專利名稱：超聲換能器、超聲探頭和超聲波圖像診斷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲換能器、一種超聲探頭和一種超聲波圖像診斷設(shè)備，更具體地說，涉及一種具有改進的后效率層結(jié)構(gòu)(back efficiency layerstructure)的超聲換能器、一種超聲探頭和一種超聲波圖像診斷設(shè)備。
背景技術(shù)：
超聲波圖像診斷設(shè)備是這樣一種設(shè)備，其將超聲波信號經(jīng)由對象的身體表面照射到身體的期望內(nèi)部位置并利用反射的超聲波信號(即，超聲波回波信號)，來以非侵入的方式獲得與血流或者軟組織的毛病(例如，阻塞或疾病)有關(guān)的圖像。與其他圖像診斷設(shè)備(例如，X射線診斷設(shè)備、計算機斷層攝影(CT)掃描儀、磁共振成像(MRI)設(shè)備或者核醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備)相比，超聲波圖像診斷設(shè)備相對小且不昂貴，實時顯示圖像，并且由于沒有例如X射線的照射而具有高穩(wěn)定性。由于這些優(yōu)點，超聲波圖像診斷設(shè)備被廣泛用于心臟、腹部、泌尿系統(tǒng)和產(chǎn)科醫(yī)學(xué)的診斷。超聲波圖像診斷設(shè)備包括超聲探頭，超聲探頭將超聲波信號發(fā)送到對象并接收從對象反射的超聲波回波信號，以獲得對象的超聲波圖像。超聲探頭包括換能器、具有敞開的頂端的外殼或機箱以及蓋，所述蓋結(jié)合到外殼的所述頂端并直接接觸對象的表面。就這點而言，換能器包括:壓電層，壓電層包括用于在振動期間可逆地轉(zhuǎn)換電信號和聲信號的壓電材料；聲匹配層，減小壓電層與對象之間的聲阻抗差，以允許由壓電層產(chǎn)生的超聲波盡可能多地傳輸?shù)綄ο?；聲透鏡層，允許超聲波從壓電層向前行進，以被聚焦在特定的點上；聲波吸收層，防止超聲 波從壓電層向后行進，以防止圖像畸變。換能器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布置是確定換能器的特性、形狀、制造工藝和成本的關(guān)鍵因素，因此許多企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了換能器的簡單結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有位于壓電層下方的后效率層的改進的結(jié)構(gòu)的一種超聲換能器、一種超聲探頭和一種超聲波圖像診斷設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種超聲換能器，所述超聲換能器包括:壓電層；聲匹配層，設(shè)置在壓電層的上表面上；多個后效率層，設(shè)置在壓電層的下表面上并具有不同的聲阻抗。所述多個后效率層的聲阻抗可沿著遠(yuǎn)離壓電層的方向減小?？蛇x擇地，所述多個后效率層的聲阻抗可朝著預(yù)定后效率層順序地減小，然后從所述預(yù)定后效率層沿著遠(yuǎn)離壓電層的方向增加。
每個后效率層的厚度可在λ /16到λ /2的范圍內(nèi)，其中，λ是超聲換能器的聲波波長。就此，所述多個后效率層可具有不同的厚度。壓電層可包括多個壓電器件，所述多個壓電器件被布置為彼此隔開。就此，割縫(即，換能器元件之間的距離，例如，多個壓電器件之間的距離)可以僅僅延伸到所述多個后效率層中的最靠近壓電器件的后效率層的頂表面。可選擇地，所述多個壓電器件之間的割縫可延伸到所述多個后效率層中的至少一個。聲匹配層可以是單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。超聲換能器還可包括位于所述多個后效率層的下方的聲衰減塊。根據(jù)本發(fā)明的另一方 面，提供一種超聲探頭，所述超聲探頭包括:超聲換能器，包括壓電層、設(shè)置在壓電層的上表面上的聲匹配層、以及設(shè)置在壓電層的下表面上并具有不同的聲阻抗的多個后效率層；用于容納超聲換能器的殼體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種超聲波圖像診斷設(shè)備，所述超聲波圖像診斷設(shè)備包括:超聲探頭；信號處理器，基于由超聲探頭檢測到的超聲波回波信號來產(chǎn)生超聲圖像，其中，超聲探頭包括:超聲換能器，包括壓電層、設(shè)置在壓電層的上表面上的聲匹配層、以及設(shè)置在壓電層的下表面上并具有不同的聲阻抗的多個后效率層；用于容納超聲換能器的殼體。


通過參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例進行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特點及優(yōu)點將會變得更加清楚，附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的超聲波圖像診斷設(shè)備的框圖；圖2示出了容納在圖1中示出的超聲波圖像診斷設(shè)備的超聲探頭中的超聲換能器的示例；圖3示出了容納在圖1中示出的超聲波圖像診斷設(shè)備的超聲探頭中的超聲換能器的另一不例。
