和其他换能器层切割成限定单独换能器元件的子部件。在组装过程期间将换能器元件与电极附接在一起。这些电极用于将发射信号传输到压电材料内的对应换能器元件并且从对应换能器元件收集所接收的信号。

在操作期间，在连接到压电材料的电极之间施加发射电压以便在换能器中感应出电场。该电场基于压电效应来产生换能器元件的机械尺寸变化。该机械尺寸变化用于形成由探头发出的声波。该声波在不同解剖层上部分地反射。反射的波在接收操作期间引起换能器元件的机械变形。接收操作期间的机械变形因压电效应而在换能器内感应出电信号。这些电极将电信号传输到超声控制台，在此使用这些电信号形成超声图像。将发射操作和接收操作施加到大量电极以及相关联的大量换能器元件。

如果在与初始极化方向相反的方向上施加过高的电压，则可使压电效应劣化。该效应的劣化导致超声探头的灵敏度降低(也称为去极化效应)。劣化的量取决于许多因素，如换能器温度、所施加的电压信号的模式、截止电压极性(正电压或负电压)、换能器的材料组成、换能器的厚度等等。去极化效应是单晶超声探头面临的主要挑战。

迄今为止，已提出了尝试减少去极化效应的方法。例如，授予Dillman等人的美国专利6,497,660提出将大偏置电压添加到发射电压信号。Dillman教导了使双极电压信号偏置以在整个发射操作中保持与换能器的极化方向相同的极性。在发射周期期间，Dillman的偏置发生器使双极电压信号偏移，使得双极电压信号并不在静态下处于0伏特，而是处于至少-XV伏特。在图4中，Dillman示出了具有-Xv下的静态、0伏特的峰值和-2XV的最小值的偏置双极电压信号，使得偏置双极电压信号优选地不应过0伏特。然而，为了保持Dillman的大偏置电压，该系统必须包括昂贵且不可靠的高电压偏置电路。另外，在整个发射周期中将大偏置电压施加到探头可缩短探头的寿命并引入其他电路复杂性。

通过本申请的剩余部分中参考附图所阐述的此类系统与本公开的一些方面的比较，常规方法和传统方法的附加限制和缺点对于本领域技术人员将变得显而易见。

发明内容

根据本文的实施方案，提供了超声系统。超声系统包括换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件。发射电路被配置为生成具有第一极性区段和第二极性区段的发射信号。第一极性区段和第二极性区段具有对应的第一峰值振幅区段和第二峰值振幅区段。偏置发生器被配置为在极化方向的方向上生成偏置信号。偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。

任选地，压电换能器元件可由在极化方向上极化的单晶材料形成。单晶材料可表示二元单晶材料。偏置信号可为连续地施加到探头连接器的DC电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有2.5V与10V之间的稳态电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有4V至6V的稳态电压。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有发射信号的第一峰值振幅或第二峰值振幅中的至少一者的多达15％的稳态电压。

任选地，发射信号可包括重复的一系列脉冲。这些脉冲可具有预定脉冲宽度以在发射周期的多达5％内提供有源发射信号。偏置发生器可被配置为在发射周期的90％或更多期间连续地施加偏置信号。发射信号可包括重复的一系列脉冲，这些脉冲具有预定脉冲宽度以在发射周期的多达5％内提供有源发射信号，该偏置发生器被配置为在发射周期期间连续地施加偏置信号。

任选地，超声系统可包括耦接到探头电缆的远端的探头。探头电缆可在探头电缆的近端包括探头连接器。探头连接器可被配置为连接到超声控制台。偏置发生器可位于超声控制台内的发射电路下游且在探头连接器之前。超声系统可包括探头。偏置发生器可位于探头中。

根据本文的实施方案，提供了超声探头。超声探头包括换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件。探头连接器和发射线从探头连接器延伸到换能器。发射线被配置为以不同模式传输发射信号。不同模式区段具有对应峰值振幅。偏置发生器耦接到发射线。偏置发生器被配置为在极化方向的方向上生成偏置信号。偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。偏置信号在接收时间期间也可为有源的。

任选地，压电换能器元件可由在极化方向上极化的单晶材料形成。单晶材料可表示二元单晶材料或三元晶体材料。偏置发生器可被配置为生成偏置信号以具有2.5V与10V之间的稳态电压。

根据本文的实施方案，提供了一种方法。该方法利用换能器来发射超声信号并从感兴趣区域接收回波超声信号。换能器包括在极化方向上极化的压电换能器元件。该方法生成具有若干极性区段的发射信号。不同极性区段具有对应的不同峰值振幅。该方法在极化方向的方向上生成偏置信号并且将偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。偏置信号在接收时间期间也可为有源的。

任选地，该方法可包括提供由在极化方向上极化的单晶材料形成的压电换能器元件。该方法可利用二元或三元单晶材料来形成换能器元件。该方法能够连续地施加DC电压作为偏置信号。该方法可包括以下中的至少一者：生成偏置信号以具有多达10V的稳态电压；生成偏置信号以具有多达6V的稳态电压；生成偏置信号以具有发射信号的第一峰值振幅或第二峰值振幅中的至少一者的多达15％的稳态电压；或在发射周期的90％或更多期间连续地施加偏置信号。

根据本文的实施方案，提供了一种超声系统，该超声系统包括：换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件，其中随时间推移，换能器元件中的一个或多个换能器元件可能表现出去极化效应；以及一个或多个驱动电路，该一个或多个驱动电路被配置为：i)生成具有至少第一极性区段的发射信号，这些第一区段具有对应的第一峰值振幅；ii)生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应；以及iii)在极化方向上生成偏置信号，该偏置信号与发射信号或复极化信号中的至少一者组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号或偏置复极化信号中的对应至少一者。

除此之外或另选地，一个或多个驱动电路被进一步配置为在时间上与发射信号同时生成偏置信号，该偏置信号与发射信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路被进一步配置为在时间上与复极化信号同时生成偏置信号，该偏置信号与复极化信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置复极化信号。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路包括被配置为生成发射信号的发射驱动电路。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路包括被配置为生成复极化信号的复极化驱动电路。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路包括至少一个公共驱动电路，该至少一个公共驱动电路被配置为生成发射信号、偏置信号和复极化信号中的至少两者。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路被配置为生成一系列至少一个正脉冲和/或至少一个负脉冲作为复极化信号。除此之外或另选地，一个或多个驱动电路被配置为生成复极化信号，以使其电压振幅多达发射信号的电压振幅的4倍。

根据本文的实施方案，提供了一种超声探头，该超声探头包括：换能器，该换能器具有在极化方向上极化的压电换能器元件，其中随时间推移，换能器元件中的一个或多个换能器元件表现出去极化效应；探头连接器和从探头连接器延伸到换能器的发射线，该发射线被配置为传输具有至少第一极性区段的发射信号，这些第一极性区段具有对应的第一峰值振幅；发射线被进一步配置为传输具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应；以及偏置发生器，该偏置发生器被配置为在极化方向的方向上生成偏置信号，该偏置信号与发射信号组合以形成偏置发射信号，该偏置发射信号在极化方向的方向上偏移并且在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。

除此之外或另选地，偏置发生器被进一步配置为在时间上与复极化信号同时生成偏置信号，该偏置信号与复极化信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置复极化信号。除此之外或另选地，在超声探头的外壳内提供复极化驱动电路，该复极化驱动电路被配置为生成复极化信号。除此之外或另选地，复极化信号包括一系列至少一个正脉冲和至少一个负脉冲。除此之外或另选地，复极化信号的电压振幅多达发射信号的电压振幅的4倍。

根据本文的实施方案，提供了一种方法，该方法包括：利用换能器来发射超声信号并从感兴趣区域接收回波超声信号，该换能器包括在极化方向上极化的压电换能器元件，其中随时间推移，换能器元件中的一个或多个换能器元件表现出去极化效应；生成具有至少第一极性区段的发射信号，这些第一极性区段具有对应的第一峰值振幅；生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应；以及在极化方向上生成偏置信号，该偏置信号与发射信号或复极化信号中的至少一者组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号或偏置复极化信号中的对应至少一者。

除此之外或另选地，生成偏置信号包括在时间上与发射信号同时生成偏置信号，该偏置信号与发射信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号。除此之外或另选地，生成偏置信号进一步包括在时间上与复极化信号同时生成偏置信号，以及将偏置信号与复极化信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置复极化信号。除此之外或另选地，在完成超声图像帧的超声数据的采集中的至少一者之后或在冻结模式期间生成复极化信号。除此之外或另选地，复极化信号包括一系列至少一个正脉冲和至少一个负脉冲。除此之外或另选地，复极化信号的电压振幅多达发射信号的电压振幅的4倍。除此之外或另选地，该方法将DC电压作为偏置信号连续地施加到发射信号和复极化信号两者。

