專利名稱：用于超聲診斷設(shè)備的探頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的示例性實(shí)施例涉及一種可以提高探頭的靈敏度的用于超聲診斷設(shè)備的探頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
超聲診斷設(shè)備是這樣一種非侵入性設(shè)備:該設(shè)備朝著體內(nèi)的目標(biāo)器官將超聲波信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)象的體表并利用來自被反射的超聲波信號(hào)的信息獲得軟組織和血流的斷面圖像。例如，與其他的醫(yī)療成像系統(tǒng)(諸如，X射線成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)化斷層攝影(CT)掃描儀、磁共振成像(MRI)系統(tǒng)和核醫(yī)學(xué)用診斷系統(tǒng))相比，超聲診斷設(shè)備可以具有緊湊的尺寸且價(jià)格低，可以實(shí)時(shí)顯示圖像，并且可以通過消除暴露于諸如X射線的輻射的危險(xiǎn)而提供高級(jí)別的安全性。至少由于這些原因，超聲診斷設(shè)備已經(jīng)廣泛地用于諸如以心臟醫(yī)學(xué)、腹部成像、泌尿?qū)W、產(chǎn)科學(xué)和婦科學(xué)為例的許多醫(yī)學(xué)學(xué)科中的診斷。超聲診斷設(shè)備包括將超聲波信號(hào)發(fā)送到對(duì)象并接收由對(duì)象反射的超聲波回波信號(hào)以獲得對(duì)象的超聲波圖像的探頭。用于超聲診斷設(shè)備的探頭可以包括換能器、具有敞開的上端的殼體以及結(jié)合到殼體的敞開的上端以直接接觸對(duì)象的表面的蓋。換能器可以包括:壓電層，由壓電材料構(gòu)成，壓電層通過壓電材料的振動(dòng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)以及將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；聲匹配層，用來減小壓電層與對(duì)象之間的聲阻抗的差異，以改善壓電層中產(chǎn)生的超聲波到對(duì)象的可傳遞性；透鏡層，用來將遠(yuǎn)離壓電層的前部行進(jìn)的超聲波聚焦在給定的點(diǎn)上；背襯構(gòu)件(backing member)，用來阻擋超聲波沿著相反的方向穿過壓電層的后部傳播 ，以防止圖像失真。為了增大背襯構(gòu)件的聲阻抗的衰減，已經(jīng)與環(huán)氧樹脂相結(jié)合使用了粉末、網(wǎng)狀片和多孔片。然而，在這種構(gòu)造中，粉末可能不會(huì)規(guī)則地分布，并且可能難以生產(chǎn)出具有均勻尺寸的粉末。此外，在環(huán)氧樹脂的內(nèi)部非預(yù)期地產(chǎn)生的孔隙是在大量生產(chǎn)過程中不可控制的且不可預(yù)先確定的特性，因此會(huì)導(dǎo)致效率因產(chǎn)品不同而變化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本公開的目的在于提供一種可以增大探頭的背襯構(gòu)件的聲阻抗的衰減以增強(qiáng)探頭的性能效率的用于超聲診斷設(shè)備的探頭及其制造方法。本公開的附加方面部分地將在下面的描述中進(jìn)行闡述，部分地通過描述將是清楚的，或者可通過實(shí)踐本公開而知曉。根據(jù)本公開的一個(gè)方面，一種用于超聲診斷設(shè)備的探頭包括:殼體；壓電構(gòu)件，設(shè)置在殼體內(nèi)部；至少一個(gè)聲匹配層，設(shè)置在壓電構(gòu)件的前部；聲透鏡，設(shè)置在所述至少一個(gè)聲匹配層的前部；背襯構(gòu)件，設(shè)置在壓電構(gòu)件的后部，并設(shè)置有使傳遞到壓電構(gòu)件的后部的聲波減少并且調(diào)整聲阻抗的多個(gè)孔隙。孔隙可以穿過背襯構(gòu)件形成。
