CN1618879A - 声透镜组份、超声探头和超声诊断设备 - Google Patents

声透镜组份、超声探头和超声诊断设备 Download PDF

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山下洋八
细野靖晴
四方浩之
武内俊
牧田裕久
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    • G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Abstract

本发明提供了一种包括40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末的声透镜组份，这种声透镜组份能够抑制超声衰减并具有优良的模制特性。

Description

声透镜组份、超声探头和超声诊断设备
相关申请的交叉引用
本申请基于2003年9月29日申请的日本专利申请No.2003-338564和2004年6月24日申请No.2004-186427并要求其优先权之利益，在此以引用参考的方式将其全部内容并入在本申请中。
技术领域
本发明涉及声透镜组份、超声探头和超声诊断设备。
背景技术
超声探头例如使用在鱼群探测器和诊断活体的超声诊断设备中。这些超声探头使用声透镜以通过聚焦超声束来增加分辨率。
具体地说，希望并入在诊断活体的超声诊断设备(例如医疗诊断设备)的超声探头中的声透镜具有凸形以改善到活体的附着。此外，希望这种声透镜主要满足如下的六个特征。
(1)理想地，声透镜使从来自活体的超声波的反射最小。为此，声透镜优选以这样的材料制成，该透镜的声阻抗(AI＝声速×密度)接近于1.53兆雷耳(MRayls)，1.53兆雷耳是活体的声阻抗。
(2)理想地，声透镜以较高的速度发射并接收超声波。因此，声透镜优选由降低在使用频率上的衰减比率的材料制成。
(3)为实现凸形，理想地，声透镜由这样的材料制成，其中在透镜中的声速低于在活体中的声速(大约1,500m/s)。具体地，声透镜的曲率半径从在透镜中的声速和在活体中的声速之间的关系中计算。通过使用使透镜的声速低于在活体中的声速的材料可以增加声透镜的这个曲率半径。因此，声透镜的厚度可以降低。
(4)理想地，声透镜由具有良好的模制特性(具体地说具有较高的撕裂强度)的材料制成。即，在具有大约2至13MHz的中心频率的超声探头中使用的声透镜具有大约0.5至1.5mm的厚度。为将这种声透镜模制成高度精确的凸形，理想地，基于橡胶的材料具有较高的流动性。特别在其中心频率超过7MHz的超声探头中，理想的是使用具有良好的模制特性的基于橡胶的材料以便降低声透镜的厚度到1.0mm或更小。此外，具有复杂形状比如帽形的声透镜最近经常使用，因此希望不仅具有良好的模制特性而且还具有高的撕裂强度的基于橡胶的材料。
(5)理想地，包含添加剂的声透镜的组成材料对活体无害。此外，理想地，声透镜由在通常用作声耦合凝胶或消毒剂的甘油水溶液、乙醇、橄榄油或蓖麻油中化学和物理稳定的材料制成。
(6)在使用时，以相当大的压力将声透镜对着活体推进。如果声透镜的橡胶硬度不够，则声透镜变形而移动了焦点，并降低了图像质量。因此，理想地声透镜由具有50°或更大的硬度计A硬度的材料制成。
声透镜的衰减材料主要取决于不仅在(2)中描述的衰减比率，而且还取决于衰减比率和声速的乘积。因此，优选声透镜由在FOM(品质因素)中有优势的材料制成。有利地，FOM的值尽可能地与相同的声阻抗一样地低。
常规的声透镜由通过在硅橡胶中混合二氧化硅粉末获得的基于橡胶的材料制成。
此外，日本专利申请KOKOKU出版物No.1-34396公开了一种通过在自然硅橡胶中混合具有预定颗粒直径的预定量的氧化钛粉末获得的声透镜。
日本专利申请KOKOKU出版物No.5-9039公开了一种由硅橡胶化合物、具有预定颗粒直径的铝粉和氧化钛粉末和具有80℃或更高熔点的热塑性树脂(比如尼龙)组成的声透镜组份。
日本专利申请KOKAI出版物No.8-615公开了一种通过将作为硫化辅助剂的氧化锌添加到基于硅树脂的橡胶和丁二烯橡胶的混合物中获得的声透镜。
然而，在具有通过将二氧化硅粉末添加到硅橡胶中获得的组份的声透镜中，二氧化硅粉末的添加量必须增加到使声阻抗接近活体的声阻抗的1.53兆雷耳。二氧化硅粉末的密度大约为2.2g/cm3。因此，为设定整个声透镜的密度在大约1.4至1.6g/cm3，具有大约15至30nm的平均颗粒直径的细微的二氧化硅粉末(即具有较大的特定的面积)必须混合以具有大约40至50wt％的重量和大约24至32vol％的体积。这不仅使这种量的二氧化硅粉末混入到硅橡胶中变得困难，而且还使在混入之后脱气困难。此外，由于硅橡胶的流动性在声透镜的模制的过程中降低了，因此容易形成裂纹和孔。声透镜的撕裂强度也降低了。在另一方面，虽然由这种二氧化硅粉末的添加引起硅橡胶的衰减比率相对较低，但是在(3)中描述的声速大约1,000m/s或更大。因此，即使声透镜的衰减比率较低，但是厚度仍然不能降低。这降低了上文描述的FOM的值(衰减比率×声速)，并增加了衰减。
在日本专利申请KOKOKU出版物No.1-34396和5-9039描述的声透镜中，在与二氧化硅粉末相比时，增加的氧化钛粉末和氧化铝粉末具有降低声速的效果。然而，为使这些声透镜的声阻抗接近作为活体的声阻抗的1.53兆雷耳，相对硅橡胶，在二氧化硅粉末的情况下氧化钛和氧化铝的添加量必须增加。结果，这些声透镜不仅增加了在(2)中描述的衰减比率，而且也使在(4)中描述的模制特性劣化。
此外，在日本专利申请KOKAI出版物No.8-615中描述的声透镜包含了基于硅的橡胶和基于丁二烯的橡胶的混合物。这使得在使用橄榄油或蓖麻油作为声耦合材料时溶胀并降低了长期的可靠性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种声透镜组份，包括40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末。
根据本发明的第二方面，提供一种声透镜组份，包括40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
根据本发明的第三方面，提供一种声透镜组份，包括40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末。
根据本发明的第四方面，提供一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体的第一表面上和在与第一表面相对的压电体的第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包含40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末。
根据本发明的第五方面，提供一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体的第一表面上和在与第一表面相对的压电体的第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包括40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
根据本发明的第六方面，提供一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体的第一表面上和在与第一表面相对的压电体的第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包含40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末。
根据本发明的第七方面，提供一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包含40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
根据本发明的第八方面，提供一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包括40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
根据本发明的第九方面，提供一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包含40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
