超声换能设备及超声换能器制造技术

本发明专利技术提供了一种超声换能器，超声换能器阵列模组由背衬块进行支撑，电联接结构可同时对多个超声换能器阵列模组传递工作电力，保证工作电力供给，背衬块上设置变换驱动装置，提供背衬块沿其宽度方向折叠或张开，折叠过程将多个超声换能器阵列模组由长度方向的布置结构，变形过程相邻的超声换能器阵列模组折叠方向交替变向动作，由长条状结构变形为并行布置的矩阵结构，满足成像要求。通过超声换能器阵列模组的形态变换，可在其呈长条状形态进行输送，满足小孔径的输送要求；长条状形态只具有成像能力，在矩阵变形后也满足成像要求，保证超声换能器的成像能力，且也具有HIFU治疗的能力。本发明专利技术还提供了一种超声换能设备。

Ultrasonic energy conversion equipment and ultrasonic transducer

【技术实现步骤摘要】
超声换能设备及超声换能器
本专利技术涉及超声成像
，更具体地说，涉及一种超声换能设备及超声换能器。
技术介绍
近年来，基于压电材料的超声换能设备在生物医疗成像检测和疾病治疗、工业无损探伤、以及海洋探测等领域得到了较广泛的应用。特别是在生物医疗健康检测以及疾病治疗领域，在成像方面，相比于XRD射线检测等，其具有非侵入式以及无潜在诱导其他伤害的优点，如在胃病、肝硬化、肠道疾病、胰腺癌、心脏疾病检测等领域；在疾病的治疗方面，基于高强度聚焦超声的HIFU(High-IntensityFocusedUltrasound，高能聚焦超声刀)治疗技术，如对女性乳腺癌、子宫肌瘤、脑震颤等疾病的治疗，特别是对于那些晚期或无法手术进行切除的恶性肿瘤的治疗以及提高病人的生存质量方面逐渐的凸显出来，如胰腺癌等。在一些相对较大的腔体内实施微创手术的疾病治疗过程中，如心脏、胸腹部腔体中的内脏器官等，需要一个准确的、实时的3D成像设备，以实现实时的监测微创手术设备和目标器官或者目标组织区域之间的准确距离以及相对位置，来引导手术。然而，现有的检测手段或多或少的都可能存在一些局限性，如X射线荧光成像、X射线或超声CT成像以及磁共振成像，前者不能很好的区分软组织，后三者不能够实现快速实时的3D成像；且MRI成像要求病人的体内没有植入某些特殊的金属。虽然现有的超声成像以及HIFU治疗技术在各自的领域都具有较大的优势，然而，由于胸骨、肋骨、脊椎骨、胃肠组织内部气体以及肺部等干扰的存在，现有的经皮肤或者经身体表面的外部超声成像以及HIFU治疗技术都存在一些局限性。特别以胃部为中心的包含胃、胰腺、肝脏、心脏等器官和组织：超声成像方面，可用于实现成像的窗口区域以及成像方位有限，导致可能存在一定的成像盲区，仍以2D切片成像为主，且体外超声成像设备的体积相对较大；另外，为了达到一定的成像深度，体外成像探头的工作频率相对较低，且随着距离的增加，轴向组织结构的分辨率逐渐进一步降低，如心脏的体外呈现频率一般在3MHz附近。治疗方面，由于上述组织和器官界面对于声波较大的反射和衰减，体外治疗面临一些困难，且对于某些运动器官，体外微小病灶的精确治疗存在一定的难度。为了解决或在一定程度上减少上述干扰存在，体内超声成像技术近年来得到了较大的发展；体内HIFU治疗技术也在逐渐的发展中，取得了一定的治疗效果，如用于经直肠的前列腺癌的消融治疗。然而，对于内窥、经食道以及心脏的超声成像以及HIFU治疗，为了提高病人的治疗舒适程度，减轻痛苦，其探头的尺寸大小需要设计的较小，所以，也就限制了探头中超声阵元的数量。特别是以胃为中心的周围器官的内窥成像以及HIFU治疗，胃部本身为周围器官提供了一个天然的“巨大”超声窗口，经胃部可以实现周围器官的成像检测以及HIFU治疗。但是，在进入胃部的过程中，必然经过食道，而食道的直径在最狭窄处只有紧紧15mm,这大大限制传统形态尺寸不可变超声换能器探头的实际使用尺寸。最终限制了内窥成像以及基于内窥的体内HIFU治疗的深度。在工业领域，一些只有管道连接相通的密封性腔体内部结构的检测，打开腔体再次密封操作麻烦费时，且操作可能存在一定的风险；而经相连管道进入的无损检测技术必然会带来较大的方便，但管道的尺寸相较于腔体较小，需要设计一种灵活可变的超声探头，以适应不同尺寸的管道情况。且在工业领域中，某些特殊环境，如具有辐射、有毒气体液体、易挥发性液体气体等有管路连接的密闭腔体内部环境的无损检测等，需要打开密闭装置的情况下，通过管道进入腔体内部实现检测，容易对维护人员的人身安全造成危害。