一种多通道发射/接收超声骨密度探头及其制作方法与流程

本发明涉及医疗器械领域,特别是用于探测人体胫骨、桡骨、指骨等部位骨密度的一种超声探头，具体地说是一种多通道发射/接收超声骨密度探头及其制作方法。

背景技术：

采用超声技术进行人体骨密度和骨质健康状况的检测和测量已经在逐渐被人们接受。相比于传统的双X射线吸收法、定量CT等检测方法，超声技术具有价格低廉、使用方便和无辐射等诸多优点。依据测量方法不同，目前常用的有单探头超声回波法、一发一收、多发多收、以及阵列探头测试方法等。其中利用侧波原理的多通道发射/接收骨密度超声探头，由于可以测量桡骨、指骨、胫骨等处的骨密度，相应的骨密度测量仪器携带方便、测量简单、成本低、测量准确等优点，已经在各个医院普及起来。

侧波超声骨密度探头具有多个声源发射和接收晶片，要求各晶片之间间距准确，单个晶片倾斜角度准确一致。如图1所示为现有技术中侧波超声骨密度探头的制作工艺，其工艺多采用先加工斜劈匹配层，再进行晶片粘接和背衬浇注的工艺流程。这种工艺由于斜劈匹配层的材料必须采用与人体声阻抗较为接近的有机高分子材料，因此在加工过程中和加工成型后，斜劈匹配层极易在环境温度、后续工艺操作和产品使用等因素下改变原来设计的几何参数，导致晶片间距和倾斜角度变化，影响产品性能和产品合格率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供具有生产工艺先进、产品合格率高、高灵敏、高可靠性的一种多通道发射/接收超声骨密度探头及其制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多通道发射/接收超声骨密度探头，包括探头外壳以及封装在该探头外壳中构成声头部分的斜劈匹配层、压电晶片、背衬层和隔声层，探头外壳的尾端引出有与声头部分的压电晶片电连接的电极引线；声头部分通过浇注模具浇注成型，压电晶片倾斜地浇注封装在斜劈匹配层和背衬层之间，该压电晶片包括以声头部分的纵轴线为对称轴设置的发射压电晶片和接收压电晶片，隔声层纵向浇注封装于斜劈匹配层和背衬层中并隔挡在发射压电晶片和接收压电晶片之间，隔声层的四周面设置有屏蔽层，斜劈匹配层和背衬层之间封装有两个发射压电晶片和两个接收压电晶片构成双收双发的多通道超声探头结构，电极引线包括正电极引线和负电极引线，每一发射压电晶片的上表面和每一接收压电晶片的上表面均连接有一根正电极引线，每一发射压电晶片的下表面和每一接收压电晶片的下表面均连接有一根与其相应正电极引线构成电回路的负电极引线。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

每一发射压电晶片的发射中心轴线与其相应的接收压电晶片的接收中心轴线间的倾斜夹角均为20度到110度。

本发明还提供了一种多通道发射/接收超声骨密度探头的浇注模具，该浇注模具由一个长方形的支撑底板、两个侧边挡块以及斜劈匹配层模块和盖板组成；两侧边挡块相对应固定在支撑底板上板面的左右两端，斜劈匹配层模块能拆卸地配装在支撑底板上板面的前端，并且斜劈匹配层模块的内侧面左右两端的部分与侧边挡块的挡块前端面紧贴相配合，斜劈匹配层模块的内侧面位于两个侧边挡块之间的部分为斜劈型面，该斜劈型面的中心加工有屏蔽层定位模腔，斜劈型面上位于屏蔽层定位模腔的左侧加工有精确定位两发射压电晶片间距离和发射倾角的发射斜劈面，斜劈型面上位于屏蔽层定位模腔的右侧加工有精确定位两接收压电晶片间距离和接收倾角的接收斜劈面；斜劈匹配层模块的高度与两个侧边挡块的高度相等，盖板能拆卸的盖配在两个侧边挡块的上端面和斜劈匹配层模块的上端面形成的上装配面上，支撑底板、两个侧边挡块以及斜劈匹配层模块和盖板围成的空腔构成了浇注具有一定厚度背衬层的背衬型腔；斜劈匹配层模块所占的空间为斜劈匹配层型腔。