附图说明
附图1所示为根据本发明的一种实施例的超声探头的透视图；
附图2所示为根据本发明的实施例的帽状声透镜的透视图；
附图3所示为根据本发明的实例1至23的每个声透镜的FOM和声阻抗之间的关系的曲线图；和
附图4所示为根据本发明的一种实施例的超声诊断设备的示意图。
具体实施方式
下文详细地描述本发明的实施例。
(第一实施例)
根据第一实施例的声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌(ZnO)。
硅橡胶是一种具有作为分子构架的硅氧烷键(它是Si-O键)的材料。例如，作为硅橡胶，可以使用包含二甲聚硅氧烷等作为主要组份材料或类似物。硅橡胶大致可以分为具有100至2,000的聚合度的液体硅橡胶和具有3,000至10,000的聚合度的可扎的硅橡胶。
在声透镜组份中硅橡胶的含量是40wt％或更多。如果硅橡胶含量小于40wt，则不仅模制特性可能劣化，而且超声波的衰减率也可能增加。在具有这种组份的声透镜中，也可能不能获得所需的声速或声阻抗。在声透镜组份中硅橡胶的含量更优选为50wt％或更多。
在声透镜组份中的氧化锌粉末的含量是15至60wt％。如果氧化锌粉末的含量小于15wt％，则可能难以很好地降低具有这种组份的声透镜的声速，可能不能获得到适当的FOM。此外，由于不能很好地增加密度，因此难以设定声透镜在所需的大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗。如果氧化锌粉末的含量超过60wt％，则不仅声透镜的声阻抗可能太大，而且超声波的衰减率也可能增加。此外，如果氧化锌粉末的含量落在上述范围之外，则难以获得具有适当的橡胶硬度的声透镜。更为可取的是，在声透镜组份中氧化锌粉末的含量为20至55wt％，最为可取的是，为30至55wt％。
氧化锌粉末优选具有200纳米或更小的平均颗粒直径。因为象这样细微的氧化锌粉末均匀地散布在硅橡胶中，可以进一步抑制超声波的衰减，并且进一步提高模制特性。更为可取的是，氧化锌粉末的平均颗粒尺寸为1至100纳米，最为可取的是，为10至50纳米。注意，假设每个颗粒是球形，平均颗粒尺寸可以通过使用要测量的粉末的特定的表面面积的值(m2/g)来计算。
氧化锌粉末的表面允许以硅树脂涂敷。作为这种硅树脂，可以使用甲基硅烷(methicone)、二甲硅油(dimethicone)等。例如通过如下的方式可以获得涂敷了硅树脂的氧化锌粉末：将氧化锌粉末浸入在硅树脂的溶液中，从该溶液中提取出氧化锌粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所获得的涂敷了硅树脂的氧化锌粉末容易混入到硅橡胶中，并具有均匀的可分散性。因此，可以进一步抑制超声波的衰减并且进一步提高模制特性。相对于氧化锌粉末，硅树脂的涂敷量优选为1至10wt％。
根据本发明的第一实施例的声透镜组份包含硫化剂。例如，使用基于过氧化物的硫化剂，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷、对-甲基苯甲酰过氧化物或二叔丁基过氧化物。相对于在声透镜组份中的硅橡胶，基于过氧化物的硫化剂的量优选为0.3至2wt％。使用除了基于过氧化物的硫化剂之外的硫化剂也是可以的。
根据本发明的第一实施例的声透镜组份允许包含30wt％或更少的二氧化硅(SiO2)粉末。这个二氧化硅粉末具有增加这种组份的声透镜的强度的作用。如果在声透镜组份中的硅粉末的含量超过30wt％，则超声波的衰减出现，同时模制特性劣化。这使精确的声透镜的模制变得困难。更为优选的是，在声透镜组份中二氧化硅粉末的含量为20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均颗粒直径是50纳米或更小，更为可取的是，为20纳米或更小。二氧化硅粉末的优选实例是氧相二氧化硅(aerosil silica)。
根据本发明的第一实施例的声透镜组份允许包含少量的添加剂，只要具有这种组份的声透镜的特性不劣化。添加剂的实例是氧化钛、氧化铝、氧化铈、氧化铁、氧化钡、有机填料和着色剂。如果在声透镜组份中的添加剂的量大约为5wt％或更少，这些添加剂基本不降低本发明的实施例的效果。
下文解释通过使用根据本发明的第一实施例的声透镜组份制造声透镜的方法。
首先，使氧化锌粉末干燥以蒸发附着的水分等。这种氧化锌粉末和二氧化硅粉末(如果需要的话)添加到硅橡胶中，捏合这些材料以使密度大约为1.4至2.0g/cm3。上文描述的硫化剂比如基于过氧化物的硫化剂添加到捏合的产品中，在大约100至180℃下执行硫化模制，由此形成具有声透镜的形状的模制的产品。随后，在大约180至240℃的温度下对这种模制的产品进行二次硫化，由此制造声透镜。
在上述的条件下使用过氧化物的硫化方法可以获得具有足够的强度和较低的衰减的声透镜。通过适当地选择硅橡胶和硫化剂，可以降低或减小二次硫化的温度或时间，或者省去二次硫化。
下文参考附图描述使用具有上述组份的超声探头。
附图1所示为在将压电元件和声匹配层设置成一维阵列形式的超声探头的透视图。包括压电体1和第一和第二电极2和3的压电元件4附着到背衬材料5。声匹配层6形成在压电元件4的超声发射/接收表面上。压电体1被划分为具有第一和第二电极2和3和声匹配层6的多个部分。每个划分后的压电体1呈带状，并具有作为第二大面积的表面的超声发射/接收表面。每个压电体1在附图1的箭头A的方向上振动。每个第一电极2形成在超声发射/接收表面、一个侧表面和与压电体1的超声发射/接收表面相对的一个表面的一部分上。每个第二电极3以距离第一电极2预定的距离地形成在与压电体1的超声发射/接收表面相对的表面上以与它隔离。
声透镜7形成在声匹配层6上。地电极极板8的每行连接到每个第一电极2。柔性印刷电路板9的每行例如通过焊接连接到第二电极3。
现在描述具有上述构造的超声探头的操作。通过在第一和第二电极2和3之间施加电压使压电体1谐振从超声发射接收表面发射超声波。在接收中，通过从超声发射/接收表面接收的超声波振动压电体1，将这种振动电转换为信号，由此获得了图像。
下文参考附图4描述包括上述的超声探头的超声诊断设备。医疗超声诊断设备(或者超声图像检查设备)通过给对象发射超声波并从该对象接收反射信号(回波信号)来形成要诊断的对象的图像，该设备具有带有超声信号发射/接收功能的阵列型超声探头11。具有先前描述的组份的声透镜并入到该超声探头11中。超声探头11通过电缆12连接到超声诊断设备主体13。超声诊断设备主体13具有显示屏14。
在上述的第一实施例中，声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末。因此，在声透镜组份被模制成复杂的帽状透镜形状时，不仅可以表现良好的模制特性，而且还可以获得具有较高的撕裂强度的声透镜。同时，可以获得具有接近活体的声阻抗的声阻抗、较低的衰减率、比在活体中的声速(大约1,500m/s)更低的声速和较小FOM值(它是衰减率和声速的乘积)的声透镜。
即，在模制声透镜组份时，氧化锌的密度高达大约5.6g/cm3，因此这种氧化锌粉末可以混入到具有比重量比更低的体积比的硅橡胶中。结果，氧化锌粉末容易地混入到硅橡胶中。这使得可以提高模制特性，并且获得了具有较高的机械强度比如撕裂强度的声透镜，这是由于均匀的分散的结果。特别是在使用具有200纳米或更小的平均颗粒直径的氧化锌粉末时，可以提高混入到硅橡胶的特性。此外，使用其表面涂敷了硅树脂的氧化锌粉末可以进一步提高混入到硅橡胶中的特性。此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡胶和氧化锌粉末中时，声透镜的机械强度比如撕裂强度可以进一步增加。
由于具有较高的密度的15至60wt％的氧化锌粉末包含在硅橡胶中，因此可以获得具有例如大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗(它接近活体的声阻抗)、在大约10兆赫兹的频率下较低的超声波的衰减率(例如大约12dB或更小)、低于在活体中的声速(大约1,500m/s)的例如为大约820至980m/s的声速和例如10,000或更小的较小的FOM值的声透镜。
特别是在上述范围添加时，氧化锌粉末实现了抑制超声波的衰减的效果，例如在大约10兆赫兹的频率下降低超声波的衰减率到大约12dB/mm或更小的效果。本发明人研究了可以包含在硅橡胶中并具有与氧化锌的密度相当的密度的ZrO2、Fe2O3和BaSO4的超声衰减效果。结果，本发明人已经发现这些化合物的粉末在抑制超声波的衰减方面具有非常弱的效果，而唯独氧化锌能够抑制超声波的衰减。
