具有多个声路的探头的制作方法

具有多个声路的探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实施例涉及一种具有多个声路的探头。更具体而言，涉及一种具有多个声路的 探头，压电元件在超声波生成的方向和垂直方向上未物理分离的状态下，仅仅通过匹配层 的结构使该探头在超声波生成的方向和垂直方向上具有至少两个部分以上的不同的多个 声路。
【背景技术】
[0002] 需要说明的是，以下记载的内容仅仅提供与本实施例相关的背景信息，并非构成 现有技术。
[0003] 通常情况下，对于具有高频率（High Frequency)的换能器（Transducer)而言，通 过相对减小压电元件在超声波信号生成的方向和垂直（Elevation)方向的尺寸，可以缩短 焦点深度（Focal Depth)，但是减小超声波信号生成方向和垂直方向的尺寸的程度是有限 的，因此不能使焦点深度缩短至一定程度以下。
[0004] 即，当需要一定程度以下短距离的焦点深度时，通过使用沿着超声波信号生成 方向和垂直方向形成Multi-raw等的方法可以提高近场（Near Field)光束分布（Beam Profile)，但是随着通道（Channel)数量的增加，探头（Probe)和超声波诊断装置的结构及 其制造方法等也将随之复杂化。另外，虽然可以通过在换能器内部将包括匹配层（Matching Layer)在内的元件制成机械上具有凹面（Concave)的形状从而解决问题，但是由于超声波 信号生成方向和垂直方向的尺寸比较小，从而不容易制造。

【发明内容】

[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 本实施例的主要目的在于，提供一种具有多个声路的探头，压电元件在超声波生 成的方向和垂直方向上未物理分离的状态下，仅仅通过匹配层的结构使该探头在超声波生 成的方向和垂直方向上具有至少两个部分以上不同的多个声路。
[0007] (二）技术方案
[0008] 根据本实施例的一个方面，提供一种探头，其特征在于，包括：外壳（Housing);粘 贴于所述外壳内部、通过压电效应（Piezoelectric Effect)生成超声波（Ultrasound)信 号的压电元件（Piezoelectric Material);具有用于逐渐减少所述压电元件与被检体之 间的声阻抗（Acoustic Impedance)差值的多层的匹配层；聚焦（Focusing)所述超声波信 号于所述被检体所处的位置并接收所述被检体反射的超声波回波信号的探头透镜（Lens); 以及用于将所述超声波回波信号向主体传送的电缆，其中，所述匹配层通过所述多形成层 具有多个声路（Acoustic Path)的结构。
[0009] (三）有益效果
[0010] 如上所述，根据本实施例，压电元件在超声波生成的方向和垂直方向上未物理分 离的状态下，仅仅通过匹配层的结构使探头在超声波生成的方向和垂直方向上具有至少两 个部分不同的多个声路，因此，沿着超声波生成方向和垂直方向上，位于边缘（Edge)部分 的传播（Propagation)速度快于中心处的速度，从而使其具有能够聚集近距离的被检体的 结构。即，在通过现有技术不能聚集的结构的情况下，未物理分离压电元件的状态下，能够 聚集位于近距离的被检体，具有有益效果。
【附图说明】
[0011] 图1是示出具有本实施例的探头的超声波诊断装置的主视图。
[0012] 图2是示出本实施例的探头的立体图。
[0013] 图3是概略地示出本实施例的探头内部结构的局部切开的立体图。
[0014] 图4是示出本实施例的探头的剖视图。
[0015] 图5是概略地示出本实施例的匹配层内部结构的剖视图。
[0016] 图6是利用本实施例的探头聚集位于近距离的被检体的结果的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 以下，参照附图对本实施例进行详细说明。