上述的侧边挡块的上端面贯通加工有两个通过挡块螺栓与支撑底板固定连接的定位孔，两定位孔在侧边挡块的上端面呈对角线分布。

上述的侧边挡块的上端面加工有用于装配盖板的连接孔，相应地盖板上加工有与侧边挡块的连接孔相配合的盖板螺栓孔。

上述的侧边挡块的挡块前端面加工有前端面定位孔，斜劈匹配层模块上加工有通过斜劈螺栓与该前端面定位孔固定相接的模块螺栓孔。

本发明还提供了一种多通道发射/接收超声骨密度探头的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)、将两个侧边挡块采用挡块螺栓固定在支撑底板上板面的相应端，然后将斜劈匹配层模块放在支撑底板上板面的前端并采用斜劈螺栓与侧边挡块相固定；

2)、将两个发射压电晶片对应放在斜劈匹配层模块加工的两个发射斜劈面上，并将正电极引线和负电极引线对应与发射压电晶片的上表面和下表面连接后引出，同时将两个接收压电晶片对应地放在斜劈匹配层模块加工的两个接收斜劈面上，并将正电极引线和负电极引线对应与接收压电晶片的上表面和下表面连接后引出；

3)、将屏蔽层定位安放在斜劈匹配层模块加工的屏蔽层定位模腔，并在屏蔽层中安放隔声层；

4)、将盖板采用盖板螺栓与侧边挡块固定连接，使支撑底板、两个侧边挡块以及斜劈匹配层模块和盖板围成具有后部开口的背衬型腔；

5)、从后部开口处向背衬型腔中浇注背衬材料，在背衬材料固化形成具有一定厚度的背衬层的同时；使两所述的发射压电晶片按两发射斜劈面所确定的距离和发射倾角精确在固定在背衬层上，两所述的接收压电晶片按两接收斜劈面所确定的距离和接收倾角精确地固定在背衬层上；

6)、待背衬层固化完成后，依次将盖板和斜劈匹配层模块拆下，然后再将盖板重新装配上，并在斜劈匹配层模块的原始位置浇注斜劈匹配层材料；

7)、待斜劈匹配层材料固化形成斜劈匹配层后，即完成声头部分的制作；

8)、将盖板再次拆下，取出完成的声头部分封装于探头外壳内即得多通道发射/接收超声骨密度探头。

与现有技术相比，本发明超声骨密度探头的声头部分通过浇注模具采用浇注工艺制作完成，压电晶片倾斜地浇注封装在斜劈匹配层和背衬层之间，压电晶片包括发射压电晶片和接收压电晶片，隔声层浇注封装于斜劈匹配层和背衬层中并隔挡在发射压电晶片和接收压电晶片之间，隔声层的四周面设置有屏蔽层，每一发射压电晶片的上表面和每一接收压电晶片的上表面均连接有一根正电极引线，每一发射压电晶片的下表面和每一接收压电晶片的下表面均连接有一根与其相应正电极引线构成电回路的负电极引线。本发明的浇注模具由支撑底板、侧边挡块以及斜劈匹配层模块和盖板组成；本发明通过高精度的浇注模具保证了各压电晶片之间的距离和倾角，并且压电晶片和斜劈匹配层以及背衬之间不存在粘接胶层，而是通过浇注的方式实现粘接。本发明制作工艺简单、能有效提高产品的合格率、可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是现有技术中超声骨密度探头的工艺流程示意图；

图2是本发明超声骨密度探头的结构示意图；

图3是本发明声头部分的结构示意图；

图4是本发明浇注模具的结构示意图；

图5是图4中斜劈匹配层模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明图2的附图标记为：纵轴线L、倾斜夹角Ψ、探头外壳1、斜劈匹配层2、压电晶片3、发射压电晶片31、接收压电晶片32、背衬层4、隔声层5、屏蔽层6、电极引线7、正电极引线71、负电极引线72。

