超声换能器、超声阵列探头和超声成像系统技术方案

本发明专利技术提供了一种超声换能器、超声阵列探头和超声成像系统，属于超声技术领域，该超声换能器包括：压电片组，压电片组包括至少两个沿厚度方向叠加的压电片且相邻两个压电片的极化方向相反。本发明专利技术通过将极化方向不同的两片或多片压电片叠加，使得该超声换能器除了具有组成其工作层的各压电片的基准频率外还有多个合成谐振频率，从而可以实现高频超声成像和多频超声成像，提高了换能器的带宽和成像分辨率。

Ultrasonic transducer, ultrasonic array probe and ultrasonic imaging system

The present invention provides an ultrasonic transducer, ultrasonic array probe and ultrasonic imaging system, belonging to the technical field of ultrasound, including the ultrasonic transducer: piezoelectric group, piezoelectric group comprises at least two superimposed along the thickness direction of the piezoelectric film and the adjacent two piezoelectric polarization in the opposite direction. The different polarization directions of two or more pieces of piezoelectric stack, the ultrasonic transducer has the reference frequency outside of the piezoelectric layer and the composition of the work of a plurality of synthetic resonant frequency, which can achieve the high frequency ultrasound imaging and multi frequency ultrasound imaging, provided high bandwidth and imaging transducer resolution.

