CN106824733A - 一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法 - Google Patents

一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法。该超声换能器包括:依次连接的背衬层、压电晶体层和匹配层，压电晶体层为复合单晶压材料，复合单晶压材料表面裹敷聚对二甲苯薄膜匹配层，匹配层的数量为单层或多层。该方法包括：制好导电的背衬，制作辐射面连接点，使用导电胶在换能器表面制作辐射面连接点，蒸镀聚对二甲苯薄膜，换能器辐射面被敷上一层不导电的薄膜，连接辐射面连接点与信号线。本发明改进了血管内超声成像超声换能器的性能，提高了血管内超声成像的图像分辨率，提高了图像的穿透深度。

Description

一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法
技术领域
本发明涉及超声换能器领域，特别涉及一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法。
背景技术
血管内超声(Intravascular Ultrasound，IVUS)成像是一种导管超声成像技术，用于诊断冠状动脉粥样硬化的疾病以及指导经皮介入冠状动脉支架手术。血管内超声是无创性的超声技术和微创性的导管技术相结合的一种新的诊断方法。血管内超声是利用导管技术将一个高频微型超声换能器导入冠状动脉血管腔内进行探测，得到血管壁各层横断面成像，以辅助临床医生对血管内病变进行诊断。
血管内超声成像系统包括三个主要部件：装有超声探头的血管内超声导管，回撤装置以及超声主机。血管内超声导管直接在血管内工作，是整个成像系统的核心部件，安装在超声导管远端的超声换能器的性能将直接影响成像质量，进而影响超声诊断仪的诊断效果。
目前临床上使用的血管内超声导管产品的设计主要有两类：机械旋转式和阵列式。机械旋转式设计通过导管内柔韧的驱动转轴旋转，驱动导管远端的单阵元超声换能器，以获取二维横断面图像。在机械旋转式的血管内超声导管系统内，换能器和导管鞘之间需要充满生理盐水，以获得最佳的声学耦合。目前商品化的机械旋转式的导管中心频率在40MHz左右。阵列式是由多个阵元(目前为止最多为64个)呈环型排列在导管顶端外周，通过电子开关的逐次连续激励，而获得血管横断面图像。其优点是没有旋转的部件，导丝通过中央腔，使用时不需要注射液体。由于制作高频阵列式换能器的工艺难度极高，目前临床产品的中心频率为20MHz或小于20MHz。
目前临床使用的血管内超声导管中选用的换能器，无论是机械旋转式的单阵元换能器，还是阵列式的多阵元换能器，均采用压电陶瓷制作，其声阻抗较高(30-40MRayl)，难以与血液声阻抗(1.5-1.8MRayl)很好的匹配从而达到优异的声学性能，以至于灵敏度未能得到优化。另一方面，陶瓷换能器的带宽较低，约40％，不能得到很好的图像分辨率。
压电陶瓷材料制作的IVUS换能器一般中心频率为40MHz，频率响应带宽在40％左右。该带宽较低，不能提供高分辨率的图像。使用单晶压电材料(PMN-PT，PZN-PT，PIN-PMN-PT)能将带宽提高到40-50％。附件一对比文件提出的使用刻蚀(DRIE)的方法制作出的单晶压电复合材料的换能器，带宽能提高到60％左右。
在使用换能器时，换能器发出声波射入血液并传播进入血管壁，声波在血管壁内反射，重新进入血液回到换能器，并被换能器接收，产生信号。血液的声阻抗较低，约为1.5-2MRayl。陶瓷和单晶这些压电材料的声阻抗在30-40MRayl。即使是声阻抗较低的单晶复合材料，其声阻抗也在20MRayl左右。若声波直接从这些压电材料射入声阻抗较低的血液，由于声阻抗差距较大，传播效率会受到影响。
例如，复合材料的声阻抗在20MRayl左右，将直接与水或者生理盐水接触(1.5MRayl)，声阻抗突变较大，将影响到声能量从换能器传播到水中的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法，在提升换能器的频率(提升到40MHz以上)和带宽(60％以上)的同时，对换能器的声阻抗进行优化，将声阻抗匹配到与血液相近的程度，从而优化灵敏度。在换能器制作的过程中，将parylene裹敷在压电材料上，而不是换能器的外壳上。裹敷了parylene的压电材料再装入换能器外壳，从而将parylene保护在外壳中，在换能器旋转时，不会被磨损。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种匹配层优化的超声换能器，包括:依次连接的背衬层、压电晶体层和匹配层，压电晶体层为复合单晶材料。
可选的，复合单晶压材料表面裹敷一层不导电的薄膜。
可选的，复合单晶压材料表面蒸镀聚对二甲苯薄膜。
可选的，匹配层的数量为多层。
可选的，还包括辐射面电极从聚对二甲苯薄膜引出。
一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，包括以下步骤：
制作导电的背衬；
制作辐射面连接点，使用导电胶在换能器表面制作辐射面连接点；
蒸镀聚对二甲苯薄膜，在换能器辐射面敷上一层不导电的薄膜；
连接辐射面连接点与信号线。
可选的，不导电的薄膜为对二甲苯薄膜。
可选的，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，削去辐射面连接点上镀层，再连接辐射面连接点与信号线。
可选的，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，削去导线连接位置上镀层，漏出辐射面，再涂导电胶连接辐射面连接点与信号线。
可选的，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，揭起一小部分上镀层，露出辐射面，再涂导电胶连接辐射面连接点与信号线。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的一种匹配层优化的超声换能器及其制造方法，改进了血管内超声成像超声换能器的性能，提高换能器的中心频率、频率响应带宽的同时能提高灵敏度。通过提升超声换能器的中心频率和频率响应带宽提高了血管内超声成像的图像分辨率。通过提高超声换能器的灵敏度能提高了图像的穿透深度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种匹配层优化的超声换能器的结构示意图；
图2为本发明一种匹配层优化的超声换能器制作方法的流程图；
图3为本发明一种匹配层优化的超声换能器实施例1的结构示意图；
图4为本发明一种匹配层优化的超声换能器实施例2的结构示意图；
图5为本发明一种匹配层优化的超声换能器实施例2的俯视图；
图6为本发明一种匹配层优化的超声换能器实施例3的结构示意图；
图中：30-超声换能器；31-背衬层；32-压电晶体层；33-匹配层；34-连接点；35-聚对二甲苯薄膜；36-导电胶点；37-导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种匹配层优化的超声换能器及制作方法，改进了血管内超声成像超声换能器的性能。通过提升超声换能器的中心频率和频率响应带宽提高了血管内超声成像的图像分辨率。通过提高超声换能器的灵敏度能提高了图像的穿透深度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种匹配层优化的超声换能器的结构示意图。如图1所示，该超声换能器，包括:依次连接的背衬层31、压电晶体层32和匹配层33，压电晶体层32为复合单晶压材料；复合单晶压材料表面裹敷聚对二甲苯薄膜；匹配层33的数量为多层。
图2为本发明一种匹配层优化的超声换能器制作方法的流程图。如图2所示，该方法，包括：
步骤S1：制好导电的背衬；
步骤S2：制作辐射面连接点，使用导电胶在换能器表面制作辐射面连接点；
步骤S3：蒸镀聚对二甲苯薄膜，换能器辐射面被敷上一层不导电的薄膜。
步骤S4：辐射面连接点与信号线连接。
实施例1：
一种匹配层优化的超声换能器，包括:依次连接的背衬层31、压电晶体层32和匹配层33，如图3所示，制作辐射面连结点。预先制作好导电的背衬31和导电的第一层匹配33，如果压电晶体32为复合材料，则不必制作匹配层33。使用导电胶在换能器表面制作连结点34。
蒸镀Parylene，第一步完成后进行Parylene蒸镀，蒸镀完成后。换能器辐射面将会敷上一层不导电的薄膜35，这层薄膜35作为换能器的第二层匹配，如压电晶体32为压电复合材料，则没有第一匹配层33，薄膜35为唯一的一层匹配。薄膜35需要设计为合适的厚度以让换能器30达到最理想的性能。
削去连结点上镀层，与信号线连结。将连结点34连同其表面附着的一部分镀层35一同削去，漏出与辐射面相连的导电胶连结点34。将导线37安置在露出的部分，在连接处涂导电胶点36。
实施例2：
一种匹配层优化的超声换能器，包括:依次连接的背衬层31、压电晶体层32和匹配层33，如图4、图5所示，换能器30，预先制作好导电的背衬31和导电的第一层匹配33，如果压电晶体32为复合材料，则不必制作匹配层33。换能器辐射面将会敷上一层不导电的薄膜35，这层薄膜35作为换能器的第二层匹配，如压电晶体32为压电复合材料，则没有第一匹配层33，薄膜35为唯一的一层匹配。薄膜35需要设计为合适的厚度以让换能器30达到最理想的性能。
连接电缆，如图6将Parylene镀层35上连接导线处削去，露出辐射面。将导线37安置在露出的部分，在连接处涂导电胶点36。
实施例3：
一种匹配层优化的超声换能器，包括:依次连接的背衬层31、压电晶体层32和匹配层33，如图6所示。换能器30，预先制作好导电的背衬31和导电的第一层匹配33，如果压电晶体32为复合材料，则不必制作匹配层33。换能器辐射面将会敷上一层不导电的薄膜35，这层薄膜35作为换能器的第二层匹配，如压电晶体32为压电复合材料，则没有第一匹配层33，薄膜35为唯一的一层匹配。薄膜35需要设计为合适的厚度以让换能器30达到最理想的性能。
连接电缆，将Parylene镀层35角上的parylene揭起一小部分，此处辐射面露出。将导线37安置在露出的部分，在连接处涂导电胶点36。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