具體實施例方式以下，參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，為了清楚起見，可以夸大相應(yīng)的元件的尺寸或厚度。在下面的描述中，可以省略對已知的相關(guān)功能和構(gòu)造的詳細(xì)的解釋，以避免使得本發(fā)明的主題不必要地晦澀。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為局限于這里闡述的示例性實施例。另外，這里描述的考慮本發(fā)明的功能而定義的術(shù)語可以根據(jù)用戶和操作者的意圖和實踐被不同地實現(xiàn)。因此，應(yīng)當(dāng)基于貫穿說明書的公開內(nèi)容來理解術(shù)語。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的原理和特征可以在變化的許多實施例中被采用。此外，雖然附圖呈現(xiàn)了本發(fā)明的示例性實施例，但是附圖不一定按比例繪制，可以夸大或者省略某些特征，以更加清楚地示出和解釋本發(fā)明。在元件的列表之后的諸如“......中的至少一個”的表述修飾元件的整個列表而
不修飾列表的單個元件。圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的超聲波圖像診斷設(shè)備的框圖。
參照圖1，根據(jù)示例性實施例的超聲波圖像診斷設(shè)備包括超聲探頭100和信號處理器200。超聲探頭100包括:超聲換能器110，將超聲波101發(fā)送到對象300 (例如，人體)，并接收從對象300反射的超聲波102 ;殼體180，用于容納超聲換能器110。超聲探頭100包括線纜190，用于與超聲波圖像診斷設(shè)備的信號處理器200的連接。信號處理器200控制超聲探頭100，并且基于由超聲探頭100檢測到的提供對象300的信息的回波信號，信號處理器200產(chǎn)生對象300的圖像，所述圖像可以顯示在包括在信號處理器200中的顯示器上或者顯示在連接到信號處理器200的顯示器上。圖2示出了容納在圖1的超聲波圖像診斷設(shè)備的超聲探頭100中的超聲換能器110的示例。參照圖2，超聲換能器110包括壓電層120、位于壓電層120的上表面上的第一聲匹配層131和第二聲匹配層132以及后效率層141、142、143，后效率層141、142、143包括位于壓電層120的下表面上的第一后效率層141、第二后效率層142和第三后效率層143。聲衰減塊150位于后效率層141、142、143的下方。壓電層120包括多個壓電器件121。所述多個壓電器件121單獨地工作并且可彼此隔開，以防止它們之間的干擾。壓電器件121可以成直線地(S卩，一維地)布置或者以行和列(即，二維地)布置在第一后效率層141上。所述多個壓電器件121中的每個壓電器件包括壓電體122、第一電極123和第二電極124。壓電體122可包括將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號且將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的壓電材料。例如，壓電體122可包括錯鈦酸鉛(PZT, leadzirconatetitanate)陶瓷、由銀錯欽酸鉛(PZNT, lead zirconate niobate titanate)的固溶體形成的單晶、由銀鎂 鈦酸鉛(PMNT, lead magnesium niobate titanate)的固溶體形成的單晶或者由銀續(xù)酸鉛-錯欽酸鉛(PMN-PZT, lead magnesiumniobate-lead zirconatetitanate)的固溶體形成的單晶。電極123和124可以分別位于壓電體122的兩側(cè)，例如，位于壓電體122的頂端和底端。電極123和124中的任意一個可以是壓電體122的陰極或信號電極，電極123和124中的另一個可以是壓電體122的陽極或者接地電極。電極123和124可以通過已知的方式(例如，通過使用柔性電路基底或者硬電路基底)互連。壓電器件121接收電信號并產(chǎn)生超聲波，并將由圖1的對象300傳輸?shù)某暡ㄞD(zhuǎn)換為電信號。聲匹配層131和132適當(dāng)?shù)仄ヅ鋲弘妼?20的聲阻抗與對象300的聲阻抗，以減小被傳輸?shù)綄ο?00的超聲波的損耗或者由對象300傳輸回來的反射超聲波的損耗。對象300和壓電層120的聲阻抗的匹配可以通過調(diào)節(jié)物理參數(shù)(例如，聲匹配層131和132的聲阻抗、厚度以及音速)來執(zhí)行。即，聲匹配層131和132抑制由于對象300的聲阻抗與壓電層120的聲阻抗之間的差而產(chǎn)生的超聲波的反射。圖2示出了兩個聲匹配層的示例性實施例。然而，示例性實施例不限于圖2的結(jié)構(gòu)。代替所述兩個聲匹配層131和132，一個聲匹配層或者三個或更多的聲匹配層可以用于替代的示例性實施例中。另外，聲匹配層131和132可以被分成多個器件并且可以位于所述多個壓電器件121中的每個的頂端上。換句話說，用于抑制壓電器件121之間的干擾的割縫160可以被形成為穿過聲匹配層131和132或者被形成在聲匹配層131與132之間。另外，超聲換能器110還可包括該領(lǐng)域中已知的聲透鏡層，聲透鏡層設(shè)置在圖2的第二聲匹配層132的上表面并允許向上行進的超聲波信號聚焦在特定位置。在這種情況下，可以通過與對象300的診斷位置(例如，皮膚)接觸的聲透鏡層來執(zhí)行超聲波的照射和接收。
