本發(fā)明涉及一種用于包括發(fā)射超聲波的超聲換能器的超聲探頭的聲透鏡。本發(fā)明還涉及一種包括發(fā)射超聲波的超聲換能器的超聲換能器探頭。

背景技術(shù)：

超聲探頭典型地由包括一個(gè)或多個(gè)換能器元件以及聲透鏡的超聲換能器形成，以用于將來(lái)自換能器的超聲波提供給外部凹表面，所述外部凹表面能夠例如與人體接觸以進(jìn)行超聲檢查。超聲換能器通常利用連接型模(connection mold)或粘膠模壓到聲透鏡，以提供換能器元件和聲透鏡的外表面之間良好的聲學(xué)接觸，然而，在將超聲換能器安裝到聲透鏡時(shí)，連接型模通常包括氣泡，這導(dǎo)致由換能器發(fā)射的聲波出現(xiàn)聲反射和衰減，使得超聲探頭的效率降低。

另外，通常使用的連接型?；蛘衬z易受流體結(jié)殼的影響，使得聲學(xué)疊層，尤其是連接型模，必須被保護(hù)以免受來(lái)自聲透鏡外部的潮濕。

為了降低換能器和聲透鏡之間的聲反射，WO 2013/046080提出利用散射表面將聲波散射到不同的空間方向，然而，包含在連接型模中的氣泡仍然會(huì)衰減發(fā)射的超聲波。

US 4,699,150A公開(kāi)了一種用于醫(yī)療診斷檢查的超聲波換能器，包括具有一個(gè)表面(通過(guò)該表面發(fā)射聲波)的換能器元件、聲阻抗匹配器和接觸元件，所述接觸元件與被檢測(cè)對(duì)象接觸并且形成在超聲換能器元件的所述一個(gè)表面上。

US 4,659,956 A公開(kāi)了一種用于非破壞性評(píng)估和材料表征應(yīng)用的復(fù)合聚焦超聲換能器，其包括具有第一曲率半徑的壓電陶瓷元件和組合透鏡以及在其前部的具有第二曲率半徑的覆蓋層，所述第二曲率半徑小于所述壓電陶瓷元件的所述第一曲率半徑。

從JP 2004 105741 A，US 5,976,091 A和EP 2 289 419 A1中已知另外的超聲換能器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于超聲探頭的聲透鏡以及包括具有改進(jìn)的超聲發(fā)射的聲透鏡的超聲探頭。

本發(fā)明的第一方面提供了一種用于超聲探頭的聲透鏡，包括：

-內(nèi)表面，所述內(nèi)表面用于面對(duì)超聲換能器的發(fā)射表面并且用于接收來(lái)自所述超聲換能器的超聲波。

-外表面，所述外表面用于發(fā)射在所述內(nèi)表面處接收的所述超聲波，

其中，所述內(nèi)表面被形成為凸曲面，并且

至少一個(gè)凹部與所述內(nèi)表面的邊緣相關(guān)聯(lián)以用于捕獲型模材料。

本發(fā)明的另一方面提供了一種超聲換能器探頭，包括：

-超聲換能器，所述超聲換能器包括用于發(fā)射超聲波的發(fā)射表面，和

-聲透鏡，所述聲透鏡具有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面用于面對(duì)所述超聲換能器的發(fā)射表面并且用于接收來(lái)自所述發(fā)射表面的所述超聲波，所述外表面用于發(fā)射在所述內(nèi)表面處接收的所述超聲波，其中所述內(nèi)表面被形成為凸曲面，并且至少一個(gè)凹部與所述內(nèi)表面的邊緣相關(guān)聯(lián)以用于捕獲型模材料。

在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，要求保護(hù)的超聲換能器探頭與要求保護(hù)的聲透鏡以及在從屬權(quán)利要求中限定的具有相似的和/或相同的優(yōu)選實(shí)施方式。