附图说明

图1示出了根据本文实施方案的包括发射器的超声系统，该发射器驱动探头内的换能器元件阵列将脉冲超声信号发射到身体内。

图2示出了根据本文实施方案的具有3D能力的微型超声系统，该超声系统具有探头，该探头可包括具有单晶材料和/或单晶复合材料的元件。

图3示出了根据本文实施方案的设置在可移动基座上的移动超声成像系统。

图4示出了根据本文实施方案的手携式或袖珍超声成像系统，其中显示器和用户界面形成单个单元。

图5示出了根据本文实施方案的用于制造换能器阵列的方法。

图6A示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

图6B示出了根据本文实施方案的可在一个发射周期期间发射的发射信号的示例。

图7示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

图8示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

图9示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

图10示出了根据本文实施方案的结合一种类型的换能器收集的具有所施加的DC偏置的测试结果。

图11示出了根据本文实施方案的如结合图10进行测试的结合相同类型的换能器收集的没有DC偏置的测试结果。

图12示出了根据本文实施方案的结合一种类型的换能器收集的没有DC偏置的测试结果。

图13示出了根据本文实施方案的结合如图12的测试结果中所用相同类型的换能器收集的具有所施加的DC偏置的测试结果。

图14A示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路和复极化驱动电路的超声系统的框图。

图14B示出了根据本文另选的实施方案的包括所实现的DC偏置电路和复极化驱动电路的超声系统的框图。

图14C示出了可在连续发射周期之间的复极化周期期间发射的复极化信号的示例。

图14D示出了根据本文实施方案的可在连续发射周期之间的复极化周期期间发射的偏置复极化信号的示例。

图14E示出了根据本文实施方案形成的另选的复极化模式的示例。

图15示出了根据本文实施方案的发射周期与复极化周期之间的时序关系的示例。

图16示出了根据本文实施方案的用于实现复极化的过程。

图17示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

图18示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。

具体实施方式

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及某些实施方案的以下具体实施方式。就附图示出各种实施方案的功能框的图的范围而言，该功能框不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，一个或多个功能框(例如，处理器或存储器)可以在单件硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器块、硬盘等)或多件硬件中实现。类似地，程序可以是独立程序，可以作为子例程包含在操作系统中，可以是安装的软件包中的功能等。应当理解，各种实施方案不限于附图中所示的布置和工具。还应当理解，可以组合实施方案，或者可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离各种实施方案的范围的情况下做出结构的、逻辑的和电气的改变。因此，以下详述不应被认为限制性意义，并且本发明的范围由所附的权利要求书及其等同物限定。

如本文所用，以单数形式叙述且以词语“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明此类排除。此外，对“实施方案”、“一个实施方案”、“代表性实施方案”、“示例实施方案”、“各种实施方案”、“某些实施方案”等的引用不旨在被解释为排除存在还结合了所叙述的特征的附加实施方案。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定属性的一个元素或多个元素的实施方案可以包括不具有该属性的附加元素。

术语“灵敏度”应意指电输出与信号输入或信号输出与电输入的比率。

术语“去极化效应”应意指i)换能器元件极化的当前水平或程度与ii)换能器元件极化的先前水平或程度之间的变化。极化的先前水平或程度可被限定为基线极化水平。例如，去极化效应可以表示相对于在制造、组装或翻新超声探头或换能器时表现出的极化水平，该极化水平或程度的降低。为了避免疑问，应当认识到，换能器元件可以表现出各种水平的去极化效应(例如，少量、中量或大量去极化)。另外，为了避免疑问，应当认识到，新的或初始的换能器元件(例如，最近制造的、最近翻新的、未使用的)可能不是完全极化的。相反，换能器元件初始极化的程度可用作基准或基础极化水平/程度。

本文的实施方案可以结合一个或多个以下已公布的专利申请中描述的结构和功能来实现：2018年5月8日公布的名称为“SEAL RING AND ASSOCIATED METHOD”(密封环及相关方法)的美国专利第9,966,578号；2015年3月17日公布的名称为“METHOD FOR FORMINGAN ACOUSTICAL STACK FOR AN ULTRASOUND PROBE”(用于形成超声探头的声学叠层的方法)的美国专利第8,978,216号；2009年11月24日公布的名称为“METHOD FOR OPTIMIZEDDEMATCHING LAYER ASSEMBLY IN AN ULTRASOUND TRANSDUCER”(用于超声换能器中的优化去匹配层组装的方法)的美国专利第7,621,028号；2009年6月9日公布的名称为“CAPACITIVE MICROMACHINED ULTRASOUND TRANSDUCER FABRICATED WITH EPITAXIALSILICON MEMBRANE”(用外延硅膜制造的电容式微机械超声换能器)的美国专利第7,545,012号；2007年10月30日公布的名称为“ELECTRONIC PACKAGING AND METHOD OF MAKINGTHE SAME”(电子封装及其制备方法)的美国专利第7,289,336号；2006年8月22日公布的名称为“METHOD FOR PREPARING COATED COMPONENTS USING NIAL BOND COATS”(使用NIAL粘结涂层制备被涂覆的部件的方法)的美国专利第7,094,444号；2006年7月18日公布的名称为“METHOD FOR REPAIRING COATED COMPONENTS”(用于制备被涂覆的部件的方法)的美国专利第7,078,073号；2003年12月23日公布的名称为“ULTRASOUND TRANSDUCER FORIMPROVING RESOLUTION IN IMAGING SYSTEM”(用于改善成像系统中的分辨率的超声换能器)的美国专利第6,6666,825号。上文和下文引用的已公布的专利、专利申请以及其他出版物的完整主题明确地全文以引用方式并入本文。

本文的实施方案可结合多种超声换能器实现，而对换能器的几何形状没有限制。然而，本文的实施方式在结合由易发生去极化的材料(包括(但不限于)单晶材料等)制成的换能器时可具有更好的适合性。具体地讲，本文的实施方案非常适合限制或消除换能器元件中的去极化效应，这些换能器元件基本上由二元或三元单晶材料构造或具有二元或三元单晶材料的基本上均匀的组成。具体地讲，如相比于与三元单晶材料一起使用的偏置信号的电压电平，本文的实施方案利用低电压偏置信号以在利用具有更低电压的偏置信号时使更弱的二元单晶材料稳定。

实施方案可结合具有各种类型和布置的换能器的超声探头来实现，这些超声探头被配置为收集任何和所有类型的超声数据集，包括(但不限于)B模式数据、能量多普勒数据、多普勒数据、应变数据、二维数据、三维数据、四维数据、剪切波数据或其他数据，如本文所述以及如本文引用和并入的专利、专利申请和其他出版物中所述。

虽然结合与诊断成像结合利用的超声换能器描述了主要实施方案，但应当认识到实施方案可结合用于其他应用的超声换能器来实现。超声换能器的其他应用的非限制性示例包括超声治疗系统(例如，肿瘤的基于超声的治疗、脂肪组织的基于超声的去除)、光声超声、声呐、机械结构的基于超声的检查、机械连接(例如，焊缝和其他粘结界面)的基于超声的检查等。传统上，用于治疗、声呐和检查应用的换能器已利用不易发生去极化的不同晶体结构(例如，非单晶材料)，因此不能够利用单晶结构所提供的其他有益效果。例如，与治疗、声呐和检查应用结合利用的更高电压原本可加快换能器的去极化过程和劣化，从而致使单晶结构不适合此类应用。然而，在添加本文所述的改进后，即使在更高发射电压下，也能避免去极化，从而允许单晶换能器用于更高电压应用。

图1示出了包括发射器102的超声系统100，该发射器驱动探头106内的换能器元件104(例如，压电元件)的阵列将脉冲超声信号发射到身体内。元件104可包含如本文所讨论的单晶材料。元件104可例如在一维或二维中布置。可使用多种几何形状，并且探头106可能能够采集一维、二维、三维和/或四维图像数据。系统100可具有用于连接探头106的探头端口120，或探头106可硬连线到系统100。

发射器和超声探头可被实现和/或被配置用于一维(1D)、二维(2D)、三维(3D)和/或四维(4D)超声扫描。超声探头可包括压电元件的一维(1D、1.25D、1.5D或1.75D)阵列或二维(2D)阵列。超声探头可包括通常构成相同元件的一组发射换能器元件和一组接收换能器元件。发射器可由发射波束形成器驱动。发射波束形成器可包括可用于控制发射器的合适电路，该发射器通过发射子孔径波束形成器来驱动一组发射换能器元件以将超声发射信号发射到感兴趣区域(例如，人类、动物、地下洞穴、物理结构等)中。就这一点而言，可激活一组发射换能器元件以发射超声信号。超声信号可包括例如以脉冲重复频率(PRF)反复触发的脉冲序列，该脉冲重复频率通常可在千赫范围内。脉冲序列可聚焦在具有相同发射特征的相同发射焦点位置处。聚焦在相同发射焦点位置处的一系列发射触发可被称为“包”。

超声信号从体内结构如脂肪组织或肌肉组织反向散射，以产生返回到元件104的回波。回波由接收器108接收。接收到的回波穿过波束形成器110，该波束形成器执行波束形成并且输出射频(RF)信号。然后RF信号穿过RF处理器112。另选地，RF处理器112可包括复解调器(未示出)，该复解调器对RF信号进行解调以形成代表回波信号的同相且正交的(IQ)数据对。然后可将RF或IQ信号数据直接路由到存储器114以进行存储。

超声系统100还包括处理器模块116以处理所采集的超声信息(例如，RF信号数据或IQ数据对)并且准备要在显示器118上显示的超声信息的帧。处理器模块116适于根据所采集的超声信息上的多个可选超声模态来执行一个或多个处理操作。随着接收到回波信号，可以在扫描会话期间实时处理和显示所采集的超声信息。除此之外或另选地，超声信息可在扫描会话期间临时存储在存储器114或存储器122中，然后在离线操作中处理和显示。

