超声设备接触制造技术

公开了一种超声设备(10)，包括换能器布置(110)和所述布置上方的声学透射窗口(150)，所述窗口包括具有散布在弹性体中的导电颗粒的弹性体层(153)，所述弹性体层具有压力敏感的导电性，所述超声设备还包括被耦接到所述弹性体层并且适于测量所述压力敏感的导电性的电极布置(160)。还公开了一种超声系统以及包括这样的超声设备的布置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声设备接触
本专利技术涉及包括换能器布置的超声设备。本专利技术还涉及包括这样的超声设备的超声系统。本专利技术又另外涉及包括这样的超声设备的超声布置。
技术介绍
超声波在医学中有若干种应用。一种这样的应用是超声成像，其中，由包括超声换能器的阵列的超声设备向患者的身体中发射超声波并且由超声换能器或者由专用超声接收器收集超声波的回波，并且对其进行处理以生成超声图像，例如，1D、2D或3D超声图像。另一种应用是超声治疗，诸如高强度聚焦超声(HIFU)治疗，其中，由包括超声换能器元件瓦块的超声设备来生成超声波束并且将其聚焦于患病的组织上。在焦点处的大量能量沉积产生大约65℃至85℃的范围中的局部温度，这通过凝固性坏死而破坏患病的组织。这样的应用面临若干种挑战。例如，在成像应用中，在超声换能器阵列与待成像的身体的部分之间实现良好接触远远不是毫不重要的。这通常是通过使用特殊凝胶来实现的，凝胶改善超声换能器阵列与身体部分之间的接触。然而，这种方式的缺点是通常必须要使用大量的凝胶，凝胶可能包含气泡，气泡干扰超声信号的发送或接收。此外，例如，探头形式的超声换能器阵列通常在成像流程期间被手持，这使得所述流程易于出错。在治疗应用中存在类似的挑战，其中，聚焦的波束需要周期性的调节，以处置患病组织的多个区域。这可以通过调节聚焦元件瓦块或者通过对由相应超声换能器元件生成的信号的相对相位的调节而进行波束引导，来人工地完成。人工调节易于出现不准确，并且在没有阵列位移的情况下，相控波束引导的范围可能不足以达到所有患病组织。存在评估超声换能器阵列与要经受利用超声换能器阵列产生的超声波的身体之间的接触的质量的需求，使得能够避免或修正由于超声换能器阵列与身体之间的不良质量的保形接触造成的超声设备的次优操作。例如，这适用于大面积超声换能器和经食道超声心动图(TEE)探头，其中，尤其困难的是在超声换能器与待成像或处理的身体区域之间建立良好的接触。
技术实现思路
本专利技术试图提供一种包括换能器布置的超声设备，其能够评估换能器布置与要经受利用换能器布置产生的超声波的身体之间的接触的质量。本专利技术还试图提供一种包括这样的超声设备的超声系统，其中，所述超声系统适于响应于由所述超声设备提供的、所述换能器布置与要经受利用所述换能器布置产生的超声波的身体之间的接触质量评估，来调节其操作模式。本专利技术还试图提供一种包括这样的超声设备的超声布置，其中，所述超声布置适于响应于由所述超声设备提供的、所述换能器布置与要经受利用换能器布置产生的超声波的身体之间的接触质量评估，来改变换能器布置和所述身体之间的接触。根据一方面，提供了一种超声设备，包括换能器布置和所述布置上方的声学透射窗口，所述窗口包括具有散布在弹性体中的导电颗粒的弹性体层，所述弹性体层具有压力敏感的导电性，所述超声设备还包括适于测量所述压力敏感的导电性的被耦接到所述弹性体层的电极布置。在换能器布置上方的声学透射窗口中包括压力敏感的弹性体层使得能够确定超声设备与要经受由超声设备产生的超声波的身体之间的接触质量，因为由彼此接触的导电颗粒形成的弹性体层的导电性是向该层施加的压力的函数。因此，该导电性能够利用电极布置测量并且能够用作超声设备与身体之间的接触质量的指标。所述弹性体层优选具有声学阻抗，所述声学阻抗与要被暴露于由所述超声设备产生的超声波的身体的声学阻抗和/或所述换能器布置的声学阻抗相匹配。这确保了弹性体层与身体和/或换能器布置之间的高效率的声学耦合，由此使超声波例如通过反射造成的损耗最小化。在实施例中，所述弹性体层的声学阻抗在1.3-3.0MRayls的范围中，优选地，其中，所述声学阻抗在1.3-1.9MRayls的范围中。这例如使弹性体层特别适合于与例如压电换能器元件和电容性微加工超声换能器(CMUT)元件一起使用，其中，后一种换能器元件特别与声学阻抗在1.3-1.9MRayls范围中的弹性体层良好匹配。所述换能器元件通常适于在要被暴露于所产生的超声波的身体中生成具有最小波长的超声波。优选地，所述导电颗粒具有小于所述最小波长的10％的最大直径，以便使所述导电颗粒对所述超声波的反射或散射最小化。所述弹性体可以是：聚烯烃，二烯聚合物或聚硅氧烷，包括聚烯烃、二烯聚合物或聚硅氧烷的共聚物或嵌段共聚物，或者其混合物，优选地，其中，所述弹性体为聚丁二烯或聚二乙基硅氧烷。这样的弹性体在身体被暴露于超声波的典型温度下展现出期望的弹性体性质，例如，在室温或患者身体的体温下，并且展现出的声学阻抗能够通过包括导电颗粒而被调谐，以实现低于弹性体渗透阈值的期望的声学阻抗。所述导电颗粒可以是任何适当类型的导电颗粒，诸如碳颗粒，碳复合颗粒、陶瓷颗粒、金属颗粒、金属合金颗粒、复合金属颗粒和导电金属氧化物颗粒，或者其组合。可以基于压力敏感的弹性体层的期望的声学功能来选择导电颗粒或导电颗粒的组合，例如，以调谐压力敏感的弹性体层的声学阻抗。在实施例中，所述弹性体层包括导电颗粒和非导电颗粒的混合物。包括非导电(电绝缘)颗粒可以方便增大弹性体层的声学阻抗。