也可以获得适合于将声阻抗的值设置在大约1.3至1.7兆雷耳的大约1.4至2.0g/cm3的密度的声透镜。
此外，根据本发明的第一实施例的组份的声透镜基础材料是硅橡胶。这使声透镜相对于一般用作声耦合凝胶或消毒剂的甘油水溶液、乙醇、橄榄油或蓖麻油具有稳定的化学和物理特性。此外，声透镜具有50°或更大的硬度计A硬度，因为该透镜包含了预定量的氧化锌粉末。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡胶和氧化锌粉末中时，声透镜的机械强度比如撕裂强度可以进一步提高。
这降低了该厚度，增加了超声发射/接收灵敏度，以及减小了第一实施例的声透镜的频率特性的劣化。
还可以增加并入了具有上述的特性的声透镜的超声探头的超声图像的灵敏度和分辨率。
(第二实施例)
根据第二实施例的声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
硅橡胶与在第一实施例中解释的硅橡胶相同，并且也具有与在第一实施例相同的作用。
在声透镜组份中基于铂的粉末的含量是10至52wt％。如果基于铂的粉末的含量小于10wt％，则难以很好地实现降低具有该组份的声透镜的声速的效果，而且还不能实现适当的FOM。此外，由于不能很好地增加密度，因此难以设定声透镜在所需的大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗。如果基于铂的粉末的含量超过52％，则不仅声透镜是声阻抗可能增加太大，而且还增加了超声波的衰减率。此外，如果基于铂的粉末的含量落在上述范围之外，则具有适当的橡胶硬度的声透镜难以获得。更为可取的是，在声透镜组份中基于铂的粉末的含量为15至47wt％，最为可取的是，为25至47wt％。
基于铂的粉末优选具有200纳米或更小的平均颗粒直径。因为象这样细微的基于铂的粉末均匀地散布在硅橡胶中，可以进一步抑制超声波的衰减，并且进一步提高模制特性。更为可取的是，基于铂的粉末的平均颗粒尺寸为1至100纳米，最为可取的是，为10至50纳米。特别是在该粉末的下限限制到10纳米时，可以防止自燃，并可以执行安全的操作。
基于铂的粉末的表面允许以硅树脂涂敷。作为这种硅树脂，可以使用甲基硅烷、二甲基硅烷等。例如通过如下的方式可以获得涂敷了硅树脂的基于铂的粉末：将基于铂的粉末浸入在硅树脂的溶液中，从该溶液中提取基于铂的粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所获得的涂敷了硅树脂的基于铂的粉末容易混入到硅橡胶中，并具有均匀的可分散性。因此，可以进一步抑制超声波的衰减并且进一步提高模制特性。相对于基于铂的粉末，硅树脂的涂敷量优选为1至10wt％。
根据本发明的第二实施例的声透镜组份包含硫化剂。例如，使用基于过氧化物的硫化剂，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷、对-甲基苯甲酰过氧化物或二叔丁基过氧化物。相对于在声透镜组份中的硅橡胶，基于过氧化物的硫化剂的量优选为0.3至2wt％。使用除了基于过氧化物的硫化剂之外的硫化剂也是可以的。
根据本发明的第二实施例的声透镜组份允许包含30wt％或更少的二氧化硅粉末。更为优选的是，在声透镜组份中二氧化硅粉末的含量为20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均颗粒直径是50纳米或更小，更为可取的是，为20纳米或更小。二氧化硅粉末的优选实例是氧相二氧化硅。
根据本发明的第二实施例的声透镜组份允许包含少量的添加剂，只要具有这种组份的声透镜的特性不劣化。添加剂的实例是氧化钛、氧化铝、氧化铈、氧化铁、氧化钡、有机填充物和着色剂。如果在声透镜组份中的添加剂的量大约为5wt％或更少，这些添加剂基本不降低本发明的实施例的效果。
通过与先前描述的第一实施例相同的方法由根据第二实施例的声透镜组份制造声透镜，但使用从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末替代氧化锌粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
使用具有上述组份的声透镜的超声探头和超声诊断设备具有与在附图1和4和第一实施例中解释的结构相同的结构。
在上述的第二实施例中，声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。因此，如第一实施例一样，在将声透镜组份模制成复杂的帽状透镜形状时，不仅可以表现良好的模制特性，而且还可以获得具有较高的撕裂强度的声透镜。同时，还可以获得具有如下的优良特性以及具有适合于设定下述的声阻抗的值的大约1.4至2.0g/cm3的密度的声透镜，即大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗(它接近活体的声阻抗)、在大约10兆赫兹的频率下较低的超声波的衰减率(例如大约12dB或更小)、低于在活体中的声速(大约1,500m/s)的例如大约820至980m/s的声速和例如10,000或更小的较小FOM值(它是衰减率和声速的乘积)。
特别是在上述范围添加时，基于铂的粉末，例如具有大约21g/cm3的较高的密度的基于铂的粉末将声阻抗设定在接近活体的声阻抗的大约1.3至1.7兆雷耳，还实现了抑制超声波的衰减的效果。本发明人研究了可以包含在硅橡胶中并具有与铂的密度相当的密度的金和钨粉末的超声衰减效果。结果，本发明人已经发现这些化合物的粉末在抑制超声波的衰减方面具有非常弱的效果，而唯独铂粉(包括具有氧化表面的铂粉，等)具有抑制超声波的衰减的作用。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡胶和基于铂的粉末中时，声透镜的机械强度比如撕裂强度可以进一步提高。
因此，在使用第二实施例的声透镜组份时，可以获得具有较小厚度、增加了超声发射/接收灵敏度和减小了频率特性的劣化的声透镜。
还可以增加并入了具有上述的特性的声透镜的超声探头的超声图像的灵敏度和分辨率。
(第三实施例)
根据第三实施例的声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱(Yb2O3)粉末。
硅橡胶与在第一实施例中解释的硅橡胶相同，并且也具有与在第一实施例相同的作用。
在声透镜组份中氧化镱粉末的含量是12至56wt％。如果氧化镱粉末的含量小于12wt％，则难以很好地实现降低具有该组份的声透镜的声速的效果，而且还不能实现适当的FOM。此外，由于不能很好地增加密度，因此难以设定声透镜在所需的大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗。如果氧化镱粉末的含量超过56％，则不仅声透镜是声阻抗可能增加太大，而且还增加了超声波的衰减率。此外，如果氧化镱粉末的含量落在上述范围之外，则难以获得具有适当的橡胶硬度的声透镜。更为可取的是，在声透镜组份中氧化镱粉末的含量为17至51wt％，最为可取的是，为27至51wt％。
氧化镱粉末优选具有200纳米或更小的平均颗粒直径。因为象这样细微的氧化镱粉末均匀地散布在硅橡胶中，可以进一步抑制超声波的衰减，并且进一步提高模制特性。更为可取的是，氧化镱粉末的平均颗粒尺寸为1至100纳米，最为可取的是，为10至50纳米。
氧化镱粉末的表面可以以硅树脂涂敷。作为这种硅树脂，可以使用甲基硅烷、二甲基硅烷等。例如通过如下的方式可以获得涂敷了硅树脂的氧化镱粉末：将氧化镱粉末浸入在硅树脂的溶液中，从该溶液中提取氧化镱粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所获得的涂敷了硅树脂的氧化镱粉末容易混入到硅橡胶中，并具有均匀的可分散性。因此，可以进一步抑制超声波的衰减并且进一步提高模制特性。相对于氧化镱粉末，硅树脂的涂敷量优选为1至10wt％。
根据本发明的第三实施例的声透镜组份包含硫化剂。例如，使用基于过氧化物的硫化剂，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷、对-甲基苯甲酰过氧化物或二叔丁基过氧化物。相对于在声透镜组份中的硅橡胶，基于过氧化物的硫化剂的量优选为0.3至2wt％。使用除了基于过氧化物的硫化剂之外的硫化剂也是可以的。
