超声换能器及超声成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超声换能器及超声成像系统，该超声换能器包括背衬层；压电层，设置在所述背衬层上；匹配层，设置在所述压电层上；以及至少一个凹槽，设置在所述匹配层和所述压电层中，所述凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层且延伸至所述压电层的至少一部分，并且所述凹槽在长度方向上贯通所述匹配层和所述压电层，解决现有的低频超声换能器厚度大的问题。

Ultrasound Transducer and Ultrasound Imaging System

【技术实现步骤摘要】
超声换能器及超声成像系统
本技术涉及超声诊疗器械
，具体涉及超声换能器及超声成像系统。
技术介绍
对于现有的医用超声换能器，根据传统换能器设计理论，在压电材料一定时，中心频率越低，压电层厚度越大，换能器总体厚度越大。例如，由某种特定的压电材料制造的超声换能器，当其中心频率为3.5MHZ时，超声换能器总体厚度尺寸为3.68mm，当其中心频率为2MHZ时，超声换能器总体厚度尺寸为6mm。但是，随着现代医学超声技术的持续发展与提高，低频、微型超声换能器在临床微小结构中的应用需求越来越大，特别是在微创介入消融治疗领域和狭小骨组织结构成像领域。例如，在脊柱椎弓根螺钉内固定手术中，钉道直径范围通常在2.5mm～6.5mm之间，因而需要将换能器整体厚度尺寸控制在2.0mm之内；为了保证超声对钉道走向的探测深度，换能器中心频率需要控制在1.5MHz～3.5MHz之间。而现有的医用换能器，当中心频率在1.5MHz～3.5MHz时，其厚度要大于2.0mm，不能满足上述临床需求。图1、图2示出了现有技术中一种可选的超声换能器，如图1、图2所示，该超声换能器包括匹配层1、压电层2和背衬层3。图3为该超声换能器的阻抗曲线图，通过图3可知，该超声换能器的中心频率为4.2MHZ。
技术实现思路
有鉴于此，本技术实施例提供了一种超声换能器及超声成像系统，以解决现有的低频超声换能器厚度大的问题。根据第一方面，本技术实施例提供了一种超声换能器，包括：背衬层；压电层，设置在所述背衬层上；匹配层，设置在所述压电层上；以及至少一个凹槽，设置在所述匹配层和所述压电层中，所述凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层且延伸至所述压电层的至少一部分，并且所述凹槽在长度方向上贯通所述匹配层和所述压电层。结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述凹槽的宽度为30～200微米。结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述凹槽在所述压电层内延伸的深度范围为1/5H至H，其中H为所述压电层的厚度。结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，当所述凹槽的数量为1时，所述凹槽的宽度为30～100微米。结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述凹槽位于所述压电层的宽度方向的正中位置，且所述凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层以及所述压电层。结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，当所述凹槽的数量大于等于2时，至少两个凹槽在宽度方向上平行设置。结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述至少两个凹槽在宽度方向上均匀或者不均匀布设。结合第一方面，在第一方面第七实施方式中，当所述凹槽的数量大于等于2时，至少两个所述凹槽的深度相同或者不相同。结合第一方面任一实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述压电层的材料为压电陶瓷、压电复合材料、压电单晶或者薄膜材料。根据第二方面，本技术实施例提供了一种超声成像系统，包括第一方面中任一项所述的超声换能器。在本技术实施例中，通过在超声换能器的匹配层和压电层中设置凹槽，使凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层且延伸至所述压电层的至少一部分，并且所述凹槽在长度方向上贯通所述匹配层和所述压电层的方式，解决了现有的低频超声换能器厚度大的问题，达到了降低低频超声换能器厚度的目的。