[0018] 图1是示出具有本实施例的探头的超声波诊断装置的主视图。
[0019] 本实施例的超声波诊断装置100包括探头110、主体120、电缆130、连接器140、显 示器单元150及用户输入单元160。本实施例记载的超声波诊断装置100虽然只包括探头 110、主体120、电缆130、连接器140、显示器单元150及用户输入单元160,这只是为了举例 说明本实施例的技术思想，只要是本实施例所属技术领域具有常规知识的技术人员，就能 够在不超出本实施例的基本特性的范围内，对超声波诊断装置100包括的构件进行各种修 改及变形并应用。
[0020] 所述超声波诊断装置100包括用于向被检体（对象体）发射超声波信号并接收被 检体的超声波回波（Echo)信号的探头110、用户输入单元160及安装有显示器单元150等 装置的、用于生成被检体的图像的主体120。即，超声波诊断装置100通过用户输入单元160 接收用户的操作或者输入命令（Instruction)，通过探头110的操作，向被检体发射超声波 信号并接收从该被检体反射的超声波回波信号并形成接收信号，通过主体120基于形成的 接收信号形成图像（例如，B-模式或者C-模式），通过显示器单元150输出形成的图像。
[0021] 通过与主体120 -体连接的电缆130或者连接器140,探头110与主体120连接。 即，探头110是与被检体的诊断部位直接接触的部分。所述探头110执行向被检体发射超 声波信号并接收被检体反射的超声波回波信号并形成接收信号的操作。即，探头Iio通过 执行向被检体发射超声波信号并接收被检体反射的超声波回波信号并形成接收信号的操 作，获得B-模式图像（或者C-模式图像）。此外，探头110基于从主体120接收的控制信 号，向被检体发送超声波信号并接收被检体反射的超声波回波信号形成接收信号。此外，探 头110基于从主体120接收的控制信号，将超声波信号以脉冲重复频率（Pulse Repetition Frequency ;PRF)方式向关心区域内发送和接收从而形成接收信号。此处，接收信号包括多 普勒信号及杂波信号（Clutter Signal)。多普勒信号作为超声波基于血流反射的信号，具 有频率较高，但强度（Intensity)相对比较弱。杂波信号具有频率比较低，但强度相对比较 尚。
[0022] 另外，探头110可以包括用于执行发送和接收超声波信号操作的、用于执行超声 波的发送集束及接收集束操作的波束形成器（未图示）。此处，探头110包括多个一维 (Dimension)或者二维阵列式换能器（Array Transducer)。通过适度地延迟输入各换能器 的脉冲的输入时间，探头110将集束的超声波光束（Beam)沿着发送扫描线（Scanline)向 被检体发送。另外，被检体反射的超声波回波信号具有不同接收时间并输入到各换能器，各 换能器将输入的超声波回波信号向波束形成器输出。在探头发送超声波信号时，波束形成 器调节探头内的各换能器的驱动时间从而向特定位置集束超声波信号，考虑到被检体反射 的超声波回波信号到达探头的各换能器的时间各不相同，对探头的各超声波回波信号施加 以时间延迟，从而集束超声波回波信号。
[0023] 主体120基于探头110接收的超声波回波信号形成的接收信号，形成B-模式图像 或者C-模式图像，并将通过具备B-模式图像或者C-模式图像的显示器单元150输出。即， 主体120 -般基于接收信号，形成B-模式图像，并通过具备B-模式图像的显示器单元150 输出。
[0024] 用户输入单元160接收用户的操作或者输入命令。此处，用户命令可以是用于控 制超声波诊断装置100而预设的命令。
[0025] 图2是示出本实施例的探头的立体图。
[0026] 本实施例的探头110包括外壳210、探头透镜220及电缆130。
