具有可變厚度解匹配層的超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】包括具有多個(gè)換能器元件的聲學(xué)層以及耦合到聲學(xué)層的解匹配層的超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)。解匹配層具有比聲學(xué)層大的聲阻抗，并且解匹配層具有進(jìn)行改變以便改變超聲探頭的帶寬的厚度。
【專利說明】
具有可變厚度解匹配層的超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開一般涉及包括聲學(xué)層(其包括多個(gè)換能器元件)的超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)。換能器和超聲成像系統(tǒng)包括解匹配層，其具有進(jìn)行改變以便改變超聲換能器的帶寬的厚度。
【背景技術(shù)】
[0002]已知常規(guī)超聲換能器包括聲學(xué)層(其包括一個(gè)或多個(gè)換能器元件)的后側(cè)上的解匹配層。解匹配層通常包括具有比聲學(xué)層高的聲阻抗的材料。使用解匹配層使超聲換能器能夠使用較薄聲學(xué)層來取得與使用較厚聲學(xué)層原本實(shí)現(xiàn)的相同諧振頻率。使用較薄聲學(xué)層使聲學(xué)層能夠具有與成像系統(tǒng)的更好電阻抗匹配，并且?guī)椭倪M(jìn)給定頻率的換能器所需的靈敏度。
[0003]—般期望將超聲換能器設(shè)計(jì)成具有盡可能寬的總帶寬。取得更寬帶寬的一種已知方式涉及將聲學(xué)層加工成具有多個(gè)厚度。壓電材料較厚的區(qū)域?qū)⒕哂休^低頻率響應(yīng)，而壓電材料較薄的區(qū)域?qū)⒕哂休^高頻率響應(yīng)。將壓電材料加工成具有不同頻率響應(yīng)將產(chǎn)生具有更大總帶寬的超聲換能器。但是，壓電材料、例如鋯鈦酸鉛(PZT)以超聲換能器中所需的容差的多個(gè)不同厚度的制造是困難并且費(fèi)用高的。
[0004]因此，由于這些及其他原因，需要一種具有改進(jìn)帶寬的改進(jìn)超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本技術(shù)的實(shí)施例一般涉及超聲換能器以及制作超聲換能器的方法。
[0006]在一實(shí)施例中，超聲換能器包括:聲學(xué)層，其包括多個(gè)換能器元件；以及解匹配層，耦合到聲學(xué)層。解匹配層具有比聲學(xué)層的聲阻抗大的聲阻抗。解匹配層具有進(jìn)行改變以便改變超聲換能器的帶寬的厚度。
[0007]在一實(shí)施例中，一種超聲成像系統(tǒng)包括用于發(fā)射和接收超聲信號(hào)的超聲換能器，超聲換能器包括聲學(xué)層，其包括多個(gè)換能器元件。該超聲成像系統(tǒng)包括耦合到聲學(xué)層的解匹配層。解匹配層具有比聲學(xué)層的聲阻抗大的聲阻抗。解匹配層具有發(fā)生改變以便改變超聲換能器的帶寬的厚度。
【附圖說明】
[0008]圖1是按照一實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的示意圖；
圖2是按照一實(shí)施例的超聲換能器的截面圖的示意表示；
圖3是按照一實(shí)施例的解匹配層的透視圖的示意表示；
圖4是示出具有不同解匹配層的兩個(gè)換能器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表；
圖5是按照一實(shí)施例的超聲換能器的截面圖的示意表示；
圖6是按照一實(shí)施例的超聲換能器的截面圖的示意表示； 圖7是按照一實(shí)施例的解匹配層的示意表示；以及圖8是按照一實(shí)施例的超聲換能器的透視圖的示意表示。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在以下詳細(xì)描述中，參照形成其組成部分的附圖，附圖中通過舉例說明示出可實(shí)施的具體實(shí)施例。充分詳細(xì)地描述這些實(shí)施例，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤?shí)施例，并且要理解，可利用其他實(shí)施例，并且可進(jìn)行邏輯、機(jī)械、電氣和其他變更，而沒有背離實(shí)施例的范圍。因此，以下詳細(xì)描述不是要被理解為限制本發(fā)明的范圍。
