超声波换能器制造技术

本发明专利技术描述一种声学成像系统。一个优选的系统包括构造成与换能器主体匹配的保护盖。该换能器包括由多个可控的个体换能器单元组成的一个两维换能器单元矩阵阵列。保护盖叠置在两维换能器单元矩阵阵列上面及可透过入射的声能。最好保护盖构型成可减小病人的不舒适及对超声仪操作者重复移动的伤害。另一实施例包括成型的两维换能器单元矩阵阵列。本发明专利技术还提供了改善声学成像的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请总地涉及声学成像。更具体地，本申请涉及使用具有两维换能器单元阵列的换能器的超声波成像系统及方法。
技术介绍
超声波成像系统已在许多医学科目中成为重要的诊断工具。超声波成像系统的一个很大优点是实时扫描。例如，一个超声波成像系统能如此快地产生图象，以致超声仪操作者可实时地、交互地及视觉反馈地扫描出内部器官或识别出体内的运动，例如血流。这允许超声仪操作者检查所感兴趣的组织和实时地修改检查，由此改善诊断质量及受检病人数量。除实时、交互及视觉反馈的优点外，超声仪操作者还关心系统的分辨率。在一个超声波成像系统中，系统的分辨率依赖于系统的聚焦能力。该聚焦能力又依赖于与超声波成像系统相连接的探头中的换能器单元阵列的有效孔径。当前对于实时超声波成像系统使用两种类型的换能器阵列单元的布置。一种布置包括单个换能器单元或换能器单元的环形阵列。使用该换能器阵列单元布置的超声波成像系统依赖于探头的机械运动，以使声波束在感兴趣的区域上扫描。第二种换能器阵列单元的布置包括由电子电路激励的换能器单元阵列，电子电路在换能器单元的声波输出中产生电子感生的延时。这些延时引起适当的相延迟，该相延迟将使换能器单元阵列产生的声波束被控制和/或被聚焦。产生用于换能器阵列单元的发送脉冲的电子电路与接收发送脉冲的换能器阵列单元之间的连接被称为波束形成通道。换能器单元阵列产生的声波束的电子控制和/或聚焦是基于一个波束形成通道接一个波束形成通道地由电子延时发送脉冲获得的，以形成一个具有可变厚度的有效保护盖。由于一些限制(a)连接超声波探头与处理系统的电缆的尺寸及复杂性，及(b)在价格合理的超声波系统中可获得的波束形成通道的数目，电子聚焦被限制在横向(平行于成像面的方向)上。在竖直方向(垂直于成像面的方向)上的聚焦是由在探头面上放置固定曲度的机械透镜来实现的。传统的竖直聚焦的改进是通过改变探头孔径和/或机械透镜的性能来实现的。虽然改变频率可改变聚焦深度(高频率产生比低频率深的聚焦)是已知的，但改变频率来改变聚焦深度不被视为是有利的，因为频率愈高相对低频来说在组织中的衰减愈快。因此，为了改变换能器单元阵列的竖直聚焦，已知的是，必需改变竖直孔径和/或改变与换能器单元阵列相关的透镜的有效曲率。例如，在成像一个深处的器官时，透镜必需具有大的孔径及适度的曲率，在成像一个转浅的器官时，透镜必需具有较小的孔径及较小曲率。众知，在超声波探头中的换能器阵列单元可被布置成一维(1-D)阵列，一个半维(1.5-D)阵列或两维(2-D)阵列(1-D换能器阵列单元的典型尺寸在横向上为0.5波长的量级及在竖直方向上为50波长的量级)。在1-D阵列中，换能器单元通常布置在横向上，在竖直方向上为单个单元排。传统的相线性阵列及弯曲阵列通常被视为1-D换能器单元阵列。在1.5D阵列中，换能器单元被安装在横向及竖向上，但控制及数据电连接围绕竖直中心对称地连接，以致由1.5D阵列产生的声波束仅可在横向上控制。在2-D阵列中，换能器单元被布置在横向及竖向上，并具有给布置在这两个方向上的换能器单元提供发送/接收控制及激励信号的电连接。由2-D阵列产生的声波束可在两维上控制及聚焦。2-D阵列超声波探头的例子可在美国专利US 5,186,175中看到。2-D阵列成像的优点是众所周知的。例如，这样的优点包括在两(2)维上(即在横向及竖向上)电子控制的能力，由于竖直聚焦的改善提高了分辨率，及通过传播速度的精细比较改善了相位偏差的校正。与2-D换能器相关的灵活性及改进分辨率取消了机械地聚焦声波束的成型声学透镜的需要。但是，换能器单元仍需要被保护。因此，2-D换能器的面由相对平的透声材料层构成。超声仪操作者可通过将超声波换能器正确定位在身体上来获得体内一个区域的图象。