[0027] 外壳210是盖住探头110内部模块的部件，形成探头110的本体。所述外壳210 可包括超声波信号的发射、超声波回波信号的接收及转换接收的超声波回波信号的换能器 410。此处，外壳210的内部可包括通过判断超声波诊断装置100输入的电压的有无可生成 超声波信号的换能器410。
[0028] 探头透镜220与超声波信号的发射、超声波回波信号的接收及被检体的皮肤等诊 断部位接触。此外，探头透镜220可聚焦超声波信号于被检体所在的位置，并接收被检体反 射的超声波回波信号。电缆130连接超声波诊断装置100的主体120和外壳210。而且，电 缆130向主体传送超声波回波信号。
[0029] 图3是概略地示出本实施例的探头内部结构的局部切开的立体图，图4是示出本 实施例的探头的剖视图。
[0030] 本实施例的探头110包括压电元件（Piezoelectric Material)310、匹配层320及 為层330。
[0031] 压电元件310粘贴于外壳210内部，通过压电效应（Piezoelectric Effect) 引起的周期性震动生成超声波。此时，压电元件310将生成的超声波信号转变为电信号 (Electric Signal)。此外，沿着超声波生成方向和垂直（Elevation)方向上，压电元件310 没有被物理分离。
[0032] 匹配层320具有多层510、520及530以逐渐减小压电元件310与被检体之间的声 阻抗（Acoustic Impedance)差值。此时，匹配层320将基于压电元件310生成的电信号转 变为声音信号。此处，声阻抗作为物质的固有特性是指物质的密度和速度的乘积。
[0033] 本实施例的匹配层320具有基于多层510、520及530的多个声路（Acoustic Path)的结构。此时，包括在匹配层320的多层510、520及530中，高声阻抗层被布置在与 压电元件310临近一侧。此外，匹配层320被布置为，使多层510、520及530沿着超声波电 信号生成的方向和垂直方向上具有至少两个部分以上不同的声路。
[0034] 本实施例的匹配层320基于声 阻抗差值，包括第N-I匹配层（N为2以上的自然 数）510、第N匹配层520及匹配层罩530。此时，匹配层320具有仅由匹配层罩530形成的 第1声路（图5所示的①）、由N-I匹配层510和匹配层罩530匹配层相叠形状的第2声路 (图5所示的②）及由第N-I匹配层510和第N匹配层520相叠形状的第N声路（图5所 示的③）。
[0035] 第N-I匹配层510从压电元件310直接接收超声波电信号并传递。
[0036] 第N匹配层520与第N-I匹配层510以至少两层以上的层相叠的形状布置。此外， 第N匹配层520以第N-I匹配层的中央为基准，以短于N-I匹配层的长度的形状相叠。此 外，第N匹配层520与N-I匹配层510相叠，形成将经由N-I匹配层510的超声波电信号转 变为超声波声音信号的第N声路（图5所示的③）。
[0037] 匹配层罩530具有能够覆盖N-I匹配层510的一部分和压电元件310的一部分的 形状，其放置于与第N匹配层520相同的平面。此外，匹配层罩530与N-I匹配层510相叠， 形成将经由N-I匹配层510的超声波电信号转变为超声波声音信号的第2声路（图5所示 的②）；形成从压电元件310直接接收超声波电信号并转变为超声波声音信号的第1声路 (图5所示的①）。
[0038] 背层330位于匹配层320的后面，可以吸收压电元件310产生的超声波中反向于 探头透镜220发射的、不直接用于检查或者诊断等的超声波信号。
[0039] 如图4所示，换能器410可包括能够将主体120传递的电信号转变成声音信号的 匹配层320、压电元件310及背层330。此处，匹配层320能够减少压电元件310和被检体 间的声阻抗差值。
