一种用于超声阵列的声窗层，所述层具有被布置为面向所述阵列的内表面以及被布置为面向患者的外表面，并且所述层包括：外层，其包括混和在所述外层中的从聚烯烃族(TPO)选择的热塑性聚合物与从聚烯烃族(POE)选择的弹性体，其中，所述外层位于所述声窗层的所述外表面处。在优选实施例中，混和物包括乙烯‑辛烯与聚甲基戊烯的共聚物。热塑性聚烯烃为所述混和物提供机械、化学稳定性和低声波衰减；同时聚烯烃弹性体提供对所述混和物的声阻抗进行调谐并进一步改善其声波传播特性的可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声阵列的声窗层
本专利技术涉及用于超声阵列的声窗层，其具有被布置为面向阵列的内表面和被布置为面向患者的外表面。本专利技术还涉及包括这种声窗层的超声探头。
技术介绍
期望用于医学成像系统的超声发射部件(例如，声窗和透镜)符合若干要求，这些要求例如为提供：最优低损耗声波传输；用于保护超声阵列元件的化学和机械屏障；用于保护患者免受电活性换能器元件的影响的电屏障。在美国专利4699150中，聚甲基戊烯聚合物(例如可从三井化学公司的商品名TPX下获得)被用作接触构件，该接触构件与在超声波换能器的一个表面上被检查和形成的目标相接触。聚甲基戊烯聚合物由于具有耐久性和低声波衰减而被选择。然而，在超声成像系统中用作声窗和透镜的部分的基于聚甲基戊烯的聚合物会引入图像伪影。此外，基于聚甲基戊烯的聚合物具有1.7MRayl或更高的声阻抗，这对于一些医学超声应用来说过高。对此具有替代材料，例如：衰减低但化学相容性低的聚醚/聚酰胺嵌段共聚物，以及具有较高衰减和流体渗透性问题的填充硅树脂(硅橡胶)。当前没有能满足大部分超声系统的要求的可用的声窗材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于开头段落中阐述的类型的超声阵列的声窗层，其提供了改善的声波传播并且声窗层具有化学和机械稳定性。根据本专利技术，该目的是通过提供包括在其中混和有热塑性聚合物聚甲基戊烯与从聚烯烃族(POE)选择的弹性体的外层来实现的，其中，所述外层位于所述声窗层的所述外表面处。将聚烯烃弹性体引入与热塑性聚烯烃聚合物(例如，聚甲基戊烯)的混和物会改变混和物的密度。由于材料的声阻抗与该材料的密度成比例，因此可以用混和物中的混和的弹性体对外层的平均阻抗进行调谐。热塑性聚烯烃提供混和物的机械、化学稳定性和低声波衰减；同时聚烯烃弹性体提供对混和物的声阻抗进行调谐并进一步改善混和物的声波传播特性的可能性。如果外层表现出低的声衰减和降低的声阻抗，那么其可能更贴近人体组织(大约1.6MRayl)。另外，包括混和物的聚烯烃性质的外层提供低的渗水水平。包括该混和物的外层能够抗(用于典型的医学超声仪器的)消毒剂；并具有良好的机械保护性能，如抗冲击性和耐磨性，并且具有生物相容性。热塑性聚烯烃与聚烯烃弹性体的混和物还提供增大的剪切波衰减，这有益于降低换能器元件之间的串扰。因此，在超声成像期间应用包括聚烯烃热塑性聚合物与弹性体的混和物的声窗层会表现出图像伪影减少。聚甲基戊烯(TPX)材料在热塑性聚烯烃中表现出最低的纵向声波衰减之一。对于在医学超声中适用的广泛的声波频率(例如，2MHz至10MHz)，TPX材料对于穿过其的声能表现出每毫米声损失小于3.5dB。聚甲基戊烯适合用于与对纵向声波和剪切波两者都具有较高衰减的聚烯烃弹性体的混和。在本专利技术的另一实施例中，所述聚烯烃弹性体是共聚物。在又一实施例中，所述弹性体是包括共聚物链的热塑性弹性体。该实施例的外部声学层将是具有热塑性性能的混和物。热塑性聚烯烃弹性体(TPE)的范例可以是乙烯与另一种α以烯烃(例如，辛烷或丁烷)的共聚物。结果得到的TPX与乙烯-辛烯共聚物的混和物从TPX中继承了具有相对高的声波速度的降低的密度；并从共聚物中继承了降低声阻抗和增大剪切波衰减。在又另外的实施例中，外层的密度在0.8g/cm3至0.85g/cm3之间，声波速度在2000mm/msec至1900mm/msec之间。期望提供用于实时超声成像的具有较高声波速度的声透镜。另外，为了避免由于阻抗失配导致的在透镜与组织的界面处的声波散射，还期望为外层提供更接近于组织声阻抗的声阻抗。结果得到的混和物具有0.8g/cm3至0.85g/cm3的相对低的密度并表现出在2000mm/msec至1900mm/msec之间的声波速度，该混和物当在探头中被使用时提供更好的图像质量。在本专利技术的另一实施例中，外层表现出在30摄氏度至70摄氏度之间的第一熔点以及在200摄氏度至250摄氏度之间的第二熔点。在30摄氏度至70摄氏度范围内的第一熔点对应于形成混和物的聚烯烃弹性体，而在200摄氏度至250摄氏度范围内的第二熔点是形成混和物的热塑性聚烯烃的熔点。两个不同熔点的存在表明外层包括两种材料的混和物，这种两种材料的混和物为外层提供与热塑性和弹性性能相结合的最优声能传输。在本专利技术的另一实施例中，外层表现出低于-40摄氏度的第一玻璃化转变温度以及在0摄氏度至50摄氏度之间的第二玻璃化转变温度。玻璃化转变温度是聚合物材料的特性。玻璃化转变温度(Tg)是无定形聚合物在加热时变软或在冷却时变脆的温度。