低频经颅专用超声换能器及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种低频经颅专用超声换能器及其应用：本发明专利技术提供的超声换能器为中心频率在1.6MHz至2.3MHz之间，阵元数目为128阵元～256阵元的线阵、1.5D线阵或面阵换能器，该换能器大小能够较好的贴合颞骨进行成像，通过对上述超声换能器的成像实验，其穿透性更好，透过颅骨后的声压更强，成像效果更好，同时可以更好地提高成像的分辨率，从而可以作为经颅专用的超声换能器使用。本发明专利技术提供的低频超声换能器不仅可以进行B模式成像，也可以进行平面波、线性调频、宽聚焦等方式成像，可应用于经颅B超成像、经颅多普勒成像、经颅脉冲逆转成像中，提高图像质量。

Special ultrasonic transducer for low frequency transcranial and its application

The invention provides a low frequency transcranial ultrasonic transducer and its application. The ultrasonic transducer provided by the invention is a line array, a 1.5D line array or a surface array transducer with a central frequency between 1.6MHz and 256, with a number of 128 array element to 256 array elements, and the transducer is able to fit the temporal bone to imaging better. The imaging experiment of ultrasonic transducer has better penetration, stronger sound pressure after the skull, better imaging effect, and better resolution of imaging, which can be used as a special transcranial ultrasonic transducer. The low frequency ultrasonic transducer provided by the invention can not only imaging B mode, but also can be used in plane wave, linear frequency modulation, wide focus and so on. It can be used in transcranial B-ultrasound imaging, transcranial Doppler imaging and transcranial pulse reversal imaging to improve the image quality.