用户界面124可用于将数据输入到系统100，调节设置，并且控制处理器模块116的操作。用户界面124可具有键盘、轨迹球和/或鼠标以及多个旋钮、开关或其他输入设备诸如触摸屏。显示器118包括一个或多个监视器，其向用户呈现包括诊断超声图像的患者信息以便诊断和分析。存储器114和存储器122中的一者或两者可存储超声数据的二维(2D)和/或三维(3D)数据集，其中访问此类数据集以呈现2D和/或3D图像。还可随时间推移采集和存储多个连续3D数据集，诸如以提供实时3D或四维(4D)显示。可使用用户界面124修改这些图像并且还可手动地调节显示器118的显示设置。

图2示出了具有3D能力的微型超声系统130，该超声系统具有探头132，该探头可包括具有如本文所讨论的单晶材料的元件104。探头132可被配置为采集3D超声数据。例如，探头132可具有换能器元件104的2D阵列。提供了用户界面134(其也可包括集成显示器136)以从操作员接收命令。

如本文所用，“微型”意指超声系统130是手持式或手携式设备，或被配置为通过某人的手、口袋、公文包大小的包或背包携带。例如，超声系统130可为具有典型膝上型计算机的尺寸(例如，具有深度为大约2.5英寸、宽度为大约14英寸以及高度为大约12英寸的尺寸)的手携式设备。超声系统130可重约十磅，因此便于操作员携带。还提供了集成显示器136(例如，内部显示器)，该集成显示器被配置为显示医学图像。

可经由有线或无线网络140(或直接连接，例如经由串行或并行电缆或USB端口)将超声数据发送到外部设备138。在一些实施方案中，外部设备138可为具有显示器的计算机或工作站。另选地，外部设备138可为单独的外部显示器或打印机，其能够从手携式超声系统130接收图像数据并且显示或打印可具有比集成显示器136更大的分辨率的图像。应当注意，各种实施方案可结合具有不同尺寸、重量和功耗的微型超声系统来实现。

图3示出了设置在可移动基座146上的移动超声成像系统144。超声成像系统144也可称为基于cart的系统。提供了显示器142和用户界面148，并且应当理解，显示器142可独立于用户界面148或者可与其分开。系统144具有至少一个探头端口150以便接纳探头(未示出)，所述探头可具有包含如本文所讨论的单晶材料的元件104。

用户界面148可任选地为触摸屏，从而允许操作员通过触摸所显示的图形、图标等选择选项。用户界面148还包括控制按钮152，所述控制按钮可用于根据预期或需要和/或按照通常所提供的来控制系统144。用户界面148提供多个界面选项，用户可物理地操控所述界面选项以便与可被显示的超声数据和其他数据进行交互，以及输入信息并设定和改变扫描参数。界面选项可用于特定输入、可编程输入、上下文输入等。例如，可提供键盘154和轨迹球156。

图4示出了手携式或袖珍超声成像系统170，其中显示器172和用户界面174形成单个单元。举例来说，袖珍超声成像系统170可为大约2英寸宽、大约4英寸长且大约0.5英寸深及重量小于3盎司。显示器172可为例如320×320像素彩色LCD显示器(在其上可显示医学图像176)。按钮182的打字机式键盘180可任选地包括在用户界面174中。系统170连接到探头178，该探头具有包含如本文所讨论的单晶材料的换能器元件104。可根据系统操作模式为多功能控件184各自分配功能。因此，多功能控件184中的每个多功能控件可被配置为提供多个不同动作。必要时，与多功能控件184相关联的标签显示区域186可包括在显示器172上。系统170还可具有用于专用功能的附加按键和/或控件188，所述专用功能可包括但不限于“冻结”、“深度控制”、“增益控制”、“彩色模式”、“打印”和“存储”。

术语声学叠层在本文中可用来指以堆叠构型附接在一起的若干层。探头106内的元件104(图1所示)中的每个元件包括声学叠层。在一个实施方案中，声学叠层包括由压电材料(诸如单晶压电材料)形成的压电层。压电层可具有大约1/2或1/4λ的厚度，其中λ是对于可用带宽的期望中心频率而言声音在压电材料中的波长。电极可使用薄金属层来形成并且沉积在压电材料的至少顶侧和底侧上。

图5示出了根据本文实施方案的用于制造换能器阵列的方法。在502处，提供了压电材料的薄板。压电材料的薄板也可称为压电衬底，其可由不同类型的压电化合物形成。通常，压电材料在外表面上完全金属化。在将声学叠层切割成单独元件之后，该金属化形成单独元件电极。根据至少一些实施方案，该衬底可形成为单晶材料。虽然单晶材料可为二元或三元单晶材料，但更优选地，单晶材料是二元单晶材料。可利用的单晶材料的非限制性示例包括二元复合物，诸如铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)。PMN-PT具有引起不同但特定的特性的内部结构。PMN-PT表现出压电特性并且由表现为一个单元的两组不同原子构成，这两组不同原子均为氧化物，称为自由基(例如，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和PbTiO3)。PMN-PT是弛豫铁电材料类别的一部分，并且具有单晶结构，这不同于具有粒状压电陶瓷结构的常用压电材料。这意味着不存在缺陷和晶界，因此可机加工PMN-PT达到更精密的程度，使之具有光学级光洁度。将PMN-PT与粒状压电材料(诸如PZT)区分开的其他特性也与单晶结构有直接联系。此类特性是光学的、机械的或电气的，并且可为各向异性的(直接相关)。具有单晶结构的PMN-PT的另一个优点是其均匀性，从而确保一致的压电系数值。

压电衬底包括近侧表面或前表面和远侧表面或后表面。一旦将衬底组装到超声探头中，就可在探头的操作期间紧贴感兴趣区域定位探头，并且在扫描方向上将超声波发射到ROI中。ROI内的结构响应于所发射的超声波而发信号。在医学成像和治疗应用中，探头保持紧贴ROI的组织，其中探头的正面大致被取向为垂直于扫描方向。在非破坏性测试中，探头在扫描方向延伸到ROI中的情况下保持紧贴包括ROI的结构。在声呐应用中，探头位于流体(例如，海洋)内。近侧表面是在扫描方向延伸到ROI中的情况下最接近包含ROI的组织、结构或流体(或紧贴在其上)的衬底的表面。

根据一些探头设计，衬底的近侧表面和远侧表面可沿着大致平行的平面延伸(例如，对于线性换能器构型而言)。任选地，近侧表面和远侧表面可沿着大致同心的弧延伸(例如，对于弯曲换能器构型而言)。任选地，近侧表面和/或远侧表面可被构造为沿着非平面和/或没有恒定曲线的其他路径延伸。例如，至少近侧表面可在第一方向(例如，纵向方向)上以平面的方式延伸，但在正交的第二方向(例如，横向方向)上沿着弯曲路径延伸。衬底的近侧表面和远侧表面彼此以衬底的深度或厚度(如沿着深度方向测量)间隔开。一般来讲，衬底的近侧表面和远侧表面可被取向为大致彼此平行，但在某些实施方案中，近侧表面和远侧表面可被取向为彼此成非平行的角度。

在504处，通过沿着预定方向将电场施加到压电衬底来使压电衬底“极化”。在极化操作之前，压电衬底表现出由至少部分地随机取向的电偶极子形成的非极化状态。当处于非极化状态时，衬底表现出与极化后相比相对较弱的压电灵敏度。极化操作使衬底内的电偶极子在称为“极化方向”的公共方向上取向。压电材料的极化沿发射方向，即沿声学叠层的垂直方向。垂直方向在弯曲探头的径向方向上以及在线性或相控探头的纵向方向上延伸。

举例来说，近侧电极中的一者或阵列可连接在衬底的近侧表面处或附近，其中这些电极以与待由探头利用的换能器元件的图案相对应的图案来布置。衬底的远侧表面可连接到类似的远侧电极阵列、更少的电极和/或公共电极。跨近侧电极和远侧电极施加电压电位以形成电场。以足够的强度施加电场以使压电衬底内的电偶极子重新取向，使之沿着公共方向对齐，即沿着扫描方向对齐。对于线性探头而言，扫描方向大致平行于深度轴并垂直于探头面延伸。对于弯曲探头而言，在结合单个发射操作时，扫描方向平行于局部深度轴(靠近发射轴)并垂直于靠近发射轴的探头局部区域延伸。

极化方向(和偶极子的取向)大致在耦接到换能器元件的电极之间的方向上延伸。这些电极可定位在换能器元件(或叠层)的前/近侧表面和后/远侧表面上。因此，极化方向平行于换能器元件的叠层的深度轴延伸。作为另一个示例，换能器元件以阵列的形式布置在探头中，其中探头具有被配置为靠近感兴趣区域定位的前/近侧表面。探头的前表面沿着一个平面延伸。极化方向大致垂直于探头和换能器元件阵列的前表面的平面延伸。

在506处，使用切割参数或条件切割压电材料的衬底。例如，切割操作可完全切割穿过所有声学层，诸如以切割穿过所有导电层，从而分开所有声学元件并允许单独的电连接。另外，元件可被小块切割以实现特殊的长宽比和优选的振动模式。然而，小块切割仍保持元件子部件的电连接。任选地，切割操作可限于部分地或局部地切割穿过衬底材料一半，使得衬底材料保持为薄板而非单独的片。任选地，切割参数或条件可基于单晶的机械特性和几何形状。切割参数可包括但不限于刀片材料、主轴转速、进给速度等。因此，保持了单晶的质量，同时避免了在使用在切割整个声学叠层时所需的切割条件的时候经历的开裂和劣化。用于制造声学叠层的工艺在陶瓷和单晶材料中均会引入应力。通常，执行退火步骤以在使这些元件极化之前对这些材料进行应力消除。

