背衬部件、超声波探头和超声波影像显示设备的制作方法
【专利摘要】一种超声波探头，其可将从超声波振子产生的热量释放至与超声波探头的表面相反的一侧；设在超声波探头1中的背衬部件27相对于超声波振子7安装在与对目标发送超声波的方向相反的一侧，该超声波振子7对目标发送超声波，背衬部件27包括板状背衬材料24、以及由具有比背衬材料24的导热性高的导热性的材料制成的热导体25和热导板26，其中，热导体25埋在背衬材料24中，并形成为具有柱形形状，以便到达板状背衬材料24的两个表面，并且热导板26至少设在最靠近超声波振子7的表面上，在板状背衬材料24的表面24a和24b外。
【专利说明】背衬部件、超声波探头和超声波影像显示设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及背衬部件、超声波探头和超声波影像显示设备，其能够抑制超声波探头的表面温度升高。
【背景技术】
[0002]超声波影像显示设备显示超声波影像，该影像基于对目标执行超波扫描而获得的回波信号。在前述超声波影像显示设备中，通过使用超声波探头来执行超声波扫描，该探头通过探头线缆连接于设备体。
[0003]超声波探头包括超声波振子、声匹配层和背衬部件。更具体而言，相对于超声波振子，该声匹配层更靠近目标地提供，而在与目标相反的一侧提供背衬部件(例如见专利文献I)。相对于声匹配层，靠近目标地提供与目标接触的声透镜。超声波振子由压电换能器制成，诸如PZT (锆钛酸铅)，其中，对超声波振子施加电压以用于发射超声波。
[0004][引用列表]
[0005][专利文献]
[0006][专利文献I] JP-A N0.2OO9-61112。
【发明内容】
[0007][技术问题]
[0008]在发送和接收超声波期间，在超声波振子上产生热量。由于背衬部件具有比声匹配层的导热性低的导热性，故在超声波振子上产生的热量发送到声匹配层，即发送到目标而非背衬部件。因此，当连续地使用超声波探头时，声透镜的表面温度升高。因此，在发送和接收超声波期间，来自超声波振子的超声波输出受限，以便阻止声透镜表面温度的升高。由上可知，需要一种超声波探头，其能够将热量(其在超声波振子上产生)释放至与超声波探头表面相反的一侧。
[0009][问题的解决方案]
[0010]用于解决前述问题的本发明为一种背衬部件，相对于对目标发送超声波的超声波振子，其在超声波探头中设置在与对目标发送超声波的方向相反的一侧，该背衬部件包括板状背衬材料、和由具有比背衬材料的导热性高的导热性的材料制成的热导体和热导板，其中，热导体埋在背衬材料中，并形成为具有柱形形状，以便到达背衬材料的两个板表面，并且热导板设置在靠近超声波振子的至少一个表面上，在背衬材料的板表面外；超声波探头包括背衬层，该背衬层具有背衬部件；并且超声波影像显示设备包括超声波探头。
[0011 ] 根据另一方面，热导体分散地埋在上述发明的背衬材料中。
[0012][本发明的有益效果]
[0013]根据本发明的方面，相对于超声波振子，背衬部件设置在与对病人发送超声波的方向相反的一侧，其包括背衬材料、热导体和热导板。热导板至少设置在靠近超声波振子的板表面上，在背衬材料的板表面外，且热导体形成为具有柱形形状，以便到达背衬材料的两个表面。因此，从超声波振子产生的热量可通过热导板和热导体释放至与超声波探头的表面相反的一侧。因此，可阻止超声波探头的表面温度升高。
[0014]根据本发明的另一方面，热导体分散地埋藏在背衬材料中，由此，可阻止背衬层作为声吸收材料的效果的破坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是描述根据实施例的超声波诊断设备的一个例子的框图。
[0016]图2是描述根据该实施例的超声波探头的外观的透视图。
[0017]图3是图2所示的超声波探头的仅功能装置单元的外观的透视图。
[0018]图4是沿图2所示的超声波探头的功能装置单元的x-z线截取的截面图。
