置电压来将膜114带到与腔118的台板的中心接触的它的塌陷状态，所述阈值是单元直径、膜与腔台板之间的间隙以及膜材料和厚度的函数。当电压增加时，利用电容计来监控CMUT单元的电容。电容的突然变化指示膜已经塌陷到腔的台板。膜能够被向下偏置直到其刚好触碰腔的台板，如图3a指示的，或者能够被进一步向下偏置，如图3b所示，以增加塌陷从而超过最小接触的塌陷，诸如塌陷到单元台板的膜的区增加。
[0066]根据本发明的原理，通过在塌陷之后调节施加于CMUT电极的DC偏置电压来改变塌陷模式CMUT的频率响应。结果，当较高的DC偏置被施加于电极时，CMUT单元的谐振频率增加。在图3a_3d中图示了该现象背后的原理。图3a和图3c的横截面视图在每个图示中通过膜114的外部支撑体与其中膜开始触碰腔118的台板的点之间的距离01和02—维地图示了这。能够看到，距离Di是当塌陷后施加相对低的偏置电压时图3a中的相对长的距离，并且图3c中的距离出是当施加较高的偏置电压时的短得多的距离。这些距离能够被类比为由端部保持并且然后被拨动的长弦和短弦。与较短的更紧的弦相比，长的松弛的弦在被拨动时将以低得多的频率振动。类似地，图3a中的CMUT单元的谐振频率将比图3c中的经历较高的DC下拉偏置电压的CMUT单元的谐振频率更低。
[0067]现象也能够根据图3b和图3d的二维图示来认识，因为它实际上是CMUT膜的有效操作区的函数。当膜114刚好触碰CMUT单元的台板时，如图3a所示，单元膜114的非接触(自由振动)部分的有效振动区A1是大的，如图3b所示。中心17中的小孔表示膜的中心接触区域。大的区膜将以相对低的频率振动。区17是膜114的塌陷到CMUT单元的台板的区。但是当膜由更高的偏置电压牵拉为更深的塌陷时，如图3c所示，更大的中心接触区17’导致更小的自由振动区A2，如图3d所示。该更小的区A2相比于更大的六!区将以更高的频率振动。因此，当DC偏置电压减小时，塌陷CMUT单元的频率响应减小，并且当DC偏置电压增加时，塌陷CMUT单元的频率响应增加。
[0068]图4和图5图示了塌陷CMUT的DC偏置电压的变化如何能够针对特定期望操作频率来优化换能器。图4图示操作在塌陷模式中的具有固定DC偏置的CMUT换能器的频率响应曲线54，其具有6MHz左右的标称中心频率。当利用在6MHz处的信号操作换能器探头时，将看到，6MHz左右的信号的响应曲线呈现良好的敏感度，因为它操作在通带的中心中。但是当利用诸如4MHz的低频带处的信号操作探头时，将看到，在该范围中的信号的频带52滚降，因为频带52处于响应曲线54的较低端部处，并且比峰值降低4dB左右。类似地，当操作在8MHz左右时，如由频带56所示，换能器通带54的高频滚降将信号衰减为比峰值低6dB。但是当DC偏置电压被改变，以针对期望操作频带优化换能器时，这种边缘(skirt)衰减被避免。如图5图示地，在该范例中，当70伏的DC偏置被用于低频带操作，90伏被用于中频带操作并且120伏被用于高频带操作时，在每种情况下期望的通带52 ’、54 ’和56，处于移位的谐振换能器通带的中心中，从而实现很小的或没有侧边缘频率滚降。
[0069]超声阵列操作的范例之一被图示在图12a中。在超声信号的发射期间，阵列中的CMUT单元操作在常规模式中。在这种模式中，膜114通过DC偏置电压％被设置为在单元台板上方自由地振动。关于单元台板的膜114位置的横截面视图被指代为101。为了简洁起见，未示出CMUT单元的其他部分。在回声信号的接收期间，DC偏置控制45将DC偏置电压设置到高于VjPCMUT单元的阈值两者的值V2。因此，阵列中的单元的膜被设置为在操作期间塌陷到单元台板。在塌陷模式中关于单元台板的膜114位置的横截面视图被指代为103。在塌陷模式中，当较高的DC偏置被施加于电极时，谐振频率增加。图12c图示了当较低的DC偏置Vi能够被用于发射处于低频率(fo)处的高声学压力波时作为频带88的发射中的换能器的频率响应，以及当高DC偏置￥2能够被用于增加cMUT换能器的频率响应(3fo，4fo，5fo，..)时作为频带89的接收中的换能器的频率响应。