在另一个实施方案中，可使用激光切割、离子铣削、化学蚀刻、线切割、等离子体和/或其他工艺或方法，并且可基于单晶材料对它们进行优化。在一个实施方案中，单晶材料的薄板可为单片材料，并且在另一个实施方案中，单晶材料的薄板可为单晶材料的两个或更多个薄板的叠层。一般来讲，切割操作可完全切割穿过这些层以分开这些电连接。切割操作形成单晶片，每个单晶片对应于探头中的单个元件。切缝可从薄板的近侧表面或前表面延伸穿过单晶材料。在一个实施方案中，切缝可为间隔部，即，切缝可完全分开单晶片。切缝具有与第一切割的宽度相对应的宽度。用切缝填充材料来填充切缝。切缝填充材料可为硅材料、有机聚合物、环氧基材料或其他既适用于填充切缝又适用于将切割声学叠层的后续切割操作的材料。

在508处，将电极阵列溅射在压电材料上，之后再将该部件层合到叠层中。例如，压电材料的至少近侧表面和远侧表面可涂覆有一层导电材料，诸如金、镍、导电材料组合等。可在晶体的近侧表面和远侧表面上制作隔离划线以限定信号区域和接地区域。

应当理解，可使用其他方法来形成电极和/或限定信号区域和接地区域。例如，可使用由压电材料上的预成形电极限定的元件来形成高频阵列。在前述示例中，不执行切割操作。例如，可在高频阵列中避免切割，在高频阵列中，例如30μm宽度的切割切口将占用该材料中的太多间距，因此技术上不可行。任选地，可诸如通过使用粘合剂、胶粘剂或其他材料将至少一个匹配层固定到没有隔离划线的晶体的侧面。挠性电路夹在或层叠在声学叠层内以使叠层与系统100互连。挠性电路具有挠性绝缘层，该挠性绝缘层可由诸如Kapton(其是聚酰亚胺膜)的材料形成。可使用其他材料。在挠性绝缘层的一侧上形成上部迹线，并且在挠性绝缘层的另一侧上形成下部迹线。在一个实施方案中，上部迹线和下部迹线可为铜或另一种金属材料或材料组合，并且可使用本领域已知的印刷方法印刷在挠性绝缘层上。

在510处，将换能器子组件连同任何其他适于完全组装超声探头的电部件或机械部件一起组装到探头外壳中。接下来，讨论转到根据本文实施方案管理超声探头的操作以限制或消除压电材料去极化的方法和系统。在操作期间，将发射电压施加到探头，从而在换能器中引起电场。该电场基于压电效应来产生换能器元件的机械尺寸变化。该机械尺寸变化用于形成由探头发出的声波。该声波在感兴趣区域内的不同解剖层处部分地反射。反射的波冲击换能器并且引起换能器元件的机械变形。所述机械变形再次基于压电效应来形成跨对应换能器元件的电场。单独换能器元件内的电场在连接到对应换能器元件的电极之间形成电位。电位被感测为原始接收超声信号并且经处理而形成超声数据和超声图像。

如果在与极化方向相反的方向上将过高的电压施加到换能器元件，则高电压使换能器元件所表现出的压电效应劣化。例如，高电压使换能器元件的组成内的电偶极子的至少一部分重新取向，从而将至少部分非极化状态重新引入到换能器元件的组成。换能器元件的极化的劣化减少了换能器元件所表现出的压电效应，从而降低了超声探头的灵敏度。特定探头的去极化或压电效应劣化的量将取决于各种因素，诸如结合发射信号所施加的电压振幅、换能器温度和/或信号模式。在发射信号期间施加的复杂电压信号模式可变得与潜在去极化更加相关。例如，一些电压信号模式可具有时间和/或电压电平的量以与极化方向相反的方向增加的区段。当区段的数量或长度以与极化方向相反的方向增加时，去极化的可能性增加。

当利用更简单的发射信号时，去极化和劣化的量可取决于每个发射信号相对于极化方向的截止电压极性(例如，正电压或负电压)。例如，与极化方向的极性相对应的截止电压极性将具有很少或没有去极化效应，而与极化方向的极性相反的截止电压极性可具有有限的去极化效应。

在结合更新型的探头设计时，特别是结合将单晶材料用于换能器阵列的超声探头时，与去极化相关联的负效应代表一个重大挑战。在广泛分析期间，本申请的发明人观察到，当在至少发射操作期间将“低”电平DC偏置电压施加到换能器元件时，在至少某些晶体材料中可基本上消除去极化。以与在发射操作期间施加的电压的比率或关系来限定DC偏置电压的电平。根据至少某些实施方案，低电平DC偏置电压保持在发射操作期间施加的峰值电压的15％或以下。例如，当发射电压在+/-60V之间改变时，DC偏置电压保持在+/-9V或以下。通过将DC偏置电压保持为发射电压的较小百分比，本文的实施方案使换能器元件内的组成的电偶极子取向稳定并因此避免(或至少基本上减弱)去极化效应。

此外，已发现，如果与发射电压脉冲的长度相比DC偏置电压在发射和接收周期内存在较长时间段，则低电平DC偏置电压使换能器元件内的组成的电偶极子取向稳定。例如，DC偏置电压可在整个发射和接收周期中连续地保持，和/或在发射和接收周期的绝大部分(例如，90％或更多)内保持。举例来说，发射信号可包括重复的一系列脉冲，其中这些脉冲具有预定脉冲宽度以在完整的发射和接收周期的多达5％内提供有源发射信号。作为另外一个示例，在结合B模式成像程序时，成像序列(发射和接收周期)可包括每200μs重复一次的一系列发射脉冲，其中每个单独脉冲宽度在200与500ns之间的范围内，从而在整个发射操作过程的时间的大约5％内提供有源发射信号。DC偏置电压可在整个发射周期期间连续地施加，和/或在发射周期的90％或更多内保持。

任选地，可基于成像操作的类型和发射信号的对应类型来改变DC偏置电压的占空比。例如，与和B模式成像相关联的发射信号相比，在脉冲波多普勒成像模式期间，发射信号将表现出不同的形状、脉冲宽度和占空比。类似地，可改变在脉冲波多普勒成像期间施加的DC偏置电压。通过利用被设定为最大发射电压的低百分比的DC偏置电压并且通过在相对于发射脉冲的脉冲宽度的基本上更长时间段内保持DC偏置电压，已发现本文的实施方案能够针对不同换能器材料不成比例地增加最大发射电压。最大发射电压的不成比例的增加能够得以维持，而不经历去极化效应劣化或灵敏度降低。最大发射电压的不成比例的增加是相对于不利用DC偏置电压的常规方法而言的以及相对于利用与最大发射电压基本上对应的明显较高的DC偏置电压的常规方法(例如，诸如Dillman等人所述)而言的。因此，根据本文的实施方案，仅几伏特的电压就可使得可能发射电压的明显增加(几十伏特)。本文实施方案的至少一个有益效果是在与发射电压信号长度相比长时间施加电压的情况下低电压带来了显著改善，与此同时通过利用低电压DC偏置电路而提供了简单得多且具有成本效益的解决方案。

通过基本上消除去极化效应，本文的实施方案提供了与常规探头相比能够以更高电压操作换能器的探头，从而提高图像质量。另外，通过基本上消除去极化效应，本文的实施方案提供了能够使用提供更佳图像质量的发射模式的探头，其中以往由于去极化效应而无法使用此类发射模式。此外，本文的实施方案可被实现为改型解决方案以与现有探头向后兼容，诸如通过在超声成像系统的控制台处应用的设计更改。通过应用改型解决方案，实施方案改善了安装库中的现有产品的性能。

图6A示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器602的控制台600。控制台600可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器602设置在探头电缆604的近端上。探头电缆604的远端连接到探头606。发射线612将换能器元件610电连接到探头连接器602中的对应触点(未示出)。探头连接器602被配置为与设置在控制台上的配合连接器(未示出)配合。探头606内的感应器611以及探头连接器602内的感应器603沿着线612提供。探头电缆604在探头连接器602处连接到控制台600内的发射/接收(T/R)电路614。在图6A的示例中，发射线612还可用作接收器线以将接收信号从换能器元件传输到收发器614。任选地，可利用单独的发射线和接收线。在T/R电路614与节点622之间提供电容器。

在发射操作期间，T/R电路614输送发射信号以使换能器元件610发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路614记录与换能器元件610处感测到的超声回波相对应的沿着线612的返回“回波”信号。偏置电路620连接在控制台600内的节点622处。偏置电路620被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线612上。偏置信号在节点622处叠加到发射/接收电路614所生成的发射信号上。

图6A示出了与单个换能器元件610相关联的简化示意图，但应当理解，探头606将包括具有与之相关联的多个换能器元件、多条线和T/R电路的换能器阵列。根据本文的实施方案，公共偏置电路620可生成公共偏置信号并将其施加到每条线612和对应换能器元件610。任选地，多个偏置电路620可用于生成对应偏置信号并将其施加到线612和对应换能器元件610。当使用多个偏置电路620时，偏置电路620可单独地生成具有公共形状、振幅和持续时间的偏置信号。任选地，当使用多个偏置电路620时，偏置电路620可单独地生成彼此在形状、振幅和/或持续时间中的一者或多者上不同的偏置信号。除此之外或另选地，可能期望将不同偏置信号施加到换能器阵列的不同区段，诸如当换能器阵列的不同区段具有不同形状和/或接收不同发射信号时。