[0019]图5是示出背衬部件的部分的平面图，热导体埋在该背衬部件中。
[0020]图6是用于描述超声波发射的图。
[0021]图7是沿根据第一实施例的变型的超声波探头的功能装置单元的x-z线截取的截面图。
[0022]图8是描述根据第二实施例的超声波探头的仅功能装置单元的外观的透视图。
[0023]图9是沿图8所示的超声波探头的功能装置单元的x-z线截取的截面图。
[0024]图10是沿根据第二实施例的变型的超声波探头的功能装置单元的x-z线截取的首1J视图。
[0025]图11是描述曲线形背衬部件的端视图。
[0026]图12示出另一背衬部件的部分的平面图，热导体埋在该背衬部件中。
[0027]图13示出另一背衬部件的部分的平面图，热导体埋在该背衬部件中。
【具体实施方式】
[0028]将在下面描述本发明的实施例。图1所示的超声波诊断设备对病人(在本发明中为目标)发送并且从病人接收超声波，以便显示病人的超声波影像，且它是根据本发明的超声波影像显示设备的一个例子。超声波诊断设备100包括超声波探头I和该超声波探头I所连接的设备体101。
[0029]设备体101包括发送/接收单元102、回波数据处理单元103、显示控制单元104、显示单元105、操作单元106和控制单元107。
[0030]基于来自控制单元107的控制信号，发送/接收单元102对超声波探头I提供电信号，该电信号用于在预定扫描条件下从超声波探头I发送超声波。发送/接收单元102还对由超声波探头I接收的回波信号执行信号处理，诸如A/D转换或定相/加法(phasing/adding)处理。
[0031]回波数据处理单元103执行处理以用于生成从发送/接收单元102输出的回波数据的超声波影像。例如，回波数据处理单元103执行B型处理，诸如对数压缩处理或者包络解调处理，从而生成B型数据。
[0032]显示控制单元104通过使用扫描转换器来执行对从回波数据处理单元103输入的数据的扫描转换，以便生成超声波影像数据，并且允许显示单元105基于该超声波影像数据来显示超声波影像。例如，显示控制单元104基于B型数据生成B型影像数据，并将B型影像显示在显示单元105上。
[0033]显示单元105是由例如IXD(液晶显示器)或CRT(阴极射线管)制成的。操作单元106包括由操作者用来输入指令或信息的开关、键盘和指示装置(未示出)。
[0034]控制单元107构造为包括CPU (中央处理单元)，尽管未具体描述。控制单元107读取存储在存储单元(未示出)中的控制程序，并执行超声波诊断设备100中相应单元的功能。
[0035]将参照图2至6来说明超声波探头I。超声波探头I对病人执行超声波扫描。超声波探头I还接收超声波回波信号。
[0036]超声波探头I在其前端处具有声透镜2。超声波探头I包括探头壳体3和连接线缆4，通过该连接线缆来将超声波探头I连接至设备体101。应注意的是，图2示出扇扫探头(sector probe)。
[0037]功能装置单元5设置在探头壳体3内。将参照图3至5来详细地说明该功能装置单元5。功能装置单元5包括声匹配层6、超声波振子7、粘附层8、反射层9、背衬层10、柔性基底11和支撑体12。各自具有在χ轴方向上长的长方体形状的声匹配层6、超声波振子7和反射层9在沿着超声波照射方向的ζ轴方向上堆叠，从而形成堆叠体13。多个堆叠体13沿y轴方向布置。
[0038]声匹配层6 (粘附层未示出)在超声波发射侧上粘合于超声波振子7的表面。声匹配层6在超声波振子7与声透镜单元2之间具有声阻抗中间物。声匹配层6具有发送超声波的中心频率的约四分之一的厚度，并且它抑制具有不同声阻抗的边界表面上的反射。尽管在本实施例中仅具有一个声匹配层6，但是可形成两个或更多个声匹配层6。
[0039]压电振动器7包括压电部件14和形成在压电部件14表面上的导电层15。压电部件14为PZT等。导电层15通过溅射形成在压电部件14表面上。