如在第一实施例中所解释，根据本发明的第三实施例的声透镜组份允许包含30wt％或更少的二氧化硅粉末。更为优选的是，在声透镜组份中二氧化硅粉末的含量为20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均颗粒直径是50纳米或更小，更为可取的是，为20纳米或更小。二氧化硅粉末的优选实例是氧相二氧化硅。
根据本发明的第三实施例的声透镜组份允许包含少量的添加剂，只要具有这种组份的声透镜的特性不劣化。添加剂的实例是氧化钛、氧化铝、氧化铈、氧化铁、氧化钡、有机填料和着色剂。如果在声透镜组份中的添加剂的量大约为5wt％或更少，这些添加剂基本不降低本发明的实施例的效果。
通过与先前描述的第一实施例相同的方法由根据第三实施例的声透镜组份制造声透镜，但使用氧化镱粉末替代氧化锌粉末。
使用具有上述组份的声透镜的超声探头和超声诊断设备具有与在附图1和4和第一实施例中解释的结构相同的结构。
在上述的第三实施例中，声透镜组份包括40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末。因此，如第一实施例一样，在将声透镜组份模制成复杂的帽状透镜形状时，不仅可以表现良好的模制特性，而且还可以获得具有较高的撕裂强度的声透镜。同时，还可以获得具有如下的优良特性以及具有适合于设定下述的声阻抗的值的大约1.4至2.0g/cm3的密度的声透镜，即大约1.3至1.7兆雷耳的声阻抗(它接近活体的声阻抗)、在大约10兆赫兹的频率下较低的超声波的衰减率(例如大约12dB或更小)、低于在活体中的声速(大约1,500m/s)的例如大约820至980m/s的声速和例如10,000或更小的较小的FOM值(它是衰减率和声速的乘积)。
特别是在上述范围添加时，氧化镱粉末，例如具有大约9.0g/cm3的较高的密度的氧化镱粉末将声阻抗设定在接近活体的声阻抗的大约1.3至1.7兆雷耳，还实现了抑制超声波的衰减的效果。本发明人研究了可以包含在硅橡胶中并具有与铂的密度相当的密度的氧化镥和氧化铋粉末的超声衰减效果。结果，本发明人已经发现这些化合物的粉末在抑制超声波的衰减方面具有非常弱的效果，而唯独氧化镱粉末具有抑制超声波的衰减的作用。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡胶和氧化镱粉末中时，声透镜的机械强度比如撕裂强度可以进一步提高。
因此，在使用第三实施例的声透镜组份时，可以获得具有较小厚度、增加了超声发射/接收灵敏度和减小了频率特性的劣化的声透镜。
还可以增加并入了具有上述的特性的声透镜的超声探头的超声图像的灵敏度和分辨率。
注意，在本发明的另一实施例中，从包括硅橡胶和从包括下面组份的组中选择的两种或更多种类型的粉末的声透镜组份中可以制造声透镜：氧化锌粉末、从至少在表面上具有氧化铂的铂粉和氧化铂粉末中选择至少一种粉末和氧化镱粉末。在本实施例中，每种粉末在上述的范围内混合在硅橡胶内。
下文通过它的实例更详细地描述本发明。
(实例1)
首先，具有30纳米的平均颗粒直径的氧化锌(ZnO)粉末置于在200℃下的恒温槽中并干燥2小时以蒸发附着的水分等。
通过称量材料比如作为底胶的硅橡胶的量是0.60份重量和ZnO粉末的量是0.40份重量来制备基于橡胶的组份。这种基于橡胶组份通过使用两级辗轧进行很好地捏合。随后，将作为硫化剂的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷添加到基于橡胶的组份中以使硫化剂含量相对于在基于橡胶的组份中的硅橡胶是1.0wt％，并进一步捏合所得的声透镜组份。此后，在170℃的温度下对捏合的声透镜组份硫化模制15分钟以形成用于评估的30×30×1mm3的方形橡胶板。此外，通过硫化模制在相同的条件下使用相同的捏合的声透镜组份以形成如附图2中所示的空的橡胶帽10。在干燥器中在200℃下对这些硫化的模制的产品进行二次硫化4小时。
(实例2-5)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例1中相同的过程进行制造，但除了使用下述的四种类型的基于橡胶的组份之外。作为实例2使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末制备。作为实例3使用的基于橡胶的组份通过以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末制备。作为实例4使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡胶、具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例5使用的基于橡胶的组份通过以0.48∶0.42∶0.1的重量比混合的硅橡胶、具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。
(比较实例1&2)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例1中相同的过程进行制造，但除了使用下述的两种类型的基于橡胶的组份之外。作为比较实例1使用的基于橡胶的组份通过以0.9∶0.1的重量比混合的硅橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末制备。作为比较实例2使用的基于橡胶的组份通过以0.38∶0.62的重量比混合的硅橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末制备。
(比较实例3-8)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例1中相同的过程进行制造，但除了使用下述的六种类型的基于橡胶的组份之外。作为比较实例3使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡胶和具有16纳米的平均颗粒直径的SiO2粉末制备。作为比较实例4使用的基于橡胶的组份通过以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡胶和具有100纳米的平均颗粒直径的氧化钛(TiO2)粉末制备。作为比较实例5使用的基于橡胶的组份通过以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡胶和具有500纳米的平均颗粒直径的氧化铝(Al2O3)粉末制备。作为比较实例6使用的基于橡胶的组份通过以0.48∶0.48∶0.04的重量比混合的硅橡胶、丁二烯橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的ZnO粉末制备。作为比较实例7使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡胶和具有200纳米的平均颗粒直径的氧化锆(ZrO 2)粉末制备。作为比较实例8使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡胶和具有30纳米的平均颗粒直径的硫酸钡(BaSO4)粉末制备。
在实例1至5和比较实例1至8中获得的评估橡胶板用于获得该密度、纵向波声速、声阻抗、衰减率和FOM值。此外，这些实例和比较实例的空橡胶帽用于获得模制废品率。结果在下表1中示出。
通过测量评估橡胶板的重量和使用游标卡尺也测量它的体积获得密度。
评估橡胶板的衰减率和声速通过水下方法使用10-兆赫兹测量超声探头来测量。这些测量在37℃的水温下完成。FOM值(声速×衰减率)从所测量的声速和衰减率中获得。
声阻抗作为所获得的声速和密度的乘积中计算。
透镜模制特性通过模制20个空的橡胶帽并观测裂纹和气孔作为模制废品率(％)评估。
表1
                         声透镜组份(重量比)                             声透镜特性  模制废品率(％)
  硅橡胶   ZnO粉末(30nm)  SiO2粉末(16nm)   密度(g/cm3)   纵向波声速(m/s)    声阻抗(兆雷耳)   衰减率(dB/mm)   品质因素
  实例1    0.6     0.4     0     1.49     920     1.370     7.9    7268    0
  实例2    0.5     0.5     0     1.70     880     1.439     9.4    8272    0
  实例3    0.45     0.55     0     1.82     860     1.569     10.8    9288    0
