柔性多普勒超声换能器、设计制作方法及多普勒超声设备

本发明属于医疗器械，具体涉及一种柔性多普勒超声换能器、制作方法及多普勒超声设备。

背景技术：

1、超声成像技术由于具有无创、无辐射和分辨率高等优势，在医学领域得到了广泛应用。工作中的超声阵列产生的超声信号透射人体表面，根据人体内病变组织与健康组织的声折射和反射性质的差异，接收回声的辐射强度、信号、延时及相位等信息，然后通过信号处理与显示，将声信号转化为可直观显示的人体内部结构图像，供医疗人员诊断与监测患者病情发展。其中，超声换能器的性能对成像质量有直接影响。

2、目前，现有超声换能器的超声阵列基本为刚性阵列，无法根据测量部位的形状与个体体型的差异对接触面形状进行调整，超声探头与检测部位间留有空隙，由于空气的声阻抗与人体和探头的声阻抗差距均较大，容易造成超声能量浪费，降低成像效率。此外，现有的超声换能器阵元较多，结构复杂，需要更多的电路连接与供电设备，增加了整体设备的复杂度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种柔性多普勒超声换能器、制作方法及多普勒超声设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提出了一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，包括：

3、选取压电阵元材料，并进行仿真计算，确定阵元尺寸；同时，根据待测目标确定其他设计参数；其中，其他设计参数包括阵元间距、多普勒角度、阵元夹角；

4、对所选阵元材料进行研磨与抛光，得到预设厚度的阵元原片；

5、在阵元原片的两面分别制作金属电极，得到具有金属电极的阵元原片；

6、将具有金属电极的阵元原片按照仿真得到的阵元尺寸切割成两个阵元，分别作为发射阵元和接收阵元；

7、基于其他设计参数，利用柔性衬底材料对两个阵元进行封装，以形成双阵元柔性多普勒超声换能器。

8、在本发明的一个实施例中，对所选阵元材料进行研磨与抛光，得到预设厚度的阵元原片，具体包括：

9、将阵元材料用石蜡粘黏在玻片上，随后用不同目数的砂纸分别进行研磨与抛光，以使阵元材料的厚度达到预设厚度。

10、在本发明的一个实施例中，在阵元原片的两面分别制作金属电极之前，还包括：

11、利用氩气与氧气对阵元原片进行表面微处理，以将其表面清理干净；其中，氩气与氧气的气流占比均为50％。

12、在本发明的一个实施例中，在制作完金属电极之后，并在进行阵元原片切割之前，还包括：

13、在金属电极上制作背衬。

14、在本发明的一个实施例中，柔性衬底材料为pdms。

15、在本发明的一个实施例中，基于其他设计参数，利用柔性衬底材料对两个阵元进行封装，具体包括：

16、将两个阵元插入模具上的预设槽位中，并使用硬连接物连接两个阵元，以使两个阵元之间的位置与角度固定；其中，模具为根据其他设计参数预先制作的；

17、在两个阵元表面涂覆导电胶，以将两个阵元的上表面与导线连接起来；

18、采用pdms对连接起来的两个阵元进行浇灌封装，固化后形成柔性多普勒超声换能器。

19、在本发明的一个实施例中，基于其他设计参数，利用柔性衬底材料对两个阵元进行封装，具体包括：

20、在两个阵元的第一表面涂覆导电胶，以将阵元的第一表面与导线连接起来；

21、将连接有导线的两个阵元插入模具上的预设槽位中，并浇灌pdms，以将两个阵元的位置固定，同时完成对两个阵元第一表面的封装；其中，模具为根据其他设计参数预先制作的；