本发明图3的附图标记为：定位孔D1、连接孔D2、盖板螺栓孔D3、模块螺栓孔D4、屏蔽层定位模腔K、发射斜劈面P1、接收斜劈面P2、背衬型腔Q、支撑底板M1、侧边挡块M2、斜劈匹配层模块M3、盖板M4。

图2为本发明的结构示意图，如图所示，本发明的一种多通道发射/接收超声骨密度探头，包括探头外壳1以及封装在该探头外壳中构成声头部分的斜劈匹配层2、压电晶片3、背衬层4和隔声层5，探头外壳1的尾端引出有与声头部分的压电晶片电连接的电极引线7；多根电极引线7组成屏蔽总线从探头外壳1的尾端引出，探头外壳1内的声头部分通过浇注模具浇注成型，该浇注模具由一个长方形的支撑底板M1、两个侧边挡块M2以及斜劈匹配层模块M3和盖板M4相配组装构成；本发明通过高精度的浇注模具保证压电晶片之间的距离和倾角，压电晶片倾斜地浇注封装在斜劈匹配层2和背衬层4之间，该压电晶片3包括以声头部分的纵轴线L为对称轴设置的发射压电晶片31和接收压电晶片32，隔声层5纵向浇注封装于斜劈匹配层2和背衬层4中并隔挡在发射压电晶片31和接收压电晶片32之间，为防止干扰并提高探头的灵敏度和稳定性，隔声层5的四周面设置有屏蔽层6。本发明为多通道发射/接收超声骨密度探头，因此本发明的斜劈匹配层2和背衬层4之间封装有两个发射压电晶片31和两个接收压电晶片32，从而构成双收双发式的多通道超声探头结构，电极引线7包括用于形成电回路的正电极引线71和负电极引线72。从图3中可以看到，本发明的每一发射压电晶片31的上表面和每一接收压电晶片32的上表面均连接有一根正电极引线71，每一发射压电晶片31的下表面和每一接收压电晶片32的下表面均连接有一根与其相应正电极引线71构成电回路的负电极引线72。

图1是现有技术中超声骨密度探头的生产工艺，其是先加工出斜劈匹配层，然后将压电晶片通过胶粘的方式固定在斜劈匹配层上，最后再进行背衬层浇注的工艺流程。这种工艺使斜劈匹配层极易在环境温度、后续工艺操作和产品使用等因素下改变原来设计的几何参数，导致压电晶片之间的间距和倾斜角度发生变化，从而影响了产品的性能和产品合格率。

本发明的最大特点是利用高精度的浇注模具，将超声骨密度探头的声头部分通过浇注成型，不仅能够保证各发射压电晶片之间距离和倾角以及各接收压电晶片之间的距离和倾角，而且压电晶片和斜劈匹配层以及背衬层之间不需要胶粘，因此不存在粘接胶层，压电晶片通过浇注的方式实现粘接。本发明制作工艺简单、能有效提高产品的合格率、可靠性和使用寿命。

实施例中，如图2所示，本发明的每一发射压电晶片31的发射中心轴线与其相应的接收压电晶片32的接收中心轴线间的倾斜夹角Ψ均为20度到110度。本发明的发射中心轴线是由发射压电晶片31的倾角也就是发射压电晶片31的倾斜角度决定的，同理接收中心轴线则是由接收压电晶片32的倾角也就是接收压电晶片32的倾斜角度决定的。