孔隙可以按預(yù)定的圖案布置。背襯構(gòu)件還可以包括由玻璃形成且內(nèi)部中空的至少一個(gè)空心顆粒。背襯構(gòu)件可以包括由玻璃形成且內(nèi)部中空的用于形成孔隙的至少一個(gè)空心顆粒。背襯構(gòu)件可以包括與所述至少一個(gè)空心顆?；旌系挠脕砜刂票骋r構(gòu)件的衰減、硬度和密度的玻璃顆粒。壓電構(gòu)件的上側(cè)和下側(cè)可以設(shè)置有為壓電構(gòu)件提供電信號(hào)的電極，印刷電路板(PCB)可以設(shè)置在電極與背襯構(gòu)件之間，以將電極和超聲診斷設(shè)備的主體電連接。背襯構(gòu)件可以包括位于PCB的下側(cè)處的背襯層和位于背襯層的下側(cè)處的背襯塊。根據(jù)本公開的另一方面，一種制造用于超聲診斷設(shè)備的探頭的背襯構(gòu)件的方法包括:將形成背襯構(gòu)件的流體澆到包括模具基體和模具引導(dǎo)部的模具中，模具基體設(shè)置有形狀與將要設(shè)置在背襯構(gòu)件中的孔隙對(duì)應(yīng)的棒，模具引導(dǎo)部用于形成背襯構(gòu)件的外部形狀；使流體硬化到模具中；去除模具。設(shè)置在模具基體中的棒可以是規(guī)則地布置的。形成背襯構(gòu)件的流體可以包括用來在背襯構(gòu)件中形成孔隙的至少一個(gè)空心顆粒。形成背襯構(gòu)件的流體還可以包括至少一個(gè)玻璃顆粒。可以在大約30°C和大約100°C之間的溫度下執(zhí)行硬化。


從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，本公開的這些和/或其他方面將變得清楚且更容易理解，附圖中:圖1是示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的外部的視圖；圖2是示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的透視圖；圖3是示出了圖1的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的分解視圖；圖4是示出了用來制造圖1的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的模具和背襯構(gòu)件的視圖；圖5是示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的背襯構(gòu)件的視圖；以及圖6是示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的背襯構(gòu)件的制造工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本公開的示例性實(shí)施例，在附圖中示出了本公開的示例性實(shí)施例的示例，其中，同樣的標(biāo)號(hào)始終表示同樣的元件。圖1是示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的外部的視圖，圖2是示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的透視圖，圖3是示出了圖1的探頭的分解視圖。如圖1、圖2和圖3所示，換能器包括壓電構(gòu)件4、聲匹配層2和3、聲透鏡(6)以及背襯構(gòu)件10。圖示的換能器可以是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭I的組成元件，在實(shí)踐中，圖示的換能器可以位于殼體(100)內(nèi)部。
聲透鏡(6)、聲匹配層2和3、壓電構(gòu)件4和背襯構(gòu)件10可以從換能器的前面按該順序布置。壓電構(gòu)件4可以位于殼體(100)的內(nèi)部，并且可以連接到背襯構(gòu)件10的前表面。壓電構(gòu)件4在其相對(duì)的側(cè)面上設(shè)置有電極(7)，用來將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波(即，發(fā)送到空氣中的聲信號(hào))以及用來將從空氣反射的超聲波轉(zhuǎn)換為發(fā)送到所述設(shè)備中的電信號(hào)。利用諧振現(xiàn)象產(chǎn)生超聲波的壓電構(gòu)件4可以由例如鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷、由鈮鋅酸鉛和鈦酸鉛的固溶體制成的PZNT單晶、由鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛的固溶體制成的PZMT單晶等或者它們的組合構(gòu)成。