[0010]本技術(shù)的實(shí)施例一般涉及具有改進(jìn)帶寬的超聲換能器和超聲成像系統(tǒng)。附圖中，相似元件采用相似標(biāo)識(shí)符來標(biāo)識(shí)。
[0011]圖1是按照一實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的示意圖。超聲成像系統(tǒng)100包括波束形成器101和發(fā)射器102，其驅(qū)動(dòng)換能器106中的換能器元件104，以便將脈沖超聲信號(hào)發(fā)射到體內(nèi)(未示出)。換能器元件配置成發(fā)射和接收超聲信號(hào)。換能器106可以是ID換能器、1.2f5D換能器、1.5D換能器、1.75D換能器、E4D換能器或者任何其他類型的超聲換能器。另外，換能器106根據(jù)實(shí)施例可以是線性換能器或者曲面換能器。換能器106包括變化厚度的解匹配層107。下面將更詳細(xì)描述解匹配層107。脈沖超聲信號(hào)從體內(nèi)的結(jié)構(gòu)(例如血細(xì)胞或肌肉組織)中后向散射，以產(chǎn)生回波，其返回到元件104?；夭ㄓ稍?04轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且電信號(hào)由接收器108來接收。表示接收回波的電信號(hào)經(jīng)過接收波束形成器110，其輸出超聲數(shù)據(jù)。按照一些實(shí)施例，換能器106可包含進(jìn)行發(fā)射和/或接收波束形成的全部或部分的電子電路。例如，按照一實(shí)施例，發(fā)射波束形成器101、發(fā)射器102、接收器108和接收波束形成器110的全部或部分可位于換能器106中。術(shù)語“掃描”在本公開中還可用來表示經(jīng)過發(fā)射和接收超聲信號(hào)的過程來獲取數(shù)據(jù)。術(shù)語“數(shù)據(jù)”或“超聲數(shù)據(jù)”在本公開中可用來表示采用超聲成像系統(tǒng)所獲取的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)集。用戶界面115可用來控制超聲成像系統(tǒng)100的操作，包括患者數(shù)據(jù)的輸入和/或掃描或顯示參數(shù)的選擇。
[0012]超聲成像系統(tǒng)100還包括處理器116，以控制發(fā)射波束形成器101、發(fā)射器102、接收器108和接收波束形成器110。處理器與發(fā)射波束形成器101、發(fā)射器102、接收器108和接收波束形成器110進(jìn)行電子通信。處理器116還與換能器106進(jìn)行電子通信。處理器116可控制換能器106以獲取數(shù)據(jù)。處理器116控制元件104的哪些是活動(dòng)的以及從換能器106所發(fā)射的波束的形狀。處理器116還與顯示裝置118進(jìn)行電子通信，并且處理器116可將數(shù)據(jù)處理為圖像以供顯示裝置118上顯示。對(duì)本公開來說，術(shù)語“電子通信”可定義成包括有線和無線兩種連接。按照一實(shí)施例，處理器116可包括中央處理器(CPU)。按照其他實(shí)施例，處理器116可包括能夠執(zhí)行處理功能的其他電子組件，例如數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或圖形板。按照其他實(shí)施例，處理器116可包括能夠執(zhí)行處理功能的多個(gè)電子組件。例如，處理器116可包括從包括下列電子組件的電子組件列表中選取的兩個(gè)或更多電子組件:中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和圖形板。按照另一個(gè)實(shí)施例，處理器116還可包括對(duì)RF數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)并且生成原始數(shù)據(jù)的復(fù)合解調(diào)器(未示出)。