【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声医学成像，尤其是涉及一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器及其制备方法。
技术介绍
1、甲状腺疾病，如甲状腺结节、甲状腺炎和功能异常等，在全球范围内的发病率逐年上升。传统甲状腺超声检查使用手持式探头，由专业医生操作，在医疗机构中完成，操作复杂且难以满足日常监测需求。
2、随着柔性电子技术和高性能超声换能器的发展，可穿戴式超声设备逐渐应用于医疗领域。这种设备通过柔性阵列超声换能器和动态波束控制技术，可以实现对浅表组织(如甲状腺)的实时成像与监测，为患者提供便携、高效的健康管理工具。
3、然而，现有可穿戴超声换能器仍存在以下问题：
4、1.由于大部分设备采用“纯柔性”设计方案，超声阵元通过柔性电路连接，各阵元的相对位置可能因贴片本身的弯曲或佩戴者的运动而发生偏移，导致成像结果的误差甚至失真；
5、2.成像分辨率不足，传统可穿戴设备多采用较低频率(<7mhz)，难以实现甲状腺的高分辨率成像；
6、3.缺乏针对甲状腺区域的优化设计，满足不了甲状腺诊断所要达到的横切上下40mm以上、纵切30mm以上的扫查宽度需求，不能实现标准化横切和纵切成像。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的分辨率不足、动态监测能力有限以及佩戴稳定性差等缺陷而提供一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器及其制备方法，通过结合柔性与刚性设计、动态波束控制和高密度阵列结构，显著提高了甲状腺区域的成像质量和诊断效率，
2、本专利技术提出了一种用于甲状腺定期标准化成像诊断的贴片式超声换能器，通过高密度的4×64至16×128的阵列设计、逐行扫描技术和柔性贴片设计，优化换能器的结构设计与制备方法，实现甲状腺区域的高分辨率成像与动态监测，同时解决了传统柔性贴片因阵元位置漂移而导致成像失真的问题。
3、本专利技术提供一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，贴片超声换能器为二维高密度阵列分布，阵元数范围为4×64至16×128之间，每个阵元均包括：外匹配层、内匹配层、压电振子、背衬，整列阵元通过柔性电路板fpc与背面共用电极进行导线连接；每个阵元均可单独激励，通过动态波束成形技术调整声束方向与焦点位置，实现甲状腺区域的横切、纵切和倾斜切面成像；
4、所述柔性电路板fpc的弯曲半径范围为10mm至50mm，适用于人体浅表组织的高分辨率成像，实现对甲状腺结节、边界、体积及其动态变化的精确监测。
5、进一步的，每个阵元尺寸为0.2mm×0.2mm；通过逐行和逐列激励，支持甲状腺区域45mm×35mm范围内的高分辨率横切与纵切成像。
6、进一步的，所述背衬材料为环氧树脂与金属粉的混合物，硅橡胶采用聚二甲基硅氧烷pdms。
7、进一步的，所述压电振子材料为锆钛酸铅pzt陶瓷或1-3型压电陶瓷复合材料。
8、进一步的，所述贴片超声换能器采用双层封装设计：外层封装采用生物相容性聚合物材料，增强设备的防水、防汗和耐用性；内层封装对阵元和电路连接处进行保护，确保长时间佩戴情况下的结构稳定性。
9、进一步的，外层封装为柔性封装层，具备10mm至50mm的弯曲半径适应能力，确保设备能够紧密贴合不同颈部曲率；内层封装为刚性基底层，为压电振子提供机械支撑，防止阵元位置偏移，提升成像稳定性。
10、进一步的，超声换能器通过动态波束成形实现±45°的波束扫描角度，并结合电子逐层扫描获取甲状腺多方向切面图像；成像深度覆盖7-8cm，适用于甲状腺的标准化动态监测。
11、进一步的，超声换能器能够长时间佩戴，能够通过无线或有线传输模块实现数据实时传输，满足日常动态监测和远程医疗需求。
12、本专利技术还提供一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器的制备方法，包括以下步骤：
13、s1：将压电振子正极通过导电银胶与共用电极连接导通；
14、s2：固定已连接共用电极的压电振子，在压电振子正电极面直接浇灌并固化背衬，以减少后向反射并优化声学性能；
15、s3：将带有背衬的压电振子的负极与柔性电路板上的导线连接，确保信号传输的稳定性；
16、s4：在压电振子负极面分别涂覆外匹配层、内匹配层，其中内匹配层采用氧化锆颗粒和环氧树脂混合物，内匹配层为生物相容性聚合物材料，用于优化声阻抗匹配；
17、s5：使用划片机对步骤s4制得的换能器进行阵元切割，形成精确的高密度阵列结构；
18、s6：重复步骤s1至s5，制备多个阵列模块，使用柔性电路将各阵列模块连接，使所有共用电极相互导通；
19、s7:采用生物相容性柔性聚合物封装，形成完整的可穿戴式超声换能器。
20、进一步的，所述内匹配层由环氧树脂和纳米级氧化锆混合物组成，声阻抗为4-11mrayl；背衬采用环氧树脂和金属粉混合物，声阻抗为6mrayl，优化了声能传导与回波信号强度。
21、本超声换能器可以同时对甲状腺区域进行标准化横切和纵切成像，获取多方向超声回波，为进一步分析甲状腺组织形态、结节大小、边界特征以及体积变化等诊断信息提供条件。
22、换能器能够在甲状腺的横切45mm和纵切35mm范围内采集多方向切面图像，同时结合逐行扫描技术，生成标准化的b模式灰度图，提高诊断的准确性。
23、本超声换能器可长时间佩戴于患者颈部，用于甲状腺结节筛查、术后恢复监测和动态趋势分析。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
