CN105030274B - 超音波探头 - Google Patents

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本发明提供一种超音波探头，能够避免因声透镜使用硫化硅橡胶材料所产生的高衰减问题，该超音波探头包括：匹配元件、背后层、压电元件以及驱动器；该压电元件设于该匹配元件与该背后层之间；该驱动器产生编码波形并输入至该压电元件，使该压电元件沿该压电元件的短轴输出聚焦音波场。

Description

超音波探头
技术领域
本发明是有关于一种超音波探头，且特别是有关于一种可产生聚焦音波场的超音波探头。
背景技术
一般的超音波探头在短轴的聚焦是采用声透镜(acoustic lens)完成聚焦，以探测待测物组织。声透镜一般使用硫化硅橡胶(RTV)材料。然而，此类材质具有高衰减问题。因此，亟需提出一种新的短轴聚焦方案。
发明内容
本发明提出一种超音波探头，能够避免因声透镜使用硫化硅橡胶材料所产生的高衰减问题。
第一方面，本发明提供一种超音波探头，包括：匹配元件、背后层、压电元件以及驱动器；该压电元件设于该匹配元件与该背后层之间；该驱动器产生编码波形并输入至该压电元件，使该压电元件沿该压电元件的短轴输出聚焦音波场。
较佳的，该压电元件包括边缘部及中间部，该压电元件的厚度从该边缘部往该中间部的方向递减。
较佳的，该编码波形包括高频波形及低频波形，该编码波形的时序变化是从该低频波形至该高频波形。
较佳的，该匹配元件上未设置任何声透镜。
较佳的，该聚焦音波场具有聚焦点，该聚焦点的位置依据该编码波形的不同而变。
较佳的，该编码波形是可调整的，该压电元件依据该编码波形的调整而输出对应改变的聚焦音波场。
第二方面，本发明提供一种本发明提供一种超音波探头，包括：匹配元件、背后层、压电元件以及驱动器；该压电元件设于该匹配元件与该背后层之间且沿短轴具有变化的厚度；该驱动器产生可调整的编码波形并输入至该压电元件，以使该压电元件依据该编码波形的调整与该压电元件的该厚度而输出对应改变的聚焦音波场。
较佳的，该压电元件包括中间部及边缘部，该中间部的沿该短轴的厚度薄于该边缘部的沿该短轴的厚度。
较佳的，该压电元件具有凹面及平面，该凹面与该平面相对。
较佳的，该编码波形包括低频波形及高频波形，该低频波形及该高频波形可调整。
较佳的，该编码波形包括高频波形及低频波形，该编码波形的时序变化是从该低频波形至该高频波形。
较佳的，包括多个该压电元件，该多个该压电元件沿长轴方向排列，各该压电元件的该厚度沿短轴方向变化，而该聚焦音波场往探测方向发射，该探测方向垂直于该长轴方向与该短轴方向。
较佳的，该压电元件具有凹面，该凹面背向探测方向。
较佳的，该压电元件具有凹面，该背后层具有与该凹面相吻合的凸面。
较佳的，该压电元件包括边缘部及中间部，该压电元件的厚度从该边缘部往该中间部的方向递减。
第三方向，本发明提供一种超音波探头，包括：匹配元件、背后层、压电元件以及驱动器；该压电元件设于该匹配元件与该背后层之间；该匹配元件上未设置任何声透镜，且该驱动器产生编码波形并输入至该压电元件，使该压电元件沿该压电元件的短轴输出聚焦音波场。
较佳的，该压电元件包括中间部及边缘部，该中间部的沿该短轴的厚度薄于该边缘部的沿该短轴的厚度。
较佳的，该编码波形包括高频波形及低频波形，该波形讯号的时序变化是从该低频波形至该高频波形。
与现有技术相比，本发明提供的超音波探头，可依据编码波形的设计及/或压电元件的厚度设计而沿短轴输出对应改变的聚焦音波场，因此可省略传统声透镜，即匹配元件可不设有任何声透镜，因此，能够避免因声透镜使用硫化硅橡胶材料所产生的高衰减问题。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的超音波探头的分解图；
图2绘示图1所示的超音波探头的组合图；
图3绘示依照本发明一实施例的编码波形的波形图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参照图1至图3，图1绘示依照本发明一实施例的超音波探头100的分解图，图2绘示图1所示的超音波探头100的组合图，而图3绘示依照本发明一实施例的编码波形P1的波形图。
超音波探头100包括多个匹配元件(matching layer)110、背后层(backinglayer)120、多个压电元件130及驱动器140。
压电元件130具有凹面130s1及平面130s2，凹面130s1与平面130s2相对。凹面103s1可以是曲面、平面或其组合，其中曲面例如是圆形曲面、椭圆曲面或其它几何形态的曲面。平面130s2面向探测方向(本实施例以+Z轴向为例)，即朝向待测物10的方向，而凹面130s1背向探测方向(如-Z轴向)。背后层120具有与压电元件130的凹面130s1相吻合的凸面120s1。
压电元件130设于匹配元件110与背后层120之间。各压电元件130具有边缘部131及中间部132。
驱动器140可产生编码波形P1并输入至压电元件130，使压电元件130沿压电元件130的短轴S1输出聚焦音波场W1(如图2所示)。本文的短轴S1方向例如是从边缘部131往中间部132的方向。短轴S1实质上垂直于长轴S2，长轴S2例如是多个压电元件130的排列方向。超音波探头100可通过聚焦音波场W1探测待测物10的特性。待测物10例如是生物体组织(如人体或动物)或非生物体组织。