在另一個(gè)實(shí)施例中，解調(diào)可在處理鏈中更早地執(zhí)行。處理器116可適合按照多個(gè)可選擇超聲形態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)處理操作。當(dāng)接收回波信號(hào)時(shí)，可在掃描會(huì)話期間實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。對(duì)本公開來說，術(shù)語“實(shí)時(shí)”定義成包括沒有任何特意延遲而執(zhí)行的過程。例如，一實(shí)施例可在7-20幀/秒的實(shí)時(shí)幀率來獲取和顯示數(shù)據(jù)。對(duì)本公開來說，術(shù)語“幀率”可應(yīng)用于超聲數(shù)據(jù)的2D或3D幀。另外，術(shù)語“體積速率” (voIume rate )可用來表示應(yīng)用于4D超聲數(shù)據(jù)時(shí)的幀率。應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)時(shí)幀率可取決于獲取數(shù)據(jù)的體積所花費(fèi)的時(shí)間長度。對(duì)于體積獲取，幀率取決于獲取數(shù)據(jù)的各體積所需的時(shí)間長度。相應(yīng)地，當(dāng)獲取數(shù)據(jù)的較大體積時(shí)，實(shí)時(shí)體積速率可能比較慢。因此，一些實(shí)施例可具有比20體積/秒快許多的實(shí)時(shí)體積速率，而其他實(shí)施例可具有比7體積/秒慢的實(shí)時(shí)體積速率。作數(shù)據(jù)可在掃描會(huì)話期間暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖器(未示出)中，并且在即時(shí)或離線操作中以低于實(shí)時(shí)的速率來處理。本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括多個(gè)處理器(未示出)，以操控處理任務(wù)。例如，第一處理器可用來對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和抽選，而第二處理器可用來在顯示圖像之前進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施例可使用處理器的不同布置。
[0013]超聲成像系統(tǒng)100可按照例如10Hz至30 Hz的體積速率連續(xù)獲取數(shù)據(jù)。從該數(shù)據(jù)所生成的圖像可按照相似速率來刷新。其他實(shí)施例可按照不同速率來獲取和顯示數(shù)據(jù)。例如，一些實(shí)施例可按照小于10 Hz或大于30 Hz(這取決于體積的大小和預(yù)計(jì)應(yīng)用)來獲取數(shù)據(jù)。包含存儲(chǔ)器120，以用于存儲(chǔ)經(jīng)處理的獲取數(shù)據(jù)幀。在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)器120具有存儲(chǔ)相當(dāng)于超聲數(shù)據(jù)的幀的至少數(shù)秒的充分容量。數(shù)據(jù)幀按照某種方式來存儲(chǔ)，以促進(jìn)按照其獲取順序或時(shí)間對(duì)其進(jìn)行檢索。存儲(chǔ)器120可包括任何已知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0014]可選地，本發(fā)明的實(shí)施例可利用對(duì)比劑來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用包含微泡的超聲對(duì)比劑時(shí)，對(duì)比成像生成體內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)和血流的增強(qiáng)圖像。在使用對(duì)比劑的同時(shí)獲取數(shù)據(jù)之后，圖像分析包括分離諧波和線性分量，增強(qiáng)諧波分量，以及通過利用增強(qiáng)諧波分量來生成超聲圖像。諧波分量與接收信號(hào)的分離使用適當(dāng)濾波器來執(zhí)行。對(duì)比劑用于超聲成像是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，并且因此不作更詳細(xì)描述。