[0040]导电层15具有信号电极16和接地电极17。信号电极16形成在部分14a的表面上，部分14a在后述压电部件14上的钻孔18与18之间。接地电极17具有:第一部分17a和17a，其在压电部件14的端部14b和14b上跨过钻孔18和18形成在与信号电极16相同的表面上；第二部分17b，其形成在压电部件14的与形成第一部分17a和17a的表面相反的表面上；和第三部分17c和17c，其形成在超声波振子7的侧面上，具有长方体形状，在第一部分17a和17a与第二部分17b之间。信号电极16形成为夹在接地电极17的第一部分17a与17a之间，其中，电极16和17两者通过钻孔18和18来电绝缘。
[0041]超声波振子7和粘附层8的总厚度大约为由超声波振子7的振动产生的超声波的中心频率的四分之一。具体而言，超声波振子7的厚度大约为几百微米。
[0042]反射层9粘合于超声波振子7的如下表面,该表面与对病人发射超声波的方向相反(声匹配层6的相反侧)，其中粘附层8由环氧树脂粘附剂制成。反射层9粘合于信号电极16和第一部分17a和17a。
[0043]靠近超声波振子7的反射层9表面经历镜面抛光。超声波振子7上的信号电极16和第一部分17a、17a的表面同样经历镜面抛光。通过该处理，靠近超声波振子7的反射层9表面和超声波振子7上的信号电极16和第一部分17a和17a的表面仅具有几微米的不齐。因此，粘附层8的厚度可以设置为具有几微米的厚度，由此粘附层8可尽可能较薄地形成，
以具有一致的厚度。[0044]如上所述，粘附层8的厚度与信号电极16表面上的不齐、第一部分17a和17a的表面上的不齐、和反射层9表面上的不齐几乎相同。因此，尽管粘附层8是包含环氧树脂粘附剂的绝缘部件，但是其与信号电极16、第一部分17a和17a以及反射层9在它们的表面上的不齐处局部地接触，由此建立电导。
[0045]反射层9作用为对病人方向反射超声波的固定端，该超声波由超声波振子7的振动朝反射层9生成。反射层9上的超声波反射增加了在病人上入射的超声波功率。反射层9是根据本发明一个实施例的反射层的一个示例。反射层9由具有比压电部件14的声阻抗大的声阻抗的材料制成，以便反射从超声波振子7生成的超声波。例如，反射层9由钨制成。
[0046]由于形成反射层9的钨具有导电性，故反射层9具有如下功能，即电连接后述柔性基底11的第一铜箔层19和第二铜箔层20与超声波振子7的信号电极16和接地电极17。因此，由第一铜箔层19和第二铜箔层20提供的电压通过反射层9施加于超声波振子7。
[0047]钻孔18和18沿纵向方向形成在反射层9、粘附层8和超声波振子7的两个端部上。在超声波振子7和反射层9粘合于粘附层8之后，钻孔18和18通过使用金刚石砂轮通过切割处理来从反射层9开始形成。
[0048]柔性基底11粘合在反射层9的与超声波振子7所粘合的表面相反的表面与背衬层10之间(粘附层未示出)。柔性基底11沿着背衬层10的侧面在横向方向上延伸，并连接至连接线缆4 (连接结构未示出)。
[0049]将说明柔性基底11的结构。柔性基底11包括四层，其为第一铜箔层19、第二铜箔层20、第一聚酰亚胺膜层21和第二聚酰亚胺膜层22。第一铜箔层19和第二铜箔层20通过第一聚酰亚胺层21来彼此绝缘。第一铜箔层19形成为位于反射层9的从钻孔18和18开始的两个端部上，粘合于反射层9。第二铜箔层20堆叠在第一聚酰亚胺膜层21与第二聚酰亚胺膜层22之间，并经由钻孔18和18之间的反射层9中心部分上的通孔H与第一铜箔层19存在于同一表面上。存在于同一表面上的第一铜箔层19和第二铜箔层20通过隔离通道23来彼此绝缘。隔离通道23形成为在反射层9粘合于柔性基底11的状态下位于钻孔18和18上。通过该结构，第一铜箔层19从钻孔18和18开始电连接于反射层9的端部，具有导电性，而第二铜箔层20电连接于钻孔18与18之间的反射层9的中间部分。因此，通过反射层9，第一铜箔层19电连接于超声波振子7上的接地电极17的第一部分17a和17a，而第二铜箔层20通过反射层9电连接于超声波振子7的信号电极16。
