[發明專利]一種大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭及其制作方法

在審

• 申請號: 201710691766.2
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107361795A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 許春東;劉東旭;劉占凱;鄧吉;滑劭寧;沈晨瑞
• 申請（專利權）人: 河北奧索電子科技有限公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B8/00
• 代理公司: 寧波市天晟知識產權代理有限公司33219
• 代理人: 張文忠

技術領域

本發明涉及醫療器械領域,特別是用于探測人體跟骨骨密度的一種超聲探頭，具體地說是一種大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭及其制作方法。

背景技術

由于傳統X射線方法檢測人體骨密度容易形成輻射，無輻射的超聲骨密度檢測方法逐漸被人們接受。依據測量部位，目前常用的超聲骨密度測試方法有跟骨骨密度、橈骨骨密度、指骨骨密度等。其中跟骨骨密度常采用0.5MHz的一發一收的雙探頭方法進行腳部跟骨的測量，可以同時獲得跟骨處聲速SOS和聲衰減BUA。其中BUA的測量原理是根據跟骨處的聲衰減系數在0.2MHz到0.8MHz之間與頻率呈線性關系。實際應用中很難有超聲探頭可以做到在0.2MHz和0.8MHz之間進行線性采樣，這需要探頭帶寬達到120%，比較常用的是采集0.3MHz到0.6MHz的聲衰減數。即使這樣普通0.5MHz的探頭通常也只能做到0.3MHz到0.5MHz的線性BUA數據采樣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的現狀，而提供一種可以在0.3MHz到0.6MHz之間獲得線性聲衰減系數擬合的一種大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭及其制作方法，其工藝簡，單能用于人體跟骨部位骨密度狀況的檢測。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭，包括探頭外殼以及封裝在該探頭外殼內的聲疊層；聲疊層為采用“重背襯+壓電復合材料+聲匹配層”的探頭設計結構，重背襯設置于壓電復合材料的背面以起到背向聲吸收和增加帶寬的作用，聲匹配層設置于壓電復合材料的前面以起到匹配人體聲阻抗的作用，探頭外殼的后端引出有與壓電復合材料電連接的電極引線，電極引線包括正電極引線和負電極引線，正電極引線與壓電復合材料的上表面電連接，負電極引線與壓電復合材料的下表面電連接，壓電復合材料為由壓電相和非壓電相組成的壓電復合材料晶片。

為優化上述技術方案，采取的措施還包括：

上述的重背襯的聲阻抗在9MRaly-18MRaly之間，最佳為13MRaly。

上述的壓電復合材料的壓電相體積分數在10%-60%之間。

上述的重背襯為由環氧樹脂與鎢粉配制出的高聲阻抗背襯。

上述的聲匹配層為由環氧樹脂與氧化鋁粉末配制而成的匹配層。

上述的壓電復合材料的壓電相體積分數在30%，壓電復合材料的厚度為3.35mm，直徑為25mm。

本發明還提供了一種大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭的制作方法；該方法包括以下步驟：

1)、選取厚度為3.35mm，直徑為25mm，體積分數為30%的壓電復合材料，并將正電極引線與壓電復合材料的上表面焊接固定相連，將負電極引線與壓電復合材料的下表面焊接固定相連；

2)、采用質量比為1:8的E54環氧樹脂與鎢粉配制出重背襯；

3)、采用質量比為1:2的E51環氧樹脂和800目氧化鋁粉末配制出聲匹配層；

5)、由上至下將上述的重背襯、焊接有正電極引線與負電極引線的壓電復合材料和聲匹配層通過E51環氧樹脂膠粘疊置形成聲疊層；

6)、將上述形成的聲疊層屏蔽封裝于探頭外殼內，并將正電極引線未焊接的一端和負電極引線未焊接的一端從探頭外殼的后端引出，即完成大帶寬復合材料跟骨骨密度超聲探頭的制作。

上述的重背襯的厚度為15mm；聲匹配層厚度為0.96mm。

與現有技術相比，本發明的聲疊層為采用“重背襯+壓電復合材料+聲匹配層”的探頭設計結構，重背襯設置于壓電復合材料的背面以起到背向聲吸收和增加帶寬的作用，聲匹配層設置于壓電復合材料的前面以起到匹配人體聲阻抗的作用，探頭外殼的后端引出有與壓電復合材料電連接的電極引線，電極引線包括正電極引線和負電極引線，正電極引線與壓電復合材料的上表面電連接，負電極引線與壓電復合材料的下表面電連接，壓電復合材料為由壓電相和非壓電相組成的壓電復合材料晶片。本發明的聲疊層采用的是壓電復合材料，由于壓電復合材料具有較低的聲阻抗和較高的信號接收性能，因此靈敏度高、帶寬大、穩定性好，能在0.2MHz到0.6MHz之間獲得線性聲衰減系數BUA數據采樣，特別是適用于人體跟骨部位骨密度的探測。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖；

圖2是圖1中壓電復合材料的結構示意圖；

圖3是本發明水槽測試回波波形和頻譜圖；

圖4是本發明跟骨體模測試得到的BUA線性擬合結果。

具體實施方式