声透镜及其应用制造技术

所公开的实施方式涉及便携式超声设备。具体地，所公开的实施方式涉及位于超声探头处的声透镜。声透镜可以被配置成用于阻抗匹配和信号衰减。在一个实施方式中，通过将声透镜形成为聚合物基质中的信号衰减颗粒的固体混合物来提供超声信号衰减。

Acoustic lens and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声透镜及其应用本申请请求于2016年12月13日提交的代理人案卷号为B1348.70025US01并且题为“ACOUSTICLENSFORULTRASOUNDDEVICEANDRELATEDAPPARATUSANDMETHODS”的美国临时申请62/433,275的优先权，其全部内容在此通过引用被并入本文。
本公开内容涉及具有被配置成用于阻抗匹配和信号衰减的声透镜的超声探头。在示例性实施方式中，本公开内容涉及使用RTV(室温硫化)材料(可选地具有颗粒)，以减少或增加超声衰减。在另一个示例性实施方式中，聚醚嵌段酰胺的低衰减层可以用作透镜的间隔(standoff)。透镜可以被配置成具有符合人体工程学的形状。在又一个实施方式中，我们使用具有特定声学特性的层来减少声学串扰。该层可以包含RTV材料和氧化铝或石墨。也可以使用声学层背衬。声学层背衬可以包含钨环氧树脂混合物。声学层背衬被配置成与换能器的阻抗相匹配，同时高度衰减。
技术介绍
超声设备可以用于使用频率相对于人类可听到的那些频率更高的声波来执行诊断成像和/或治疗。超声成像可用于观察内部软组织主体结构，例如，以找出疾病源或排除任何病理。当超声脉冲(例如通过使用探头)被传送至组织中时，声波被组织反射，其中不同组织反射不同程度的声音。然后可以记录这些经反射的声波并将它们作为超声图像显示给操作者。声音信号的强度(幅度)和波行进通过身体所花费的时间提供了用于产生超声图像的信息。可以使用超声设备形成许多不同类型的图像，包括实时图像。例如，可以生成显示组织的二维截面、血流、组织随时间的运动、血液的位置、特定分子的存在、组织的硬度或三维区域的解剖的图像。关于治疗，作为更具侵入性类型的外科手术的替选方案，许多医师正在使用高强度聚焦超声(HIFU)作为治疗性处理体内组织的技术。利用HIFU，将具有足够功率(例如，压力和速度)和时间的超声信号聚焦在目标体积的组织上，以通过空化的快速加热和/或机械破坏来改变组织的状态。经处理的组织可能形成一个或更多个损伤，这些损伤可以留在体内，然后通过正常的生理过程吸收。为了有效地治疗组织，传递的HIFU信号的能量必须足以引起期望的物理效应。另一方面，传递的能量不应太大或不受控制以致对目标体积周围的健康组织造成意外的附带损害。体内组织的非均匀性质产生衰减、传播速度和声阻抗的变化，当与均质材料相比时，这种变化改变了预期的声波传播和传递至目标体积的组织的HIFU能量的沉积。因此，由于这种变化，仅基于应用预先确定剂量的HIFU能量的某些治疗方案可能实现不一致的结果。附图说明将参照以下附图对所公开技术的各个方面和实施方式进行描述。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个附图中的项目在它们出现的所有附图中由相同的附图标记来表示。图1是根据本公开内容的实施方式的包括声透镜的超声探头的分解图；图2示出了根据本公开内容的一个实施方式的示例性声透镜组合物的材料表；图3示出了图1的用于患者的超声探头100；图4是根据本公开内容的实施方式的制造超声探头声透镜的示例性方法的流程图；图5是根据本公开内容的某些实施方式的超声探头结构的第一说明性示例；图6是根据本公开内容的某些实施方式的超声结构的示例的第二说明性示例；以及图7示出了根据本公开内容的某些实施方式的超声结构的第三示例性实施方式。具体实施方式在医疗应用中用于获得人体各个部位的截面图像的超声探头的效率受到在探头与患者之间的界面处发生的声反射的阻碍。声反射是由探头与患者的身体的表面之间的声阻抗不匹配引起的。当探头与被探测表面之间存在间隙时，这可能特别成问题。此外，申请人已经意识到超声探头中的超声换能器的寿命可能由于机械应力而减小。机械应力可能引起换能器变形，进而可能导致换能器的性能下降。因此，本申请的各方面提供了一种声透镜，其通过提供在探头与被探测表面之间的阻抗匹配来使声反射最小化。在一些实施方式中，声透镜还改变声波前以提供声学聚焦。在一些实施方式中，声透镜可以具有低弹性模量。在一些实施方式中，声透镜是电绝缘的。在一些实施方式中，声透镜沿着声换能器的表面衰减表面波，而不衰减传输至对象和/或从对象接收的期望的超声波。通过适当选择声透镜的材料可以促进衰减行为。根据本申请的各方面，可以使用提供声阻抗匹配并且表现出低弹性模量、低声衰减和高电阻率的材料来制造声透镜。此外，声透镜可以被模制成增大并且(在一些实施方式中)优化将声波聚焦至具有近似等于声波波长的尺寸的目标的能力的形状和尺寸。以下进一步描述上述的各方面和实施方式以及附加的方面和实施方式。这些方面和/或实施方式可以单独使用、一起使用或者以两种或更多种的任意组合使用，如本申请不限于该方面。如所描述的，本申请的各方面涉及用于超声探头的声透镜。图1是超声探头100的分解图，该超声探头100包括超声换能器装置101、第一电路板110、第二电路板111、电缆120和声透镜150。