用于发射／接收具有低频（ＬＦ）和高频（ＨＦ）带中的频率的超声脉冲的超声探针，其中所述ＬＦ和ＨＦ带的辐射表面至少具有公共的区域。给出了几种通过相同的辐射表面发射（和接收）ＬＦ和ＨＦ脉冲的解决方案。阵列和元件可以是一般类型的，例如线性相控阵列或转换阵列，或在方位或垂直方向都有间隔的圆形阵列或元件，如１．５Ｄ、１．７５Ｄ和全２Ｄ阵列。ＬＦ和ＨＦ元件间隔和阵列孔径也可以是不同的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于同时在至少两个频带运行的高效声学(声波的和超声 波的)体波换能器的技术和设计。换能器的应用是例如但不限于医学超声成像、无损检测、工业和生物检验、地质应用和SONAR应用。技术背景在医学超声成像中禾拥组织和超声造影剂微泡的非线性弹性提供具有 更少噪声的改善的图像。更广阔的应用是在所谓的谐波成像领域，其中发 射的频带的第二谐波分量用于成像。在美国专利6,461,303中也提出将第三 和第孤皆波分量用于成像。在Br Heart J. 1984 Jan; 51(1): 61-9中双带发身寸脉冲用于M-模式 (M-mode)和多普勒测量。在美国专利5,410,516中示出了更多的实例，其中在非线性翻种从检观啲造影剂微泡中产生发射带的合带和差带。在美 国专利6,312,383和美国专利申请10/864,992中这种双带激寸有了魏一步的发展。美国专利申请10/189,350禾口10/204，350深入描述了双带對寸的超声波禾口 声波脉冲的合成脉冲的不同应用以及显著加强对超声波和声波成像的使用 的定量目标参数，所述合成脉冲提供噪声减少的图像、非线性散射图像。 该方法目于邀寸成像和背翻寸成像。如图1中的实例所示，X寸于这， 用应当鄉双带脉冲合^E冲，其中在图la中高频(HF)脉冲101重叠在 低频(LF)脉冲102的峰压上。图lb示出另一种情况，其中HF脉冲103 重叠在LF脉冲102的最大梯度上。LF和HF脉冲的中心频率比一般在1: 5-1: 20的范围内，在图像的限定深度的旨范围的LF脉冲的限定间隔内 必须同时出现HF脉冲。这些需要对换能器阵歹啲设计提出以下两个挑战 1.为了在图像的^h深度范围的LF脉冲的间隔范围内传播HF脉冲， HF和LF辐射表面必须具有大的公共区域(common area)。根据应用，—般希望HF和LF脉冲中的脉压(pulsepressure)在MPa的S^。这 需要高的电到声的转化效率，对于现有的换能器技术，高的电到声的 转化效率是通过换能的共振操作获得的，其反过来给出了现有的超声 换能器阵列的受限的操作频带，该频带不能覆盖所述的应用所需的频 带(一般是l: 5-1: 15)。由于需要大部分的HF和LF辐射表面是公 共的，这种宽的带对阵歹啲结构的震动设计提出特殊挑战。 2. HF和LF脉冲之间的大的频率间隔意味着LF脉冲的波^i^大于 HF脉冲的波长， 一般大因子5-15，这因为着LF脉冲束比HF脉冲束 具有更高的衍射束，。为了对LF ，行重复的校准以便在大的深度 内维持高LF脉压，因此在特定的应用中需要使用比HF孑L径更宽的LF 孑L径。这产生相对于LF脉冲的HF脉冲的位置随传播距离的偏移，这 对双频辐射表面的设计提出了特殊的要求。在另一个应用中需要由相同的探针^l寸用于处理(组织的高热或空蚀 损伤)的低频(例如，0.5-2MHz)波，同时能够提供在更高频率(例如， 5-10MHz)下扭胴的探针表面的超声成像。在另一个应用中只是需要在深 度范围的大的变化范围下具有由相同探针成像可用的更高的频带。本专利技术对换能器设计的这些挑战提出了多种解决方案，所述换能器设 计可以以低和高频率之间的大间隔，以及随着深度的魁寸的HF和LF脉冲 之间的有限的tifi/相位偏移(sliding)来激寸/接收双带超声脉冲合成脉冲。 在这个专利技术中，主要涉及以仅接收HF带来戯寸LF/HF脉冲合成脉冲的情 况，但题当清楚由于互易性，探I极可以用于接收LF带。
技术实现思路