【技术实现步骤摘要】
低频经颅专用超声换能器及其应用
本专利技术属于超声检测及超声成像
，具体涉及低频超声换能器阵列设计及应用。
技术介绍
超声成像是利用超声声束扫描人体，通过对反射信号的接收和处理，以获得内脏器官的图像。虽然超声成像可以对诸多人体组织和器官进行成像观察，但是对于颅内组织和血管的成像还处于发展阶段。目前超声技术对于颅骨内的监测主要采用经颅多普勒技术。颅内血管造影成像技术的发展为颅内监测和疾病的检测提供了更准确的方法。对颅内血管进行血管成像克服了经颅多普勒检测的许多缺点。超声波在人体骨骼中衰减明显，所以为使颅内血管成像效果更好，需要寻找颅骨最薄的地方进行研究。颅骨一共8块，由右额骨、筛骨、蝶骨、枕骨各一块，及颞骨、顶骨各一对组成。正常人的颅骨厚度在1～1.5cm之间，但是颅骨厚度不一，在额、定节处最厚，颞枕棱处最薄。经过实验，也验证在颞骨边缘超声波透过颅骨的声衰减最弱。所以颅内血管的造影成像主要通过颞骨。颅骨对超声波的衰减作用是影响超声技术对颅内血管及组织成像的主要因素，因此解决超声透过颅骨后的衰减问题是超声颅内血管成像技术的关键。虽然颞骨周围是颅骨最薄的部位，但是对超声波仍然具有很强的衰减作用。所以经颅超声换能器的设计应减少超声波衰减的同时保障成像的分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低频经颅专用超声换能器及其应用，在克服了颅内血管成像超声波衰减的同时保障了成像的分辨率。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种低频经颅专用超声换能器，该超声换能器包括由多个阵元构成的线阵、1.5D线阵或面阵；所述线阵中，阵元长度为8mm～12mm，阵元中心间距为0.15mm～0.25mm或0.25mm～0.35mm，有效孔径对应为19.2mm～32mm或32mm～44.8mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述1.5D线阵中，主轴阵元中心间距为0.25mm～0.35mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为4mm～6mm，次轴有效孔径为16mm～24mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述面阵中，主轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，次轴有效孔径为16mm～22.4mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256。优选的，所述超声换能器的阵元数为128或256。优选的，所述线阵的中心频率为1.8MHz～2.2MHz，1.5D线阵的中心频率为1.8MHz～2.2MHz，面阵的中心频率为1.6MHz～1.9MHz。优选的，所述超声换能器的脉冲宽度小于等于10μs，带宽大于等于60％，相邻阵元串扰小于等于-30dB，背材衰减小于等于-60dB。符合实际设计要求，且提供多样化的工作模式。上述低频经颅专用超声换能器在经颅B超成像、经颅多普勒成像或经颅脉冲逆转成像中的应用。优选的，所述低频经颅专用超声换能器用于颅内血管成像(例如，脑血管超声造影成像)。利用低频超声换能器可以进一步提高成像质量，为颅内血管的检测提供更精确的信息。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术提供的超声换能器为中心频率在1.6MHz至2.3MHz之间，阵元数目为128阵元～256阵元的面阵或线阵换能器，该换能器大小能够较好的贴合颞骨进行成像，通过对上述超声换能器的成像实验，本专利技术涉及的低频超声换能器的穿透性更好，透过颅骨后的声压比现有高频超声换能器更强，因此成像效果更好，同时可以更好地提高成像的分辨率，从而可以作为经颅专用的超声换能器使用。本专利技术提供的低频超声换能器不仅可以进行B模式成像，也可以进行平面波、线性调频、宽聚焦等方式成像，可应用于经颅B超成像、经颅多普勒成像、经颅脉冲逆转成像中，提高图像质量。附图说明图1为实施例列举的第一类低频经颅超声线阵(lineararray)换能器的阵元排列示意图；图2为实施例列举的第二类低频经颅超声线阵换能器的阵元排列示意图；图3为实施例列举的低频经颅超声1.5D线阵换能器的阵元排列示意图；图4为实施例列举的低频经颅超声面阵(planarray)换能器的阵元排列示意图；图5为经颅超声成像实验系统及流程图；图6为线阵换能器成像效果图，其中：(a)为图1所示换能器的仿真效果图，(b)为图2所示换能器的仿真效果图；图7为线阵换能器对猪脑仿体的成像效果图，其中：(a)为图1所示换能器的成像结果，(b)为图2所示换能器的成像结果；图8为图4所示的面阵换能器成像仿真效果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术设计了专门应用于经颅成像的低频超声换能器，设计特点如下：1)高分辨率超声波频率越低，成像的分辨率越低，所以为了得到成像效果最好的超声图像，本专利技术为多阵元超声换能器。多阵元可以保证一定的有效孔径，成像分辨率不会过低，从而减少低频对成像质量的影响。2)小区域成像颞骨是颅骨中超声波衰减最弱的地方，因此经颅超声成像采取颞骨位置成像。为了贴合颞骨便于经颅成像，本专利技术在保证换能器性能的前提下尽可能的减小换能器尺寸，方便换能器贴合头部采集图像。3)低频由于超声波的声衰减特性，为了使颅内血管成像更加清晰，利用特定的低频超声换能器对颅内血管进行成像观察，可以减少颅骨对超声波的衰减作用。本专利技术所采用的低频超声换能器中心频率为1.6MHz～2.3MHz，减少超声波透过颅骨时的衰减。本专利技术具体设计了两类线阵、一类面阵和一类1.5D线阵超声换能器：第一类线阵换能器尺寸较小，为较高灵敏度低频超声换能器。换能器阵元中心间距为0.15mm至0.25mm，阵元长度为8mm至12mm，有效孔径为19.2mm至32mm，共128阵元，中心频率为1.8MHz至2.2MHz，声阻抗匹配为Rexolite(2.5MRayl)，脉冲宽度(-20dB)小于等于10μs，可发射单频短脉冲，或长时间脉冲序列，如线性调频信号、编码激励信号等，带宽大于等于60％，灵敏度一致性为±3dB，相邻阵元串扰小于等于-30dB，背材衰减小于等于-60dB。这一类低频超声换能器单个阵元较窄，有效孔径较短，成像分辨率较高，但是阵元面积也较小，适合较小区域、对成像区域面积要求较高的经颅成像。第二类线阵换能器尺寸较大，为高灵敏度低频超声换能器。换能器阵元中心间距为0.25mm至0.35mm，阵元长度为8mm至12mm，有效孔径为32mm至44.8mm，共128阵元，中心频率为1.8MHz至2.2MHz，声阻抗匹配为Rexolite(2.5MRayl)，脉冲宽度(-20dB)小于等于10μs，可发射单频短脉冲，或长时间脉冲序列，如线性调频信号、编码激励信号等，带宽大于等于60％，灵敏度一致性为±3dB，相邻阵元串扰小于等于-30dB，背材衰减小于等于-60dB。这一类低频超声换能器单个阵元较宽，有效孔径相对于第一类换能器较大，可以提高成像分辨率。但是阵元面积也较大，适合较大区域的经颅成像。第三类换能器为1.5D低频超声换能器。换能器主轴阵元中心间距为0.25mm至0.35mm，主轴有效孔径为16mm至22.4mm，次轴阵元中心间距为4mm至6mm，次轴有效孔径为16mm至24mm，共2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频经颅专用超声换能器，其特征在于：该超声换能器包括由多个阵元构成的线阵、1.5D线阵或面阵；所述线阵中，阵元长度为8mm～12mm，阵元中心间距为0.15mm～0.25mm或0.25mm～0.35mm，有效孔径为19.2mm～32mm或32mm～44.8mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述1.5D线阵中，主轴阵元中心间距为0.25mm～0.35mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为4mm～6mm，次轴有效孔径为16mm～24mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述面阵中，主轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，次轴有效孔径为16mm～22.4mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256。

【技术特征摘要】
1.一种低频经颅专用超声换能器，其特征在于：该超声换能器包括由多个阵元构成的线阵、1.5D线阵或面阵；所述线阵中，阵元长度为8mm～12mm，阵元中心间距为0.15mm～0.25mm或0.25mm～0.35mm，有效孔径为19.2mm～32mm或32mm～44.8mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述1.5D线阵中，主轴阵元中心间距为0.25mm～0.35mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为4mm～6mm，次轴有效孔径为16mm～24mm，中心频率为1.6MHz～2.3MHz，阵元数为128～256；所述面阵中，主轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，主轴有效孔径为16mm～22.4mm，次轴阵元中心间距为1mm～1.4mm，次轴有效孔径为16mm～22.4mm，中心频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，柏晨，张馨予，纪美伶，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61