設(shè)置在壓電構(gòu)件4的相對(duì)的側(cè)面上的電極(7)可以由諸如以金、銀和/或銅為例的具有高導(dǎo)電率的金屬構(gòu)成，或者，可以由石墨等構(gòu)成。聲匹配層2和3安放在壓電構(gòu)件4的前部上。聲匹配層2和3起著使壓電構(gòu)件4的聲阻抗與對(duì)象的聲阻抗相匹配以將壓電構(gòu)件4產(chǎn)生的超聲信號(hào)有效地傳遞到對(duì)象的作用。為此，聲匹配層2和3的聲阻抗可以適于具有介于壓電構(gòu)件4的聲阻抗與對(duì)象的聲阻抗之間的中間值。聲匹配層2和3可以由玻璃或樹脂材料或者它們的組合構(gòu)成?？蛇x擇地，可以設(shè)置由不同的材料構(gòu)成的多個(gè)聲匹配層，以使聲阻抗能夠在壓電構(gòu)件4的聲阻抗到對(duì)象的聲阻抗的范圍內(nèi)逐漸變化。圖2和圖3示出的是設(shè)置了第一聲匹配層2和第二聲匹配層3的示例性實(shí)施例，但是本公開的實(shí)施例不限于此。印刷電路板(PCB) 5可以布置在背襯構(gòu)件10和壓電構(gòu)件4之間，以將壓電構(gòu)件4的電極與超聲診斷設(shè)備的主體電連接。PCB5被設(shè)置成將電極(7)處產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)以及將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。PCB5可以垂直于背襯構(gòu)件10和壓電構(gòu)件4堆疊所沿的方向設(shè)置。除了印刷電路板之外，PCB5還可以包括適于供應(yīng)信號(hào)或電的諸如以柔性印刷電路板(FPCB)為例的其它組成元件。聲透鏡(6)設(shè)置在聲匹配層2和3的前部上。聲透鏡(6)使從壓電構(gòu)件4向前行進(jìn)的超聲信號(hào)聚焦在給定的點(diǎn)上。背襯構(gòu)件10設(shè)置在壓電構(gòu)件4的后部。背襯構(gòu)件10通過抑制壓電構(gòu)件4的自由振動(dòng)而使超聲波的脈沖寬度減小，并且通過阻擋超聲波沿壓電構(gòu)件4的向后方向的不必要的傳播而防止了圖像失真。背襯構(gòu)件10包括用來減小背襯構(gòu)件10的致密度的孔隙11?？紫?1不僅使背襯構(gòu)件10的致密度減小，而且還使傳遞到背襯構(gòu)件10的聲波減少?？紫?1可以穿過背襯構(gòu)件10形成。另外，孔隙11可以按預(yù)定的圖案布置。根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，孔隙11以之間具有均勻的間隔沿長(zhǎng)度方向和寬度方向布置。然而，本公開的實(shí)施例不限于此?？紫?1可以以之間具有比圖2和圖3中不出的間隔窄和/或?qū)挼拈g隔來布置。圖2和圖3示出了孔隙11具有矩形形狀，但是本公開的實(shí)施例不限于此?？紫?1可以具有諸如以圓形形狀為例的其他形狀?？紫?1的形狀和間隔可以根據(jù)后面將描述的模具基體30的形狀而變化。由于背襯構(gòu)件10包括孔隙11，所以背襯構(gòu)件10的密度降低,這與聲阻抗有關(guān)。聲阻抗是聲音行進(jìn)所經(jīng)的介質(zhì)的聲特性的指標(biāo)。當(dāng)聲阻抗為Z，介質(zhì)的密度為P以及音速為C時(shí)，用下面的等式表示聲阻抗。聲阻抗(Z)=介質(zhì)的密度(P ) X音速(C)。為了使背襯構(gòu)件10有效地防止超聲波沿壓電構(gòu)件4的向后方向不必要地傳播，應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體的應(yīng)用來調(diào)整背襯構(gòu)件10的聲阻抗。因此，應(yīng)當(dāng)將背襯構(gòu)件10制造成使得背襯構(gòu)件10的聲阻抗根據(jù)聲學(xué)設(shè)計(jì)而為高或?yàn)榈?。?dāng)如在本公開中一樣背襯構(gòu)件10包括孔隙11時(shí)，可以通過調(diào)整背襯構(gòu)件10中的孔隙11的數(shù)量來調(diào)整背襯構(gòu)件10的致密度。從而，由于使背襯構(gòu)件的聲波阻抗能夠按照設(shè)計(jì)者的意圖來調(diào)整，所以就聲阻抗而言可以進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)。此外，背襯構(gòu)件10的孔隙11可以起著吸收由壓電構(gòu)件4產(chǎn)生的振動(dòng)的作用。背襯構(gòu)件10可以由包括環(huán)氧樹脂的材料構(gòu)成。如圖2和圖3所示，背襯構(gòu)件10可以形成為背襯塊，并且除了背襯塊之外，還可以包括背襯層。將背襯層設(shè)置成在例如探頭I為具有凸表面的凸?fàn)铑愋蜁r(shí)支持壓電構(gòu)件4。背襯層也可以設(shè)置有如設(shè)置在背襯塊中的孔隙一樣的孔隙11，以增大背襯層的聲阻抗的衰減。探頭I可以為具有線性表面的線性類型，或者可以為具有以彎曲形狀形成的凹表面的凹狀類型。圖4示出了用來制造根據(jù)圖示的實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的模具和背襯構(gòu)件。如圖4所示，可以利用包括模具基體30和模具引導(dǎo)部20的模具來制造背襯構(gòu)件