本专利技术提供对超声探针的一般要求的解决方案，该超声探针通过 至少部分地公共的辐射表面发射/接收超声脉冲，该超声脉冲具有较 宽地间隔开的低频(LF)和高频(HF)带中的频率，以使得LF和 HF束脉冲以限定的相位关系在探针前面交迭。在根据本专利技术的一个实施例中，LF和HF脉冲由彼此叠置的不 同的压电层产生，其中HF压电层在前面，而HF压电层和LF压电 层之间为绝缘部分，所述绝缘部分由至少两个声学层组成。绝缘层的背层(backlayer)优选是重材料，例如Cu、 Ag、 Au、 Pd、 Pt、 W或 这种材料的合金，或这种材料的粉末的混合物或者烧结在一起的或在 溶剂(例如聚合物)中胶合的它们的合金。本专利技术还提供一种解决方 案，其中绝缘部分的背侧层是陶瓷，是LF压电层的部分。该陶瓷背 侧层易于与重材料的薄层的量级)结合，所述重材料如Cu、 Ag、 Au、 Pd、 Pt、 W或这种材料的粉末与聚合物的混合物。在根据本专利技术的另一个实施例中，LF和HF脉冲中的一个由通 过cmut/pmut技术激发的基板上的振动膜产生，而LF禾D HF脉冲中 的另一个由压电层产生。在根据本专利技术的另一个实施例中，LF和HF 脉冲都由同一基板上的cmut/pmut膜产生，或者彼此并排或者HF膜 在LF膜之上。本专利技术还可以用于稀疏阵列，其中HF孔径的栅瓣(grating lobes) 应当与LF孔径的可能的栅瓣不同，以便利用成像技术抑制发射的HF 栅瓣的影响，所述成像技术例如为根据美国专利申请10/189,350和 10/204,350的成像技术。阵列可以具有一般特性，例如线性相控阵列或转换阵列或环形阵 列。在高度方向上将线性阵列的元件分割成例如1.5D、 1.75D甚至全 2D阵列也都在本专利技术的范围内。还可以有不同的HF和LF阵列的元 件分割。本专利技术还规定了利用根据本专利技术的超声双频探针的装置，并 且其中至少LF孔径的辐射区域能够可选地变化为等于HF发射孔径、 大于HF发射孔径中的一种，其中HF辐射区域是LF辐射区域的部 分，或者HF辐射区域可以包括没有LF辐射的中心区域。可以根据 图像深度和成像方式由装置自动选择HF发射孔径，或由装置操作员 通过装置控制面板手动地选择HF发射孔径。在该专利技术中主要涉及双带脉冲的合成脉冲的发射，其中本领域技 术人员清楚阵列可以并且将用于接收LF和HF带中的超声脉冲。在 美国专利申请10/189,350和10/204,350中提及的方法仅接收背散射的 的HF脉冲，其中设置HF阵列使得可以根据公知方法利用带有深度 的动态扩展的接收孔径是自然的，其中用于大深度的HF接收孔径一 般可以等于或大于LF发射孔径。附图说明图1示出需要发射的低频(LF)和高频(HF)脉冲合成波的实例；图2示出根据本专利技术的示例性环形LF和HF辐射表面，并示出 对LF和HF脉冲相位关系的分析；图3示出根据本专利技术的LF和HF压电层叠置布置的截面图，压电层叠置布置通过公共的正面发射和接收高和低频脉冲；图4示出根据本专利技术的结合在所述HF和LF压电层之间的绝缘部分中的部分切开的LF压电层的实例；图5示出根据本专利技术的定相阵列探针的前视图；图6示出用于减少阵列元件的电阻抗的双压电层布置的实例；图7示出带有cmut/pmut微-加工换能单元的基板的前视图；图8示出换能叠层的截面图，其中HF换能由用于LF换能的压电层前面的基板上的cmut/pmut单元产生；图9示出换能叠层的截面图，其中LF换能由用于HF换能的压电层前面的基板上的cmut/pmut单元产生；图10示出由在基板上微-加工的cmut/pmut换能单元实现的组合的LF和HF部分的前视图和截面图，其中HF单元放置在LF单元上；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于发射低频（ＬＦ）带和高频（ＨＦ）带中的超声脉冲并至少接收所述ＨＦ带中的脉冲的超声换能器阵列探针，其中所述ＬＦ和ＨＦ带的辐射表面的至少一部分是公共的，其特征在于，至少在所述ＬＦ和ＨＦ辐射表面是公共的区域内 －用不同的压电层获得ＬＦ和ＨＦ电声换能，其中在多层结构中所述ＨＦ压电层叠置在所述ＬＦ压电层之前，并且其中 －由至少两个声学层构成的声学绝缘层设置在所述ＨＦ和ＬＦ压电层之间，并且其中 －所述层安装在特性阻抗高于２．５ＭＲａｙｌ的背底材料上，并且其中 －用于所述ＨＦ带的声匹配部分设置在所述压电层之前。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：比约恩AJ安杰尔森，TF约翰森，R汉森，SE马索伊，P内斯霍尔姆，
申请(专利权)人：比约恩AJ安杰尔森，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]
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