图6A的构型允许在超声系统内实现偏置电路620的组合，而不对现有超声探头进行任何修改。

图6B示出了可在一个发射周期期间发射的发射信号650的示例。发射信号650包括一个或多个模式区段，诸如第一极性区段652和第二极性区段654。第一极性区段652和第二极性区段654可包括一个或多个脉冲和/或可彼此交错以共同形成公共模式区段或单独的模式区段。例如，发射信号650可包括具有不同振幅的正电压脉冲和负电压脉冲和/或波形阶跃的复杂组合。第一极性区段652可沿极化方向，而第二极性区段654沿相反或去极化方向。另选地，第一极性区段652可沿去极化方向，而第二极性区段654沿极化方向。术语极性区段通常用来共同地指代发射周期期间具有公共极性的发射信号650的任何/所有部分。在本示例中，第一极性区段652共同地指代发射周期期间具有正极性的发射信号650的任何和所有部分，而第二极性区段654共同地指代发射周期期间具有负电压的发射信号650的任何/所有部分。

图6B中的发射信号650表示非常简化的波形，该波形包括第一极性区段652中的单个正脉冲和第二极性区段654中的单个负脉冲，且具有峰值电压+/-V

根据本文的实施方案，(例如，在偏置电路620处)生成偏置信号660，该偏置信号具有与极化方向相同且处于与极化方向共同方向的极性。例如，当极化方向为正时，偏置信号将具有正振幅。另选地，当极化方向为负时，偏置信号具有负振幅。偏置信号660具有恒定偏置振幅V

偏置信号660与发射信号650合并以形成偏置发射信号670，该偏置发射信号包括第一偏置极性区段672和第二偏置极性区段674。使偏置发射信号670偏移以具有静态电平676，该静态电平在与极化方向相同的方向上偏移与偏置信号660的振幅相对应的量。偏置发射信号670在极化方向的方向上偏移，但在发射周期内仍包括正电压和负电压两者。在该示例中，第一偏置极性区段672可在极化方向上延伸，而第二偏置极性区段674可在非极化方向上延伸。第一偏置极性区段672具有与峰值正发射脉冲的振幅和偏置信号的振幅之和(例如，+V

偏置发射信号670通过使发射信号在极化方向上偏移与偏置信号的电平相对应的量来基本上消除换能器元件中的去极化。以与在发射操作期间施加的电压的比率或关系来限定与偏置信号相对应的偏移。根据至少某些实施方案，与偏置信号相对应的偏移保持在2.5V至10V的范围内，并且更优选地在4-9V的范围内，并且甚至更优选地在5-6V的范围内。对于使用多达30V的峰值电压的发射操作而言，偏置信号可为发射周期期间生成的发射信号的峰值电压的多达25％(并且更优选地15％或以下，并且甚至更优选地10％或以下)。例如，当发射电压在+/-60V之间改变时，DC偏置电压保持在+/-9V或以下，并且更优选地+/-6V或以下。通过使偏置信号的电平保持在2.5V至10V之间，并且更优选地4V至9V并且甚至更优选地5V至6V的电平，本文的实施方案形成具有第一偏置极性区段和第二偏置极性区段的偏置发射信号，该第一偏置极性区段和该第二偏置极性区段基本上保持在极化方向上和非极化方向上延伸的初始发射信号的振幅，但在极化方向上偏移较小百分比。前述偏置发射信号使换能器元件内的组成的电偶极子取向稳定并因此避免(或至少基本上减弱)去极化效应，同时允许利用低电压偏置电路的实施方式。

此外，偏置信号662被限定为具有与发射信号的极化区段(例如，652、654)的长度相比相对较长的脉冲宽度，从而使换能器材料的电偶极子取向进一步稳定。例如，DC偏置信号可在整个发射和接收周期中连续地保持，和/或在发射和接收周期的绝大部分(例如，90％或更多)内保持。

图7示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器702的控制台700。控制台700可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器702设置在探头电缆704的近端上。探头电缆704的远端连接到探头706。线712将换能器元件710电连接到探头连接器702中的对应触点(未示出)。在探头706内提供感应器组合711、713。还沿着线712提供探头连接器702内的感应器703。探头电缆704在探头连接器702处连接到控制台700内的发射/接收(T/R)电路714。

在发射操作期间，T/R电路714输送发射信号以使换能器元件710发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路714记录与换能器元件710处感测到的超声回波相对应的沿着线712的返回“回波”信号。偏置电路720连接在探头706内的节点722处。偏置电路720被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线712上。偏置信号在节点722处叠加到发射/接收电路714所生成的发射信号上。图7的构型允许偏置电路720在每个单独探头706内实现，从而避免对超声系统的常规控制台进行修改的任何需求。此外，如果在探头手柄或探头连接器中使用发射/接收线与接地端之间的并联感应器，则图7的构型是可能的。

任选地，图7的实施方案(以及本文的其他实施方案)可结合无线探头来实现，其中偏置电路在探头手柄内实现。

图8示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器802的控制台800。控制台800可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器802设置在探头电缆804的近端上。探头电缆804的远端连接到探头806。线812将换能器元件810电连接到探头连接器802中的对应触点(未示出)。沿着线812在探头806内提供感应器811，并且在探头连接器802内提供感应器803。探头电缆804在探头连接器802处连接到控制台800内的发射/接收(T/R)电路814。

在发射操作期间，T/R电路814输送发射信号以使换能器元件810发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路814记录与换能器元件810处感测到的超声回波相对应的沿着线812的返回“回波”信号。偏置电路820连接在探头连接器802内的节点822处。偏置电路820被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线812上。偏置信号在节点822处叠加到发射和接收线上。图8的构型允许偏置电路820在探头连接器802内实现，从而避免对超声系统的常规控制台以及潜在地对探头主体的内部部件的现有设计进行修改的任何需求。

图9示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器902的控制台900。控制台900可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器902设置在探头电缆904的近端上。探头电缆904的远端连接到探头906。线912将换能器元件910电连接到探头连接器902中的对应触点(未示出)。在探头906内提供感应器组合911、913，并且在探头连接器902内提供感应器组合903、905。感应器组合可包括一个或多个并联感应器和/或一个或多个串联感应器。在至少一个实施方案中，感应器组合可包括2个并联感应器或2个串联感应器。探头电缆904在探头连接器902处连接到控制台900内的发射/接收(T/R)电路914。

在发射操作期间，T/R电路914输送发射信号以使换能器元件910发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路914记录与换能器元件910处感测到的超声回波相对应的沿着线912的返回“回波”信号。偏置电路920连接在探头906内介于换能器元件910与接地端之间的节点922处。偏置电路920被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线912上。换能器的地电位偏移了该DC偏置电压。偏置信号在节点922处叠加到地电压电平上。图9的构型允许偏置电路920在探头连接器902内实现，从而避免对超声系统的常规控制台进行修改的任何需求。此外，如果在探头手柄或探头连接器中使用发射/接收线与接地端之间的并联感应器，则图9的构型是可能的。换能器的地电位通常连接到许多或所有并联的元件。因此，图9的构型不需要对每个发射/接收线进行修改并且更易实现。

任选地，图9的实施方案(以及本文的其他实施方案)可结合无线探头来实现，其中偏置电路在探头手柄内实现。

从图6A至图9中的前述示例中可以看出，可在AC耦合波束形成器之后、在探头连接器处、在换能器元件上游的探头内、在换能器元件下游的探头内以及其他地方生成并引入偏置电压。在图7和图8的实施方案中，将偏置信号施加到承载对应发射信号的每条线。在图9的实施方案中，可将接地连接在换能器上DC解耦，并且将偏置信号作为反向电压施加到换能器接地端。

根据本文的各方面，实施方案增加了去极化的稳定性。根据本文的各方面，实施方案使相对较低的偏置电压能够被利用(<10V，大约<1kV/cm)并且不一定引起单极信号，而是引起偏置双极信号。根据本文的各方面，实施方案在将偏置电压施加到二元SC材料(例如，PMN-PT)时实现了去极化稳定性的大幅增加。根据本文的各方面，发现了若干出乎意料的结果。首先，出乎意料地发现，低DC偏置实现了与二元单晶材料(二元SC)的基本上更高电压偏置信号相同或更好的去极化性能。此外，出乎意料地发现，低电压偏置信号在一定程度上对三元单晶(三元SC)起作用，但不及低电压偏置信号对二元单晶材料所起的作用那样好。此外，出乎意料地发现，低电压偏置信号使更弱的二元SC材料稳定到等同或超过三元SC材料的能力的电压。

进行测试以研究由某些类型的单晶材料形成的压电衬底所表现出的去极化效应。该测试分析了不同换能器。结合该测试，以不同发射模式激励各种换能器，所述不同发射模式与具有不同电压电平的偏置信号组合。下图中示出了测试结果中的一些。

图10示出了结合利用二元单晶材料的一种类型换能器收集的测试结果，其中灵敏度沿着垂直轴以分贝指示并且操作时间沿着水平轴指示。结合该测量，使用具有期望模式的发射信号以及具有5V DC稳态振幅的偏置信号来激励换能器元件。发射信号包括具有峰值正振幅>60V的一个或多个正区段以及具有峰值负振幅>-60V的一个或多个负区段。当将偏置信号与发射信号组合时，所得偏置发射信号在换能器元件的极化方向的方向上偏移5VDC稳态振幅。在若干小时的总操作时间内将偏置发射信号施加到换能器元件。在整个操作中定期地测量换能器元件的灵敏度以比较输入功率电平和输出功率电平的比率。如图10所示，灵敏度在数小时的操作内保持稳定在2dB与3dB之间。