[0015]在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)可通過處理器116由其他或不同模式相關(guān)模塊(例如，B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、頻譜多普勒、彈性成像、TV1、應(yīng)變、應(yīng)變率等)來處理，以形成2D或3D數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)或多個(gè)模塊可生成B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、頻譜多普勒、彈性成像、TV1、應(yīng)變、應(yīng)變率及其組合等。存儲(chǔ)圖像束和/或幀，并且可記錄指示在存儲(chǔ)器中獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間的定時(shí)信息。模塊可包括例如掃描轉(zhuǎn)換模塊，以執(zhí)行掃描轉(zhuǎn)換操作，以便將圖像幀從波束空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成顯示空間坐標(biāo)。可提供一種視頻處理器模塊，其從存儲(chǔ)器中讀取圖像幀，并且在對(duì)患者執(zhí)行過程的同時(shí)實(shí)時(shí)地顯示圖像幀。視頻處理器模塊可將圖像幀存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中，從其中讀取和顯示圖像。
[0016]圖2是按照一實(shí)施例的超聲換能器106(圖1所示)的截面圖的示意表示。換能器106包括聲學(xué)層202，其可包括多個(gè)換能器元件。按照一實(shí)施例，換能器元件可以是壓電材料、例如鋯鈦酸鉛(PZT)。按照?qǐng)D2所示的實(shí)施例，聲學(xué)元件可按照線性陣列來設(shè)置。但是，按照其他實(shí)施例，換能器元件可按照包括2D陣列的不同配置、例如在E4D換能器中設(shè)置。換能器106包括透鏡204、第一匹配層206、第二匹配層208、解匹配層210和基底212。第一匹配層206和第二匹配層208設(shè)置在聲學(xué)層202與透鏡204之間。第一匹配層206耦合到聲學(xué)層202和第二匹配層208。第二匹配層208耦合到第一匹配層206和透鏡204。解匹配層210耦合到與匹配層和透鏡204相對(duì)側(cè)上的聲學(xué)層202。按照一實(shí)施例，圖2所示的組件可采用環(huán)氧樹脂和另一種粘合劑來耦合在一起。因此，在圖2所示的層之間可存在極薄的環(huán)氧樹脂或另一種粘合劑層。
[0017]按照一實(shí)施例，聲學(xué)層可以是PZT，其具有33.7MRayl的較高聲阻抗。但是，為了使聲能對(duì)組織中的透射為最大，匹配層206、208設(shè)置在透鏡204與聲學(xué)層202之間。匹配層206、208選擇成使從換能器106中具有不同聲阻抗的層之間的邊界所反射的聲能量為最小。匹配層的每個(gè)可包括:例如，金屬，例如銅、銅合金、其中嵌入石墨圖案的銅、鎂、鎂合金、招、招合金;填充環(huán)氧樹脂;玻璃陶瓷;合成陶瓷;和/或玻璃陶瓷。透鏡204可以是具有與采用超聲波所成像的組織不同的音速的橡膠或任何其他材料。透鏡204適合對(duì)于從聲學(xué)層202所發(fā)射的超聲束進(jìn)行整形和聚焦。用來形成透鏡204的材料可選擇成與人體的電阻抗緊密匹配。匹配層206、208提供透鏡204與聲學(xué)層202之間的組合距離X，其中距離X為諧振頻率的所發(fā)射超聲波的預(yù)期波長的大約1/4至1/2。
[0018]解匹配層210包括與聲學(xué)層202相鄰的前側(cè)220以及與聲學(xué)層202相對(duì)的后側(cè)222。前側(cè)220限定離聲學(xué)層202的均勻距離的表面。按照?qǐng)D2所示的實(shí)施例，前側(cè)220限定平坦表面。但是，解匹配層210整形成使得后側(cè)222限定凹面。圖2是沿寬度方向214的換能器106的截面圖。將針對(duì)圖3更詳細(xì)描述寬度方向214。按照?qǐng)D2所示的實(shí)施例，解匹配層210的厚度按照沿寬度方向214的曲線而改變。