本發(fā)明基于為實(shí)現(xiàn)超聲換能器的發(fā)射表面和聲透鏡的內(nèi)表面之間的無(wú)氣泡型模連接的想法來(lái)改進(jìn)在超聲波的主發(fā)射方向上發(fā)射表面和內(nèi)表面之間的聲學(xué)連接。由于所述內(nèi)表面被形成為凸曲面，所以在對(duì)應(yīng)超聲波主方向的中心部分的連接型模層的厚度被減小。在將超聲換能器連接到所述內(nèi)表面時(shí)，通過(guò)凸曲面將連接型模移動(dòng)或推動(dòng)到所述內(nèi)表面的周邊部分，使得包含的氣泡也被推動(dòng)到周邊部分，連接型模的對(duì)應(yīng)于超聲波主方向的中心部分沒(méi)有氣泡，并且型模的厚度與周邊部分相比減小。此外，當(dāng)所述發(fā)射表面與所述內(nèi)表面接觸時(shí)，凹部可用做捕獲過(guò)量的連接型模的腔室并且捕獲接觸型模內(nèi)的氣泡和空洞。因此，可以減小在超聲波主方向上的氣泡處的聲反射和相應(yīng)的超聲波衰減，從而提高超聲波的發(fā)射效率。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述內(nèi)表面被形成為單個(gè)的凸彎曲部分。這樣可以減小在內(nèi)表面的對(duì)應(yīng)于超聲波主方向的中心部分處的接觸型模的厚度，從而減小在主發(fā)射方向上的超聲波衰減并且提高超聲波發(fā)射的效率。此外，單個(gè)的凸彎曲部分能多次反射，使得由超聲波換能器產(chǎn)生的超聲波的主方向不受干擾。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述凹部具有內(nèi)凹的形狀。可以以低的技術(shù)力量在聲透鏡內(nèi)設(shè)置所述凹部。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述凹部被形成為至少部分地圍繞所述內(nèi)表面的凹口。這樣可以捕獲連接型模中的氣泡并且高效地容納過(guò)量的材料，因?yàn)橥ㄟ^(guò)朝向所述內(nèi)表面按壓所述發(fā)射表面，過(guò)量的材料會(huì)被推向所述凸曲面的側(cè)部。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，側(cè)壁與所述內(nèi)表面相關(guān)聯(lián)，從而與所述內(nèi)表面一起形成腔室，所述腔室用于容納所述超聲換能器。因?yàn)樗雎曂哥R形成容納所述超聲換能器的腔室并且側(cè)向地支撐所述超聲換能器，所以可以在所述超聲換能器和所述聲透鏡之間形成可靠的連接。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述凹部被形成為凹口，所述凹口將所述內(nèi)表面與所述側(cè)壁的內(nèi)表面分隔開(kāi)。因?yàn)樗霭疾勘恍纬蔀樗鰝?cè)壁和所述內(nèi)表面之間的邊緣，所以可以為連接型模的過(guò)量材料提供腔室，所述腔室可以容易地容納過(guò)量的連接型模。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述內(nèi)表面被形成防潮層的涂層覆蓋。這樣可以保護(hù)連接型模免受潮濕，使得所述探頭可以在潮濕環(huán)境中使用并且提高所述超聲換能器和所述聲透鏡之間的機(jī)械連接的可靠性。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述側(cè)壁的內(nèi)表面和所述凹部的表面被形成防潮層的所述涂層覆蓋。因?yàn)樗鲞B接型模整體地被圍繞和保護(hù)免受潮濕，所以這樣可以進(jìn)一步提高機(jī)械連接的可靠性。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述涂層被形成為金屬層?？梢栽诟咝屎偷图夹g(shù)力量的情況下來(lái)提供所述防潮層。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述凹部被形成為盲孔或盲凹口。

在所述超聲探頭的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述發(fā)射表面利用連接型模連接到內(nèi)表面。因?yàn)樗鲞B接型模減小了在所述聲透鏡的內(nèi)表面處的超聲波反射，所以可以改進(jìn)所述超聲換能器和所述聲透鏡之間的機(jī)械連接并且提高超聲波發(fā)射的效率。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述發(fā)射表面是平面。可以以低技術(shù)力量來(lái)制造所述超聲換能器，因?yàn)樗鰮Q能器可以被形成為，比如，在硅晶片上的電容式微加工超聲換能器，并且被連接到具有提高的超聲波發(fā)射效率的聲透鏡。

如上所述，本發(fā)明能夠減小在所述聲透鏡的所述發(fā)射表面和所述內(nèi)表面之間的界面處的超聲波反射，這是因?yàn)楫?dāng)所述發(fā)射表面和所述內(nèi)表面通過(guò)連接型模連接并且該兩個(gè)表面被彼此擠壓時(shí)，氣泡可以被從所述內(nèi)表面的中間部分推動(dòng)到所述內(nèi)表面的周邊部分。由于氣泡被從所述發(fā)射表面的中心部分(其是超聲波的主發(fā)射方向)移除且所述中心部分的連接型模厚度可減小，所以減小了超聲波的反射和衰減，且提高了超聲波發(fā)射的效率。