  实例4    0.5     0.4     0.1     1.62     880     1.427     9.1    8008    0
  实例5    0.48     0.42     0.1     1.67     888     1.479     9.4    8437    0
比较实例1    0.9     0.1     0     1.09     1010     1.100     3.8    3838    0
比较实例2    0.38     0.62     0     2.04     860     1.753     13.5    11610    10
比较实例3    0.5     0     0.5     1.38     1030     1.416     10.2    10506    30
比较实例4    0.45       TiO2：0.55     1.72     890     1.540     11.5    10235    20
比较实例5    0.45       Al2O3：0.55     1.70     920     1.564     11.6    10672    15
比较实例6    0.48     丁二烯橡胶：0.48ZnO：0.04     1.03     1170     1.210     2.5    2925    60
比较实例7    0.5        ZrO2：0.5     1.70     880     1.496     17    14960    0
比较实例8    0.5        BaSO4：0.5     1.64     920     1.509     15    13800    10
如表1所示，具有包含40wt％或更多的硅橡胶和15至60wt％的ZnO粉末的声透镜组份的实例1至5的硫化的模制的每个产品具有接近于活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的1.370至1.569兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，可以减小在活体中的反射。此外，实例1至5中的硫化的模制的每个产品具有1,000m/s或更小的纵向波声速、在10兆赫兹的频率下11dB/mm的衰减率和9,500或更小的FOM值。因此，在形成声透镜时可以减小超声波的衰减，因此可以制造较高的灵敏度的超声探头。在实例1至5的硫化的模制的产品中，由于在通过使用声透镜组份模制帽状的声透镜的所有的时候都没有产生模制缺陷，因此生产合格率较高。
通过对比，具有其中硅橡胶和ZnO粉末以0.9∶0.1混合(即ZnO粉末的含量小于本发明的ZnO粉末的含量)的声透镜组份的比较实例1的硫化的模制的产品具有与活体的声阻抗(1.53兆雷耳)相差较大的1.100兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，在活体中发生了反射。
具有其中硅橡胶和ZnO粉末以0.38∶0.62混合(即ZnO粉末的含量大于本发明的ZnO粉末的含量)的声透镜组份的比较实例2的硫化的模制的产品具有13.5dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是10％，表明较低的生产合格率。
具有其中硅橡胶和SiO2粉末以0.5∶0.5混合以使声阻抗是1.416兆雷耳(即接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳))的声透镜组份的比较实例3的硫化的模制的产品具有10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是30％，即，生产合格率非常低。
具有其中硅橡胶和TiO2粉末以0.45∶0.55混合的声透镜组份的比较实例4的硫化的模制的产品和具有其中硅橡胶和Al2O3粉末以0.45∶0.55混合以使声阻抗是接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的声透镜组份的比较实例5的硫化的模制的产品具有10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是20％和15％，表明非常低的生产合格率。
具有其中硅橡胶、丁二烯橡胶和ZnO粉末以0.48∶0.48∶0.04混合的声透镜组份的比较实例6的硫化的模制的产品具有与活体的声阻抗(1.53兆雷耳)相差较大的1.210兆雷耳的声阻抗和60％的模制的废品率，即非常低的生产合格率。此外，这种硫化的模制的产品在蓖麻油或橄榄油中的可溶解性方面比实例1至5质量更差，因此不具有声透镜的实际使用价值。
具有其中硅橡胶和与ZnO的密度相等的ZrO2粉末以0.5∶0.5混合以使声阻抗是接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的声透镜组份的比较实例7的硫化的模制的产品具有17dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。
具有其中硅橡胶和与ZnO的密度相等的BaSO4粉末以0.5∶0.5混合以使声阻抗是接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的声透镜组份的比较实例8的硫化的模制的产品具有15dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是10％，表明较低的生产合格率。
注意，在使用包含在实例1中的硅橡胶和ZnO粉末的声透镜组份和包含在比较实例3中的硅橡胶和SiO2粉末的声透镜组份制造具有15mm的焦点的10兆赫兹的声透镜时，实例1的声透镜的厚度比比较实例3的声透镜的厚度小大约15％。这使在声透镜之间的最终的衰减差值为4dB/mm或更大。因此，通过使用实例1的基于橡胶的组份可以实现高灵敏度的超声探头。
还要注意，在制造具有80mm的焦点的3兆赫兹的低频声透镜时，实例1的声透镜的厚度比比较实例3的声透镜的厚度小大约25％。这使在声透镜之间的最终的衰减差值为3dB/mm或更大。因此，通过使用实例1的基于橡胶的组份可以提高12兆赫兹的超声探头的性能。
(实例6)
首先，具有15纳米的平均颗粒直径的铂(Pt)粉末置于在200℃下的恒温槽中并干燥2小时以蒸发附着的水分等。
通过称量材料比如作为底胶的硅橡胶的量是0.65份重量和Pt粉末的量是0.35份重量来制备基于橡胶的组份。这种基于橡胶组份通过使用两级辗轧进行很好地捏合。随后，将作为硫化剂的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷添加到基于橡胶的组份中以使硫化剂含量相对于在基于橡胶的组份中的硅橡胶是1.0wt％，并进一步捏合所得的声透镜组份。此后，在170℃的温度下对捏合的声透镜组份硫化模制15分钟以形成用于评估的30×30×1mm3的方形橡胶板。此外，通过硫化模制在相同的条件下使用相同的捏合的声透镜组份以形成如附图2中所示的空的橡胶帽10。在干燥器中在200℃下对这些硫化的模制的产品进行二次硫化4小时。
(实例7-14)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例6中相同的过程进行制造，但除了使用下述的八种类型的基于橡胶的组份之外。作为实例7使用的基于橡胶的组份通过以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡胶和具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。作为实例8使用的基于橡胶的组份通过以0.48∶0.52的重量比混合的硅橡胶和具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。作为实例9使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡胶、具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例10使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.3∶0.2的重量比混合的硅橡胶、具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例11使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.2∶0.3的重量比混合的硅橡胶、具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例12使用的基于橡胶的组份通过以0.55∶0.15∶0.3的重量比混合的硅橡胶、具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例13使用的基于橡胶的组份通过以0.65∶0.35的重量比混合的硅橡胶和具有50纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。作为实例14使用的基于橡胶的组份通过以0.65∶0.35的重量比混合的硅橡胶和具有200纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。
