本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲成像設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種二維超聲波面陣探頭及其制備方法。
背景技術(shù)：
：超聲成像是指利用超聲波照射人體，通過(guò)接收和處理載有人體組織或結(jié)構(gòu)性質(zhì)特征信息的回波，獲得人體組織性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的可見圖像。超聲、ct和mri是當(dāng)今臨床中常用到的診斷技術(shù)。與后兩者相比，超聲不僅沒有工作環(huán)境限制、對(duì)人體無(wú)傷害，而且價(jià)格還更便宜，所以是臨床應(yīng)用中的首選，另外，超聲成像技術(shù)還能為臨床手術(shù)提供導(dǎo)航。三維超聲成像技術(shù)中的核心部件是二維超聲波面陣探頭，二維面陣探頭采用電子學(xué)的方法控制超聲束在三維空間的指向，依此來(lái)實(shí)現(xiàn)保持超聲探頭完全不動(dòng)，直接獲得三維體積數(shù)據(jù)的功能。傳統(tǒng)的二維面陣探頭各個(gè)陣元由各自獨(dú)立的傳輸通道進(jìn)行傳輸，向外傳輸信號(hào)的通道較多，導(dǎo)致輸出線路的接線復(fù)雜，生產(chǎn)難度較高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種傳輸通道較少，生產(chǎn)難度較低的二維超聲波面陣探頭，該二維超聲波面陣探頭包括壓電陣列、背襯材料層、至少一層匹配層和若干個(gè)集成開關(guān)芯片；所述壓電陣列包括多個(gè)呈陣列排布的壓電單元；所述背襯材料層位于壓電陣列的正極面處，用以吸收壓電陣列正極面處發(fā)射的超聲波；所述匹配層位于所述壓電陣列的負(fù)極面處，用以與人體的聲阻抗相匹配；每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片與至少兩個(gè)所述壓電單元電連接，用以分時(shí)控制至少兩個(gè)所述壓電單元的導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述背襯材料層內(nèi)部有序封裝有多根連接導(dǎo)線，所述連接導(dǎo)線的數(shù)量和位置與所述壓電單元相匹配，每一根所述連接導(dǎo)線的兩端分別連接所述集成開關(guān)芯片和所述壓電單元，通過(guò)所述連接導(dǎo)線使每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片與至少兩個(gè)所述壓電單元電連接。優(yōu)選地，若干個(gè)所述集成開關(guān)芯片有序貼合于所述背襯材料層表面，所述連接導(dǎo)線遠(yuǎn)離所述壓電單元的一端顯露于所述背襯材料層表面并與對(duì)應(yīng)的集成開關(guān)芯片焊接。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括設(shè)置在所述匹配層與所述壓電陣列的負(fù)極面之間的金箔，所述金箔用于電磁屏蔽。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括接插件公座、接插件母座及印制電路板，所述接插件公座與所述集成開關(guān)芯片的輸出端導(dǎo)通，用以引出所述集成開關(guān)芯片的輸出；所述接插件母座與所述印制電路板電連接，并與所述接插件公座插接，用以將接插件公座的輸出轉(zhuǎn)接至印制電路板。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括聲透鏡，所述聲透鏡位于所述匹配層背向所述壓電陣列的一側(cè)，用以聲學(xué)聚焦。優(yōu)選地，所述壓電陣列的材質(zhì)是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復(fù)合材料；和/或，所述匹配層的材質(zhì)包括樹脂粘合劑和粉末填料；和/或，所述背襯材料層的材質(zhì)包括樹脂粘合劑和粉末填料。優(yōu)選地，多個(gè)所述壓電單元呈圓形陣列或方形陣列排布。本發(fā)明進(jìn)一步提出一種二維超聲波面陣探頭的制備方法，包括如下步驟：提供壓電陣列，所述壓電陣列包括多個(gè)呈陣列排布的壓電單元；將多個(gè)所述壓電單元?jiǎng)澐譃槿舾山M，每一組包括至少兩個(gè)所述壓電單元，對(duì)應(yīng)組數(shù)提供若干個(gè)集成開關(guān)芯片；將同一組的所述壓電單元電連接到同一個(gè)所述集成開關(guān)芯片上；將所述集成開關(guān)芯片輸出端連接至傳輸通道。