25、(1)高分辨率成像：本专利技术具有二维高密度阵列设计，横向分辨率优于0.2mm，中心频率范围为7mhz至20mhz，可清晰呈现甲状腺结节的边界及动态变化。
26、(2)佩戴舒适性：柔性和刚性结合的结构，柔性封装设计适应颈部曲率，刚性结构提高阵列稳定性。
27、(3)多场景适用性：本专利技术具有动态波束控制技术，通过动态波束成形实现±45°的波束扫描角度，并结合电子逐层扫描获取甲状腺多方向切面图像。成像深度覆盖7-8cm，适用于甲状腺的标准化动态监测，支持甲状腺区域的动态监测、术后随访及早期筛查，也可扩展应用于其他浅表组织(如乳腺、颈动脉)的成像。
28、(4)便携化：换能器支持长时间佩戴，通过无线或有线传输模块实现数据实时传输，满足日常动态监测和远程医疗需求。
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1.一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，贴片超声换能器(1)为二维高密度阵列分布，阵元数范围为4×64至16×128之间，每个阵元均包括：外匹配层(3)、内匹配层(4)、压电振子(5)、背衬(6)，整列阵元通过柔性电路板FPC与背面共用电极进行导线连接；每个阵元均可单独激励，通过动态波束成形技术调整声束方向与焦点位置，实现甲状腺区域的横切、纵切和倾斜切面成像；
2.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，每个阵元尺寸为0.2mm×0.2mm；通过逐行和逐列激励，支持甲状腺区域45mm×35mm范围内的高分辨率横切与纵切成像。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，所述背衬(6)材料为环氧树脂与金属粉的混合物，硅橡胶采用聚二甲基硅氧烷PDMS。
4.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，所述压电振子(5)材料为锆钛酸铅PZT陶瓷或1-3型压电陶瓷复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能
6.根据权利要求5所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，外层封装为柔性封装层，具备10mm至50mm的弯曲半径适应能力，确保设备能够紧密贴合不同颈部曲率；内层封装为刚性基底层，为压电振子提供机械支撑，防止阵元位置偏移，提升成像稳定性。
7.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，超声换能器通过动态波束成形实现±45°的波束扫描角度，并结合电子逐层扫描获取甲状腺多方向切面图像；成像深度覆盖7-8cm，适用于甲状腺的标准化动态监测。
8.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，超声换能器，能够通过无线或有线传输模块实现数据实时传输，满足日常动态监测和远程医疗需求。
9.一种如权利要求1-8任一所述的用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器的制备方法，其特征在于，所述内匹配层(4)由环氧树脂和纳米级氧化锆混合物组成，声阻抗为4-11MRayl；背衬(6)采用环氧树脂和金属粉混合物，声阻抗为6MRayl，优化了声能传导与回波信号强度。
...【技术特征摘要】
1.一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，贴片超声换能器(1)为二维高密度阵列分布，阵元数范围为4×64至16×128之间，每个阵元均包括：外匹配层(3)、内匹配层(4)、压电振子(5)、背衬(6)，整列阵元通过柔性电路板fpc与背面共用电极进行导线连接；每个阵元均可单独激励，通过动态波束成形技术调整声束方向与焦点位置，实现甲状腺区域的横切、纵切和倾斜切面成像；
2.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，每个阵元尺寸为0.2mm×0.2mm；通过逐行和逐列激励，支持甲状腺区域45mm×35mm范围内的高分辨率横切与纵切成像。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，所述背衬(6)材料为环氧树脂与金属粉的混合物，硅橡胶采用聚二甲基硅氧烷pdms。
4.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，所述压电振子(5)材料为锆钛酸铅pzt陶瓷或1-3型压电陶瓷复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺成像诊断的贴片超声换能器，其特征在于，所述贴片超声换能器(1)采用双层封装设计：外层封装采用生物相容性聚合物材料，增强设备的防水、防汗和耐用性；内层封装对阵元和电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓兵，徐智阳，赵佳琦，潘海林，郭芳琪，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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