(比较实例9&10)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例6中相同的过程进行制造，但除了使用下述的两种类型的基于橡胶的组份之外。作为比较实例9使用的基于橡胶的组份通过以0.92∶0.08的重量比混合的硅橡胶和具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。作为比较实例10使用的基于橡胶的组份通过以0.4∶0.6的重量比混合的硅橡胶和具有15纳米的平均颗粒直径的Pt粉末制备。
(比较实例11)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例6中相同的过程进行制造，但除了使用其中硅橡胶和具有200纳米的平均颗粒直径的金(Au)粉末以0.5∶0.5的重量比混合的基于橡胶的组份之外。
在实例6至14和比较实例9至11中获得的评估橡胶板用于按照在实例1中相同的过程获得该密度、纵向波声速、声阻抗、衰减率和FOM值。此外，实例6至14和比较实例9至11的空橡胶帽用于以与实例1相同的方式获得模制废品率。结果在下表2中示出。
表2
               声透镜组份(重量比)                                       声透镜特性   模制废品率(％)
  硅橡胶   ZnO粉末(15nm)  SiO2粉末(16nm)     密度(g/cm3) 纵向波声速(m/s)    声阻抗(兆雷耳)   衰减率(dB/mm) 品质因素
  实例6    0.65    0.35     0     1.50     920     1.381     8.2   7544    0
  实例7    0.55    0.45     0     1.75     860     1.506     10.5   9030    0
  实例8    0.48    0.52     0     1.98     820     1.626     11.4   9348    0
  实例9    0.5    0.4     0.1     1.77     880     1.560     11.0   9680    0
  实例10    0.5    0.3     0.2     1.65     900     1.488     10.8   9720    0
  实例11    0.5    0.2     0.3     1.55     920     1.425     10.5   9660    5
  实例12    0.55    0.15     0.3     1.44     980     1.413     9.2   9016    5
  实例13    0.65    0.35(50nm)     0     1.50     910     1.365     8.8   8008    0
  实例14    0.65    0.35(200nm)     0     1.50     900     1.350     9.1   8190    0
  比较实例9    0.92    0.08     0     1.08     990     1.072     3.6   3564    0
  比较实例10    0.4    0.6     0     2.34     800     1.869     16.0  12800    5
  比较实例11    0.5         Au：0.5     1.74     850     1.479     25.0  21250    0
如表2所示，具有包含40wt％或更多的硅橡胶和10至52wt％的Pt粉末的声透镜组份的实例6至14的硫化的模制的每个产品具有接近于活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的1.350至1.626兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，可以减小在活体中的反射。此外，实例6至14中的硫化的模制的每个产品具有1,000m/s或更小的纵向波声速、在10兆赫兹的频率下11.4dB/mm的衰减率和9,700或更小的FOM值。因此，在形成声透镜时可以减小超声波的衰减，因此可以制造较高的灵敏度的超声探头。在实例6至10、13和14的硫化的模制的产品中，由于在通过使用声透镜组份模制帽状的声透镜的所有的时候都没有产生模制缺陷，因此生产合格率较高。在使用其中混合30wt％的SiO2粉末的实例11和12的硫化的模制的产品时，模制的废品率是5％，即生产的合格率稍低。然而，总的声透镜特征很好。
在具有相同的组份但使用并且不同的平均颗粒直径的Pt粉末的实例6、13和14的硫化的模制的产品中，随着平均颗粒直径增加，声速稍微降低，并且FOM值增加，但密度仍然保持不变。即，FOM值可以通过降低Pt粉末的颗粒直径而降低。
通过对比，具有其中硅橡胶和ZnO粉末以0.92∶0.08混合(即Pt粉末的含量小于本发明的Pt粉末的含量)的声透镜组份的比较实例9的硫化的模制的产品具有与活体的声阻抗(1.53兆雷耳)相差较大的1.072兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，在活体中发生了反射。
具有其中硅橡胶和Pt粉末以0.4∶0.6混合(即Pt粉末的含量大于本发明的Pt粉末的含量)的声透镜组份的比较实例10的硫化的模制的产品具有16.0dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是5％，即，生产合格率也稍微降低。
具有其中硅橡胶和密度等于Pt的Au粉末以0.5∶0.5混合以使声阻抗接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的声透镜组份的比较实例11的硫化的模制的产品具有25dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。
(实例15)
首先，具有25纳米的平均颗粒直径的氧化镱(Yb2O3)粉末置于在200℃下的恒温槽中并干燥2小时以蒸发附着的水分等。
通过称量材料比如作为底胶的硅橡胶的量是0.65份重量和氧化镱粉末的量是0.35份重量来制备基于橡胶的组份。这种基于橡胶组份通过使用两级辗轧进行很好地捏合。随后，将作为硫化剂的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷添加到基于橡胶的组份中以使硫化剂含量相对于在基于橡胶的组份中的硅橡胶是1.0wt％，并进一步捏合所得的声透镜组份。此后，在170℃的温度下对捏合的声透镜组份硫化模制15分钟以形成用于评估的30×30×1mm3的方形橡胶板。此外，通过硫化模制在相同的条件下使用相同的捏合的声透镜组份以形成如附图2中所示的空的橡胶帽10。在干燥器中在200℃下对这些硫化的模制的产品进行二次硫化4小时。