優(yōu)選地，所述提供壓電陣列，所述壓電陣列包括多個(gè)呈陣列排布的壓電單元的步驟具體包括：提供整片壓電材料；將金箔通過(guò)導(dǎo)電膠水粘接于整片壓電材料的負(fù)極面；將匹配層粘接于所述金箔表面；從所述整片壓電材料的正極面將壓電材料切割成陣列，以形成壓電單元；所述二維超聲波面陣探頭的制備方法還包括：將多根連接導(dǎo)線預(yù)先有序封裝于背襯材料層內(nèi)，并通過(guò)磨削加工將所述連接導(dǎo)線的兩端顯露于所述背襯材料層表面；所述將同一組的所述壓電單元電連接到同一個(gè)所述集成開關(guān)芯片上的步驟具體包括：將所述連接導(dǎo)線的一端與一個(gè)所述壓電單元焊接，將所述連接導(dǎo)線的另一端與對(duì)應(yīng)的所述集成開關(guān)芯片焊接；所述將所述集成開關(guān)芯片輸出端連接至傳輸通道的步驟具體包括：將集成開關(guān)芯片輸出端連接至接插件公座的引腳上，將接插件母座與連通外部電纜的印刷線路板相連接，將接插件公座與接插件母座插接。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)使用若干個(gè)集成開關(guān)芯片，每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片與至少兩個(gè)所述壓電單元電連接，可以分時(shí)控制至少兩個(gè)壓電單元的導(dǎo)通，使得至少兩個(gè)壓電單元的信號(hào)傳輸可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的集成開關(guān)芯片輸出，如此，只需設(shè)置與集成開關(guān)芯片數(shù)量對(duì)應(yīng)的傳輸通道，即可實(shí)現(xiàn)所有壓電單元的信號(hào)傳輸，輸出信號(hào)通道的數(shù)量明顯減少，對(duì)應(yīng)輸出線路的接線也相應(yīng)簡(jiǎn)化，從而大大降低了生產(chǎn)難度，有利于提高生產(chǎn)效率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭一實(shí)施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中二維超聲波面陣探頭沿a-a’的剖面圖；圖3為圖1中二維超聲波面陣探頭的壓電陣列、金箔和匹配層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭的制備方法一實(shí)施例的流程圖；圖5為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭的制備方法另一實(shí)施例的流程圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：標(biāo)號(hào)名稱標(biāo)號(hào)名稱100壓電陣列200背襯材料層300匹配層400集成開關(guān)芯片500金箔600聲透鏡700接插件公座800接插件母座900印制電路板101壓電單元201連接導(dǎo)線具體實(shí)施方式為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。如圖1至圖3所示，本發(fā)明提出的二維超聲波面陣探頭包括壓電陣列100、背襯材料層200、至少一層匹配層300和若干個(gè)集成開關(guān)芯片400；所述壓電陣列100包括多個(gè)呈陣列排布的壓電單元101；所述背襯材料層200位于壓電陣列100的正極面處，用以吸收壓電陣列100正極面處發(fā)射的超聲波；所述匹配層300位于所述壓電陣列100的負(fù)極面處，用以與人體的聲阻抗相匹配；每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片400與至少兩個(gè)所述壓電單元101電連接，用以分時(shí)控制至少兩個(gè)所述壓電單元101的導(dǎo)通。