10。模具基體30設(shè)置有用來在背襯構(gòu)件10中形成孔隙11的多個(gè)棒31。作為圍繞模具基體30的框架的模具引導(dǎo)部20決定背襯構(gòu)件10的外觀。模具引導(dǎo)部20的上側(cè)和下側(cè)具有開口，模具基體30與模具引導(dǎo)部20結(jié)合以形成底部。用來形成背襯構(gòu)件10的流體被澆到模具引導(dǎo)部20的上側(cè)上的開口中。模具基底30的棒31可以設(shè)置成各種形狀和各種布置，背襯構(gòu)件10的孔隙11可以形成為預(yù)定的各種形狀和各種布置。因?yàn)榭紫?1是由模具基體30的棒31來限定的，所以可以規(guī)則地布置背襯構(gòu)件10的孔隙11。因此，當(dāng)利用模具(例如，模具引導(dǎo)部20和模具基體30)來制成背襯構(gòu)件10的孔隙11時(shí)，與使用粉末的傳統(tǒng)殼體相比，孔隙11可以設(shè)置有預(yù)定的規(guī)則的布置、圖案和形狀。由于可以通過改變模具基體31的棒31的形狀、布置和圖案來改變背襯構(gòu)件10的形狀、布置和圖案，所以能夠根據(jù)目的為背襯構(gòu)件10設(shè)置適合的阻抗值。圖5是示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的背襯構(gòu)件的放大圖。圖5示出了圖2中的A部分的放大的透視圖。圖5中示出的背襯構(gòu)件10也如圖2至圖4中示出的實(shí)施例一樣包括孔隙11，并且它還包括另外的孔隙12?？紫?2可以包括由玻璃形成且內(nèi)部中空的顆粒。由于顆粒12的內(nèi)部是空的，所以顆粒12可以增大通過背襯構(gòu)件10傳播的聲波的衰減。此外，如果空心顆粒12和玻璃顆粒13以特定的比例混合，則能夠同時(shí)控制背襯構(gòu)件10的衰減程度、硬度和密度。即，能夠調(diào)整聲阻抗。當(dāng)利用空心顆粒形成孔隙12時(shí)，背襯構(gòu)件10可以具有低密度并且可以提供對(duì)超聲波的更為有效的衰減。圖6是示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的用于超聲診斷設(shè)備的探頭的背襯構(gòu)件的示例性制造工藝的流程圖。如圖6所示，通過下述操作來制造背襯構(gòu)件10:準(zhǔn)備流體(S100)、將流體澆到模具中(S200)、使流體硬化(S300)以及去除模具(S400)。除了上述操作之外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可以增加一步或多步另外的操作。準(zhǔn)備流體(S100)的操作包括準(zhǔn)備作為用于背襯構(gòu)件10的材料的環(huán)氧樹脂。另夕卜，當(dāng)包括圖5中示出的附加的孔隙12時(shí)，可以包括空心顆粒12。此外，除了空心顆粒12之外，還可以加入玻璃顆粒13以制造具有估計(jì)的衰減程度、硬度和密度(即，聲阻抗)的背襯構(gòu)件。將準(zhǔn)備好的流體澆到模具中(S200)的操作包括將流體澆到構(gòu)造有模具引導(dǎo)部20和模具基體30的模具中。允許模具引導(dǎo)部20和模具基體30彼此結(jié)合，并且模具基體30設(shè)置有形狀與將要設(shè)置在背襯構(gòu)件10中的孔隙11的形狀對(duì)應(yīng)的棒31。設(shè)置在模具基體30處的棒31可以規(guī)則地布置，形成在背襯構(gòu)件10中的孔隙11設(shè)置成與模具基體30的棒31對(duì)應(yīng)的形狀。在使流體硬化(S300)的操作中，使模具中的流體按具有孔隙11的背襯構(gòu)件10的形狀硬化。在大約30°C和大約100°C之間的溫度下使流體硬化。然后，執(zhí)行去除模具(S400)的操作，制造出背襯構(gòu)件10?？梢酝ㄟ^去除模具引導(dǎo)部20和模具基體30獲得規(guī)則地布置有孔隙11的背襯構(gòu)件10。如從上述描述所清楚的是，由于設(shè)置在背襯構(gòu)件中的孔隙，所以可以通過增大背襯構(gòu)件的聲阻抗的衰減來提高用于超聲診斷設(shè)備的探頭的效率，并且可以制造出密度低且重量輕的背襯構(gòu)件 。