后效率層141、142和143位于壓電層120之下。后效率層141、142和143可沿著超聲換能器的縱向長度具有不同的厚度和不同的聲阻抗，如圖2中所示。后效率層141、142和143的聲阻抗和厚度影響由壓電層120產(chǎn)生并在壓電層120之下行進的超聲波S2、S3和S4的行為。因此，通過適當(dāng)?shù)馗淖兒笮蕦?41、142和143的聲阻抗和厚度來控制超聲換能器110的特性。后效率層141、142和143可滿足下面的不等式1:Z1 > Z2 > Z3 (I)其中，第一后效率層141的聲阻抗是Z1，第二后效率層142的聲阻抗是Z2，第三后效率層143的聲阻抗是Z3。就此，第一后效率層141是最靠近壓電層120的層，第三后效率層143距壓電層120最遠(yuǎn)的層。另外，后效率層141、142和143的厚度Tl、T2和T3可以分別在λ /16到λ /2的范圍內(nèi)，其中，λ是超聲換能器的聲波波長。分別具有這樣的聲阻抗Z1, Z2和Z3且分別具有厚度Τ1、Τ2和Τ3的后效率層141、142和143吸收向下行進(即，朝著聲衰減塊150行進)的超聲波S2以減少噪聲，并將向下行進的超聲波S4的方向改變?yōu)槠谕姆较?，從而超聲換能器110的特性(例如，帶寬、脈沖持續(xù)時間、靈敏度等)可以被改進。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的超聲換能器110包括后效率層141、142和143，即，三個后效率層。然而，更一般地，超聲換能器110可包括N個后效率層。就此，N個后效率層的聲阻抗布置可滿足不等式2。就此，N是自然數(shù)，即等于2或者大于2的正整數(shù)。Z1 > Z2 >...> Zn (2)根據(jù)一些替代的實施例，N個后效率層的聲阻抗布置可被設(shè)置為沿著遠(yuǎn)離壓電層120的方向順序地增加，或者N個后效率層的聲阻抗可以從最靠近壓電層120的后效率層朝著預(yù)定的后效率層順序地減小，然后從預(yù)定后效率層沿著遠(yuǎn)離壓電層120的方向增加，通過這樣做，超聲換能器110的特性被改變。在這種情況下，N個后效率層的任意一個中間后效率層具有最小的聲阻抗，最上面的和最下面的后效率層可具有比中間后效率層的聲阻抗相對更高的聲阻抗。另外，N個后效率層的厚度可滿足下面的不等式3。
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權(quán)利要求
1.一種超聲換能器,包括: 壓電層； 聲匹配層，設(shè)置在壓電層的上表面上； 多個后效率層，設(shè)置在壓電層的下表面上并具有不同的聲阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中， 所述多個后效率層的聲阻抗沿著遠(yuǎn)離壓電層的方向減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中， 所述多個后效率層的聲阻抗從最靠近壓電層的后效率層朝著預(yù)定后效率層順序地減小，然后從所述預(yù)定后效率層沿著遠(yuǎn)離壓電層的方向增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中， 所述多個后效率層中的每個后效率層的厚度在λ/16到λ/2的范圍內(nèi)，其中，λ是超聲換能器的聲波波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中， 所述多個后效率層的沿著超聲換能器的縱向長度方向的厚度不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中， 壓電層包括多個壓電器件，所述多個壓電器件被布置為彼此隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲換能器，其中， 所述多個壓電器件具有位于所述多個壓電器件之間的割縫，其中，割縫沿著超聲換能器的縱向長度方向僅僅延伸到所述多個后效率層中的最靠近壓電器件的特定后效率層的頂表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲換能器，其中， 所述多個壓電器件具有位于所述多個壓電器件之間的割縫，其中，割縫沿著超聲換能器的縱向長度方向延伸到所述多個后效率層中的至少一個后效率層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，聲匹配層是單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，還包括位于所述多個后效率層的下方的聲衰減塊。
11.一種超聲探頭，包括: 如權(quán)利要求1到10中任一項所述的超聲換能器； 用于容納超聲換能器的殼體。
12.—種超聲波圖像診斷設(shè)備，包括: 如權(quán)利要求11所述的超聲探頭； 信號處理器，基于由超聲探頭檢測到的超聲波回波信號來產(chǎn)生超聲波圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲換能器、超聲探頭和超聲波圖像診斷設(shè)備。一種超聲換能器、超聲探頭和執(zhí)行超聲程序的圖像診斷設(shè)備。超聲換能器包括壓電層；設(shè)置在壓電層的上表面上的聲匹配層；多個后效率層，設(shè)置在壓電層的下表面上并具有不同的聲阻抗?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)馗淖兒笮蕦拥穆曌杩购秃穸葋砜刂瞥晸Q能器的靈敏度、帶寬和脈沖長度。
文檔編號A61B8/00GK103181786SQ20131000200
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月2日
發(fā)明者高鉉泌, 金東鉉 申請人:三星電子株式會社