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)使用若干個(gè)集成開關(guān)芯片400，每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片400與至少兩個(gè)所述壓電單元101電連接，可以分時(shí)控制至少兩個(gè)壓電單元101的導(dǎo)通，使得至少兩個(gè)壓電單元101的信號(hào)傳輸可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的集成開關(guān)芯片400輸出，如此，只需設(shè)置與集成開關(guān)芯片400數(shù)量對(duì)應(yīng)的傳輸通道，即可實(shí)現(xiàn)所有壓電單元101的信號(hào)傳輸，輸出信號(hào)通道的數(shù)量明顯減少，對(duì)應(yīng)輸出線路的接線也相應(yīng)簡(jiǎn)化，從而大大降低了生產(chǎn)難度，有利于提高生產(chǎn)效率。其中，所述壓電陣列100的材質(zhì)是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復(fù)合材料；請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例中以二維n×n排列布置的方形陣列為例，其中n為方形陣列在長(zhǎng)度方向或?qū)挾确较蛏蠅弘妴卧?01的數(shù)量，但是本發(fā)明中的壓電單元101排列布置的類型不限于這種正方形陣列結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬采用不同長(zhǎng)度的壓電陣列100也同樣適用，壓電陣列100在長(zhǎng)度方向或?qū)挾确较蛏蠅弘妴卧?01的數(shù)量也可以根據(jù)需要具體選擇。本發(fā)明的中，多個(gè)所述壓電單元101根據(jù)需要設(shè)置呈圓形陣列或方形陣列排布、橢圓形陣列或其他形狀結(jié)構(gòu)的陣列。當(dāng)然為了減少各壓電單元101之間的串波影響，可以在填充壓電陣列100的各壓電單元101之間的縫隙中添加去耦材料。集成開關(guān)芯片400內(nèi)部集成有時(shí)序控制電路和高壓開關(guān)，可以將多個(gè)陣列的信號(hào)通過(guò)分時(shí)處理技術(shù)，在不同時(shí)間進(jìn)行處理和傳輸，使得多個(gè)信號(hào)可以于不同時(shí)間在同一個(gè)通道內(nèi)進(jìn)行傳輸，因此可以壓縮通道數(shù)。所述匹配層300的材質(zhì)由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其用以實(shí)現(xiàn)壓電陣列100與人體的聲阻抗匹配，匹配層300的厚度及聲學(xué)參數(shù)根據(jù)壓電陣元的工作頻率和電學(xué)、聲學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)，其層數(shù)包括但不局限于1-3層。背襯材料層200也由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其能夠吸收和反壓電陣列100朝向背襯材料層200發(fā)射的超聲波，為了進(jìn)一步提高效率，請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例中，設(shè)置所述背襯材料層200內(nèi)部有序封裝有多根連接導(dǎo)線201，所述連接導(dǎo)線201的數(shù)量和位置與所述壓電單元101相匹配，每一根所述連接導(dǎo)線201的兩端分別連接所述集成開關(guān)芯片400和所述壓電單元101，通過(guò)所述連接導(dǎo)線201使每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片400與至少兩個(gè)所述壓電單元101電連接。每一個(gè)集成開關(guān)芯片400與至少兩個(gè)連接導(dǎo)線201連接，每個(gè)連接導(dǎo)線201和對(duì)應(yīng)壓電單元101相連，從而實(shí)現(xiàn)了每一個(gè)所述集成開關(guān)芯片400與至少兩個(gè)所述壓電單元101電連接?？梢栽诒骋r材料層200成型的同時(shí)對(duì)連接導(dǎo)線201進(jìn)行封裝，利用背襯材料層200對(duì)導(dǎo)線的位置進(jìn)行固定，使得一個(gè)導(dǎo)線能夠準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)一個(gè)壓電單元101，方便壓電單元101與連接導(dǎo)線201焊接時(shí)的對(duì)準(zhǔn)操作，也能夠避免錯(cuò)接，從而大大的提高接線效率。