因此，如何满足小尺寸环境的产生成像要求，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种超声换能器，以满足小尺寸环境的产生成像要求；本专利技术还提供了一种超声换能设备。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超声换能器，包括沿长度方向顺序布置的多个超声换能器阵列模组，每个所述超声换能器阵列模组的背侧均架装有背衬块，和电联接多个所述超声换能器阵列模组的电联接结构；还包括布置于相邻的所述背衬块长度方向的两端，对所述超声换能器阵列模组沿所述背衬块宽度方向的折叠或张开进行驱动的变换驱动装置；位于所述背衬块长度方向两端的两个所述超声换能器阵列模组动作方向相反布置。优选地，在上述超声换能器中，所述电联接结构为压装于所述超声换能器阵列模组和所述背衬块之间，并折叠贴附于所述背衬块宽度方向两侧的柔性电路板；所述柔性电路板位于所述背衬块折叠外侧设置为切割断开有展开侧壁，其位于所述背衬块的折叠内侧设置为切穿连接的连接侧壁。优选地，在上述超声换能器中，所述柔性电路板上还切割有位于所述超声换能器阵列模组宽度方向两侧，并沿所述超声换能器阵列模组长度方向伸出，对所述柔性线路板进行折叠指示的切割虚线。优选地，在上述超声换能器中，所述背衬块为吸声背衬材料制备的背衬块。优选地，在上述超声换能器中，所述超声换能器阵列模组包括沿其长度方向阵列布置的多个超声换能器阵元，以及填充于多个所述超声换能器阵元的切缝之间的环氧树脂；所述超声换能器阵列模组沿其长度方向的第一尺寸大于其宽度方向的第二尺寸；所述超声换能器阵列模组沿其长度方向的第一阵元数量大于其宽度方向的第二阵元数量。优选地，在上述超声换能器中，所述第一阵元数量大于1个，所述第二阵元数量大于等于1个；所述第一尺寸和所述第二尺寸均小于70mm。优选地，在上述超声换能器中，所述超声换能器阵元为1-3型压电复合材料制备的超声换能器阵元。优选地，在上述超声换能器中，所述超声换能器阵元为单晶压电材料制备的超声换能器阵元。优选地，在上述超声换能器中，所述超声换能器阵元为多晶压电材料制备的超声换能器阵元。优选地，在上述超声换能器中，所述环氧树脂占所述超声换能器阵列模组的平面面积为35％～65％。优选地，在上述超声换能器中，所述变换驱动装置内嵌于所述背衬块中。优选地，在上述超声换能器中，所述变换驱动装置为铰链驱动装置、扭簧驱动装置、气压驱动装置、液压驱动装置、拉线驱动装置、磁力驱动装置、静电力驱动装置或马达机械驱动装置中的一种或者多种的组合。优选地，在上述超声换能器中，所述变换驱动装置包括架装于相邻两个所述超声换能器阵列模组背侧的背衬块上的合页，和依次穿过多个所述超声换能器阵列模组的背衬块中部的牵引线，每个所述背衬块上均开设有贯穿其宽度方向的牵引线穿孔；所述牵引线贴附于所述超声换能器阵列模组的折叠内侧，所述合页内布置有回复方向沿所述超声换能器阵列模组张开宽度方向布置的复位弹簧。优选地，在上述超声换能器中，所述牵引线穿孔的开孔方向沿所述牵引线的伸出方向倾斜布置。优选地，在上述超声换能器中，所述牵引线穿孔的开孔方向与所述背衬块的厚度方向的夹角不大于30°。优选地，在上述超声换能器中，所述牵引线穿孔的开孔出口与所述背衬块宽度方向的表面之间圆滑过渡。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括沿长度方向顺序布置的多个超声换能器阵列模组，每个所述超声换能器阵列模组的背侧均架装有背衬块，和电联接多个所述超声换能器阵列模组的电联接结构；/n还包括布置于相邻的所述背衬块长度方向的两端，对所述超声换能器阵列模组沿所述背衬块宽度方向的折叠或张开进行驱动的变换驱动装置；/n位于所述背衬块长度方向两端的两个所述超声换能器阵列模组动作方向相反布置。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括沿长度方向顺序布置的多个超声换能器阵列模组，每个所述超声换能器阵列模组的背侧均架装有背衬块，和电联接多个所述超声换能器阵列模组的电联接结构；
还包括布置于相邻的所述背衬块长度方向的两端，对所述超声换能器阵列模组沿所述背衬块宽度方向的折叠或张开进行驱动的变换驱动装置；
位于所述背衬块长度方向两端的两个所述超声换能器阵列模组动作方向相反布置。


