一种面聚焦超声换能器阵列及其换能器制造技术

本实用新型专利技术涉及换能器技术领域，更具体的是涉及一种面聚焦超声换能器阵列及其换能器，包括若干个阵元；每个阵元包括框架和固定设置在框架上的晶体层，晶体层为向框架内凹可线聚焦的凹弧面结构；还包括与每个阵元的晶体层电连接的控制装置，控制装置控制每个阵元独立工作。本实用新型专利技术通过若干个可线聚焦的中空半圆筒形换能器排列形成换能器阵列，组合形成一个面状的聚焦区域，增大了聚焦体积，减少了治疗时间；另外通过控制装置控制每个阵元独立工作，这样可使得部分阵元工作而部分阵元关闭，形成所需要的聚焦体积和聚焦形状，从而避开不需要治疗的人体组织。需要治疗的人体组织。需要治疗的人体组织。

【技术实现步骤摘要】
一种面聚焦超声换能器阵列及其换能器


[0001]本技术涉及换能器
，更具体地是涉及一种面聚焦超声换能器阵列及其换能器。

技术介绍

[0002]现有的聚焦超声换能器一般是由一个单一的球面换能器组成，直接在球面换能器的几何焦点进行聚焦，位置较为固定，只能通过机械移动的方式改变焦点的位置，灵活性较差；或者是由多个超声换能器阵元组成的相控阵，通过对各个阵元的相位和幅度进行调控，从而实现电子调节焦距和焦点位置，但是这样的调节方式对于复杂的人体结构来说还是不够灵活。
[0003]中国专利CN105228699A公开了一种线聚焦超声波换能器及包括其的高强度线聚焦超声波发生装置，包括：治疗用压电元件，其呈中空的半圆筒形状；第 1电极部，其配备于治疗用压电元件的内面；及第2电极部，其与第1电极部对应地配备于治疗用压电元件的外面。其只能进行线聚焦，且换能器整体结构复杂，还需要繁琐的机械运动来改变焦点位置。
[0004]中国专利CN209421976U公开了一种柔性超声波换能器阵列、聚焦换能器，包括具有易变形、可弯折特性的柔性基板，以及镶嵌在该柔性基板上的多个振元，该振元的第一端、第二端均分别凸出于其的上表面、下表面，故所提供的柔性超声波换能器阵列也将具有易变形、可弯折等特点。这样一来，在将柔性超声波换能器阵列应用至医学治疗领域中时，该柔性超声波换能器阵列的形状能够根据人体表面形状而发生变化，也即对于不同形状的人体表面而言，其可以采用同一个柔性超声波换能器阵列对其进行超声成像或超声治疗，较为灵活。
[0005]虽然柔性基板可以使得换能器阵列的形状可以根据人体结构需要进行改变，但是其还是线聚焦或者点聚焦的方式，聚焦体积较小，对于具有较大病灶体积的肿瘤进行治疗时，可能需要很长的治疗时间，这无论对于医生还是患者都将会产生较大的痛苦和不便。
[0006]另外的，中国专利CN201482706U公开了一种柱形超声换能器，其能够在复合超声管的空心螺纹管轴线附近区域获得高强度的柱面聚焦超声场，但其只能形成单一的柱面聚焦，灵活性还是不够，且其结构较为复杂，产生的超声场强度过大，不适合应用于医疗器械中。