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：图1示出了现有技术中一种可选的超声换能器的立体图；图2示出了现有技术中一种可选的超声换能器的前视图；图3示出了现有技术中一种可选的超声换能器的阻抗曲线图；图4示出了现有技术中一种可选的超声换能器的二维声场仿真结果图；图5示出了根据本技术实施例的一种可选的超声换能器的立体图；图6示出了根据本技术实施例的一种可选的超声换能器的前视图；图7示出了根据本技术实施例的一种可选的超声换能器的阻抗曲线图；图8示出了根据本技术实施例的一种可选的超声换能器的二维声场仿真结果图；图9示出了根据本技术实施例的又一种可选的超声换能器的立体图；图10示出了根据本技术实施例的又一种可选的超声换能器的前视图；图11示出了根据本技术实施例的又一种可选的超声换能器的阻抗曲线图；图12示出了根据本技术实施例的又一种可选的超声换能器的二维声场仿真结果图；图13示出了根据本技术实施例的另一种可选的超声换能器的立体图；图14示出了根据本技术实施例的另一种可选的超声换能器的前视图；以及图15示出了根据本技术实施例的另一种可选的超声换能器的阻抗曲线图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例一本技术实施例提供了一种超声换能器，超声换能器包括背衬层、压电层、匹配层和一个凹槽。如图5、图6所示，压电层2设置在背衬层3上，匹配层设置在压电层2上，超声换能器的一个凹槽穿透匹配层，将匹配层分为匹配层第一匹配体1和匹配层第二匹配体4，该凹槽还延伸至压电层2的一部分，并且该凹槽在长度方向上贯通匹配层和压电层2。图7示出了根据本技术实施例的一种可选的超声换能器的阻抗曲线图，通过图7可知，在匹配层材料、压电材料以及背衬层材料相同的情况下，对于相同厚度尺寸的超声换能器，通过在超声换能器上设置一个凹槽，使凹槽在厚度的方向上穿透匹配层，并延伸至压电层的一部分的方法，与图1、图2提供的超声换能器相比，其中心频率由4.2MHZ减小为2.2MHZ。而在现有的换能器理论中，中心频率越低，整体尺寸越大。下表一为由某种特定的压电材料制造的超声换能器，在其中心频率不同时，对应的各部分结构的厚度关系：表一：中心频率与换能器厚度尺寸的对应关系中心频率(MHZ)匹配层(mm)压电层(mm)背衬层(mm)总厚度(mm)20.34134.3430.230.6722.9040.170.51.52.17例如，由某种特定的压电材料制造的超声换能器，当其中心频率为4.2MHZ时，其厚度通常为1.95～2.15毫米左右，当其中心频率为2.2MHZ时，其厚度通常为4.05～4.20毫米左右。本技术实施例通过上述设置凹槽的方法，使中心频率为2.2MHZ的超声换能器，其厚度与中心频率为4.2MHZ的超声换能器厚度相同，即，使中心频率为2.2MHZ的超声换能器的厚度由4毫米以上降低到2毫米左右，达到了降低低频的超声换能器的整体尺寸的技术效果。在本技术一种可选的实施方式中，对于图5、图6所示的超声换能器，将凹槽的宽度设置为30～100微米时，对超声换能器的的二维声场仿真结果如图8所示，与图4中所示的现有技术中的超声换能器二维声场仿真结果相比，减弱了换能器声场的旁瓣。即在本技术实施例中，通过在超声换能器上设置一个凹槽，使凹槽在厚度的方向上穿透匹配层，并延伸至压电层的一部分，凹槽将压电层分成的两部分相互作用，减弱了换能器声场的旁瓣，增强了换能器的主瓣，克服了现有医用成像超声探头近场旁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括：背衬层；压电层，设置在所述背衬层上；匹配层，设置在所述压电层上；以及至少一个凹槽，设置在所述匹配层和所述压电层中，所述凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层且延伸至所述压电层的至少一部分，并且所述凹槽在长度方向上贯通所述匹配层和所述压电层。

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括：背衬层；压电层，设置在所述背衬层上；匹配层，设置在所述压电层上；以及至少一个凹槽，设置在所述匹配层和所述压电层中，所述凹槽在厚度方向上穿透所述匹配层且延伸至所述压电层的至少一部分，并且所述凹槽在长度方向上贯通所述匹配层和所述压电层。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述凹槽的宽度为30～200微米。3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述凹槽在所述压电层内延伸的深度范围为1/5H至H，其中H为所述压电层的厚度。4.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，当所述凹槽的数量为1时，所述凹槽的宽度为30～100微米。5.根据权利要求4所述的超声换能器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培洋，李章剑，邵维维，崔崤峣，
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：新型
国别省市：江苏,32