图11示出了如结合图10进行测试的结合相同类型的换能器收集的测试结果，其中灵敏度沿着垂直轴以分贝指示并且操作时间沿着水平轴指示。结合该测量，使用具有如结合图10的测试而施加的相同发射模式的发射信号来激励换能器元件，但未将偏置信号(例如，偏置信号被设定到0V)添加到发射信号。图11中的测试结果指示在单独施加非偏置发射信号时在操作的测试时间段内的换能器的灵敏度。在若干分钟的总操作时间内将发射信号施加到换能器元件。在整个操作分钟中定期地测量换能器元件的灵敏度以比较输入功率电平和输出功率电平的比率。如图11所示，灵敏度以相对急剧的速率从略小于3dB的初始电平下降。在最开始10分钟内，灵敏度已下降到-3dB，在大约20分钟时，灵敏度已下降到-5dB，并且在30分钟时，灵敏度接近-7dB。

从图10和图11的前述测试中可以清楚看出，在换能器元件的极化方向的方向上施加偏置信号使换能器在操作的若干小时时间段内稳定。

图12示出了结合利用二元单晶材料的一种类型换能器收集的测试结果，其中灵敏度沿着垂直轴以分贝指示并且操作时间沿着水平轴指示。在该测试期间，使用利用了谐波脉冲反相的发射信号来激励换能器，但未将偏置信号(例如，偏置信号被设定到0V)添加到发射信号。示出了一系列水平测量线，每个水平测量线对应于几分钟的测量周期。在每个测量周期期间，特定电压电平用于发射信号，其中在不同测量周期期间施加不同电压电平。例如，发射电压从大约25V开始并且在每个测量周期期间逐步增加直至达到120V。最开始2-3小时期间的灵敏度测量值保持相对恒定。然而，在3-4小时操作之后，灵敏度开始在测量周期期间下降。

图13示出了结合如图12的测试结果中所用的相同类型的换能器收集的测试结果，其中灵敏度沿着垂直轴以分贝指示并且操作时间沿着水平轴指示。在该测试期间，使用如图12中所利用的相同类型的发射信号和相同的发射电压阶跃以及具有10V DC稳态振幅的偏置信号来激励换能器。示出了一系列水平测量线，每个水平测量线对应于若干分钟的测量周期。在每个测量周期期间，特定对应电压电平用于发射信号，其中在不同测量周期期间施加不同电压电平。

从图12至图13的测试结果中可以看出，在换能器元件的极化方向的方向上施加偏置信号使换能器元件在更高发射电压下稳定。例如，可使用多达6dB的较高发射电压，而换能器元件不表现出去极化效应。

如根据本文的实施方案所解释的，通过在发射操作期间施加低电压偏置信号，本文的方法和系统能够稳定换能器以限制或避免去极化效应。然而，在一些情况下，仍可能经历一定量的去极化。例如，为了实现一定水平的图像质量，可以施加较高的发射电压。在较高的发射电压下，仍可能发生一定量的去极化。应当认识到，去极化效应可由于各种因素而发生，而不是简单地通过随时间推移的延长使用或通过使用高发射电压而发生。例如，当探头存储在过高温度下时，可能发生去极化效应。在过去，当发生去极化效应时，不可能通过超声成像系统控制台完全逆转去极化效应(复极化)。相反，常规方法需要探头经历翻新过程，其中探头被送至翻新设施并且连接到被专门设计成将高电压输送到探头的单独的翻新机器(非超声控制台)。在翻新过程期间输送到探头的电压基本上高于在超声成像发射操作期间利用的电压电平。超声成像系统的超声控制台不具有在由单独的翻新机器利用的高电压电平下操作的能力。例如，翻新机器可以在翻新过程期间输送150V或更高的电压以使换能器元件复极化。另选地，探头可以在翻新期间被拆卸以在较低的DC电压下复极化。如果在探头连接器或探头手柄中使用并联感应器，则这对于完全组装的探头是不可能的。

根据本文的新的和独特的方面，已发现，当超声系统还将偏置信号与发射信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号时，可以通过施加具有低于或类似于在发射操作期间施加的电压的电压的复极化信号来对换能器元件进行复极化以逆转去极化的效应。即使当换能器元件表现出基本上完全的去极化时，本文的实施方案也能够实现复极化。根据本文的新的和独特的方面，本文所述的方法和系统结合二元单晶材料以及其他换能器材料(例如，三元单晶)实现了良好的复极化结果。例如，相对较长的电脉冲(例如，长达几秒)可从超声控制台发射并用于诸如结合利用并联感应器的构型使换能器阵列复极化。低电压DC偏置信号和有源复极化信号的组合允许利用更高的发射电压(不用担心去极化效应)，这增加了图像质量。鉴于可在超声控制台和/或探头内实现复极化以允许在现场修复探头，现在能够使用更高的发射电压。鉴于本文所述的复极化信号和模式能够使探头的状态返回到初始极化水平或接近初始极化水平，本文的实施方案允许换能器阵列在发射操作期间以较高的电压被驱动，从而增加图像质量，即使较高的电压可能导致换能器元件接近极化极限。

本文的实施方案可结合多种超声换能器实现复极化方法和电路，而对换能器的几何形状没有限制。然而，本文的复极化实施方式在结合由易发生去极化的材料(包括(但不限于)单晶材料等)制成的换能器时可具有更好的适合性。具体地讲，本文的复极化实施方案非常适合至少部分地(并且优选基本上)反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应，该一个或多个换能器元件基本上由二元或三元单晶材料构造或具有二元单晶材料的基本上均匀的组成。与传统PZT相比，单晶材料的较低矫顽场强导致较高的去极化风险。复极化实施方案可结合具有各种类型和布置的换能器的超声探头来实现，这些超声探头被配置为收集任何和所有类型的超声数据集，包括(但不限于)B模式数据、能量多普勒数据、多普勒数据、应变数据、二维数据、三维数据、四维数据、剪切波数据或其他数据，如本文所述以及如本文引用和并入的专利、专利申请和其他出版物中所述。

图14A示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路和复极化驱动电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器1402的控制台1400。控制台1400可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器1402设置在探头电缆1404的近端上。探头电缆1404的远端连接到探头1406。发射线1412将换能器元件1410电连接到探头连接器1402中的对应触点(未示出)。探头连接器1402被配置为与设置在控制台上的配合连接器(未示出)配合。探头1406内的感应器1411以及探头连接器1402内的感应器1403沿着线1412提供。探头电缆1404在探头连接器1402处连接到控制台1400内的发射/接收(T/R)电路1414。在图14A的示例中，发射线1412还可用作接收器线以将接收信号从换能器元件传输到收发器1414。任选地，可利用单独的发射线和接收线。在T/R电路1414与节点1422之间提供电容器。

在发射操作期间，T/R电路1414输送发射信号以使换能器元件1410发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路1414记录与换能器元件1410处感测到的超声回波相对应的沿着线1412的返回“回波”信号。偏置电路1420连接在控制台1400内的节点1422处。偏置电路1420被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线1412上。偏置信号在节点1422处叠加到发射/接收电路1414所生成的发射信号上。

根据本文的新的和独特的方面，超声系统进一步包括复极化信号。根据本文的一些实施方案，复极化信号由复极化驱动电路1405生成。复极化驱动电路1405在节点1407处连接到发射线1412。复极化驱动电路1405被配置为生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件1410表现出的去极化效应。在图14A的示例中，发射/接收电路1414被实现为与复极化驱动电路1405和偏置电路1420分开且不同的驱动电路以提供不同的驱动电路。另选地，如本文所解释的，公共驱动电路可被配置为i)结合波束形成提供发射驱动信号；ii)提供复极化信号和/或iii)提供偏置信号，或它们的任何组合。例如，T/R电路1414也可以生成复极化信号，而偏置电路1420保持分开。另选地，T/R电路1414也可以生成偏置信号，而复极化驱动电路保持分开。另选地，T/R电路1414可以生成所有三个信号：发射信号、复极化信号和偏置信号。偏置电路1420在时间上与发射信号同时生成偏置，使得偏置信号与发射信号组合以形成在极化方向上偏移的偏置发射信号。偏置电路1420进一步在时间上与复极化信号同时生成偏置信号，使得偏置信号与复极化信号组合以形成也在极化方向上偏移的偏置复极化信号。

复极化信号可以在各种时间输送有源复极化模式，并且作为一个示例，可以在正常扫描序列期间使用。例如，可以在收集超声图像帧的一系列发射/接收操作结束时施加复极化信号。除此之外或另选地，可以在扫描序列期间的特定时间(诸如当操作员将超声系统置于冻结模式时)施加复极化信号。

在本示例中，公共偏置电路1420与T/R电路1414和复极化驱动电路1405结合使用。公共偏置电路1420可将公共偏置信号添加到发射信号和复极化信号两者。另选地，公共偏置电路1420可将第一偏置信号添加到发射信号，并且将不同的第二偏置信号添加到复极化信号。另选地，第一偏置电路1420可与T/R电路1414一起使用，并且单独的第二偏置电路(未示出)可与复极化驱动电路1405结合使用。当用对应的T/R电路1414和复极化驱动电路1405实现单独的第一偏置电路和第二偏置电路1420时，第一偏置电路和第二偏置电路1420可将公共偏置信号引入到发射信号和复极化信号中，或另选地将不同的第一偏置信号和第二偏置信号引入到发射信号和复极化信号的相应的信号中。