雖然已經(jīng)示出并描述了本公開的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本公開的原理和精神的情況下，可以在這些實(shí)施例中做出改變，本公開的范圍限定在權(quán)利要求及其等同物內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于超聲診斷設(shè)備的探頭，所述探頭包括: 殼體； 壓電構(gòu)件，設(shè)置在殼體內(nèi)部； 至少一個(gè)聲匹配層，設(shè)置在壓電構(gòu)件的前部； 聲透鏡，設(shè)置在所述至少一個(gè)聲匹配層的前部；以及 背襯構(gòu)件，設(shè)置在壓電構(gòu)件的后部，并設(shè)置有使傳遞到壓電構(gòu)件的后部的聲波減少并且調(diào)整聲阻抗的多個(gè)孔隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探頭，其中，孔隙穿過背襯構(gòu)件形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探頭，其中，孔隙按預(yù)定的圖案布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的探頭，其中，背襯構(gòu)件還包括由玻璃形成且內(nèi)部中空的至少一個(gè)空心顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探頭，其中，背襯構(gòu)件包括由玻璃形成且內(nèi)部中空的用于形成孔隙的至少一個(gè)空心顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探頭，其中，背襯構(gòu)件還包括與所述至少一個(gè)空心顆?；旌系挠脕砜刂票骋r構(gòu)件的衰減、硬度和密度的玻璃顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探頭，其中，壓電構(gòu)件的上側(cè)和下側(cè)設(shè)置有為壓電構(gòu)件提供電信號(hào)的電極，印刷電路板設(shè)置在電極與背襯構(gòu)件之間，以將電極和超聲診斷設(shè)備的主體電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的探頭，其中，背襯構(gòu)件包括位于印刷電路板的下側(cè)處的背襯層和位于背襯層的下側(cè)處的背襯塊。
9.一種制造用于超聲診斷設(shè)備的探頭的背襯構(gòu)件的方法，所述方法包括: 將形成背襯構(gòu)件的流體澆到包括模具基體和模具引導(dǎo)部的模具中，模具基體設(shè)置有形狀與將要設(shè)置在背襯構(gòu)件中的孔隙對(duì)應(yīng)的棒，模具引導(dǎo)部用于形成背襯構(gòu)件的外部形狀；使流體硬化到模具中；以及去除模具。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，設(shè)置在模具基體中的棒是規(guī)則地布置的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成背襯構(gòu)件的流體包括用來在背襯構(gòu)件中形成孔隙的至少一個(gè)空心顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成背襯構(gòu)件的流體還包括至少一個(gè)玻璃顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在30°C和100°C之間的溫度下執(zhí)行硬化。
全文摘要
一種用于超聲診斷設(shè)備的探頭包括殼體；壓電構(gòu)件，設(shè)置在殼體內(nèi)部；至少一個(gè)聲匹配層，設(shè)置在壓電構(gòu)件的前部；聲透鏡，設(shè)置在所述至少一個(gè)聲匹配層的前部；背襯構(gòu)件，設(shè)置在壓電構(gòu)件的后部，并設(shè)置有使傳遞到壓電構(gòu)件的后部的聲波減少并且調(diào)整聲阻抗的多個(gè)孔隙。一種制造用于超聲診斷設(shè)備的探頭的方法包括下述操作準(zhǔn)備用于形成背襯層的液體；將流體澆到模具中；使流體硬化；去除模具。
文檔編號(hào)A61B8/00GK103211617SQ20131002203
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者金成載, 李成宰, 金志宣, 徐珉善 申請(qǐng)人:三星麥迪森株式會(huì)社