附圖說(shuō)明

參照下文描述的實(shí)施方式，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯并得以闡明。在以下附圖中

圖1示出了用于掃描患者的身體體積的超聲成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出了用于超聲探頭的聲透鏡的示意性截面圖；

圖3示出了包括圖2中所示的聲透鏡的超聲探頭的示意性截面圖；

圖4示出了用于將超聲換能器連接到圖2中所示的聲透鏡以形成圖3中所示超聲探頭的單個(gè)的步驟。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)一實(shí)施方式的超聲系統(tǒng)10的示意圖，尤其是一種醫(yī)療三維(3D)超聲成像系統(tǒng)。超聲成像系統(tǒng)10被用于檢查解剖側(cè)的體積，尤其是患者12的解剖側(cè)。超聲系統(tǒng)包括超聲探頭14，超聲探頭14具有至少一個(gè)超聲換能器，尤其是具有用于發(fā)射和/或接收超聲波的多個(gè)換能器元件的超聲換能器陣列。超聲探頭14包括連接到超聲換能器的聲透鏡，所述聲透鏡形成超聲探頭14的用于連接超聲探頭14和患者12的接觸面。

此外，超聲系統(tǒng)10可包括控制通過(guò)超聲系統(tǒng)10提供3D圖像的控制單元16?？刂茊卧?6不僅控制通過(guò)超聲探頭14的換能器陣列采集數(shù)據(jù)，還控制形成由超聲探頭的換能器陣列接收的超聲波束的回波形成的3D圖像的信號(hào)和圖像處理。

超聲系統(tǒng)還可包括給用戶顯示3D圖像的顯示器18，并且可包括具有作為用戶接口的按鍵或鍵盤(pán)的輸入設(shè)備。

圖2示出了總體上標(biāo)為20的用于超聲探頭14的聲透鏡的示意性截面圖。聲透鏡20包括可由熱塑性彈性體形成的主體22，所述主體能夠傳遞超聲波。主體包括外表面24和內(nèi)表面26。內(nèi)表面26通常適于面對(duì)超聲換能器的發(fā)射表面并且用于接收來(lái)自超聲換能器的超聲波。外表面24通常適于發(fā)射在內(nèi)表面處接收并通過(guò)主體22傳遞的超聲波。外表面24還適于接收超聲波并且將接收的超聲波提供給超聲換能器。外表面24具有凸曲面形狀，以便相應(yīng)地沿徑向方向發(fā)射超聲波。內(nèi)表面26被形成為凸曲面，其具有與所述外表面的曲率相反的曲率。

主體22還包括在該截面圖中沿著與外表面24相反的方向延伸的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁28。側(cè)壁28包括內(nèi)表面30，其形成腔室32以用于容納所述超聲換能器，如下所描述的。主體22被形成為一體式的整體部件。

在內(nèi)表面26和側(cè)壁28的內(nèi)表面30之間，形成有一個(gè)或多個(gè)凹部34用于捕獲過(guò)量的、用于將所述超聲換能器連接到聲透鏡20的連接型模，如下所描述的。凹部34可以被形成為在內(nèi)表面26和側(cè)壁28的內(nèi)表面30之間分離的凹部或者可以是內(nèi)表面26和側(cè)壁28的內(nèi)表面30之間的邊緣處的連續(xù)的凹口。凹部34被形成為腔室或盲孔或盲凹口。

主體22可具有圓形形狀且相對(duì)于對(duì)稱軸線36對(duì)稱。圖2的截面圖應(yīng)當(dāng)被理解為內(nèi)表面26和外表面24都是從紙平面垂直延展的2維平面，因此，兩表面24、26被設(shè)置在主體22的相反側(cè)。側(cè)壁28優(yōu)選地被形成為沿對(duì)稱軸線36的方向同軸地延伸的圓柱形部分。

內(nèi)表面26、側(cè)壁28的內(nèi)表面30和腔室34的內(nèi)表面被防潮層38覆蓋。一般提供防潮層38以保護(hù)腔室32免受外部潮濕。防潮層38優(yōu)選地被形成為金屬層。