[0050]连接于接地电极17的第一铜箔层19遍及柔性基底11前表面地形成，由此建立沿y轴方向布置的全部超声波振子7的接地电极17的传导。另一方面，第二铜箔层20在y轴方向上被铜箔分隔通道(未示出)分成多个部分，并包括形成在柔性基底11中的多个铜箔图案(未示出)。该铜箔图案对沿y轴方向布置的多个堆叠体13中的各个形成。
[0051]背衬层10在与反射层9相反的表面上粘合于柔性基底11，或者背衬层10直接形成在柔性基底11的背面上，以便保持柔性基底11。背衬层10是根据本发明实施方式的背衬层的一个例子。
[0052]背衬层10包括由背衬材料24、热导体25和热导板26制成的背衬部件27。背衬部件27是根据本发明的一个实施方式的背衬部件的一个例子。
[0053]背衬材料24例如由环氧树脂制成，该环氧树脂通过扩散和凝固金属粉末而形成。热导体25和热导板26由具有比背衬材料24的导热性高的导热性的材料制成，例如，其由金属制成。通过该结构，背衬层10的热阻低于常规情形。
[0054]仅仅需要热导体25和热导板26由具有为背衬材料24的导热性的几百或甚至几千倍的导热性的材料制成，且它不限于金属。例如，热导体25和热导板26可由碳制成。
[0055]背衬材料24形成为板状形状。热导体25埋在背衬材料24中。热导体25形成为具有柱形形状，以便到达背衬材料24的两个表面。如图5所示，热导体25形成为以二维方式分散。在本实施例中，热导体25以预定间隔沿χ方向和y方向布置。
[0056]热导体25形成为在平面中看时具有矩形形状，其中纵向方向指向y轴方向。热导体25例如通过插入在背衬材料24上形成的孔中来埋在背衬材料24中。将热导体25安装于背衬材料24的方法不限于此。
[0057]热导板26粘合于背衬材料24的表面24a。板表面24a是根据本发明的一个实施例的背衬材料的一个表面的一个例子。热导板26的厚度优选为从超声波振子7发送的超声波中心频率的波长的10%或更少。原因将在下面说明。从超声波振子7朝反射层9(朝与病人相反的一侧)发射的超声波中的大多数在反射层9上朝病人反射。然而，具有低频率的超声波沿反射层9传播以到达背衬材料24，并被背衬材料24吸收。
[0058]当热导板26的厚度过大时，行进穿过反射层9的超声波可在被背衬材料24吸收之前在热导板26上反射。鉴于此，热导板26被形成为具有上述厚度，其可防止超声波在热导板26上的反射。
[0059]背衬层10通过粘附剂(该粘附剂未示出)粘合于支撑体12。支撑体12例如由金属制成，并形成探头外壳3的一部分。支撑体12是根据本发明实施例的金属体的一个例子。
[0060]将说明本发明中超声波探头I中的功能装置单元5的操作。当在信号电极16与接地电极17之间施加电压时，超声波振子7激起共振。病人侧为由声匹配层6组成的低声阻抗，且与病人相反的背衬层10侧为由反射层9组成的高声阻抗。因此，如图6所示，共振形成驻波W，其中，病人侧作为自由端，且反射层9作为固定端。
[0061]图6下部所示的ζ轴上的坐标位置对应于超声波振子7和反射层9在图6中所示的ζ轴方向上的位置。
[0062]图6示出驻波W，其振幅在靠近病人的超声波振子7的表面上变得最大，且其振幅在靠近超声波振子7的反射层9的表面上变为零。反射层9作为固定端。如上所述，在超声波振子7上，生成驻波W，其中，超声波振子7在ζ轴方向上的厚度设置成共振状态下的1/4波长。
[0063]如上所述，因为粘附层8薄度一致，所以粘附层8没有机会破坏反射层9作为固定端的功能。
[0064]超声波振子7在发射电磁波期间产生的热量传递至反射层9和柔性基底11，以到达背衬层10。到达背衬层10的热量传递至热导板26和热导体25，以到达金属支撑体12。因此，来自超声波振子7的热量可释放至与声透镜2相反的一侧，由此可防止声透镜单元2的温度上升。