图4为本发明的一种多通道发射/接收超声骨密度探头的浇注模具，从图4中可以看到，该浇注模具是由一个长方形的支撑底板M1、两个侧边挡块M2以及斜劈匹配层模块M3和盖板M4相配组装构成；两侧边挡块M2相对应固定在支撑底板M1上板面的左右两端，即一个侧边挡块M2固定在支撑底板M1上板面上的左端，另一个侧边挡块M2固定在支撑底板M1上板面上的右端，斜劈匹配层模块M3能拆卸地配装在支撑底板M1上板面上的前端，并且斜劈匹配层模块M3的内侧面左右两端的部分与侧边挡块M2的挡块前端面紧贴相配合，如图5所示，斜劈匹配层模块M3的内侧面位于两个侧边挡块之间的部分为斜劈型面，该斜劈型面的中心加工有屏蔽层定位模腔K，斜劈型面上位于屏蔽层定位模腔K的左侧加工有精确定位两发射压电晶片31间距离和发射倾角的发射斜劈面P1，也就是说两发射压电晶片31之间的距离，以及发射压电晶片31的倾斜角度都是由发射斜劈面P1决定的，斜劈型面上位于屏蔽层定位模腔K的右侧加工有精确定位两接收压电晶片32间距离和接收倾角的接收斜劈面P2；同理，也就是说两接收压电晶片32之间的距离，以及接收压电晶片32的倾斜角度都是由接收斜劈面P2决定的，斜劈匹配层模块M3的高度与两个侧边挡块M2的高度相等，盖板M4能拆卸的盖配在两个侧边挡块M2的上端面和斜劈匹配层模块M3的上端面形成的上装配面上，支撑底板M1、两个侧边挡块M2以及斜劈匹配层模块M3和盖板M4围成的空腔构成了浇注具有一定厚度背衬层4的背衬型腔Q；斜劈匹配层模块M3所占的空间为斜劈匹配层型腔。

侧边挡块M2的上端面贯通加工有两个通过挡块螺栓与支撑底板M1固定连接的定位孔D1，两定位孔D1在侧边挡块M2的上端面呈对角线分布。

侧边挡块M2的上端面加工有用于装配盖板M4的连接孔D2，相应地盖板M4上加工有与侧边挡块M2的连接孔D2相配合的盖板螺栓孔D3。

侧边挡块M2的挡块前端面加工有前端面定位孔，斜劈匹配层模块M3上加工有通过斜劈螺栓与该前端面定位孔固定相接的模块螺栓孔D4。

本发明还提供了一种多通道发射/接收超声骨密度探头的制作方法，也就是多通道发射/接收超声骨密度探头采用浇注模具的浇注制作方法；该方法包括以下步骤：

1)、将两个侧边挡块M2采用挡块螺栓固定在支撑底板M1上板面的相应端，然后将斜劈匹配层模块M3放在支撑底板M1上板面的前端并采用斜劈螺栓与侧边挡块M2相固定；

2)、将两个发射压电晶片31对应放在斜劈匹配层模块M3加工的两个发射斜劈面P1上，并将正电极引线71和负电极引线72对应与发射压电晶片31的上表面和下表面连接后引出，同时将两个接收压电晶片32对应地放在斜劈匹配层模块M3加工的两个接收斜劈面P2上，并将正电极引线71和负电极引线72对应与接收压电晶片32的上表面和下表面连接后引出；

3)、将屏蔽层6定位安放在斜劈匹配层模块(M3)加工的屏蔽层定位模腔K，并在屏蔽层6中安放隔声层5；

4)、将盖板M4采用盖板螺栓与侧边挡块M2固定连接，使支撑底板M1、两个侧边挡块M2以及斜劈匹配层模块M3和盖板M4围成具有后部开口的背衬型腔Q；

5)、从后部开口处向背衬型腔Q中浇注背衬材料，在背衬材料固化形成具有一定厚度的背衬层4的同时；使两发射压电晶片31按两发射斜劈面P1所确定的距离和发射倾角精确在固定在背衬层4上，两接收压电晶片32按两接收斜劈面P2所确定的距离和接收倾角精确地固定在背衬层4上；

6)、待背衬层4固化完成后，依次将盖板M4和斜劈匹配层模块M3拆下，然后再将盖板M4重新装配上，并在斜劈匹配层模块M3的原始位置浇注斜劈匹配层材料；

7)、待斜劈匹配层材料固化形成斜劈匹配层2后，即完成声头部分的制作；

8)、将盖板M4再次拆下，取出完成的声头部分封装于探头外壳1内即得多通道发射/接收超声骨密度探头。

本发明的发明主题实质上可以修改为“一种多通道发射/接收超声骨密度探头及其浇注模具和浇注制作方法”。

以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出其他若干简单修饰和替换，都应该视作属于本发明的保护范围。