一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器的制作方法

本发明涉及超声换能器，特别涉及一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器。

背景技术：

1、电子扫描超声诊断仪本质上是在一定扫描切面，发射超声波束到人体中，并接收人体组织反射超声波，进行处理显示成像的医用设备。切面大小，对图像质量有很大影响。应用要求切面均匀和窄，但实际上是不均匀的。阵列扫描方向一般采用电子聚焦办法，采用多通道脉冲电路，配以多阵元高密度探头，产生非常细小的发射超声波束，沿着换能器阵列的排列方向，以一定扫描方式完成。电子扫描方向这里称之为横向扫描方向。换能器阵列纵向，即垂直于横向扫描方向，其聚焦一般采用晶片本身高度大小和聚焦件来实施，也有采用换能元件形状，如凹面等等其他办法来实施这个聚焦。纵向聚焦效果在超声诊断仪产品标准上用切片厚度来定义。一般来说，切片厚度在不同探测距离是不同，声焦点处窄，远离焦点宽。理想的纵向聚焦应该适当窄而均匀，即有很长的焦深。尤其是在3d探头应用，这个影响会很大。近来，也有采用电子聚焦办法，高度方向也进行控制和电子聚焦。但这个方法，控制非常复杂，换能器制作工艺繁复，成本太大。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，纵向聚焦是采用不同背衬和匹配材料，达到换能器纵向振速按一定形状分布，依据振动原理，其合成波束特性与位移振幅分布有关，合适位移分布可以改善了纵向聚焦效果，结合其他聚焦方法，实现了长距离纵向聚焦。数据计算显示其聚焦水平有较大提高。采用这个控制振速方法，可以实现需要的波束特性。如果纵向振速按高斯分布，达到整个声场内恒定切片厚度要求。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，包括由下至上依次分布的背衬层、压电层、匹配层和外层，所述压电层分别与所述背衬层和所述匹配层之间采用精准胶合的方式连接，通过对所述压电层和所述匹配层进行纵向划片分割小方块，形成若干阵元；

4、所述背衬层由纵向线性布设的多层可变背衬复合材料组成；所述压电层由纵向线性布设的多层压电复合材料组成；所述匹配层由纵向线性布设的多层可变匹配复合材料组成。

5、优选的，所述压电层采用2-2或1-3型压电复合材料，所述匹配层采用2-2型匹配复合材料，所述背衬层采用2-2型背衬复合材料。

6、优选的，所述压电层的高度一般为4mm以上。

7、优选的，所述匹配层复合材料的主体材料采用环氧材料，还掺杂有不同高密度的混合纳米颗粒。

8、优选的，所述匹配层的复合材料制备方法如下：将低粘度环氧材料与高密度纳米材料混合，用搅拌器搅拌均匀，中温固化；在一定混合比例内，此复合材料纵波声速基本不变，但密度可变，复合材料密度随纳米材料占比升高而升高。

9、优选的，所述匹配层的加工方法如下：

10、按所述匹配层的复合材料制备方法制备得到的材料加工成薄片，磨削加工；其厚度尺寸同2-2型压电复合材料中压电尺寸相同；用此方法制作一系列密度不同声速相近的薄片材料；

11、将此材料胶合，控制胶合尺寸与2-2型压电复合材料中聚合物宽度一样，按1/4匹配层厚度进行磨削，磨削到位就形成了复合匹配层，其声阻抗率按一定排列的匹配层形成。

12、本发明具有以下有益效果：

13、对医用超声阵列换能器来说，横向扫描方向用多阵元电子控制波束形成方法，实现很窄超声波束，通过可变孔径，全程动态聚焦办法，来提高人体组织检测的质量水平。但纵向聚焦不同，即使整个发射系统包括探头都能有很大带宽，覆盖应用人体组织细胞，但常规探头尺寸固定，系统切片厚度无法保证均匀窄小，如采用纵向电子控制，类似于面阵阵元控制方法，非常复杂，成本昂贵，因此采用传统方法，很难实现长距离纵向聚焦。用本发明方法，核心是控制匹配层和背衬材料参数，达到纵向灵敏度或换能器位移一定分布，实现纵向自聚焦，方法简单，制作成本不大，结合常规聚焦办法，有效控制了切片厚度，大大提高纵向聚焦焦深长度，可应用于常规压电及其复合材料应用超声阵列换能器，其效果不言而喻。

技术特征：

1.一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，包括由下至上依次分布的背衬层、压电层、匹配层和外层，所述压电层分别与所述背衬层和所述匹配层之间采用精准胶合的方式连接，通过对所述压电层和所述匹配层进行纵向划片分割小方块，形成若干阵元；

2.根据权利要求1所述的一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，所述压电层采用2-2或1-3型压电复合材料，所述匹配层采用2-2型匹配复合材料，所述背衬层采用2-2型背衬复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，所述压电层的高度为4mm以上。

4.根据权利要求1所述的一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，所述匹配层复合材料的主体材料采用环氧材料，还掺杂有不同密度的混合纳米颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，所述匹配层的复合材料制备方法如下：将低粘度环氧材料与高密度纳米材料混合，用搅拌器搅拌均匀，中温固化；在一定混合比例内，此复合材料纵波声速基本不变，但密度变化，复合材料密度随纳米材料占比升高而升高，其声阻抗率随纳米材料占比升高而升高。

6.根据权利要求5所述的一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，其特征在于，所述匹配层的加工方法如下：

技术总结
本发明涉及超声换能器技术领域，特别涉及一种自聚焦医用超声诊断阵列换能器，包括由下至上依次分布的背衬层、压电层、匹配层和外层，所述压电层分别与所述背衬层和所述匹配层之间采用精准胶合的方式连接，通过对所述压电层和所述匹配层进行纵向划片分割小方块，形成若干阵元；所述背衬层由纵向线性布设的多层不同声阻抗率的复合材料组成；所述压电层由纵向线性布设的压电复合材料组成；所述匹配层由纵向线性布设的不同声阻抗率复合材料组成。本发明核心是控制匹配层和背衬材料参数，达到纵向灵敏度一定分布，实现纵向自聚焦，改善了换能器纵向波束特性，方法简单，制作成本不大。

技术研发人员：王世伟,孙斌威,项四平,姚鹏
受保护的技术使用者：无锡海鹰电子医疗系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13