超声探头100可以用具有上外壳130和下外壳131的上匣封装，并且还可以包括保护元件140以保护超声换能器装置101与患者(图1中未示出)之间的界面。超声换能器装置101可以包括任意合适的布置(例如，阵列)的一个或更多个超声换能器。超声换能器装置101的各个超声换能器可以是电容式微机械超声换能器(CMUT)、压电式微机械超声换能器(PMUT)或其他合适类型的超声换能器。电路板110和电路板111可以包括用于以发射模式操作超声换能器装置101以发射超声信号或者以接收模式操作超声换能器装置101以将所接收的超声信号转换成电信号的电路。该电路可以为超声换能器装置101供电、产生用于超声换能器装置10的1驱动信号、处理由超声换能器装置101产生的电信号或者执行这些功能的任意组合。电缆120可以携载传送到/来自电路板110和电路板111的任何合适的模拟信号和/或数字信号。根据本申请的各方面，声透镜150可以被配置成将声能聚焦至具有高强度聚焦超声(HIFU)过程需要的尺寸的区域的点。此外，声透镜150可以将超声换能器装置101声学地耦合至患者以使声反射和声衰减最小化。在一些实施方式中，声透镜150可以用提供超声换能器装置101与患者之间的阻抗匹配的材料制造。根据本申请的各方面，声透镜150可以由图2中所示的表200中列出的材料的任意组合制成。表200列出了9种材料，并且对于每种材料呈现以下特性：制造商、产品、按重量计的混合比、混合液体密度、工作寿命、固化时间表、硬度、比重、声速、纵向声阻抗、在3MHz、5MHz、7MHz和10MHz下的声衰减系数、热导率、拉伸强度、延伸率、电阻率、介电强度、撕裂强度、生物医学等级、杨氏模量(弹性模量)和泊松比(Poisson’sration)。在一些实施方式中，声透镜150可以提供电绝缘并且可以包括屏蔽件以防止电磁干扰(EMI)。在其他实施方式中，可以添加EMI屏蔽层作为处理步骤的一部分，以制造包括一个或更多个本文所述类型的换能器的晶片。在一些实施方式中，保护元件140和声透镜150可以提供保护界面以吸收或抑制超声换能器装置101与声透镜150之间的应力。在一些实施方式中，本文所述的超声探头100可以用于诊断超声图，以查看内部身体部位(诸如，肌腱、肌肉、血管、关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声装置，包括：超声换能器阵列，所述换能器阵列具有多个电容式微机械超声换能器(CMUTS)，每个换能器被配置成发射和接收超声信号；声透镜，其被配置在所述超声换能器阵列的第一表面上方；电路，其与所述超声换能器阵列通信，所述电路将接收到的超声信号转换成代表性的数字信号；以及散热器，其被配置在所述换能器阵列的第二表面上方；其中，所述声透镜包括外层和内层，所述外层和所述内层被配置成针对发射的或接收到的超声信号提供信号衰减或阻抗匹配中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.13 US 62/433,2751.一种超声装置，包括：超声换能器阵列，所述换能器阵列具有多个电容式微机械超声换能器(CMUTS)，每个换能器被配置成发射和接收超声信号；声透镜，其被配置在所述超声换能器阵列的第一表面上方；电路，其与所述超声换能器阵列通信，所述电路将接收到的超声信号转换成代表性的数字信号；以及散热器，其被配置在所述换能器阵列的第二表面上方；其中，所述声透镜包括外层和内层，所述外层和所述内层被配置成针对发射的或接收到的超声信号提供信号衰减或阻抗匹配中的至少一个。2.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述声透镜的内层还包括室温硫化(RTV)聚合物和嵌段聚合物的固体混合物。3.根据权利要求2所述的超声装置，其中，所述嵌段聚合物是热塑性材料或嵌段共聚物中的一种或更多种。4.根据权利要求2所述的超声装置，其中，所述固体混合物包含分散在嵌段共聚物中的RTV颗粒。5.根据权利要求4所述的超声装置，其中，所述颗粒约为100微米或更小。6.根据权利要求2所述的超声装置，其中，所述RTV聚合物包括RTV615或RTV630中的一种或更多种。7.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述固体混合物还包括填料。8.根据权利要求7所述的超声装置，其中，所述填料是Al2O3或石墨中的一种或更多种。9.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述声透镜的外层包括RTV630。10.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述散热器还包括多个凸舌。11.根据权利要求1所述的超声装置，还包括介于所述散热器与所述声透镜的内层之间的钨环氧树脂层，以衰...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏珊·A·阿列，海梅·斯科特·扎霍里安，克里斯托弗·托马斯·麦克纳尔蒂，保罗·弗朗西斯·克里斯特曼，
申请(专利权)人：蝴蝶网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US