包括热塑性聚烯烃与聚烯烃弹性体的混和物的外层能够以两个玻璃化转变温度为特征，其中的低于-40摄氏度的玻璃化转变温度对应于混和在热塑性聚合物中的弹性体，而在0摄氏度至50摄氏度之间的玻璃化转变温度对应于热塑性聚烯烃本身。在本专利技术的又一实施例中，所述声窗层还包括位于所述声窗层的所述内表面处的内层，其中，所述内层包括热固性橡胶，例如，聚丁二烯。包括热固性橡胶的声窗层的益处对于CMUT阵列尤其明显。橡胶的硬度相对低(低于60邵氏A，优选低于50邵氏A)并且橡胶的分子量相对轻，这可以在声窗层与适于振动的CMUT的膜之间提供改善的声接触。另外，外层具有化学和机械稳定性并且热固性橡胶具有低声波衰减，这可以提供声波在整个声窗层中的改善的转变。聚丁二烯表现出对传播声能的最低衰减效应之一。该材料在用于传播声信号的3dB点处提供大约140％的大带宽。参考下文描述的实施例，本专利技术的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。附图说明在附图中：图1示意性且示例性地示出了根据本专利技术的原理的包括超声阵列以及具有外层和内层的声窗层的超声探头的侧视图；图2示意性且示例性地示出了超声阵列的CMUT单元以及具有内层和位于声窗层的外表面侧的外层的覆盖声窗层的侧视图；图3是比较针对不同声窗材料的、声能通过这些声窗材料的每毫米声损(以dB为单位)的声频依赖性的曲线图；图4示出了针对聚甲基戊烯、聚烯烃弹性体以及聚甲基戊烯与聚烯烃弹性体的不同浓度的混和物的差示扫描量热曲线之间的比较；图5示出了针对聚甲基戊烯、聚烯烃弹性体以及聚甲基戊烯与聚烯烃弹性体的不同浓度的混和物的动态力学分析曲线之间的比较；图6示出了包括具有形成外层和内层的不同材料的声窗层的超声阵列的输出压力的比较；图7示意性且示例性地示出了以塌陷模式操作并且被声学耦合到声窗层的CMUT单元的侧视图；图8示出了超声成像系统的实施例的示意图；并且图9示意性地图示了根据本专利技术的用于制造超声阵列的方法。具体实施方式图1示意性且示例性地示出了根据本专利技术的超声探头200的实施例，超声探头200包括超声阵列74。超声阵列74具有面向声窗层13的内表面72的超声波发射侧以及与该发射侧相对的背侧。超声阵列可以包括被耦合到适于驱动和控制阵列中的换能器的集成电路的超声换能器。阵列的背侧被电耦合到探头的基座4'，探头基座4'将集成电路的输入信号和输出信号传送到超声系统202并且从超声系统202传送这些信号(图8)。声窗层13包括位于声窗层13的外表面处的外层42。外表面旨在面向患者201或待由超声成像系统202检查的身体。外层42包括从聚烯烃族(热塑性聚烯烃或TPO)选择的热塑性聚合物与从聚烯烃族(聚烯烃弹性体或POE)选择的弹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于超声阵列(74)的声窗层(13)，所述层具有被布置为面向所述阵列的内表面(72)以及被布置为面向患者的外表面(71)，并且所述层包括：外层(42)，其包括混和在所述外层中的热塑性聚合物聚甲基戊烯与从聚烯烃族(POE)选择的弹性体，其中，所述外层位于所述声窗层的所述外表面处。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.18 EP 16151635.6;2015.11.10 US 62/253,4841.一种用于超声阵列(74)的声窗层(13)，所述层具有被布置为面向所述阵列的内表面(72)以及被布置为面向患者的外表面(71)，并且所述层包括：外层(42)，其包括混和在所述外层中的热塑性聚合物聚甲基戊烯与从聚烯烃族(POE)选择的弹性体，其中，所述外层位于所述声窗层的所述外表面处。2.根据权利要求1所述的声窗层，其中，所选择的弹性体是共聚物。3.根据权利要求2所述的声窗层，其中，所选择的弹性体是热塑性弹性体(TPE)。4.根据权利要求3所述的声窗层，其中，所述共聚物具有为α烯烃的第一单体和为乙烯的第二单体。5.根据权利要求4所述的声窗层，其中，所述第一单体是辛烷。6.根据权利要求1或5所述的声窗层，其中，混和在所述外层中的所述弹性体的重量比最多为40％，优选为30％。7.根据权利要求6所述的声窗层，其中，混和在所述外层中的所述弹性体的所述重量比在15％至20％之间。8.根据权利要求1所述的声窗层，其中，所述外层表现出在1.5MRayl至1.6MRayl之间的声阻抗并且针对剪切波的声能的每毫米声损耗等于或大于3dB。9.根据权利要求1所述的声窗层，其中，所述外层具有在0.8g/cm3至0.85g/cm3之间的密度以及在2000mm/msec至1900mm/msec之间的声波速度。10.根据权利要求1所述的声窗层，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·米卡斯基，F·J·G·哈肯斯，E·T·M·贝尔本，K·G·威克莱恩，L·J·A·M·贝克尔斯，P·迪克森，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL
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