(实例16-22)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例15中相同的过程进行制造，但除了使用下述的七种类型的基于橡胶的组份之外。作为实例16使用的基于橡胶的组份通过以0.6∶0.4的重量比混合的硅橡胶和具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末制备。作为实例17使用的基于橡胶的组份通过以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡胶和具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末制备。作为实例18使用的基于橡胶的组份通过以0.55∶0.4∶0.05的重量比混合的硅橡胶、具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末和具有19纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例19使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡胶、具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例20使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.3∶0.2的重量比混合的硅橡胶、具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例21使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.2∶0.3的重量比混合的硅橡胶、具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。作为实例22使用的基于橡胶的组份通过以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡胶、具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末和具有16纳米的平均颗粒直径的二氧化硅(SiO2)粉末制备。
(比较实例12&13)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例15中相同的过程进行制造，但除了使用下述的两种类型的基于橡胶的组份之外。作为比较实例12使用的基于橡胶的组份通过以0.92∶0.08的重量比混合的硅橡胶和具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末制备。作为比较实例13使用的基于橡胶的组份通过以0.35∶0.65的重量比混合的硅橡胶和具有25纳米的平均颗粒直径的Yb2O3粉末制备。
(比较实例14&15)
已经进行了二次硫化作用的硫化的模制的产品(评估橡胶板和空的橡胶帽)按照与实例15中相同的过程进行制造，但除了使用下述的两种类型的基于橡胶的组份之外。作为比较实例14使用的基于橡胶的组份通过以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡胶和具有25纳米的平均颗粒直径的氧化镥(Lu2O3)粉末制备。作为比较实例15使用的基于橡胶的组份通过以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡胶和具有300纳米的平均颗粒直径的氧化铋(Bi2O3)粉末制备。
在实例15至22和比较实例12至15中获得的评估橡胶板用于按照在实例1中相同的过程获得该密度、纵向波声速、声阻抗、衰减率和FOM值。此外，这些实例15至22和比较实例12至15的空橡胶帽用于以与实例1相同的方式获得模制废品率。结果在下表3中示出。
表3
               声透镜组份(重量比)                                     声透镜特性 模制废品率(％)
  硅橡胶   Yb2O3粉末(25nm)  SiO2粉末(16nm)     密度(g/cm3) 纵向波声速(m/s)    声阻抗(兆雷耳)  衰减率(dB/mm) 品质因素
  实例15    0.65     0.35     0     1.45     943     1.371     7.8   7355    0
  实例16    0.6     0.4     0     1.55     895     1.391     8.2   7339    0
  实例17    0.45     0.55     0     1.96     840     1.648     11.4   9576    0
  实例18    0.55     0.4     0.05     1.62     895     1.452     9.0   8055    0
  实例19    0.5     0.4     0.1     1.70     880     1.494     10.1   8888    0
  实例20    0.5     0.3     0.2     1.60     900     1.443     9.5   8550    0
  实例21    0.5     0.2     0.3     1.53     940     1.482     10.0   9400    0
  实例22    0.5  0.4(Si涂层)     0.1     1.70     880     1.494     9.5   8360    0
  比较实例12    0.92     0.08     0     1.08     1000     1.077     4.0   4000    0
  比较实例13    0.35     0.65     0     2.38     820     1.949     14.5   11890    10
  比较实例14    0.55           Lu2O3：0.5     1.67     900     1.503     12.0   10800    0
  比较实例15    0.5           Bi2O3：0.5     1.80     850     1.530     14.0   11900    0
如表3所示，具有包含40wt％或更多的硅橡胶和12至56wt％的Yb2O3粉末的声透镜组份的实例15至22的硫化的模制的每个产品具有接近于活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的1.371至1.648兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，可以减小在活体中的反射。此外，实例15至22中的硫化的模制的每个产品具有1,000m/s或更小的纵向波声速、在10兆赫兹的频率下11.4dB/mm的衰减率和9,600或更小的FOM值。因此，在形成声透镜时可以减小超声的衰减，因此可以制造较高的灵敏度的超声探头。特别是，使用其表面涂敷硅树脂的Yb2O3粉末的实例22的硫化的模制的产品与采用相同的组份的实例19的硫化的模制的产品具有相同的密度和声速，但是具有较低的衰减率和更小的FOM值。此外，在实例15至22的硫化的模制的产品中，由于在通过使用声透镜组份模制帽状的声透镜的所有的时候都没有产生模制缺陷，因此生产合格率也较高。
通过对比，具有其中硅橡胶和Yb2O3粉末以0.92∶0.08混合(即Yb2O3粉末的含量小于本发明的Yb2O3粉末的含量)的声透镜组份的比较实例12的硫化的模制的产品具有与活体的声阻抗(1.53兆雷耳)相差较大的1.077兆雷耳的声阻抗。因此，在形成声透镜时，在活体中发生了反射。
具有其中硅橡胶和Yb2O3粉末以0.35∶0.65混合(即Yb2O3粉末的含量大于本发明的Yb2O3粉末的含量)的声透镜组份的比较实例13的硫化的模制的产品具有14.5dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的废品率是10％，即，生产合格率也较低。
具有其中硅橡胶和密度等于Yb2O3的Lu2O3和Bi2O3粉末分别以0.5∶0.5混合以使声阻抗接近活体的声阻抗(1.53兆雷耳)的声透镜组份的比较实例14和15的硫化的模制的产品分别具有12和14dB/mm的较高的衰减率和10,000或更大的大FOM值。
(实例23)
首先，具有30纳米的平均颗粒直径的氧化锌(ZmO)粉末、具有15纳米的平均颗粒直径的铂(Pt)粉末和具有25纳米的平均颗粒直径的氧化镱(Yb2O3)粉末置于在200℃下的恒温槽中并干燥2小时以蒸发附着的水分等。