技术实现思路

[0007]本技术为克服上述现有技术中换能器聚焦方式单一、聚焦体积小、结构复杂的不足，提供了一种结构简单、聚焦方式多样、聚焦体积大的面聚焦超声换能器阵列及其换能器。
[0008]在本技术方案中，提供了一种面聚焦超声换能器阵列，包括若干个阵元；每个阵元包括框架和固定设置在框架上的晶体层，晶体层为向框架内凹可线聚焦的凹弧面结构；还包括与每个阵元的晶体层电连接的控制装置，控制装置控制每个阵元独立工作。
[0009]本技术中通过设置若干个可线聚焦的阵元，每个阵元聚焦线组合形成一个面状的聚焦区域，使得聚焦面积可随着阵元的个数而增大，而不是点状或线状聚焦，极大的缩短了大病灶体积的肿瘤治疗时间，减轻了患者痛苦；另外通过将每个阵元都连接到控制装置上，方便医生对换能器阵列上的阵元实现单独控制，使其形成所需要的聚焦体积和聚焦形状，聚焦的方式多样，可避开特定的人体组织。
[0010]优选的，上述的控制装置为多通道控制器，多通道控制器具有数量大于或等于若干个阵元的独立通道，每个独立通道对应控制每个阵元。这样设置是为了使控制装置能对每个阵元独立控制，单独激励每个阵元的晶体层发射超声波，这样可以通过控制装置控制换能器阵列上的某一部分阵元工作发射超声波，形成所需要的聚焦体积和形状，避免对人体造成过多影响，同时也减少了能源的浪费。
[0011]优选地，上述的晶体层包括顺次连接的第一电极层、压电元件、第二电极层，第一电极层靠近框架，第一电极层和第二电极层均与控制装置电连接，根据控制装置的激励信号驱动压电元件振动。
[0012]优选地，上述的晶体层在框架上的正投影为矩形，这样设置是为了使每个阵元的具有相同的规则结构，方便控制各阵元进行各种阵列排布时聚焦的区域。
[0013]优选地，上述的框架为中空结构，框架与晶体层密封固定连接形成中空半圆筒结构，这样设置是为了实现换能器的声学匹配功能。
[0014]优选地，上述的阵列为矩形阵列、圆形阵列、球形阵列、弧形阵列、不规则阵列中的一种或几种结合，对于不同的病灶区域，可用不同的阵列形式形成不同的形状的聚焦面，大大方便了医务工作者的工作。
[0015]优选地，上述的压电元件材质为压电陶瓷、压电晶体、复合压电物质中的一种，其具有压电效应，可将电信号转换成声信号，或将声信号转换成电信号；压电元件在受到第一电极层和第二电极层的电激励后，产生高频振动发射超声波，在对应的位置线聚焦。
[0016]本技术方案还提供了一种面聚焦超声换能器，包括上述的面聚焦超声换能器阵列。
[0017]优选地，上述的面聚焦超声换能器还包括背衬，框架背离晶体层凹弧面的一面固定设置在背衬的上，以对各个阵元定位，固定其形成的阵列形式。
[0018]优选地，上述的背衬为平面结构、弧面结构、球面结构、不规则结构中的一种，这样是为了让各个阵元固定可在背衬上固定形成各种形式的阵列，方便医务工作者根据病灶位置大小等选择合适的换能器进行治疗。
[0019]与现有技术相比，有益效果是：
[0020]本技术中通过设置若干个中空半圆筒形可线聚焦的阵元，阵元可排列形成多种阵列形式，每个阵元的晶体层在平行方向上聚焦或在相交的位置聚焦，组合形成一个面状的聚焦区域，使得聚焦体积可随着阵元的个数而增大，而不是点状或线状的聚焦，极大的缩短了大病灶体积的肿瘤治疗时间，减轻了患者痛苦；另外通过将每个阵元都连接到多通道控制器上，每个阵元被一个独立通道控制，实现了各个阵元的独立工作，方便医生对换能器阵列上的阵元实现单独控制，这样可使得部分阵元工作而部分阵元关闭，形成所需要的聚焦体积和聚焦形状，从而避开不需要治疗的人体组织；而中空半圆筒形可线聚焦的阵元排列在背衬上，其结构较为简单。
附图说明
[0021]图1为本技术实施例1面聚焦超声换能器阵列的整体结构示意图；
[0022]图2为本技术实施例1面聚焦超声换能器阵列的阵元结构整体示意图；
[0023]图3为本技术实施例1面聚焦超声换能器阵列的阵元俯视图；
[0024]图4为图3的A
‑
A方向剖视图；
[0025]图5为图4的A部局部放大图；
[0026]图6为本技术实施例1面聚焦超声换能器的整体结构示意图；
[0027]图7为图2聚焦模拟结果示意图；
[0028]图8为图6聚焦模拟结果示意图；
[0029]图9为本技术实施例1面聚焦超声换能器阵列的控制装置控制示意图；
[0030]图10为本技术实施例2面聚焦超声换能器的整体结构示意图；
[0031]图11为图10聚焦模拟结果示意图；
[0032]图12为本技术实施例3中的控制装置控制示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面聚焦超声换能器阵列，其特征在于，包括若干个阵元(1)；所述每个阵元(1)包括框架(2)和固定设置在框架(2)上的晶体层(3)，所述晶体层(3)为向所述框架(2)内凹可线聚焦的凹弧面结构；还包括与所述每个阵元(1)的晶体层(3)电连接的控制装置，所述控制装置控制每个阵元(1)独立工作。2.根据权利要求1所述的一种面聚焦超声换能器阵列，其特征在于，所述控制装置为多通道控制器，所述多通道控制器具有数量大于或等于所述若干个阵元(1)的独立通道，所述每个独立通道对应控制所述每个阵元(1)。3.根据权利要求2所述的一种面聚焦超声换能器阵列，其特征在于，所述晶体层(3)包括顺次连接的第一电极层(31)、压电元件(32)、第二电极层(33)，所述第一电极层(31)靠近所述框架(2)，所述第一电极层(31)和所述第二电极层(33)均与所述控制装置电连接，根据所述控制装置的激励信号驱动所述压电元件(32)振动。4.根据权利要求3所述的一种面聚焦超...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭甲，王祥达，何建方，滕世国，李建霖，李萍，
申请(专利权)人：韶关东阳光自动化设备有限公司，
类型：新型
国别省市：