图14B示出了根据本文另选的实施方案的包括所实现的DC偏置电路和复极化驱动电路的超声系统的框图。在图14B的实施方案中，发射/接收电路1413还被配置为作为复极化驱动电路操作，从而提供公共驱动电路以生成发射信号和复极化信号两者。图14B的超声系统内的其他部件与图14A中的相同，因此下文不再重复描述。

图14A和图14B示出了与单个换能器元件1410相关联的简化示意图，但应当理解，探头1406将包括具有多个换能器元件1410、多条线1412和多个T/R电路1414、1413的换能器阵列。在一些构型中，可为每条线1412和每个换能器元件1410提供单独的T/R电路1414、1413。另选地，换能器元件1410的子集Y可耦接到公共线1412和公共T/R电路1414(例如，与具有相对较大量地换能器元件的二维换能器阵列结合)。结合图14B的构型，公共驱动电路1414被实现用于单条线1412、所有线1412和/或线1412的子集的T/R功能和复极化功能。

结合图14A的构型，可为每条线1412提供单独的复极化驱动电路1405。另选地，公共复极化驱动电路1405可耦接到所有线1412和所有换能器元件1410，其中线1412和元件1420单独或成组选择。另选地，换能器元件1410的子集可耦接到公用线1412和对应的复极化驱动电路1405。例如，可提供数量为N的复极化驱动电路1405，其中每个复极化驱动电路耦接到M个换能器元件的子集，从而允许较小组的N个复极化驱动电路1405反转较大数量的N×M个换能器元件的去极化效应。

根据本文的实施方案，公共偏置电路1420可生成公共偏置信号并将其施加到每条线1412和对应换能器元件1410。公共偏置电路1420还可与来自多个T/R电路1414和/或一个或多个复极化驱动电路1405的发射信号结合使用。任选地，多个偏置电路1420可用于生成对应偏置信号并将其施加到线1412和对应换能器元件1410。当使用多个偏置电路1420时，偏置电路1420可单独地生成具有公共形状、振幅和持续时间的偏置信号。任选地，当使用多个偏置电路1420时，偏置电路1420可单独地生成彼此在形状、振幅和/或持续时间中的一者或多者上不同的偏置信号。除此之外或另选地，可能期望将不同偏置信号施加到换能器阵列的不同区段，诸如当换能器阵列的不同区段具有不同形状和/或接收不同发射信号时。

图14A和图14B的构型允许在超声系统内实现一个或多个偏置电路1420和/或复极化电路1405，而不对现有超声探头进行任何修改。图14B的构型还允许重新配置超声系统内的T/R电路1413以在发射信号之间输送复极化信号，而不对现有超声探头进行任何修改。

图14C示出了可在连续发射周期之间的复极化周期期间发射的复极化信号1421的示例。复极化信号1421包括表示模式区段的具有第一极性区段1422的一系列脉冲和具有第二极性区段1424的一系列脉冲。第一极性区段1422和第二极性区段1424可为公共模式区段的一部分或表示单独的模式区段。第一极性区段1422和第二极性区段1424包括一个或多个脉冲和/或可彼此交错。例如，复极化信号1421可包括具有不同振幅的正电压脉冲和负电压脉冲和/或波形阶跃的复杂组合。第一极性区段1422可沿极化方向1423，而第二极性区段1424沿相反或去极化方向1425。在本示例中，第一极性区段1422包括比第二极性区段1424更多的脉冲，使得复极化信号以极化方向1423上的脉冲开始和结束。另选地，复极化信号1421中的第一脉冲可在去极化方向1425上开始，而复极化信号1421中的最后脉冲在极化方向1423上延伸。

另选地，第一极性区段1452可在去极化方向上延伸，而第二极性区段1454在极化方向上延伸。

术语“极性区段”通常用来共同地指代复极化周期期间具有公共极性的复极化信号1421的任何/所有部分。在本示例中，第一极性区段1422共同地指代复极化周期期间具有正极性的复极化信号1421的任何和所有脉冲，而第二极性区段1424共同地指代复极化周期期间具有负电压的复极化信号1421的任何/所有脉冲。图14C中的复极化信号1421表示简化的波形，该波形包括第一极性区段1422中的一系列三个正脉冲和第二极性区段1424中的一系列两个负脉冲，且具有峰值电压+/-V

根据本文的实施方案，(例如，在偏置电路620、820、1420处)生成偏置信号1415，该偏置信号具有与极化方向1423相同且处于与该极化方向共同方向的极性。偏置信号1415可以是与发射信号650组合的660相同的偏置信号，或是不同的偏置信号。例如，当极化方向为正时，偏置信号将具有正振幅。另选地，当极化方向为负时，偏置信号具有负振幅。偏置信号1415具有基于发射信号和/或复极化信号中的一者或两者限定的偏置振幅V

偏置信号1415与复极化信号1421合并以形成偏置复极化信号1416，该偏置复极化信号包括第一偏置极性区段1418和第二偏置极性区段1419。使偏置复极化信号1416偏移以具有静态电平1417，该静态电平在与极化方向相同的方向上偏移与偏置信号1415的振幅相对应的量。偏置复极化信号1416在极化方向的方向上偏移，但在复极化周期内仍包括正电压和负电压两者。在该示例中，第一偏置极性区段1418可在极化方向上延伸，而第二偏置极性区段1419可在非极化方向上延伸。第一偏置极性区段1418具有与峰值正复极化脉冲的振幅和偏置信号的振幅之和(例如，+V

偏置信号可以i)连续地施加；ii)仅在发射信号的输送期间施加；iii)仅在复极化信号的输送期间施加和/或iv)在发射信号和复极化信号两者的输送期间施加。在图14C的前述示例中，偏置信号被显示为具有恒定振幅。任选地，偏置信号可具有变化的振幅。例如，偏置信号可具有与发射信号同时施加的第一分量和与复极化信号同时施加的第二分量。第一分量和第二分量可具有恒定但不同的电压。任选地，第一分量可具有恒定电压，而第二分量具有可变电压，或反之亦然。

根据本文的实施方案，复极化信号可具有是发射信号的峰间振幅的函数的峰间振幅。根据本文的一些方面，复极化信号的振幅可多达发射电压振幅的4倍，并且更优选地，根据本文的其他方面，复极化信号的振幅可不超过发射电压振幅的2.5倍、并且甚至更优选不超过发射电压振幅的1.5倍。根据本文的其他方面，复极化信号的振幅可被限定为原始电压。例如，复极化信号可具有40V与150V之间、更优选70V与100V之间、并且甚至更优选80V与90V之间的振幅。

在本文的某些实施方案中，在发射信号期间施加的偏置信号的振幅是发射信号的振幅的较小百分比。任选地，在复极化信号期间施加的偏置信号可具有与复极化信号或发射信号的振幅相同或不同百分比的振幅。例如，复极化信号可具有40V与150V之间、更优选70V与100V之间、并且甚至更优选80V与90V之间的振幅。结合此，在复极化期间，偏置信号可具有多达50V、更优选2V与25V之间、并且甚至更优选2V与10V之间的振幅。

对于具有并联感应器的探头，复极化模式可由具有预定频率的一系列正脉冲和负脉冲来限定。预定频率可基于成像类型、发射模式、接收模式等来限定。例如，复极化信号可在结合用于B模式成像的发射周期执行复极化时利用一个复极化频率，并且在结合用于彩色多普勒成像的发射周期执行复极化时利用第二复极化频率，并且还在结合用于脉冲波多普勒成像的发射周期执行复极化时利用第三复极化频率。复极化频率可基于发射频率但不同于发射频率来限定。例如，用于结合一种类型的超声成像生成的发射信号的频率在1MHz与5MHz之间，其中对应的复极化频率在0.5MHz与2MHz之间或更优选在1MHz与2MHz之间。又如，用于结合另一种类型的超声成像生成的发射信号的频率在10MHz与15MHz之间，其中对应的复极化频率在8MHz与10MHz之间。没有并联感应器的探头可使用从DC到探头的最大发射频率的任何频率。

图14D示出了根据本文实施方案的可在连续发射周期(或图像帧)之间的复极化周期期间发射的偏置复极化信号1430的示例。复极化信号1430包括具有第一极性区段1431(具有与复极化信号的峰值振幅和偏置信号的峰值振幅之和相对应的正峰值振幅)的一系列脉冲和具有第二极性区段1432(具有与复极化信号的峰值振幅和偏置信号的峰值振幅之间的差相对应的负峰值振幅)的一系列脉冲。第一极性区段1431包括具有第一脉冲宽度1434的一系列正脉冲1433。第二极性区段1432包括具有第二不同脉冲宽度1436的一系列负脉冲1435。在本示例中，正脉冲1433具有比负脉冲1435的脉冲持续时间1436长的公共脉冲持续时间1434，诸如当极化方向为正时。另选地，当极化方向为负时，负脉冲1435的持续时间可被修改为比正脉冲1433的持续时间长。

图14E示出了根据本文实施方案的另选的复极化模式的示例。复极化信号1450包括一系列正多步脉冲1451–1452和负多步脉冲1453–1454。第一正脉冲1451包括在持续时间1455内具有第一振幅V

图15示出了根据本文实施方案的帧发射周期与复极化周期之间的时序关系的示例。在第一发射周期1502期间，可发射一个或多个发射信号，之后进行相关的接收操作以收集部分或完整图像帧或3D数据集的超声数据。在发射周期1502期间，将偏置信号1504添加到每个发射信号，如结合本文的各种实施方案所述。在完成发射周期1502之后，施加复极化周期1506，在此期间将相同或不同的偏置信号1508添加到复极化信号1510。后续的发射/接收周期1512和复极化周期1514重复该过程。复极化周期1506可在各种时间实现，诸如在图像帧的采集结束时、在冻结模式期间、在收集3D数据集之后等。图15示出了偏置电压的一个示例。偏置电压电平可以各种方式实现，诸如恒定偏置电压，其中BT等于BR。