[0040] 以下将对本实施例的匹配层320的材料进行说明。本实施例的匹配层320的材 料不局限于预设的特定材料。即，鉴于本实施例的匹配层320的目的是将声阻抗由高逐渐 降至低，由于只用环氧树脂（Epoxy)无法获得高声阻抗的材料，与压电元件310临近的第 N-I匹配层510使用低于压电元件310声阻抗的陶瓷（Ceramic)或者在常用的环氧树脂 中添加各种填充剂（Filler)(例如，钨（W)、锰（Mn)、二氧化硅（Si02)等高声阻抗的粉末 (Powder))。需要说明的是，现存所有高声阻抗的材料都可以作为填充剂使用，声阻抗的大 小以不影响声路为标准。此外，填充剂与环氧树脂混合时，以不结块并且均匀地混合为标 准。
[0041] 所述匹配层320的制造工序说明如下，用环氧树脂制造匹配层320时，将填充剂按 预定量投入到环氧树脂中并混合均匀，凝固后分别以各探头设定的厚度及尺寸（Size)加 工制作，并通过环氧树脂与其他部件（Components)粘结（Bonding) 〇
[0042] 图5是概略地示出本实施例的匹配层内部结构的剖视图。
[0043] 如图5 (a)所示，常规的匹配层在其内部仅包括MLH(Matching Layer High)和 MLL(Matching Layer Low)时，传播（Propagation)速度将会相同，可形成基于探头透镜的、 位于特定焦点深度位置的被检体的图像。
[0044] 另外，如图5(b)所示，形成具有多个声路的匹配层320时，音速（Vstaip)可为如下关 系，即，匹配层罩530>第N匹配层520>第N-I匹配层510,声阻抗（ZstHp)的关系如下，即， 第N-I匹配层510>匹配层罩530>第N匹配层。此时，传播速度的关系为：第1声路（即， 图5所示的①）> 第2声路（即，图5所示的②）> 第3声路（即，图5所示的③）。即，虽然 在超声波信号的生成方向和垂直方向未分离压电元件310,但是仅通过匹配层320的结构 能够形成两个以上不同声路，由于边缘（Edge)部分的声路相比于中心的声路音速快，能够 聚焦位于近距离的被检体。
[0045] 即，压电元件310在沿着超声波生成的方向和垂直方向上未物理分离的状态下， 仅通过匹配层320的结构，使探头在超声波生成方向和垂直方向上具有至少两个部分不同 的声路，因此沿着超声波生成方向和垂直方向上，边缘部分的传播速度快于中心的传播速 度，从而具有能够聚焦位于近距离的被检体的结构。即，图5(a)所示的不能聚焦的结构中， 压电元件未被物理分离的情况下，能够实现聚焦位于近距离的被检体。
[0046] 即，图5(a)所示的利用常规匹配层情况下，为了聚焦位于近距离的被检体，应该 沿着超声波生成方向和垂直方向上，分离压电元件且将其分别控制而制成凹面（Concave) 形状（例如，c形状），但是，如图5 (b)所示，形成本实施例的具有多个声路的匹配层320不 必沿着超声波生成方向和垂直方向上分离压电元件310且将其制成凹面形状，仅凭借匹配 层320使其具有凹面形状的传播速度，从而能够聚焦位于近距离的被检体。
[0047] 图6是利用本实施例的探头聚集位于近距离的被检体的结果的示意图。
[0048] 如图6所示，本实施例的探头110包括具有多个声路的匹配层320的情况下，能够 聚焦在前部。如图6(a)所示，使用仅包括MLH和MLL的常规匹配层320的情况下，传播速 度相同，通过探头透镜220,能够对位于图6(a)特定焦点深度位置的被检体进行成像。另 外，如图6(b)所示，形成具有多个声路的配层320的情况下，音速（Vstaip)关系为：匹配层罩 530>第N匹配层520>第N-I匹配层510,声阻抗（ZstHp)关系为：N-1匹配层510>匹配层罩 530>第N匹配层，传播速度关系为：第1声路〉第2声路〉第3声路，如6 (b)所示，能够对 位于相对近距离的被检体进行成像。