本實(shí)施例中，設(shè)置若干個(gè)集成開關(guān)芯片400有序貼合于所述背襯材料層200表面，所述連接導(dǎo)線201遠(yuǎn)離所述壓電單元101的一端顯露于所述背襯材料層200表面并與對(duì)應(yīng)的集成開關(guān)芯片400焊接。方便集成開關(guān)芯片400與連接導(dǎo)線201焊接時(shí)的對(duì)準(zhǔn)操作，也能夠避免錯(cuò)接，大大的提高接線效率。同時(shí)，連接導(dǎo)線201都在背襯材料層200的內(nèi)部，連接導(dǎo)線201端部與貼靠的集成開關(guān)芯片400焊接，被集成開關(guān)芯片400焊接遮擋，沒有導(dǎo)線顯露，外觀更加整潔。更具體的，本實(shí)施例中多個(gè)所述壓電單元101根據(jù)需要設(shè)置呈16×16的方形陣列排布，共設(shè)置了16個(gè)集成開關(guān)芯片400，每16個(gè)壓電單元101與一個(gè)集成開關(guān)芯片400相連接，16個(gè)集成開關(guān)芯片400平均貼合在背襯材料層200的正反兩個(gè)表面。為了放置電磁波對(duì)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖1，在本實(shí)施例中，所述二維超聲波面陣探頭還包括設(shè)置在所述匹配層300與所述壓電陣列100的負(fù)極面之間的金箔500，所述金箔500用于電磁屏蔽。金箔500由金制得，其能夠有效的屏蔽電磁波，顯著的提高電磁屏蔽效果，能夠提高二維超聲波面陣探頭的探測(cè)效果。請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖1，所述二維超聲波面陣探頭還包括聲透鏡600，所述聲透鏡600位于所述匹配層300背向所述壓電陣列100的一側(cè)，用以聲學(xué)聚焦。聲透鏡600還可以保護(hù)壓電陣列100，其材料包括但不局限于硅橡膠和環(huán)氧樹脂。為了將探測(cè)信號(hào)從集成開關(guān)芯片400的輸出端傳送到信號(hào)處理裝置，請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖1，在本實(shí)施例中，設(shè)置該二維超聲波面陣探頭還包括接插件公座700、接插件母座800及印制電路板900，所述接插件公座700與所述集成開關(guān)芯片400的輸出端導(dǎo)通，用以引出所述集成開關(guān)芯片400的輸出；所述接插件母座800與所述印制電路板900電連接，并與所述接插件公座700插接，用以將接插件公座700的輸出轉(zhuǎn)接至印制電路板900。后續(xù)再通過(guò)印制電路板900連接的同軸電纜即可進(jìn)行較長(zhǎng)距離的傳輸，通過(guò)接插件公座700、接插件母座800及印制電路板900的設(shè)置，能夠在不使用導(dǎo)線的情況下完成連接和傳輸，拆卸方便，連接簡(jiǎn)單，能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)難度。請(qǐng)參閱圖4，并結(jié)合圖1至圖3進(jìn)行理解，本發(fā)明進(jìn)一步提出一種二維超聲波面陣探頭的制備方法，包括如下步驟：步驟s1，制備壓電陣列100，所述壓電陣列100包括多個(gè)呈陣列排布的壓電單元101；所述壓電陣列100的材質(zhì)是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復(fù)合材料；本實(shí)施例中以二維n×n排列布置的方形陣列為例，其中n為方形陣列在長(zhǎng)度方向或?qū)挾确较蛏蠅弘妴卧?01的數(shù)量，但是本發(fā)明中的壓電單元101排列布置的類型不限于這種正方形陣列結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬采用不同長(zhǎng)度的壓電陣列100也同樣適用，壓電陣列100在長(zhǎng)度方向或?qū)挾确较蛏蠅弘妴卧?01的數(shù)量也可以根據(jù)需要具體選擇。當(dāng)然為了減少各壓電單元101之間的串波影響，可以在填充壓電陣列100的各壓電單元101之間的縫隙中添加去耦材料。步驟s2，將多個(gè)所述壓電單元101劃分為若干組，每一組包括至少兩個(gè)所述壓電單元101，對(duì)應(yīng)組數(shù)提供若干個(gè)集成開關(guān)芯片400；本實(shí)施例中多個(gè)所述壓電單元101根據(jù)需要設(shè)置呈16×16的方形陣列排布，將16×16個(gè)壓電單元101平均分成16個(gè)組，因此共設(shè)置了16個(gè)集成開關(guān)芯片400。