【技术实现步骤摘要】
超声换能器、超声阵列探头和超声成像系统
本专利技术涉及超声
，具体涉及一种超声换能器、超声阵列探头和超声成像系统。
技术介绍
超声换能器是通过压电效应和逆压电效应将电信号转换为超声信号、并将超声回波转化为电信号的器件，是超声成像系统的核心器件。如临床B超检测所使用的探头其就是由超声换能器阵列组成。随着临床技术的发展，尤其是介入超声技术的日益普及，对超声成像的分辨率要求越来越高。而超声图像的分辨率主要由超声换能器的中心频率决定，频率越高，则波长越短，分辨率越高。而传统工艺要求高频率的超声换能器必须使用很薄的压电陶瓷片作为其工作层，一般厚度为工作频率波长的二分之一，例如50MHz的压电换能器，其压电工作层的厚度一般为35～40微米，这对换能器的加工研制工艺提出了很大的挑战。同时，随着新型多频超声成像技术的涌现，如谐波成像、双频成像技术等，对换能器的中心频率工作范围有了更多的要求。目前主要的多频超声换能器技术主要包括多层分布和逆置分布等，具体如下：逆置分布换能器主要是利用压电陶瓷如铌酸锂或钽酸锂晶体在烧结时的热处理工艺，使得同一陶瓷片上下层极化方向不同，从而在激发时产生谐波振动，进而形成宽带的超声换能器。若上下层厚度相同，则其谐振频率为其基准频率的2倍。但该方法需要对陶瓷材料本身进行改性，对加工技术条件和装置要求很高，不易推广普及。而多层换能器则是利用粘接叠加多片相同或不同的陶瓷片，通过控制激发和接收的片数，来实现多频率的探测或者谐波成像。但不同层陶瓷片其极化方向都是相同的。如相同厚度的两片陶瓷片按照多层换能器叠加起来，其谐振频率为基准频率(单片陶瓷片中心频率)的2倍。但该方法需要对每层陶瓷片进行连线和分别控制，制作及控制工艺较复杂。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有的利用低频压电材料获取高频超声信号或者多频超声信号的技术要么对压电材料的加工要求高、要么制作工艺和控制方法复杂。为此，本专利技术实施例提供了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种超声换能器，包括：压电片组，所述压电片组包括至少两个沿厚度方向叠加的压电片且相邻两个所述压电片的极化方向相反。可选地，还包括电极，所述电极分别连接在所述压电片组两侧的压电片的外表面。可选地，还包括至少一层背衬层和/或至少一层匹配层，以及电极，所述背衬层设于所述压电片组的一侧、所述匹配层设于所述压电片组的另一侧，其中一个所述电极与最外层的导电背衬层连接，另一个所述电极与最外层的导电匹配层连接。可选地，相邻两个所述压电片之间可通过胶水或环氧树脂或银胶或双面胶粘接。可选地，所述压电片为长方条薄片或正方形薄片或圆形薄片或环状薄片或棱形薄片或碗状凹球面薄片或凸球面薄片或弧状薄片。可选地，所述压电片组包括一个设于一侧最外层的第一压电片、至少两个分别与所述第一压电片一侧连接的第二压电片。可选地，所述第一压电片接地，设于最外层的所述第二压电片分别接电极。可选地，所述压电片组内各压电片的厚度相同或者不同。可选地，所述压电片采用压电陶瓷、压电单晶、压电薄膜及复合压电陶瓷中的一种或多种。本专利技术实施例还提供了一种超声阵列探头，其特征在于，包括：多个所述的超声换能器排列组成的多阵元阵列。可选地，所述多阵元阵列以线阵、凸阵、碗面凹阵或者矩阵分布。可选地，所述超声换能器共用一个底部或者顶部的压电片，对应的顶部或底部压电片分开设置，其中，共用的压电片可作为共地端，各分开设置的个压电片分别连接电极。本专利技术实施例还提供了一种超声成像系统，其特征在于，包括：所述的超声换能器、超声发射电路、超声回波接收电路和用于对超声回波进行处理并转换为图像的处理电路，以及用于切换导通超声发射电路和超声回波接收电路的收发转换开关。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术实施例提供的超声换能器，通过将极化方向不同的两片或多片压电片叠加，使得该超声换能器除了具有组成其工作层的各压电片的基准频率外还有多个合成谐振频率，并且与传统多层叠加超声换能器和传统逆置层换能器不同的是：当各层压电片的厚度相同时其谐振出现的频率不再是2倍频率而是3倍频率。因此，可以利用低频压电材料获取高频超声信号，同时也可以获取多频超声信号。另外，若使用不同厚度的压电片组合，则可获得更多不同变化规律的工作频率组合。从而可以实现高频超声成像和多频超声成像，并提高换能器的带宽和成像分辨率。2.本专利技术实施例提供的超声成像系统，其超声换能器的压电工作层是由至少两个沿厚度方向叠加的压电片且相邻两个压电片1的极化方向相反，因此其一次能发射并接收包含不同频率(基准频率、合成的不同谐振频率)的超声信号，从而能一次同时获得不同频率的超声图像，包括基准频率超声回波图像和各合成谐振频率的超声回波图像，各不同频率的超声图像还能进行相应的融合。3.本专利技术实施例提供的超声成像系统，由于可以工作在不同的中心频率下，因此无需更换不同频率的探头，就可以切换工作模式。其中，低频基准频率工作模式可以获得较深范围的超声成像探测，高倍频工作模式下可以获得浅层高分辨率的超声图像。也即利用一个超声探头就可以实现不同尺度不同分辨率的超声成像。另外，还可以利用超声换能器的倍频规律、结合微泡等实现谐波成像，有效简化了以往谐波成像需要低频探头激励、高频探头接收的方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中一种超声换能器的结构示意图；图2为本专利技术实施例1中第二种超声换能器的结构示意图；图3为本专利技术实施例2中超声阵列探头的结构示意图；图4为本专利技术实施例2中超声阵列探头的结构示意图；图5为本专利技术实施例3中一种超声成像系统的结构框图；图6为本专利技术实施例提供的一种逆置层分布式超声换能器的回波信号频谱。附图标记：1-压电片，11-压电工作层，2-电极，3-匹配层，4-背衬层，01-第一压电片，02-第二压电片，21-超声探头，22-收发转换开关，23-脉冲发射器，24-回波接收器，25-IL时间增益补偿单元，26-模数转换单元，27-IL波束合成单元，28-IL信号处理单元，29-IL图像处理单元，30-显示屏，31-用户控制输入单元。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器，其特征在于，包括：压电片组，所述压电片组包括至少两个沿厚度方向叠加的压电片且相邻两个所述压电片的极化方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括：压电片组，所述压电片组包括至少两个沿厚度方向叠加的压电片且相邻两个所述压电片的极化方向相反。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，还包括电极，所述电极分别连接在所述压电片组两侧的压电片的外表面。3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，还包括至少一层背衬层和/或至少一层匹配层，以及电极，所述背衬层设于所述压电片组的一侧、所述匹配层设于所述压电片组的另一侧，其中一个所述电极与最外层的导电背衬层连接，另一个所述电极与最外层的导电匹配层连接。4.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，相邻两个所述压电片之间可通过胶水或环氧树脂或银胶或双面胶粘接。5.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述压电片为长方条薄片或正方形薄片或圆形薄片或环状薄片或棱形薄片或碗状凹球面薄片或凸球面薄片或弧状薄片。6.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述压电片组包括一个设于一侧最外层的第一压电片、至少两个分别与所述第一压电片一侧连接的第二压电片。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：简小华，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32