[0049] 以上说明仅仅是为了举例说明本实施例的技术思想，只要是本实施例所属的技术 领域的技术人员，在不超过本实施例的本质特征的范围内，可进行各种修改和变形。因此， 本实施例不是为了限定本实施例的技术思想，而是为了对其进行说明，本实施例的技术思 想的范围不限于上述实施例。本实施例的保护范围要依据权利要求书进行的解释，与其等 同范围内的所有技术思想均被认为属于本实施例的权利范围。
【附图说明】 [0050] 标记
[0051] 100:超声波诊断装置 110:探头
[0052] 120 :主体 130:电缆
[0053] 140 :连接器 150 :显示器单元
[0054] 160 :用户输入单元 210 :外壳
[0055] 220 :探头透镜 310:压电元件
[0056] 320:匹配层 330 :背层
[0057] 410 :换能器 510:第N-I匹配层
[0058] 520 :第N匹配层 530 :匹配层罩
【主权项】
1. 一种探头，其特征在于，包括： 外壳； 压电元件，粘贴于所述外壳内部且通过压电效应生成超声波信号； 匹配层，其具有多层，所述多层用于逐渐减少所述压电元件与被检体之间的声阻抗差 值； 探头透镜，聚焦所述超声波信号于所述被检体所处的位置并接收所述被检体反射的超 声波回波信号；以及 电缆，将所述超声波回波信号向主体传送， 其中，所述匹配层通过所述多层形成具有多个声路的结构。2. 如权利要求1所述的探头，其特征在于： 所述匹配层基于所述声阻抗差值，包括第N-I匹配层（N为2以上的自然数）、第N匹配 层及匹配层罩。3. 如权利要求2所述的探头，其特征在于： 所述匹配层罩具有能够覆盖所述N-I匹配层的一部分和所述压电元件的一部分的形 状，并放置于与所述第N匹配层相同的平面上。4. 如权利要求3所述的探头，其特征在于： 所述第N匹配层与所述第N-I匹配层以至少两层以上的层相叠的形状布置。5. 如权利要求3所述的探头，其特征在于： 所述第N匹配层的长度为以所述第N-I匹配层的中央为基准，比所述N-I匹配层的长 度短，并且所述第N匹配层相叠。6. 如权利要求3所述的探头，其特征在于： 所述匹配层具有仅由所述匹配层罩形成的第1声路、由所述N-I匹配层和所述匹配层 罩相叠形成的第2声路、由所述N-I匹配层和所述第N匹配层相叠形状的第N声路。7. 如权利要求2所述的探头，其特征在于：所述匹配层包括： 所述N-I匹配层，从所述压电元件直接接收所述超声波电信号并传递； 所述第N匹配层，与所述N-I匹配层相叠且具有将经由所述N-I匹配层的所述超声波 电信号转变为所述超声波声音信号；以及 所述匹配层罩，与所述N-I匹配层相叠，且具有将经由所述N-I匹配层的所述超声波电 信号转变为所述超声波声音信号的第2声路，并具有从所述压电元件直接接收所述超声波 电信号并转换为所述超声波声音信号的第1声路。8. 如权利要求1所述的探头，其特征在于： 在所述匹配层的所述多层中与所述压电元件临近的一侧布置所述声阻抗高的层。9. 如权利要求1所述的探头，其特征在于： 在所述超声波电信号生成方向和垂直方向上，所述压电元件未物理分离。10. 如权利要求1所述的探头，其特征在于： 所述匹配层被布置为所述多层在所述超声波电信号的生成方向和垂直方向上，具有至 少两个部分以上不同的声路。
【专利摘要】本发明提供一种探头，包括：外壳；粘贴于所述外壳内部、通过压电效应生成超声波信号的压电元件；具有用于逐渐减少所述压电元件与被检体之间的声阻抗差值的多层的匹配层；聚焦所述超声波信号于所述被检体所处的位置并接收所述被检体反射的超声波回波信号的探头透镜；以及用于将所述超声波回波信号向主体传送的电缆；所述匹配层通过所述多层形成具有多个声路的结构。
【IPC分类】A61B8/00, G01N29/24
【公开号】CN104883977
【申请号】CN201280078086
【发明人】金熙原
【申请人】爱飞纽医疗机械贸易有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2012年11月1日
【公告号】WO2014069697A1