[0019]圖3是按照一實(shí)施例、圖2的解匹配層210的透視圖的示意表示。解匹配層210包括長度方向224和寬度方向214。如在圖3中可見，解匹配層220沿長度方向224比沿寬度方向214長。前側(cè)220和后側(cè)222也在圖3中表示。前側(cè)220限定平坦表面。解匹配層210整形成使得后側(cè)222限定凹面。按照一實(shí)施例，解匹配層210是具有沿寬度方向214的恒定截面的形狀。將按照示范實(shí)施例來描述解匹配層210的尺寸。按照一實(shí)施例，解匹配層210是換能器106(圖2所示)的組成部分，其中聲學(xué)層配置為線性陣列。線性陣列的元件沿長度方向224來設(shè)置。解匹配層220從具有比聲學(xué)層202(圖2所示)高的聲阻抗的材料來形成。解匹配層202例如可以是碳化鎢，其具有大約100 MRayl的聲阻抗。解匹配層202可從具有比聲學(xué)層202明顯高的聲阻抗的任何其他材料來制成。按照示范實(shí)施例，解匹配層202可從粉末燒結(jié)為粗糙形狀，并且然后加工為具有更準(zhǔn)確尺寸的最終形狀。例如，解匹配層210可燒結(jié)為一般平坦層，并且然后可在加工步驟期間完成后側(cè)表面的形狀和尺寸。按照示范實(shí)施例，解匹配層210沿長度方向224可以為28 mm以及沿寬度方向214可以為15 mm。解匹配層210在邊緣的厚度可以為0.31 mm(如邊緣厚度223所示)以及在中心可以為0.15 mm(如中心厚度225所示)。中心線226通過圖3的虛線來表示。中心線226沿寬度方向214處于解匹配層210的中間。對(duì)本公開來說，術(shù)語“中心”將定義成包括沿解匹配層210的中心線的位置。按照一實(shí)施例，解匹配層210整形成使得后側(cè)222限定凹面。圖3所示實(shí)施例的凹面具有17.8 cm的恒定曲率半徑。具有10-50 cm的曲率半徑的凹面應(yīng)當(dāng)完全適合于最常見的換能器尺寸。但是，應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施例可具有帶不同曲率半徑和/或不同地整形的凹面。例如，其他實(shí)施例可包括具有帶可變曲率半徑的凹面的解匹配層。也就是說，沿寬度方向214的解匹配層的截面可包括具有包含多個(gè)不同曲率半徑的復(fù)合曲線的后側(cè)。
[0020]圖4是示出將具有圖3所示解匹配層的換能器(列示為“具有整形解匹配層的換能器”)與具有恒定厚度的控制解匹配層的換能器(列示為“具有控制解匹配層的換能器”)進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表400。已經(jīng)詳細(xì)描述了圖3所示解匹配層的尺寸。控制解匹配層是相同長度和寬度，但是具有恒定厚度。更具體來說，控制解匹配層沿長度方向?yàn)?8 mm，沿寬度方向?yàn)?5 mm，以及厚度為0.31 mm。
[0021]現(xiàn)在參照?qǐng)D2、圖3和圖4，圖表400包括來自具有控制解匹配層的換能器的數(shù)據(jù)以及來自具有整形解匹配層的換能器的數(shù)據(jù)。具有整形解匹配層的換能器是針對(duì)圖2和圖3所述的換能器。它是線性相控陣列換能器，并且包括具有針對(duì)圖3所述尺寸的解匹配層。具有控制解匹配層的換能器是線性相控陣列換能器，其與具有整形解匹配層的換能器相同，只不過解匹配層具有0.31 mm的恒定厚度。
[0022]換能器的帶寬作為中心頻率的百分比來測(cè)量。在圖表中，F(xiàn)L6是6dB低頻;FH6是6dB高頻;FL20是20 dB低頻;FH20是20 dB高頻;PW6是6 dB脈沖寬度;PW20是20 dB脈沖寬度；以及PW30是30 dB脈沖寬度。
