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：

超聲探頭典型地由包括一個或多個換能器元件以及聲透鏡的超聲換能器形成，以用于將來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接觸，然而，在將超聲換能器安裝到聲透鏡時，連接型模通常包括氣泡，這導致由換能器發(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易受流體結殼的影響，使得聲學疊層，尤其是連接型模，必須被保護以免受來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衰減發(fā)射的超聲波。

US 4,699,150A公開了一種用于醫(yī)療診斷檢查的超聲波換能器，包括具有一個表面(通過該表面發(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對象接觸并且形成在超聲換能器元件的所述一個表面上。

US 4,659,956 A公開了一種用于非破壞性評估和材料表征應用的復合聚焦超聲換能器，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。

技術實現(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：

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

-外表面，所述外表面用于發(fā)射在所述內表面處接收的所述超聲波，

其中，所述內表面被形成為凸曲面，并且

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

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

本發(fā)明基于為實現(xiàn)超聲換能器的發(fā)射表面和聲透鏡的內表面之間的無氣泡型模連接的想法來改進在超聲波的主發(fā)射方向上發(fā)射表面和內表面之間的聲學連接。由于所述內表面被形成為凸曲面，所以在對應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表面時，通過凸曲面將連接型模移動或推動到所述內表面的周邊部分，使得包含的氣泡也被推動到周邊部分，連接型模的對應于超聲波主方向的中心部分沒有氣泡，并且型模的厚度與周邊部分相比減小。此外，當所述發(fā)射表面與所述內表面接觸時，凹部可用做捕獲過量的連接型模的腔室并且捕獲接觸型模內的氣泡和空洞。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)選的實施方式，所述內表面被形成為單個的凸彎曲部分。這樣可以減小在內表面的對應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，單個的凸彎曲部分能多次反射，使得由超聲波換能器產生的超聲波的主方向不受干擾。

在優(yōu)選的實施方式中，所述凹部具有內凹的形狀。可以以低的技術力量在聲透鏡內設置所述凹部。

在優(yōu)選的實施方式中，所述凹部被形成為至少部分地圍繞所述內表面的凹口。這樣可以捕獲連接型模中的氣泡并且高效地容納過量的材料，因為通過朝向所述內表面按壓所述發(fā)射表面，過量的材料會被推向所述凸曲面的側部。

在優(yōu)選的實施方式中，側壁與所述內表面相關聯(lián)，從而與所述內表面一起形成腔室，所述腔室用于容納所述超聲換能器。因為所述聲透鏡形成容納所述超聲換能器的腔室并且側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)選的實施方式中，所述凹部被形成為凹口，所述凹口將所述內表面與所述側壁的內表面分隔開。因為所述凹部被形成為所述側壁和所述內表面之間的邊緣，所以可以為連接型模的過量材料提供腔室，所述腔室可以容易地容納過量的連接型模。

在優(yōu)選的實施方式中，所述內表面被形成防潮層的涂層覆蓋。這樣可以保護連接型模免受潮濕，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械連接的可靠性。

在優(yōu)選的實施方式中，所述側壁的內表面和所述凹部的表面被形成防潮層的所述涂層覆蓋。因為所述連接型模整體地被圍繞和保護免受潮濕，所以這樣可以進一步提高機械連接的可靠性。

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

在優(yōu)選的實施方式中，所述凹部被形成為盲孔或盲凹口。

在所述超聲探頭的優(yōu)選實施方式中，所述發(fā)射表面利用連接型模連接到內表面。因為所述連接型模減小了在所述聲透鏡的內表面處的超聲波反射，所以可以改進所述超聲換能器和所述聲透鏡之間的機械連接并且提高超聲波發(fā)射的效率。

在優(yōu)選的實施方式中，所述發(fā)射表面是平面?？梢砸缘图夹g力量來制造所述超聲換能器，因為所述換能器可以被形成為，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)射表面和所述內表面之間的界面處的超聲波反射，這是因為當所述發(fā)射表面和所述內表面通過連接型模連接并且該兩個表面被彼此擠壓時，氣泡可以被從所述內表面的中間部分推動到所述內表面的周邊部分。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。

附圖說明

參照下文描述的實施方式，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的步驟。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)一實施方式的超聲系統(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被用于檢查解剖側的體積，尤其是患者12的解剖側。超聲系統(tǒng)包括超聲探頭14，超聲探頭14具有至少一個超聲換能器，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的輸入設備。

圖2示出了總體上標為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和內表面26。內表面26通常適于面對超聲換能器的發(fā)射表面并且用于接收來自超聲換能器的超聲波。外表面24通常適于發(fā)射在內表面處接收并通過主體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，以便相應地沿徑向方向發(fā)射超聲波。內表面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或多個側壁28。側壁28包括內表面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。

在內表面26和側壁28的內表面30之間，形成有一個或多個凹部34用于捕獲過量的、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可以被形成為在內表面26和側壁28的內表面30之間分離的凹部或者可以是內表面26和側壁28的內表面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于對稱軸線36對稱。圖2的截面圖應當被理解為內表面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被設置在主體22的相反側。側壁28優(yōu)選地被形成為沿對稱軸線36的方向同軸地延伸的圓柱形部分。

內表面26、側壁28的內表面30和腔室34的內表面被防潮層38覆蓋。一般提供防潮層38以保護腔室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構。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被至少部分地設置在腔室32內，并且通過連接型?；蛘衬z48連接到腔室32的內表面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，并且形成到內表面26的良好的聲學連接。

超聲換能器40被設置在腔室32內，使得發(fā)射表面46面對內表面26并且側壁28側向地支撐超聲換能器40。在這個位置，從發(fā)射表面46發(fā)射的超聲波可以提供給內表面26，并進一步通過主體22傳遞到外表面24。由于內表面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表面26，使得該中心部分處的衰減和反射減小。在制造過程中，超聲換能器40被壓進腔室32內，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)境中使用且不會由于侵入濕氣而損壞粘膠48。

凹部34用作容納過量的粘膠48的腔室，在制造過程中過量的粘膠48被壓到側部進入凹部34中，使得發(fā)射表面46可以緊密接觸內表面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(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。超聲換能器40被引入腔室32，使得發(fā)射表面46面對內表面26并且超聲換能器40與對稱軸線36同軸地被引入腔室32中。當發(fā)射表面46被引入腔室32并且仍然被設置在與內表面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。在這個特定的步驟中，設置在發(fā)射表面46和內表面26之間的粘膠48被移動和推動到發(fā)射表面46的周邊部分并且如箭頭54所示進入凹部34。這是通過內表面26的凸曲率實現(xiàn)的，使得過量的粘膠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。

盡管已經在附圖和前面的描述中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的圖示和描述被認為是圖示性或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書和所附的權利要求，本領域技術人員在實踐所主張的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。

在權利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個元件或其他單元可以實現(xiàn)在權利要求中記載的若干件的功能。在互不相同的從屬權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。

在權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為對范圍的限制。