CN113171117A - 一种在使用过程中阵元间距可调探头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在使用过程中阵元间距可调探头，包括声头组件、电缆线组件及手柄壳壳体；声头组件包括声透镜、匹配层、压电元件及背衬片，匹配层表面设有模板材料，自背衬片向模板材料方向切割形成切缝，切缝内填充有弹性材料；声头组件与电缆线组件封装于手柄壳壳体内且手柄壳壳体内填充有填充液体；还包括用于调节声头组件阵元间距的调节装置。该阵元间距可调探头结构巧妙，能够提升超声换能器的性能和最终图像质量，扩大换能器的使用范围，有利于上述探头在超声检查技术领域的推广及应用。本发明的还提供一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法，用于制作上述探头，同样具有能够有效扩大换能器的使用范围，保证使用效果的优点。

Description

一种在使用过程中阵元间距可调探头及其制备方法

技术领域

本发明涉及超声设备技术领域，具体是一种在使用过程中阵元间距可调探头及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和社会对身体健康的重视，医护工作中对超声诊断设备的图像质量要求越来越高。超声换能器作为超声诊断设备的一个关键组成部件，其性能对超声图像的影响极为关键，常规超声换能器的结构示意图详见图1，其包含原声透镜101，匹配层102，压电元件103，背衬块104，手柄壳105和原电缆线组件106。

目前超声换能器的评价标准主要依赖于单个阵元的性能，而一把超声换能器一般具备(64-256)个阵元，如果阵元之间的配合不好，即使单阵元性能比较优异，但反应到图像质量上依然不会理想。而影响阵元之间配合的一个关键指标便是阵元间距(简称Pitch，如图1所示标注位置)，该项指标一般是根据超声换能器-6dB处中心频率来进行设计的，是固定不变的，如线阵换能器的Pitch应该不大于该换能器在-6dB处中心频率所对应的水中超声波的波长，不然图像便会出现栅瓣。而现实中超声换能器另一关键指标便是-6dB带宽，即其工作频率是上述中心频率为中心上下浮动的一个频率范围，例如中心频率为3MHz的超声换能器，其-6dB带宽为80％时，其实际工作频率范围为(1.8-4.2)MHz，而该换能器的Pitch是按照3MHz进行计算的，故当该换能器在3MHz以下工作时便会出现栅瓣，影响最终图像质量，严重限制了该换能器的实际应用范围。因此，为改善产品质量，扩大换能器的使用范围，Pitch无法根据工作频率而灵活调整的问题必须解决。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的第一个发明目的在于提供一种在使用过程中阵元间距可调探头，该阵元间距可调探头结构巧妙，能够提升超声换能器的性能和最终图像质量，扩大换能器的使用范围，有利于上述探头在超声检查技术领域的推广及应用。本发明的第二个发明目的在于提供一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法，用于制作上述阵元间距可调探头，同样具有能够有效扩大换能器的使用范围，保证使用效果的优点。

上述一种在使用过程中阵元间距可调探头与一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法在技术上相互关联，属于同一个发明构思。

为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种在使用过程中阵元间距可调探头，包括声头组件、电缆线组件及手柄壳壳体；所述声头组件包括声透镜、匹配层、压电元件及背衬片，所述匹配层表面设有模板材料，自所述背衬片向所述模板材料方向切割形成切缝，所述切缝内填充有弹性材料；所述声头组件与所述电缆线组件封装于所述手柄壳壳体内且所述手柄壳壳体内填充有填充液体；还包括用于调节所述声头组件阵元间距的调节装置。

作为本发明的一种优选方案，所述匹配层、压电元件及背衬片相叠形成一叠层；所述调节装置包括调节板与调节机构，两块所述调节板固设于所述叠层的两端，所述调节机构安装于所述调节板的底端用于调节两块所述调节板之间的间距。

作为本发明的一种优选方案，所述调节机构为丝杆、伸缩杆或精密气缸结构。

作为本发明的一种优选方案，所述切缝在所述模板材料上的深度为0.2-0.5mm。

作为本发明的一种优选方案，所述模板材料的厚度为0.8mm-1.2mm。

作为本发明的一种优选方案，所述模板材料的厚度为1mm。

作为本发明的一种优选方案，所述模板材料由塑料材质制成。

作为本发明的一种优选方案，所述填充液体的声阻抗为1.2-1.5MRayl。

作为本发明的一种优选方案，所述弹性材料为橡胶或硅橡胶中的一种。

与现有技术相比，本发明中的有益效果是：本发明中的一种在使用过程中阵元间距可调探头，结构巧妙，通过设置调节装置使探头中的阵元间距可调，提升超声换能器的性能和最终图像质量的同时扩大使用范围，有利于上述探头在超声检查技术领域的推广及应用。