[0023]具有控制解匹配層的換能器具有中心頻率的93.6%的6 dB帶寬，而具有整形解匹配層的換能器具有中心頻率的112%的6 dB帶寬。因此，沒有除了可變厚度的解匹配層的變化，有可能產(chǎn)生具有18.4%更大帶寬的換能器。具有控制解匹配層的換能器具有中心頻率的123%的20 dB帶寬，而具有整形解匹配層的換能器具有中心頻率的137%的帶寬。因此，具有整形解匹配層的換能器示出對(duì)于20 dB帶寬大于11%的改進(jìn)。制造可變厚度的解匹配層是從換能器獲得附加帶寬的有效方式。它比加工壓電換能器陣列以創(chuàng)建具有不同厚度的聲學(xué)層更簡(jiǎn)易并且更節(jié)省成本。
[0024]圖5是按照一實(shí)施例的超聲換能器502的截面圖的示意表示。共同參考標(biāo)號(hào)用來標(biāo)識(shí)先前針對(duì)圖2和圖3所述的相同組件。超聲換能器502包括解匹配層504和基底506。解匹配層504整形成限定面向透鏡204的前側(cè)508以及與透鏡204相對(duì)的后側(cè)510。按照?qǐng)D5所示的實(shí)施例，解匹配層504整形成使得前側(cè)508限定離聲學(xué)層202的均勻距離，而后側(cè)510限定凹面。按照?qǐng)D5所示的示范實(shí)施例，前側(cè)508限定平坦表面，因?yàn)槁晫W(xué)層202是平坦的。按照其他實(shí)施例，在聲學(xué)層是曲面、例如在曲面陣列探頭中的情況下，解匹配層可整形成使得前側(cè)限定匹配聲學(xué)層的曲率的彎曲表面。對(duì)于聲學(xué)層為曲面的一實(shí)施例，解匹配層的厚度將沿與聲學(xué)層垂直的方向來測(cè)量。解匹配層504整形成限定凹陷溝道。限定凹陷溝道，因?yàn)榻馄ヅ鋵?04具有在邊緣(如邊緣厚度512所示)比在中心(如中心厚度514所示)大的厚度。中心厚度在沿寬度方向214的解匹配層504的中間的位置來得到。邊緣厚度在沿寬度方向214、離中心最遠(yuǎn)的解匹配層的位置來得到。正如針對(duì)圖2所述的示例那樣，換能器502具有長度方向，其比寬度方向214大。長度方向在圖5中不可見。當(dāng)在圖5的截面中查看時(shí)，解匹配層504包括均勻厚度的第一部分516。解匹配層504還包括限定處于第一固定角的表面的第二部分518以及限定處于第二固定角的表面的第三部分520。解匹配層的厚度在第一部分516和第二部分518中沿寬度方向214按照線性方式改變。圖5所示的實(shí)施例只是一個(gè)示范實(shí)施例。按照其他實(shí)施例，表面相互之間可按照不同角度來設(shè)置，以及其他實(shí)施例可包括不同數(shù)量的表面。
[0025]圖6是按照一實(shí)施例的超聲換能器602的截面圖的示意表示。共同參考標(biāo)號(hào)用來標(biāo)識(shí)先前針對(duì)圖2、圖3和圖5所述的相同組件。超聲換能器602包括解匹配層604和基底606。解匹配層604整形成限定面向透鏡204的前側(cè)608以及與透鏡204相對(duì)的后側(cè)610。按照?qǐng)D5所示的實(shí)施例，解匹配層604整形成使得前側(cè)508限定平坦表面，而后側(cè)510限定多個(gè)表面。解匹配層604整形成限定具有不同厚度的多個(gè)區(qū)域。解匹配層604限定第一區(qū)域611、第二區(qū)域612、第三區(qū)域614、第四區(qū)域616和第五區(qū)域618。圖6是截面圖。因此，應(yīng)當(dāng)理解，圖6所示的區(qū)域的每個(gè)表示沿長度方向(未示出)延伸的2D表面。第一區(qū)域611通過第一過渡區(qū)621來連接到第二區(qū)域612。第三區(qū)域614通過第二過渡區(qū)620來連接到第一區(qū)域611。第四區(qū)域616通過第三過渡區(qū)624來連接到第二區(qū)域612。第五區(qū)域618通過第四過渡區(qū)622來連接到第三區(qū)域614。圖6表示換能器602的截面圖。在一實(shí)施例中，解匹配層604沿寬度方向214在截面中可以是恒定的。相應(yīng)地，圖6所示區(qū)域的每個(gè)可表示2D表面。解匹配層604整形成使得它沿寬度方向214在中心比在邊緣薄。中心處的厚度通過中心厚度626來表示，而邊緣處的厚度通過邊緣厚度628和630來表示。解匹配層604還包括中間厚度的兩個(gè)區(qū)域。第二區(qū)域612和第三區(qū)域614具有分別通過厚度632和634所示的厚度。按照?qǐng)D6所示的實(shí)施例，解匹配層604的厚度按照階躍函數(shù)而改變。也就是說，解匹配層604的厚度跨寬度方向214在過渡區(qū)的每個(gè)突然變化。應(yīng)當(dāng)理解，按照其他實(shí)施例，解匹配層的厚度可按照其他階躍函數(shù)而改變。例如，其他實(shí)施例可具有均勻厚度的不同數(shù)量的離散階躍或區(qū)域。