在实施例中，所述导电颗粒在所述弹性体层中的体积为基于所述弹性体层的总体积的按体积计的至少15％。已经发现，无论导电颗粒的性质如何，如果弹性体层中的导电颗粒的量按体积计至少为15％，但是对于导电路径是通过向弹性体层施加压力形成的弹性体层而言低于弹性体层的渗透阈值，或者对于通过向弹性体层施加压力而破坏导电路径的弹性体层而言高于弹性体层的渗透阈值，则根据本专利技术实施例的弹性体层都具有良好的压力敏感的性，。在至少一些实施例中，所述弹性体层可以具有10-200μm范围中的厚度。已经发现，具有该范围中的厚度的弹性体层对所施加的压力展现出强的导电响应，而同时导致换能器布置发射的超声波通过声学透射窗口的损耗最小。在实施例中，所述弹性体层可以形成阻抗匹配层的部分，并且可以被实施为λ/4层，其中，λ是通过所述弹性体层行进的超声波的波长。根据所施加的超声波的典型波长，这样的弹性体层可以具有在10-100μm范围中的厚度。在一些实施例中，所述弹性体层被夹置在电极布置之间。在特别有利的实施例中，所述电极布置包括被布置成测量所述弹性体层的个体部分的压力敏感的导电性的电极矩阵。在该实施例中，由于对于电极矩阵的每个电极单元而言，可以独立获得这样的接触信息，所以能够获得超声设备和要被暴露于超声波的身体之间的接触质量的特别细粒度的信息。所述弹性体层可以是连续层，或者在本实施例中可以是图案化层，其中，所述图案化层包括多个弹性体层部分，所述部分中的每个部分都被布置在电极矩阵的单元中的一个单元之内。所述声学透射窗口还可以包括具有散布在其中的导电颗粒和任选电绝缘颗粒的另外的弹性体层，所述弹性体层具有温度敏感的导电性，所述超声设备还包括适于测量所述温度敏感的导电性的被耦接到所述另外的弹性体层的另外的电极布置。可以独立地优化这样的另外的弹性体层，以提供除由弹性体层提供的压力信息之外的温度信息。这样的温度信息例如可以被用于测量超声设备与患者身体之间的接触质量和/或防止超声设备过热。根据另一方面，提供了一种超声系统，包括根据所描述的实施例的任意实施例的超声设备，所述超声系统还包括适于驱动所述超声设备的所述换能器布置的电源，其中，所述电源对所述电极布置做本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声设备(10)，包括换能器布置(110)和被耦接到所述布置的声学透射窗口(150)，所述窗口包括具有散布在弹性体中的导电颗粒的弹性体层(153)，所述弹性体层具有压力敏感的导电性，所述超声设备还包括被耦接到所述弹性体层并且适于测量所述压力敏感的导电性的电极布置(160)，其中，所述换能器布置(110)适于在要被暴露于超声波的身体中生成具有最小波长的超声波，所述导电颗粒具有小于所述最小波长的10％的最大直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.28 EP 16181692.1;2016.04.26 US 62/3275001.一种超声设备(10)，包括换能器布置(110)和被耦接到所述布置的声学透射窗口(150)，所述窗口包括具有散布在弹性体中的导电颗粒的弹性体层(153)，所述弹性体层具有压力敏感的导电性，所述超声设备还包括被耦接到所述弹性体层并且适于测量所述压力敏感的导电性的电极布置(160)，其中，所述换能器布置(110)适于在要被暴露于超声波的身体中生成具有最小波长的超声波，所述导电颗粒具有小于所述最小波长的10％的最大直径。2.根据权利要求1所述的超声设备(10)，其中，所述弹性体层(153)具有声学阻抗，所述声学阻抗与要被暴露于由所述超声设备产生的所述超声波的身体的声学阻抗和/或所述换能器布置(110)的声学阻抗相匹配。3.根据权利要求1或2所述的超声设备(10)，其中，所述弹性体层(153)的所述声学阻抗在1.3-3.0MRayls的范围中，优选地，其中，所述声学阻抗在1.3-1.9MRayls的范围中。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述弹性体为：聚烯烃，二烯聚合物或聚硅氧烷，包括聚烯烃、二烯聚合物或聚硅氧烷的共聚物或嵌段共聚物，或者其共混物。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述导电颗粒包括以下中的至少一种：碳颗粒、碳复合颗粒、陶瓷颗粒、金属颗粒、金属合金颗粒、复合金属颗粒和导电金属氧化物颗粒。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述导电颗粒在所述弹性体层(153)中的体积为基于所述弹性体层的总体积的按体积计的至少15％。7.根据权利要求1-6中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述弹性体层(153)具有在10-200μm的范围中的厚度。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述弹性体层(153)包括散布在所述弹性体层中的导电颗粒和非导电颗粒的混合物。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：H·J·W·贝尔特，F·J·G·哈肯斯，G·A·哈克斯，G·H·M·海斯贝斯，K·G·威克莱恩，L·J·A·M·贝克尔斯，
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