为了获得具有诊断价值的图象，超声仪操作者必需通过相对病人滑动、转动和/或倾斜探头来操作探头的位置。一个平的换能器表面-如在2-D换能器中所使用的-将使图象质量变差，因为它与病人身体组织的接触比具有曲面的换能器差。尤其是，平的换能器表面引起寄生反射及阻挡部分声波孔径。与平表面构型的换能器有关的另一缺点是，这样的换能器具有锐利边缘，它将使病人感到不舒适，或换能器具有过宽的覆盖面以允许形成圆角边缘。具有过宽覆盖面构型的换能器还削弱了换能器表面与病人身体之间的接触，这将引起超声仪操作者沿换能器纵轴施加更大的压力，以图改善换能器表面与病人身体之间的接触。超声仪操作者施加的压力的增加将产生病人的不适，及重复地移动会伤及超声仪操作者。在换能器表面与病人身体之间保持适当接触特别有问题的区域是肋间心脏及胸部成像。通常，对于这类应用，换能器壳体包含的2-D换能器单元阵列选择用改善竖直聚焦来预期地增强分辨率。因此，需要一种改善的换能器，它能克服与传统换能器相关的这些和/或其它的缺点。
技术实现思路
改善的超声波换能器的实施例可作为提供声学成像的系统。在一个优选实施例中，该系统包括一个设计用于与换能器主体匹配的成型保护盖。保护盖至少部分地由具有这样声学特性的材料构成它使通过该材料到待成像客体中的超声波能量改变方向。该成型保护盖使病人感到舒适、增大了声窗及减小重复移动伤及超声仪操作者的发生率。由改善的换能器构成的超声波成像系统对穿过保护盖的声能进行电子聚焦。本专利技术的其它实施例可作为提供譬如对病人声学成像的方法。一个优选的方法包括以下步骤(1)设置一个换能器，该换能器具有至少部分地由声学聚焦材料作成的成型保护盖；(2)从保护盖传播声波；(3)接收从待成像体内组织反射回的声波；(4)将所述接收声波转换成电信号；及(5)处理所述电信号以产生图象。本领域的普通技术人员基于对以下附图及详细说明的考察将会明白改善的超声波换能器的其它系统、方法及特征。因此力图使所有这些附加系统、方法及特征被包括在本说明内，在该改善的超声波换能器的范围内及受附设的权利要求书的保护。附图说明参考以下附图可更好地理解该改进的超声波换能器。附图中的部件不必要按比例给出；而需强调的是它能对换能器的原理给出清楚的描绘。此外，在多个附图中相似的标号表示相应的部分。图1是表示将声能发送到相应客体中的传统1维换能器的概示图。图2是表示改进的超声波换能器及图象处理系统的概示图。图3是表示图象处理系统细节的图2中的改进的超声波换能器的概示图。图4是表示图2中改进的超声波换能器的换能器单元控制的概示图。图5A是表示图2中改进的超声波换能器的一个实施例的部分横截面侧视图。图5B是表示图2中改进的超声波换能器的另一实施例的侧视图。图6是描述图2中成像系统的优选功能的流程图。图7A是本专利技术另一实施例的平面图。图7B是表示图7A中保护盖的细节的概示图。图8A是改进的超声波换能器的另一实施例的平面图。图8B是表示图8 A中保护盖的细节的概示图。图9表示代表性的胸部成像过程期间改进的超声波换能器示范放置的概示图。图10表示用于成像一个目标物的工作在发送及接收方式的一个声束的概示图。图11表示用于成像多个目标物的工作在发送及接收方式的多个声束的概示图。图12表示图2的改进的换能器的保护盖与两维换能器单元阵列之间的空间关系的概示图。具体实施例方式用于超声波成像的传统1维(1-D)相控阵列换能器通常包括将由换能器发送来的声波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
声学成像系统，其包括：包括两维换能器单元矩阵阵列的换能器，该换能器具有构造成与换能器主体配合的保护盖，该保护盖叠置在两维换能器单元矩阵阵列上面，以使得入射到保护盖的声能被保护盖机械地引导及其中换能器单元矩阵阵列被保护盖及换能器主体包 围；及图象处理系统，它与换能器连接及设计成用于随时间对多个换能器单元提供多个互不等同的激励信号，以使得两维换能器单元矩阵阵列随时间产生声能及穿过保护盖发送声能，由此使穿过保护盖传送的声能被电子聚焦。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WJ奥斯曼，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]