[0026]圖7是圖6所示解匹配層604的視圖的示意表示。圖7是底視圖，并且它示出第一區(qū)域611、第二區(qū)域612、第三區(qū)域614、第四區(qū)域616和第五區(qū)域618各為2D區(qū)域或表面。過渡區(qū)在圖7中不可見。
[0027]圖8是按照一實(shí)施例的超聲換能器800的透視圖的示意表示。超聲換能器800包括聲學(xué)層802。聲學(xué)層802包括按照2D陣列所設(shè)置的多個(gè)換能器元件。換能器800是具有沿寬度方向801和長度方向803的全波束控制的E4D換能器。按照一實(shí)施例，聲學(xué)層802可以是沿寬度方向801和長度方向803的共同尺寸。換能器800包括聲學(xué)透鏡804。換能器800包括附連到聲學(xué)層802的第一匹配層806以及附連到第一匹配層806和透鏡804的第二匹配層808。換能器800包括解匹配層810，其附連到聲學(xué)層802。換能器800還包括基底812，其連接到解匹配層 810。
[0028]解匹配層812的厚度沿寬度方向801和長度方向803改變。換言之，解匹配層812沿寬度方向801沒有恒定截面。解匹配層812可整形成使得后側(cè)814限定凹面。按照一實(shí)施例，凹面可包括具有沿全部方向的恒定曲率半徑的碗形凹陷區(qū)域。按照另一實(shí)施例，凹面的曲率半徑可基于方向而改變。例如，解匹配層812可整形成限定沿寬度方向801的第一曲率半徑以及沿長度方向803的第二不同曲率半徑。按照其他實(shí)施例，解匹配層的厚度可按照其他方式改變。例如，解匹配層的厚度可按照沿一個(gè)或多個(gè)方向的曲線而改變，以及厚度可按照沿一個(gè)或多個(gè)方向的階躍函數(shù)而改變。解匹配層可整形成限定包括改變的曲率半徑的復(fù)合曲線，并且解匹配層可整形成限定包括相互之間以不同角度所設(shè)置的多個(gè)表面的后側(cè)表面。這些表面的數(shù)量和取向可根據(jù)實(shí)施例而改變。但是，對(duì)于大多數(shù)實(shí)施例，設(shè)想厚度將在中心位置比在邊緣位置的一個(gè)或多個(gè)薄。另外，對(duì)于換能器元件按照2D陣列來設(shè)置的實(shí)施例，可期望具有在厚度方面按照沿寬度方向801和長度方向803是相同的方式的解匹配層變化。
[0029]本書面描述使用包括最佳模式的示例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求書來限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有與權(quán)利要求的文字語言完全相同的結(jié)構(gòu)單元，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的文字語言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)單元，則預(yù)計(jì)它們落入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲換能器，包括: 聲學(xué)層，包括多個(gè)換能器元件；以及 解匹配層，耦合到所述聲學(xué)層，所述解匹配層具有比所述聲學(xué)層的聲阻抗大的聲阻抗，所述解匹配層具有進(jìn)行改變以便改變所述超聲換能器的帶寬的厚度。2.如權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層包括具有長度方向和寬度方向的形狀，其中所述解匹配層沿所述長度方向比沿所述寬度方向長，并且其中所述厚度沿所述寬度方向而改變。3.如權(quán)利要求2所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層的厚度沿所述寬度方向在中心比在邊緣小。4.