2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述电联接结构为压装于所述超声换能器阵列模组和所述背衬块之间，并折叠贴附于所述背衬块宽度方向两侧的柔性电路板；
所述柔性电路板位于所述背衬块折叠外侧设置为切割断开有展开侧壁，其位于所述背衬块的折叠内侧设置为切穿连接的连接侧壁。


3.根据权利要求2所述的超声换能器，其特征在于，所述柔性电路板上还切割有位于所述超声换能器阵列模组宽度方向两侧，并沿所述超声换能器阵列模组长度方向伸出，对所述柔性线路板进行折叠指示的切割虚线。


4.根据权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，所述背衬块为吸声背衬材料制备的背衬块。


5.根据权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器阵列模组包括沿其长度方向阵列布置的多个超声换能器阵元，以及填充于多个所述超声换能器阵元的切缝之间的环氧树脂；
所述超声换能器阵列模组沿其长度方向的第一尺寸大于其宽度方向的第二尺寸；
所述超声换能器阵列模组沿其长度方向的第一阵元数量大于其宽度方向的第二阵元数量。


6.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述第一阵元数量大于1个，所述第二阵元数量大于等于1个；所述第一尺寸和所述第二尺寸均小于70mm。


7.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器阵元为1-3型压电复合材料制备的超声换能器阵元。


8.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器阵元为单晶压电材料制备的超声换能器阵元。


9.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器阵元为多晶压电材料制备的超声换能器阵元。


10.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述环氧树脂占所述超声换能器阵列模组的平面面积为35％～65％。


11.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述变换驱动装置内嵌于所述背衬块中。


12.根据权利要求11所述的超声换能器，其特征在于，所述变换驱动装置为铰链驱动装置、扭簧驱动装置、气压驱动装置、液压驱动装置、拉线驱动装置、磁力驱动装置、静电力驱动装置或马达机械驱动装置中的一种或者多种的组合。


13.根据权利要求12所述的超声换能器，其特征在于，所述变换驱动装置包括架装于相邻两个所述超声换能器阵列模组背侧的背衬块上的合页，和依次穿过多个所述超声换能器阵列模组的背衬块中部的牵引线，每个所述背衬块上均开设有贯穿其宽度方向的牵引线穿孔；
所述牵引线贴附于所述超声换能器阵列模组的折叠内侧，所述合页内布置有回复方向沿所述超声换能器阵列模组张开宽度方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马腾，刘项力，郑海荣，黄继卿，李永川，王丛知，刘佳妹，杨晔，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44