[發明專利]超聲換能器、超聲探頭、超聲探針以及超聲水聽器

在審

• 申請號: 201810367549.2
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108433744A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 邵維維;李培洋;崔崤峣;李章劍;徐杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: A61B8/12
• 分類號: A61B8/12
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 陳博旸

本發明提供了一種超聲換能器，超聲探頭，超聲探針以及超聲水聽器，其中，超聲換能器包括：壓電層，所述壓電層的長度與寬度的比值與超聲換能器的頻率成反比。本發明實施例提供的超聲換能器，壓電層的長度與寬度的比值與超聲換能器的頻率成反比，即當壓電層的長度與寬度的比值越大時，超聲換能器的頻率越低。具體地，本發明提供的超聲換能器產生的頻率與壓電層的厚度無關，僅與壓電層長度與寬度的比值相關，因此，超聲換能器在低頻時，能夠實現厚度方向的小尺寸。

技術領域

本發明涉及超聲換能器技術領域，具體涉及一種超聲換能器、超聲探頭、超聲探針以及超聲水聽器。

背景技術

超聲探針是通過超聲探頭產生入射超聲波(發射波)和接收發射超聲波(回波)的，它是超聲成像的重要部件。而超聲探頭的任務就是將電信號變換為超聲波信號或相反地將超聲波信號變換為電信號。探頭可以發射和接收超聲，進行電、聲信號轉換，能夠將由主機送來的電信號轉變為高頻振蕩的超聲信號，又能將從組織臟器發射回來的超聲信號轉變為電信號而顯示于主機的顯示器上。

超聲探頭的重要組成部分為超聲換能器，其中，超聲換能器在外加激勵時，超聲換能器內的壓電層能產生彈性形變，從而產生超聲波；相反情況下，當超聲聲波通過壓電層時，又能引起它產生彈性形變，繼而引起電壓的變化，最后通過信號處理裝置對相應電信號變化的處理來完成被探測物的圖像探查。

隨著現代醫學的發展，體內溶栓、骨科體內導航、耳內檢測等需要小型化低頻的超聲換能器，由于物質本身諧振規律的影響(大的物體頻率低，小的物體頻率高)，低頻換能器尺寸很難做小。以厚度振型的超聲探頭為例，一般壓電材料的厚度振型常數為2.02MHz·mm，也就是1mm厚度的壓電材料的諧振頻率為2MHz，再加上匹配層和背襯的厚度，整體厚度大概在3mm左右，難以滿足整體尺寸需要在2mm甚至1mm的插入、介入、植入探測和治療。

發明內容

本發明要解決的是現有技術中的超聲探頭在低頻時厚度過大，難以滿足插入探測和治療的缺陷。

有鑒于此，根據第一方面，本發明實施例提供一種超聲換能器，包括壓電層，所述壓電層的長度與寬度的比值與超聲換能器的頻率成反比。

本發明實施例提供的超聲換能器，壓電層的長度與寬度的比值與超聲換能器的頻率成反比，即當壓電層的長度與寬度的比值越大時，超聲換能器的頻率越低。具體地，本發明提供的超聲換能器產生的頻率與壓電層的厚度無關，僅與壓電層長度與寬度的比值相關，因此，超聲換能器在低頻時，能夠實現厚度方向的小尺寸。

結合第一方面，在第一方面第一實施方式中，所述壓電層的厚度不小于0.02mm。

本發明實施例提供的超聲換能器，通過設置壓電層的厚度，能夠使得超聲換能器進行開孔、打洞以及進入血管進行超聲成像，具有較廣的應用范圍。

結合第一方面，在第一方面第二實施方式中，所述壓電層的振型為輪廓振型。

本發明實施例提供的超聲換能器，其中，壓電層的長度與寬度比值使得壓電層中的壓電振子在外界激勵作用下，產生沿長度和寬度方向的伸縮振動，極化方向與厚度方向平行，電極面與厚度方向垂直。具體地，壓電層中振子的振動方向與厚度方向垂直，所產生的超聲波的傳播方向與厚度方向平行或垂直，且振子的諧振頻率與超聲波的頻率對應。本發明中壓電層的長度與寬度的比值使得壓電層在外界激勵下，激發出的振型為輪廓振型，對應于壓電層的尺寸與壓電層的厚度無關，從而就能實現低頻時厚度較小。此外，輪廓振型產生的超聲波為縱波，該超聲波可以在固體、液體和氣體中傳播。

結合第一方面，在第一方面第三實施方式中，所述超聲換能器還包括：沿所述壓電層的厚度方向，層疊設置在所述壓電層兩側的背襯層和第一匹配層。