如權(quán)利要求3所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層的厚度沿所述寬度方向按照階躍函數(shù)而改變。5.如權(quán)利要求3所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層包括與所述聲學(xué)層相鄰的前側(cè)以及與所述聲學(xué)層相對(duì)的后側(cè)，并且其中所述前側(cè)限定離所述聲學(xué)層的均勻距離的表面。6.如權(quán)利要求3所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層的后側(cè)限定凹面。7.如權(quán)利要求6所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層的后側(cè)限定沿所述寬度方向具有固定曲率半徑的凹面。8.如權(quán)利要求7所述的超聲換能器，其中，所述固定曲率半徑處于10cm與50 cm之間。9.如權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層包括具有長度方向和寬度方向的形狀，其中所述解匹配層是沿所述長度方向和所述寬度方向的共同尺寸。10.如權(quán)利要求9所述的超聲換能器，其中，所述解匹配層的后側(cè)限定沿所述寬度方向具有第一固定曲率半徑和沿所述長度方向具有第二固定曲率半徑的凹面。11.一種超聲成像系統(tǒng)，包括: 超聲換能器，用于發(fā)射和接收超聲信號(hào)， 其中所述超聲換能器包括聲學(xué)層，所述聲學(xué)層包括多個(gè)換能器元件，以及 解匹配層，耦合到所述聲學(xué)層，所述解匹配層具有比所述聲學(xué)層的聲阻抗大的聲阻抗，所述解匹配層具有進(jìn)行改變以便改變所述超聲換能器的帶寬的厚度。12.如權(quán)利要求11所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層包括具有長度方向和寬度方向的形狀，其中所述解匹配層沿所述長度方向比沿所述寬度方向長，并且其中所述厚度沿所述寬度方向而改變。13.如權(quán)利要求12所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層的厚度沿所述寬度方向在中心比在邊緣小。14.如權(quán)利要求12所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層包括沿與所述聲學(xué)層垂直的所述寬度方向的均勻截面。15.如權(quán)利要求14所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層包括與所述聲學(xué)層相鄰的前側(cè)以及與所述聲學(xué)層相對(duì)的后側(cè)，并且其中所述前側(cè)限定離所述聲學(xué)層的均勻距離的表面。16.如權(quán)利要求15所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層整形成限定沿所述長度方向所定向的凹陷溝道。17.如權(quán)利要求16所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層的厚度沿所述寬度方向按照線性方式而改變。18.如權(quán)利要求16所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層的厚度沿所述寬度方向按照曲線而改變。19.如權(quán)利要求17所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層的厚度包括具有第一厚度的區(qū)域以及具有比所述第一厚度大的第二厚度的第二區(qū)域。20.如權(quán)利要求16所述的超聲成像系統(tǒng)，其中，所述解匹配層與均勻厚度的解匹配層相比將所述超聲換能器的帶寬增加至少10%。
【文檔編號(hào)】B06B1/06GK105848792SQ201480071280
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月31日
【發(fā)明人】J.趙, A.邰, F.蘭特里, F.達(dá)羅斯, S.伊斯特布魯克
【申請(qǐng)人】通用電氣公司