此外，压电元件130的厚度t沿压电元件的短轴S1是可变化的，以产生对应的聚焦音波场W1。也就是说，聚焦音波场W1会依据压电元件130的厚度t沿短轴S1的不同设计而有不同的场形，使不同的聚焦音波场W1可探测不同部位或种类的组织。此外，如图2所示，聚焦音波场W1具有聚焦点W11，聚焦点W11的位置也可依据压电元件130的厚度t沿短轴S1的变化而变。
如图1所示，中间部132的沿短轴S1的厚度t2薄于边缘部131的沿短轴S1的厚度t1。例如，压电元件130的厚度t从边缘部131往中间部132的方向递减。如图3所示，编码波形P1包括高频波形P11及低频波形P12，其中编码波形P1的时序变化是从低频波形P12至高频波形P11，也就是说，输入至压电元件130的时间顺序是低频波形P12→高频波形P11。相较于高频讯号，低频讯号进入压电元件130后，会与压电元件130上相较而言较厚部分共振而向外传递，而高频讯号进入压电元件130后，会与压电元件130上相较而言较薄部分共振而向外传递，藉此产生聚焦音波场W1。
举例来说，如图2所示，因为低频波形P12的时序先于高频波形P11，因此编码波形P1的低频波形P12会先进入压电元件130，并与厚度较厚的边缘部131共振而先往+Z轴向传递，而编码波形P1的高频波形P11后进入压电元件130，并与厚度较薄的中间部132共振而后往+Z轴向传递。在讯号往压电元件130的外传递时序上，厚度较厚的边缘部131先有低频波形P12向外传递，随后厚度较厚的边缘部131才有高频波形P11向外传递，因此可产生聚焦型的音波场W1。此处的Z轴大致上垂直于短轴S1与长轴S2，且Z轴方向为指向待测物10的探测方向。
此外，编码波形P1是可调整的，使压电元件130可依据编码波形P1的调整而输出对应改变的聚焦音波场W1。聚焦音波场W1的场形及/或聚焦音波场W1的位置可依据编码波形P1的调整而变。详细来说，当高频波形P11及/或低频波形P12的频率、振幅及/或周期改变时，聚焦音波场W1的场形及/或聚焦点W11的位置也随之改变，如沿Z轴方向相对压电元件130变远或变近。
一实施例中，编码波形P1可以是啾声编码波形(Chirp)、吠声编码波形(Barker)或格雷编码波形(Golay)。编码波形P1也可以由下式(1)表示。式(1)中，表示高斯函数，f1表示低频讯号频率，f2表示高频讯号频率，而T表示讯号周期。
由于压电元件130可依据编码波形P1的设计及/或压电元件130的厚度设计而沿短轴S1输出对应改变的聚焦音波场W1，因此可省略传统声透镜，即匹配元件110上可不设有任何声透镜。也就是说，本发明实施例的超音波探头100可以是无声透镜的超音波探头。因此，能够避免因声透镜使用硫化硅橡胶材料所产生的高衰减问题。
综上可知，压电元件130可依据编码波形P1的设计及/或压电元件130的厚度设计而输出对应改变的聚焦音波场W1，可探测不同种类的组织。由于聚焦音波场W1沿短轴S1输出，因此本发明实施例的超音波探头100可选择性地省略传统的声透镜。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种超音波探头，其特征在于，包括：
匹配元件；
背后层；
压电元件，设于该匹配元件与该背后层之间；以及
驱动器；
其中，该驱动器产生编码波形并输入至该压电元件，使该压电元件沿该压电元件的短轴输出聚焦音波场，该编码波形为连续编码波形；
其中，该压电元件包括边缘部及中间部，该压电元件的厚度从该边缘部往该中间部的方向递减；且该编码波形包括高频波形及低频波形，该编码波形的时序变化是从该低频波形至该高频波形；
其中，该压电元件具有凹面及平面，该凹面背向探测方向，该平面面向探测方向。
2.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该匹配元件上未设置任何声透镜。
3.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该聚焦音波场具有聚焦点，该聚焦点的位置依据该编码波形的不同而变。
4.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该编码波形是可调整的，该压电元件依据该编码波形的调整而输出对应改变的聚焦音波场。
5.一种超音波探头，其特征在于，包括：
匹配元件；
背后层；
压电元件，设于该匹配元件与该背后层之间，且该压电元件沿该压电元件的短轴具有变化的厚度；以及
驱动器；
其中，该驱动器产生可调整的编码波形并输入至该压电元件，以使该压电元件依据该编码波形的调整与该压电元件的该厚度而输出对应改变的聚焦音波场，该编码波形为连续编码波形；
其中，该压电元件包括边缘部及中间部，该压电元件的该厚度从该边缘部往该中间部的方向递减；且该编码波形包括高频波形及低频波形，该编码波形的时序变化是从该低频波形至该高频波形；
其中，该压电元件具有凹面及平面，该凹面背向探测方向，该平面面向探测方向。
6.如权利要求5所述的超音波探头，其特征在于，该编码波形包括低频波形及高频波形，该低频波形及该高频波形可调整。
7.如权利要求5所述的超音波探头，其特征在于，包括多个该压电元件，该多个该压电元件沿长轴方向排列，各该压电元件的该厚度沿短轴方向变化，而该聚焦音波场往探测方向发射，该探测方向垂直于该长轴方向与该短轴方向。
8.如权利要求5所述的超音波探头，其特征在于，该压电元件具有凹面，该背后层具有与该凹面相吻合的凸面。
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