根据本文的各方面，在B

图15的示例示出了在单独超声扫描期间可以实时执行复极化的一种方式。在图15的过程中，在发射/接收扫描操作之间间歇地执行复极化操作。除此之外或另选地，复极化过程可通过与任何单独超声成像操作分开和分离的超声系统(并且在完全不同的时间点)实现。

图16示出了根据本文实施方案的用于实现复极化的过程。在1602处，利用超声系统执行一个或多个超声成像操作。1602处的操作可包括单个超声图像(二维或三维)的收集，或多个超声图像的收集(例如，结合在临床访视期间执行的完整超声检查)。除此之外或另选地，可在1602处在延长的时间段内执行多次超声检查。例如，1602处的操作可对应于多天、多周、多个月或其他时间段。1602处的操作可对应于操作超声系统的多个小时。操作1602可对应于使用超声探头的多个小时，诸如当跟踪单独换能器阵列的操作时间时。

在1604处，超声系统的一个或多个处理器可执行测试以测量由换能器阵列的一个或多个换能器表现出的去极化水平。例如，超声系统可实现探头诊断分析，该探头诊断分析包括对阵列内的一个或多个换能器的灵敏度水平的测量等等。例如，可由技术人员在将探头固定在幻影或其他探头诊断工具上的同时定期地执行探头诊断分析。除此之外或另选地，超声系统可以自动执行探头诊断分析，诸如当系统正在启动时、在患者检查的开始或结束时等。

探头诊断分析可以测量并记录对应换能器元件随时间推移的灵敏度水平。在制造或翻新时，可将基线灵敏度水平记录在探头和/或超声系统的存储器内，其中基线灵敏度水平指示与不具有去极化或具有极少量去极化的一个或多个换能器元件相关联的灵敏度程度。在使用的时间段后，在1604处，测量当前灵敏度水平。

在1606处，一个或多个处理器确定探头的一个或多个换能器是否表现出超过阈值的去极化水平。例如，一个或多个处理器可确定当前灵敏度水平降至预定灵敏度水平以下。除此之外或另选地，一个或多个处理器可确定当前灵敏度水平已下降到基线灵敏度水平以下超过阈值量(例如，基线减去X)和/或超过阈值百分比(例如，当前水平比基线低至少30％)。当去极化水平未超过阈值时，流程返回至1602，在1602处执行附加超声成像操作。另选地，当去极化水平超过阈值时，流程移至1608。

在1608处，一个或多个处理器通过将复极化信号(和任选的偏置信号)施加到换能器阵列和/或选择的换能器元件来实现复极化操作。以举例的方式，处理器可以在完成超声图像帧的超声数据的采集中的至少一者之后或在冻结模式期间生成复极化信号。一旦复极化操作完成，流程就返回至1602以进行附加超声成像操作。

图17示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器1702的控制台1700。控制台1700可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器1702设置在探头电缆1704的近端上。探头电缆1704的远端连接到探头1706。线1712将换能器元件1710电连接到探头连接器1702中的对应触点(未示出)。在探头1706内提供感应器组合1711、1713。还沿着线1712提供探头连接器1702内的感应器组合1703和1717。探头电缆1704在探头连接器1702处连接到控制台1700内的发射/接收(T/R)电路1714。

在发射操作期间，T/R电路1714输送发射信号以使换能器元件1710发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路1714记录与换能器元件1710处感测到的超声回波相对应的沿着线1712的返回“回波”信号。偏置电路1720连接在探头1706内的节点1722处。偏置电路1720被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线1712上。偏置信号在节点1722处叠加到发射/接收电路1714所生成的发射信号上。

根据本文的新的和独特的方面，超声系统进一步包括设置在探头手柄1706中的复极化驱动电路1705。复极化驱动电路1705在节点1707处连接到发射线1712。单个公共复极化驱动电路1705可用于将复极化信号输送到换能器阵列内的所有换能器元件1710。另选地，单独的复极化驱动电路1705可耦接到每个单独的换能器元件1710。另选地，一组复极化驱动电路1705可与较大组的换能器元件一起使用，其中每个复极化驱动电路1705将复极化信号施加到换能器元件1710的对应子集。复极化驱动电路1705被配置为生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应。图17的构型允许偏置电路1720和复极化电路1705在每个单独探头1706内实现，从而避免对超声系统的常规控制台进行修改的任何需求。

在图17的实施方案中，感应器1713、1717与复极化驱动电路1705并联提供，并且可被配置为施加电压“过升压”操作。在电压过升压期间，当最初施加复极化信号的脉冲时，脉冲对感应器充电。在复极化信号的下一个脉冲期间，存储在感应器中的电荷被施加到换能器元件的一侧，而复极化驱动电路1705将下一个脉冲输送到换能器元件的相对侧，从而基于存储在感应器中的电荷与由复极化驱动电路输送的电荷的组合，提升换能器元件上经历的电压电位。通过利用感应器形成过升压电路，本文的实施方案降低了需要由复极化驱动电路输送的最大电压。例如，如果复极化驱动电路被设计成输送+/-40V的最大电压，并且感应器1713、1717被设计成产生20V的电压过升压，则所得的施加在换能器元件上的电位将在+60V到-40V的最大正电压与负电压之间偏移。

任选地，图17的实施方案(以及本文的其他实施方案)可结合无线探头来实现，其中偏置电路和复极化电路在探头手柄内实现。

图18示出了根据本文实施方案的包括所实现的DC偏置电路的超声系统的框图。超声系统包括连接到探头连接器1802的控制台1800。控制台1800可包括结合图1至图4中的一个或多个图描述和示出的部件的全部或一部分。探头连接器1802设置在探头电缆1804的近端上。探头电缆1804的远端连接到探头1806。线1812将换能器元件1810电连接到探头连接器1802中的对应触点(未示出)。沿着线1812在探头1806内提供感应器1811，并且在探头连接器1802内提供感应器1803。探头电缆1804在探头连接器1802处连接到控制台1800内的发射/接收(T/R)电路1814。感应器1803和1811是任选的，并且连接点1807和1822可在感应器的两侧上。

在发射操作期间，T/R电路1814输送发射信号以使换能器元件1810发射超声信号。在接收操作期间，T/R电路1814记录与换能器元件1810处感测到的超声回波相对应的沿着线1812的返回“回波”信号。偏置电路1820连接在探头连接器1802内的节点1822处。偏置电路1820被配置为将偏置信号(诸如DC偏置电压)引入到线1812上。偏置信号在节点1822处叠加到发射和接收线上。根据本文的新的和独特的方面，超声系统进一步包括设置在探头连接器1802中的复极化驱动电路1805。复极化驱动电路1805在节点1807处连接到发射线1812。应当理解，单个公共复极化驱动电路1805可用于将复极化信号输送到换能器阵列内的所有换能器元件1810。另选地，单独的复极化驱动电路1805可耦接到每个单独的换能器元件1810。另选地，一组复极化驱动电路1805可与较大组的换能器元件一起使用，其中每个复极化驱动电路1805将复极化信号施加到换能器元件1810的对应子集。复极化驱动电路1805被配置为生成具有复极化模式的复极化信号，该复极化模式被配置为至少部分地反转由一个或多个换能器元件表现出的去极化效应。图18的构型允许偏置电路1820和复极化电路1805在探头连接器1802内实现，从而避免对超声系统的常规控制台以及潜在地对探头主体的内部部件的现有设计进行修改的任何需求。

应当清楚地理解，相对于附图大致描述和示出的各种布置和过程，和/或此类布置的一个或多个单独部件或元件和/或与此类过程相关联的一个或多个过程操作，可独立于本文所述和所示的一个或多个其他部件、元件和/或过程操作而使用或一起使用。因此，虽然本文广义地设想、描述和示出了各种布置和过程，但是应当理解，它们仅以说明性和非限制性的方式提供，并且此外可被视为仅是其中一个或多个装置或过程可以运行或操作的可能工作环境的示例。

本文参考附图描述了各方面，附图示出了根据各种示例实施方案的示例方法、设备和程序产品。可将这些程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备或信息处理设备的处理器以产生机器，以使得经由设备的处理器执行的指令实现指定的功能/动作。程序指令也可储存在设备可读介质中，该设备可读介质可引导设备以特定方式运行，以使得储存在设备可读介质中的指令产生包括实现指定功能/动作的指令的制造品。程序指令还可被加载到设备上，致使在设备上执行一系列操作步骤以产生实现设备的过程，以使得在设备上执行的指令提供用于实现指定功能/动作的过程。

应当理解，本文所述的主题在其应用中不限于本文的具体实施方式所阐述或本文的附图中所示的构造细节和部件布置。本文所述的主题可以具有其他实施方案，并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为是限制性的。本文所用的“包括”、“包含”或“具有”及其变型旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。

应当理解，以上描述旨在是例示性的而非限制性的。例如，上述实施方案(和/或其方面)可以彼此组合使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。虽然本文所述的材料和涂层的尺寸、类型旨在限定各种参数，但它们决不是限制性的，并且在本质上是说明性的。在回顾以上描述后，许多其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，实施方案的范围应参考所附的权利要求书以及这些权利要求被赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括”和“在……中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗中文等同物。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象强加数字要求或者对其行为强加执行顺序。