通过称量材料比如作为底胶的硅橡胶的量是50wt％和ZnO粉末、Pt粉末、Yb2O3粉末和SiO2粉末的量分别是15、15、15和5wt％来制备基于橡胶的组份。这种基于橡胶组份通过使用两级辗轧进行很好地捏合。随后，将作为硫化剂的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷添加到基于橡胶的组份中以使硫化剂含量相对于在基于橡胶的组份中的硅橡胶是1.0wt％，并进一步捏合所得的声透镜组份。此后，在170℃的温度下对捏合的声透镜组份硫化模制15分钟以形成用于评估的30×30×1mm3的方形橡胶板。此外，通过硫化模制在相同的条件下使用相同的捏合的声透镜组份以形成如附图2中所示的空的橡胶帽10。在干燥器中在200℃下对这些硫化的模制的产品进行二次硫化4小时。
在实例23中获得的评估橡胶板用于通过与在实例1中相同的过程获得该密度、纵向波声速、声阻抗、衰减率和FOM值。此外，以与实例1相同的方式使用空橡胶帽来获得模制废品率。
结果，密度是1.75g/cm3，纵向波声速是890m/s，声阻抗是1.554兆雷耳，衰减率是10.2dB/mm，以及FOM值是9,078。因此在形成声透镜时，可以减小了在活体中的反射，因此可以降低衰减。因此，可以制造高灵敏度的超声探头。此外，模制废品率是0％，表明较高的生产合格率。
附图3所示为在上述的实例1至23的硫化的模制的每个产品的10兆赫兹下在声阻抗和FOM值之间的关系。从附图3中可以清楚地看到，实例1至23的硫化的模制的每个产品具有接近于活体的声阻抗的声阻抗和作为声速和衰减率的乘积的较小的FOM值，即每个硫化的模制的产品在声透镜所要求的总的特征方面比较优良。
对于本领域的普通技术人员来说容易理解其它的优点并做出改进。因此，从广义上讲本发明并不限于在此所示并描述的特定的细节和有代表性的实施例。因此，在不脱离附加的权利要求及其等同物所界定的一般性发明原理的精神和范围的前提下可以做出各种修改。

Claims (33)

1.一种声透镜组份，包含不少于40wt％的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末。
2.根据权利要求1所述的组份，其中氧化锌粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
3.根据权利要求1所述的组份，其中氧化锌粉末的表面涂敷有硅树脂。
4.根据权利要求1所述的组份，进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
5.一种声透镜组份，包括不少于40wt％的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择出的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
6.根据权利要求5所述的组份，其中基于铂的粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
7.根据权利要求5所述的组份，其中基于铂的粉末的表面涂敷有硅树脂。
8.根据权利要求5所述的组份，进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
9.一种声透镜组份，包含不少于40wt％的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末。
10.根据权利要求9所述的组份，其中氧化镱粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
11.根据权利要求9所述的组份，其中氧化镱粉末的表面涂敷有硅树脂。
12.根据权利要求9所述的组份，进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
13.一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体第一表面上和在与第一表面相对的压电体第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包含不少于40wt％的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末。
14.根据权利要求13所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是液体硅橡胶。
15.根据权利要求13所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是可轧的硅橡胶。
16.根据权利要求13所述的探头，其中在声透镜中的氧化锌粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
17.根据权利要求13所述的探头，其中在声透镜中的氧化锌粉末的表面涂敷有硅树脂。
18.根据权利要求13所述的探头，其中声透镜进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
19.一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体第一表面上和在与第一表面相对的压电体第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包含不少于40wt％的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择出的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末。
20.根据权利要求19所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是液体硅橡胶。
21.根据权利要求19所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是可轧的硅橡胶。
22.根据权利要求19所述的探头，其中在声透镜中的基于铂的粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
23.根据权利要求19所述的探头，其中在声透镜中的基于铂的粉末的表面涂敷有硅树脂。
24.根据权利要求19所述的探头，其中声透镜进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
25.一种超声探头，包括：
背衬材料；
形成在背衬材料上的压电元件，该压电元件具有压电体和形成在面对着背衬材料的压电体第一表面上和在与第一表面相对的压电体第二表面上的一对电极；
形成在压电元件的电极表面上的声匹配层；和
形成在声匹配层上的声透镜，该声透镜包含不少于40wt％的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末。
26.根据权利要求25所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是液体硅橡胶。
27.根据权利要求25所述的探头，其中在声透镜中的硅橡胶是可轧的硅橡胶。
28.根据权利要求25所述的探头，其中在声透镜中的氧化镱粉末具有不超过200纳米的平均颗粒直径。
29.根据权利要求25所述的探头，其中在声透镜中的氧化镱粉末的表面涂敷有硅树脂。
30.根据权利要求25所述的探头，其中声透镜进一步包含不超过30wt％的二氧化硅粉末。
31.一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包含不少于40wt％的硅橡胶和15至60wt％的氧化锌粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
32.一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包括不少于40wt％的硅橡胶和10至52wt％的从下面的组中选择的至少一种基于铂的粉末：铂粉末、在至少一个表面上具有氧化铂的铂粉末和氧化铂粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
33.一种超声诊断设备，包括：
具有经由声匹配层形成在压电元件上的声透镜的超声探头，该声透镜包含不少于40wt％的硅橡胶和12至56wt％的氧化镱粉末；
具有屏幕的超声诊断设备主体；和
连接超声探头和超声诊断设备主体的电缆。
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