步驟s3，將同一組的所述壓電單元101電連接到同一個(gè)所述集成開關(guān)芯片400上；其中壓電單元101與集成開關(guān)芯片400之間可以通過(guò)導(dǎo)線或者線路板的線路導(dǎo)通。步驟s4，將所述集成開關(guān)芯片400輸出端連接至傳輸通道；具體可以通過(guò)連接導(dǎo)線201將信號(hào)傳輸至傳輸通道，也可以設(shè)置接插件將信號(hào)傳輸至傳輸通道。請(qǐng)參閱圖5，并結(jié)合圖1至圖3進(jìn)行理解，本發(fā)明另一實(shí)施例中，步驟s1的具體操作包括：步驟s11，提供整片壓電材料，其中該整片壓電材料的正反兩面都鍍有導(dǎo)電層，形成正負(fù)電極面，步驟s12，將金箔500通過(guò)導(dǎo)電膠水粘接于整片壓電材料的負(fù)極面；金箔500由金制得，其能夠有效的屏蔽電磁波，顯著的提高電磁屏蔽效果，能夠提高二維超聲波面陣探頭的探測(cè)效果。步驟s13，將匹配層300粘接于所述金箔500表面；匹配層300的材質(zhì)由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其用以實(shí)現(xiàn)壓電陣列100與人體的聲阻抗匹配，匹配層300的厚度及聲學(xué)參數(shù)根據(jù)壓電陣元的工作頻率和電學(xué)、聲學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)，其層數(shù)包括但不局限于1-3層。步驟s14，從所述整片壓電材料的正極面將壓電材料切割成陣列，以形成壓電單元101；切割時(shí)，先將金箔500和匹配層300與整片壓電材料的負(fù)極面進(jìn)行貼合，然后進(jìn)行切割，在切割時(shí)不切開金箔500和匹配層300，切割后的壓電陣列100、金箔500、匹配層300形成一個(gè)整體，方便進(jìn)行后續(xù)操作。該方法還包括位于步驟s3之前的步驟s5，具體的操作為：步驟s5，將多根連接導(dǎo)線201預(yù)先有序封裝于背襯材料層200內(nèi)，并通過(guò)磨削加工將所述連接導(dǎo)線201的兩端顯露于所述背襯材料層200表面；背襯材料層200也由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其能夠吸收和反壓電陣列100朝向背襯材料層200發(fā)射的超聲波；設(shè)置所述背襯材料層200內(nèi)部有序封裝有多根連接導(dǎo)線201，所述連接導(dǎo)線201的數(shù)量和位置與所述壓電單元101相匹配，實(shí)際操作中可以在背襯材料層200成型的同時(shí)對(duì)連接導(dǎo)線201進(jìn)行封裝，利用背襯材料層200對(duì)導(dǎo)線的位置進(jìn)行固定，使得一個(gè)導(dǎo)線能夠準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)一個(gè)壓電單元101，方便壓電單元101與連接導(dǎo)線201焊接時(shí)的對(duì)準(zhǔn)操作，也能夠避免錯(cuò)接，從而大大的提高接線效率。在本實(shí)施例中，每16個(gè)壓電單元101與一個(gè)集成開關(guān)芯片400相連接，此時(shí)步驟s3的具體操作為：將封裝在背襯材料層200中的連接導(dǎo)線201的一端與一個(gè)所述壓電單元101焊接，將該連接導(dǎo)線201的另一端與對(duì)應(yīng)的所述集成開關(guān)芯片400焊接。通過(guò)封裝在背襯材料層200中的連接導(dǎo)線201實(shí)現(xiàn)壓電單元101與對(duì)應(yīng)的集成開關(guān)芯片400的電連接。本實(shí)施例中，步驟s4的具體操作為：將集成開關(guān)芯片400輸出端連接至接插件公座700的引腳上，將接插件母座800與連通外部電纜的印刷線路板相連接，將接插件公座700與接插件母座800插接。通過(guò)接插件公座700、接插件母座800和印刷線路板將集成開關(guān)芯片400處信號(hào)傳輸?shù)酵獠侩娎|。以上所述的僅為本發(fā)明的部分或優(yōu)選實(shí)施例，無(wú)論是文字還是附圖都不能因此限制本發(fā)明保護(hù)的范圍，凡是在與本發(fā)明一個(gè)整體的構(gòu)思下，利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12