为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将背衬片、压电元件及匹配层粘结形成叠层，压电元件的上表面与下表面均有电极，通过柔性电路板或飞线连接引出；步骤2、将一片模板材料粘接在匹配层表面；步骤3、从背衬片向匹配层方向切割形成切缝，切割深度为切入模板材料内0.2-0.5mm；步骤4、在切缝中填充弹性材料；步骤5、将叠层四周多余的弹性材料擦除干净，待弹性材料固化；步骤6、将模板材料及其内部的填充弹性材料去除干净，形成由弹性材料粘接固定的纯叠层；步骤7、将固化后的叠层两端分别固定到两块调节板上；步骤8、将精确调整长度的调节机构的两端分别固定在两块调节板的底端；步骤9、浇筑声透镜，完成声头组件的制备；步骤10、将声头组件与电缆线组件封装于手柄壳壳体内，完成探头的制备。

与现有技术相比，本发明中的有益效果是：本发明中的一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法，该制备方法用于制作上述在使用过程中阵元间距可调探头，同样具有能够有效扩大换能器的使用范围，同时提升超声换能器的性能和最终图像质量。

附图说明

图1是现有技术中探头的结构示意图；

图2是实施例步骤3切缝形成示意图；

图3是实施例中步骤5弹性材料清除、固化示意图；

图4是实施例中步骤6纯叠层示意图；

图5是实施例中步骤7调节板的安装示意图；

图6是实施例中步骤10探头成型示意图。

附图标记：101、原声透镜；102、匹配层；103、压电元件；104、背衬块；105、手柄壳；106、原电缆线组件；201、模板材料；202、背衬片；301、弹性材料；501、调节板；502、调节机构；601、声透镜；602、手柄壳壳体；603、填充液体；604、电缆线组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例：如图2至图6所示，一种在使用过程中阵元间距可调探头，包括声头组件、电缆线组件604及手柄壳壳体602；上述声头组件包括声透镜601、匹配层102、压电元件103及背衬片202，上述匹配层102表面设有模板材料201，模板材料201要有一定的刚性和优异的切割和磨削性能，上述模板材料201的厚度为0.8mm-1.2mm，本实施例中上述模板材料201的厚度为1mm，模板材料201可以选用背衬材料或塑料片等。自上述背衬片202向上述模板材料201方向切割形成切缝，上述切缝在上述模板材料201上的深度为0.2-0.5mm。上述切缝内填充有弹性材料301；上述声头组件与上述电缆线组件604封装于上述手柄壳壳体602内且上述手柄壳壳体602内填充有填充液体603；还包括用于调节上述声头组件阵元间距的调节装置。

将匹配层102、压电元件103及背衬片202相叠形成一叠层；上述调节装置包括调节板501与调节机构502，两块上述调节板501固设于上述叠层的两端(沿声透镜601的长轴方向)，上述调节机构502安装在上述调节板501的底端用于调节两块上述调节板501之间的间距。

为了保证调节机构502的调整精度在1um以下，上述调节机构502为丝杆、伸缩杆或精密气缸结构。

填充液体603的声阻抗为1.2-1.5MRayl，声透镜601的声阻抗应与内部填充液体603的声阻抗一致(差异在0.5MRayl以内)。

一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法的制备方法，用于制备上述在使用过程中阵元间距可调探头，具体包括以下步骤：

步骤1、将背衬片202、压电元件103及匹配层102通过环氧胶水粘结在一起形成叠层，压电元件103的上表面与下表面均有电极，通过柔性电路板或飞线焊接引出；

步骤2、将一片模板材料201粘接在匹配层102表面，模板材料201要有一定的刚性、优异的切割和磨削性能，厚度一般为1mm左右，可以选用背衬材料、塑料片等；

步骤3、从背衬片202向匹配层102方向切割形成切缝，切割深度为切入模板材料201内0.2-0.5mm，如图2所示；

步骤4、将一种具备一定流动性的弹性材料301填入上述切缝中，必要时可借助抽真空装置，确保填缝的均匀性和饱满性，要求该弹性材料301具备一定刚性和优异的粘接性，确保将阵元之间粘接牢固的同时不能有明显形变，可以是橡胶、硅橡胶等；