Claims (10)

1.一种匹配层优化的超声换能器，其特征在于，包括:依次连接的背衬层、压电晶体层和匹配层，所述压电晶体层为复合单晶材料。
2.根据权利要求1所述的一种匹配层优化的超声换能器，其特征在于，所述复合单晶压材料表面裹敷一层不导电的薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种匹配层优化的超声换能器，其特征在于，所述复合单晶压材料表面蒸镀聚对二甲苯薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种匹配层优化的超声换能器，其特征在于，所述匹配层的数量为多层。
5.根据权利要求3所述的一种匹配层优化的超声换能器，其特征在于，还包括辐射面电极从所述聚对二甲苯薄膜引出。
6.一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作导电的背衬；
制作辐射面连接点，使用导电胶在换能器表面制作辐射面连接点；
蒸镀聚对二甲苯薄膜，在换能器辐射面敷上一层不导电的薄膜；
连接所述辐射面连接点与信号线。
7.根据权利要求6所述的一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，其特征在于，所述不导电的薄膜为对二甲苯薄膜。
8.根据权利要求7所述的一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，其特征在于，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，削去所述辐射面连接点上镀层，再连接所述辐射面连接点与信号线。
9.根据权利要求7所述的一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，其特征在于，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，削去导线连接位置上镀层，漏出辐射面，再涂导电胶连接所述辐射面连接点与信号线。
10.根据权利要求7所述的一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，其特征在于，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，揭起一小部分上镀层，露出辐射面，再涂导电胶连接所述辐射面连接点与信号线。
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