22、将连接好的两个阵元从模具上取下，在两个阵元的第二表面连接导线，并利用pdms进行封装，固化后形成柔性多普勒超声换能器。

23、在本发明的一个实施例中，基于其他设计参数，利用柔性衬底材料对两个阵元进行封装，具体包括：

24、在预先制备好的模具槽位中灌入环氧，并进行固化，以获得具备斜面角度的硬环氧块；其中，斜面角度与阵元夹角相同；

25、在两个阵元表面涂覆导电胶，以将两个阵元的表面与导线连接起来；

26、将硬环氧块取出，并粘接在阵元的正面，以固定阵元的角度；

27、将粘接有硬环氧块的两个阵元插入模具中的空位，并浇灌pdms进行封装，固化后形成柔性多普勒超声换能器。

28、第二方面，本发明提出了一种柔性多普勒超声换能器，包括结构相同的两个阵元，分别作为发射阵元和接收阵元，每个阵元均包括一层压电阵元材料，压电阵元材料的上下表面均有一层金属电极；两个阵元按照一定的角度和间距封装在柔性衬底材料中，并通过导线引出；

29、其中，柔性多普勒超声换能器采用本发明第一方面提出的方法制作得到。

30、第三方面，本发明提出了一种多普勒超声设备，包括柔性多普勒超声换能器和柔性电路，柔性多普勒超声换能器包括本发明第二方面提出的柔性多普勒超声换能器。

31、本发明的有益效果：

32、1、本发明基于多普勒定理与超声换能器设计原则提出了一种柔性多普勒超声换能器及其制备方法，该换能器使用柔性材料作为衬底对两个阵元进行封装，形成了双阵元柔性多普勒超声换能器；该超声换能器可以针对待测目标进行柔性形变，对人体亲和性好，减小了超声探头与检测部位间的空隙，降低了超声能量浪费，提高了成像效率；

33、2、本发明设计的柔性多普勒超声换能器阵元结构简单，体积小，便于受检者携带，且可为其外接柔性电路，并将柔性电路也封装入衬底，不需要复杂的供电设备，轻量化了超声设备整体的结构，能够供受检者在穿戴情况下的持续检测。

34、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，对所选阵元材料进行研磨与抛光，得到预设厚度的阵元原片，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，在所述阵元原片的两面分别制作金属电极之前，还包括：

4.根据权利要求1所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，在制作完金属电极之后，并在进行阵元原片切割之前，还包括：

5.根据权利要求1所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，所述柔性衬底材料为pdms。

6.根据权利要求5所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，基于所述其他设计参数，利用柔性衬底材料对所述两个阵元进行封装，具体包括：

7.根据权利要求5所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，基于所述其他设计参数，利用柔性衬底材料对所述两个阵元进行封装，具体包括：

8.根据权利要求5所述的一种柔性多普勒超声换能器的设计制作方法，其特征在于，基于所述其他设计参数，利用柔性衬底材料对所述两个阵元进行封装，具体包括：

9.一种柔性多普勒超声换能器，其特征在于，包括结构相同的两个阵元，分别作为发射阵元和接收阵元，每个阵元均包括一层压电阵元材料，所述压电阵元材料的上下表面均有一层金属电极；所述两个阵元按照一定的角度和间距封装在柔性衬底材料中，并通过导线引出；

10.一种多普勒超声设备，其特征在于，包括柔性多普勒超声换能器和柔性电路，所述柔性多普勒超声换能器包括权利要求9所述的柔性多普勒超声换能器。

技术总结
本发明公开了一种柔性多普勒超声换能器、设计制作方法及多普勒超声设备，该设计制作方法包括：选取压电阵元材料，并进行仿真计算，确定阵元尺寸；同时，根据待测目标确定其他设计参数；对所选阵元材料进行研磨与抛光，得到预设厚度的阵元原片；在阵元原片的两面分别制作金属电极，得到具有金属电极的阵元原片；将具有金属电极的阵元原片按照仿真得到的阵元尺寸切割成两个阵元，分别作为发射阵元和接收阵元；基于其他设计参数，利用柔性衬底材料对两个阵元进行封装，以形成双阵元柔性多普勒超声换能器。该超声换能器可以针对待测目标进行柔性形变，对人体亲和性好，减小了超声探头与检测部位间的空隙，降低了超声能量浪费，提高了成像效率。

技术研发人员：费春龙,全熠,薛徐诚
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20