步骤5、利用棉签等工具将叠层四周多余的弹性材料301擦除干净，必要时需蘸取酒精进行擦拭，待弹性材料301固化，如图3所示；

步骤6、用精密磨床或切割机将模板材料201及其内切缝内的填充弹性材料301去除干净，形成由弹性材料301粘接固定的纯叠层，如图4所示；

步骤7、将固化后的叠层两端(沿声透镜101长轴方向)分别固定到两块调节板501上，固定方式可以是粘接或相应机械方式进行固定，可以选用螺纹拧紧或卡扣等固定方式；

步骤8、将精确调整长度的调节机构502的两端分别固定在两块调节板501的底端，调节机构502要求调整精度在1um以下，可以是丝杆、伸缩杆和精密气缸等，如图5所示；

步骤9、浇筑声透镜601，完成声头组件的制备；

步骤10、将声头组件与电缆线组件604封装于手柄壳内，要求手柄壳分两部分组成，上部分即是与叠层相对应的部分为声透镜601材料，其余为手柄壳壳体602，手柄壳壳体602内充满声阻抗在1.2-1.5MRayl的填充液体603，且该填充液体603不能损坏与其接触的超声换能器的其他组成部分，可以是超纯无汽水、油等，如图6所示。

在实际超声诊断过程中，根据不同模式和探测深度，超声系统会调整信号频率，此时步骤8中所述的调节机构502会根据系统的信号频率进行伸长或缩短以定向、定量调整超声换能器的Pitch大小，进行超声诊断，提高图像质量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：101、原声透镜；102、匹配层；103、压电元件；104、背衬块；105、手柄壳；106、原电缆线组件；201、模板材料；202、背衬片；301、弹性材料；501、调节板；502、调节机构；601、声透镜；602、手柄壳壳体；603、填充液体；604、电缆线组件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：包括声头组件、电缆线组件(604)及手柄壳壳体(602)；所述声头组件包括声透镜(601)、匹配层(102)、压电元件(103)及背衬片(202)，所述匹配层(102)表面设有模板材料(201)，自所述背衬片(202)向所述模板材料(201)方向切割形成切缝，所述切缝内填充有弹性材料(301)；所述声头组件与所述电缆线组件(604)封装于所述手柄壳壳体(602)内且所述手柄壳壳体(602)内填充有填充液体(603)；还包括用于调节所述声头组件阵元间距的调节装置。

2.根据权利要求1所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述匹配层(102)、压电元件(103)及背衬片(202)相叠形成一叠层；所述调节装置包括调节板(501)与调节机构(502)，两块所述调节板(501)固设于所述叠层的两端，所述调节机构(502)安装于所述调节板(501)的底端用于调节两块所述调节板(501)之间的间距。

3.根据权利要求2所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述调节机构(502)为丝杆、伸缩杆或精密气缸结构。

4.根据权利要求3所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述切缝在所述模板材料(201)上的深度为0.2-0.5mm。

5.根据权利要求4所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述模板材料(201)的厚度为0.8mm-1.2mm。

6.根据权利要求5所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述模板材料(201)的厚度为1mm。

7.根据权利要求6所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述模板材料(201)由塑料材质制成。

8.根据权利要求7所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述填充液体(603)的声阻抗为1.2-1.5MRayl。

9.根据权利要求8所述的一种在使用过程中阵元间距可调探头，其特征在于：所述弹性材料(301)为橡胶或硅橡胶中的一种。

10.一种在使用过程中阵元间距可调探头的制备方法的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将背衬片(202)、压电元件(103)及匹配层(102)粘结形成叠层，压电元件(103)的上表面与下表面均有电极，通过柔性电路板或飞线连接引出；步骤2、将一片模板材料(201)粘接在匹配层(102)表面；步骤3、从背衬片(202)向匹配层(102)方向切割形成切缝，切割深度为切入模板材料(201)内0.2-0.5mm；步骤4、在切缝中填充弹性材料(301)；步骤5、将叠层四周多余的弹性材料(301)擦除干净，待弹性材料(301)固化；步骤6、将模板材料(201)及其内部的填充弹性材料(301)去除干净，形成由弹性材料(301)粘接固定的纯叠层；步骤7、将固化后的叠层两端(沿声透镜101长轴方向)分别固定到两块调节板(501)上；步骤8、将精确调整长度的调节机构(502)的两端分别固定在两块调节板(501)的底端；步骤9、浇筑声透镜(601)，完成声头组件的制备；步骤10、将声头组件与电缆线组件(604)封装于手柄壳壳体(602)内，完成探头的制备。

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