主體22優(yōu)選由聚醚嵌段酰胺PEBAX 2533形成，其是熱塑性彈性體，由柔性聚醚和纏結(jié)聚酰胺(writhed polyamide)制成。

圖3示出了包括聲透鏡20和總體上由40標(biāo)記的超聲換能器的超聲探頭14的示意性截面圖。超聲換能器40包括用于發(fā)射和/或接收超聲波的超聲換能器元件42或超聲換能器陣列42。超聲換能器元件42或超聲換能器陣列42被形成為晶片級(jí)的陶瓷微加工超聲換能器且被連接到支撐部分44，所述支撐部分用于機(jī)械支撐換能器元件或陣列42并且用于電連接換能器元件42。支撐部分44可以是具有用于換能器元件42或換能器陣列42的底部填充物的柔性安裝結(jié)構(gòu)。換能器元件42或換能器陣列42包括用于發(fā)射和/或接收超聲波的發(fā)射表面46。

超聲換能器40被至少部分地設(shè)置在腔室32內(nèi)，并且通過(guò)連接型?；蛘衬z48連接到腔室32的內(nèi)表面26、30。粘膠48被形成為PDMS(聚二甲基硅氧烷)或聚丁二烯，以便將超聲換能器40固定在腔室32內(nèi)，并且形成到內(nèi)表面26的良好的聲學(xué)連接。

超聲換能器40被設(shè)置在腔室32內(nèi)，使得發(fā)射表面46面對(duì)內(nèi)表面26并且側(cè)壁28側(cè)向地支撐超聲換能器40。在這個(gè)位置，從發(fā)射表面46發(fā)射的超聲波可以提供給內(nèi)表面26，并進(jìn)一步通過(guò)主體22傳遞到外表面24。由于內(nèi)表面26的凸曲面形狀，形成超聲換能器元件42或換能器陣列42的沿對(duì)稱軸線36的主發(fā)射方向的發(fā)射表面46的中心部分緊密接觸內(nèi)表面26，使得該中心部分處的衰減和反射減小。在制造過(guò)程中，超聲換能器40被壓進(jìn)腔室32內(nèi)，從而將粘膠48從發(fā)射表面46的中心部分推到周邊部分，并且將包含在型模48中的空隙或氣泡推到周邊部分，如下所描述的。

防潮層38保護(hù)親水性的粘膠48不與外界接觸，使得超聲探頭14能夠在潮濕環(huán)境中使用且不會(huì)由于侵入濕氣而損壞粘膠48。

凹部34用作容納過(guò)量的粘膠48的腔室，在制造過(guò)程中過(guò)量的粘膠48被壓到側(cè)部進(jìn)入凹部34中，使得發(fā)射表面46可以緊密接觸內(nèi)表面26。

圖4a-d示出了制造包括聲透鏡20和超聲換能器40的超聲探頭14的工藝步驟。換言之，圖4a-d示出了將超聲換能器40連接到聲透鏡20的腔室32中的工藝步驟。

如上所述，超聲換能器40包括附接到支撐部分44并且具有發(fā)射表面46的換能器元件42或換能器陣列42。換能器元件42可以是由可用的微加工技術(shù)(比如犧牲層蝕刻或晶片接合)制造的電容式微加工超聲換能器(CMUTs)。換能器元件42也可以是基于壓電的超聲換能器(PZTs)。

如圖4b所示，包括換能器元件42或換能器陣列42的支撐部分40的上部通過(guò)浸涂或噴涂涂覆有粘膠48。

如圖4c所示，超聲換能器40和附接的粘膠48如箭頭50所示被引入腔室32內(nèi)。超聲換能器40被引入腔室32，使得發(fā)射表面46面對(duì)內(nèi)表面26并且超聲換能器40與對(duì)稱軸線36同軸地被引入腔室32中。當(dāng)發(fā)射表面46被引入腔室32并且仍然被設(shè)置在與內(nèi)表面26相距一距離處，如圖4d中箭頭52所示將超聲換能器40壓入腔室32。在這個(gè)特定的步驟中，設(shè)置在發(fā)射表面46和內(nèi)表面26之間的粘膠48被移動(dòng)和推動(dòng)到發(fā)射表面46的周邊部分并且如箭頭54所示進(jìn)入凹部34。這是通過(guò)內(nèi)表面26的凸曲率實(shí)現(xiàn)的，使得過(guò)量的粘膠48(包括氣泡)被推入凹部34，最終使得在發(fā)射表面46的中心部分處發(fā)射表面46與內(nèi)表面26之間的距離變小，且粘膠48中的氣泡被移到周邊部分，尤其是進(jìn)入凹部34。因此，發(fā)射表面46的中心部分的超聲波的反射和衰減減小，探頭14的超聲波發(fā)射效率提高。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的圖示和描述被認(rèn)為是圖示性或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所主張的本發(fā)明時(shí)，能夠理解并實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型。

在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)元件或其他單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干件的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載的特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。

在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。