[0070]根据本发明的原理，超声系统响应的频率敏感度可以通过提供阵列而甚至进一步被加宽，其中，CMUT单元具有不同的直径。不同直径的单元的偏置可以允许发射在可变基频处的超声波。较大直径的CMUT单元与较小直径的单元相比具有更低的基频。
[0071]图12b图示了包括CMUT单元的两组多个(plurality)86、87的换能器阵列，所述两组多个具有彼此不同的直径，并且可以被定位在相同的衬底112上。CMUT单元86的第一组多个相比于CMUT单元87的第二组多个具有更大的直径。多个86可以被操作为发射在相对低频率(例如，在1MHz与4MHz之间的fo处)处的高声学压力信号，同时具有较小直径的CMUT 87的多个可以在回声信号的高阶谐波(3fo，4fo，5fo，..)的接收期间被操作。阵列中具有不同直径的换能器的频率响应也示意性图示在图12c中。具有不同直径的CMUT的膜能够具有各种尺寸和厚度，以便满足期望的频率敏感度要求。所述阵列也可以包括具有多于两种不同直径的单元，所述单元也可以制备在不同的衬底上并且之后组装在系统的阵列中。
[0072]超声系统通常向操作临床医师提供针对特定临床应用设置操作频带的能力。通常，临床医师能够调节系统控制面板38上的用户控制，以针对更好的穿透以具有低于4MHz的标称中心频率的较低频率激励换能器(PEN模式52)，针对更好的分辨率以具有在8MHz与12MHz之间的标称中心频率的较高频率激励换能器(RES模式56)，或者针对要求良好穿透性和良好分辨率两者的通用应用以具有在4MHz与8MHz之间的标称中心频率的中等频率激励换能器(GEN模式54)，如图5和图6a中所示。当仅单个DC偏置设置值被使用时，CMUT换能器操作的折中频带必须被用于所有三种系统设置。但是，在具有对应于临床应用设置改变CMUT换能器频率响应频带的能力的情况下，能够将较低频带52’用在PEN模式中，将中等频带54’用在GEN模式中，并且将高频带56，用在RES模式中，如图6b示出的。看到，与当使用针对中心GEN频带优化的固定DC偏置时频带52和56的较低响应相比，PEN频带52，和RES频带56，呈现改进的敏感度。因此，可变频带塌陷模式CMUT换能器探头的频率响应被调整到特定临床应用的需要。
[0073]可变频带塌陷模式CMUT换能器的频率响应也能够在回声接收期间连续地变化，以提供与系统跟踪滤波器相同的效应，如图7和图8所示的。图7图示了当随着时间而从增加的深度接收回声时回声信号62、64、66的中心频率的逐步下降，如图示的纵坐标轴所示。线60绘制出中心频率随着深度(时间)的稳定下降。当从浅深度并且然后从逐渐加深的深度处接收回声时，塌陷模式CMUT的DC偏置电压从较高电压变化到较低电压，如通过图8中的线70示出的，并且CMUT单元的中心频率对应地下降。塌陷模式CMUT阵列的频率响应由该DC偏置控制方法连续地调整，以跟随深度依赖频率衰减。
[0074]根据本发明的原理，在图10中图示了超声成像的方法85。该方法开始于步骤S2。然后在步骤S3中，提供包括一个或多个CMUT单元的阵列。依赖于超声系统的潜在临床应用，阵列可以包括相同直径或不同直径的CMUT单元。在步骤S4中，布置在两个CMUT电极之间的DC偏置电压的耦合:膜电极和衬底电极。此外，在步骤S5中，临床医师能够调整系统控制面板38上的用户控制，以选择针对特定临床应用的频带。频带的选择是通过经由DC偏置控制45设置不同的DC偏置电压来实现的。可以在步骤S6中使用相同的DC偏置控制以便在超声信号的发射期间以常规模式操作所述系统。在S6步骤期间，DC偏置电压被控制使得CMUT单元膜114被设置为在单元台板上方自由地振动。所述系统以CMUT单元的基频发射超声信号，所述基频能够由被保持低于阈值的所施加的DC偏置电压来定义。在下一步骤S7中，由所述系统以塌陷模式来执行超声信号的接收。DC偏置控制45可以被用在步骤S7中，以便以塌陷模式操作所述系统。在S7步骤期间，DC偏置电压被控制，使得CMUT单元膜114被设置为在接收期间塌陷到单元台板。在接收期间塌陷到单元台板的膜的区(17、17 ’)由在步骤S5