[0065]热导板26设在背衬层10的表面上，通过其与柔性基底11接触，且板表面24a全部由具有比背衬材料24的导热性高的导热性的材料覆盖。因此，热量有效地从柔性基底11传递至背衬层10。
[0066]尽管热导体25埋在背衬材料24中，但热导体25分散为在χ方向和y方向上具有预定间隔。因此，背衬层10可显示作为声吸收材料的功能。
[0067]即使由金属制成的热导层25形成在背衬层10的表面上，从超声波振子7发送至与病人相反一侧的超声波也在反射层9上反射，从而从声学条件的观点看，不导致不利影响。
[0068]接下来将参照图7说明第一实施例的变型。在该变型中，热导板28也设置在背衬材料24的板表面24b上。同热导板26 —样,热导板28同样由具有比背衬材料24的导热性高的导热性的材料制成。板表面24b是根据本发明一个实施例的背衬材料其他表面的一个例子。
[0069]背衬层10通过粘附片层29固定于支撑体12。即使由具有比金属的热阻高的热阻的材料制成的层插入在背衬层10与支撑体12之间，热量也可有效地从背衬层10传递至支撑体12，因为热导板28遍及与支撑体12接触的板表面24b设置。
[0070](第二实施例)
[0071]接下来将参照图8和9来说明本发明的第二实施例。与第一实施例中的组件相同的组件由相同的数字标记。
[0072]在根据该实施例的超声波探头I中，堆叠体13不具有反射层9，且仅具有声匹配层6和超声波振子7。
[0073]即使在根据该实施例的超声波探头I中，背衬层10也具有与第一实施例中相同的构造，由此，在根据第一实施例的超声波探头I中，可阻止声透镜单元2的温度升高。
[0074]将参照10来说明第二实施例的变型。在该变型中，与第一实施例的变型一样，热导板28同样设置在背衬材料24的板表面24b上。背衬层10通过粘附片层29固定于支撑体12。由于热导板28也设置在板表面24b上,故与第一实施例的变型一样,热量可有效地传递至支撑体12。
[0075]已通过参考实施例在上面说明了本发明。将是显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，各种变型是可能的。例如，超声波探头I可为凸面探头或者线性探头。当超声波探头I为凸面探头时，如图11所示，背衬层10通过弯曲背衬部件27以沿Z轴方向突出而形成。在该情形下，为了容易地弯曲背衬部件27，沿χ轴方向形成的狭缝50可形成在背衬材料24的板表面24a和24b上。沿超声波振子7的布置方向(沿y轴方向)的热导体25(未在图11中示出)的数量可与超声波振子7的数量相同。该结构可容易地弯曲背衬部件27。在y轴方向上，在背衬部件27上的热导体25之间存在间隙，由此可容易地弯曲背衬部件27。
[0076]在相应的实施例中，多个热导体25埋在背衬材料24中，以便沿x方向且沿y方向布置。然而，热导体25的布置不限于此。仅仅需要将热导体25分散地埋在背衬材料24中。例如，如图12所示，可稀疏地布置热导体25。
[0077]热导体25不限于具有在相应实施例中在平面中见到的矩形形状。例如，如图13所示，热导体25可具有在平面中见到的圆形形状。
【权利要求】
1.一种背衬部件，其在超声波探头中相对于超声波振子设置在与对目标发送超声波的方向相反的一侧上，所述超声波振子对所述目标发送超声波，所述背衬部件包括: 板状背衬材料、和由具有比所述背衬材料的导热性高的导热性的材料制成的热导体和热导板，其中， 所述热导体埋在所述背衬材料中，并形成为具有柱形形状，以便到达所述背衬材料的两个板表面，并且 所述热导板设置在靠近所述超声波振子的至少一个表面上，在所述背衬材料的板表面外。
2.根据权利要求1所述的背衬部件，其特征在于，所述热导体分散地埋在所述背衬材料中。
3.根据权利要求1或2所述的背衬部件，其特征在于，所述热导板的厚度是从所述超声波振子发送的超声波中心频率处的波长的10 %或更少。
4.一种包含背衬层的超声波探头，其特征在于，所述背衬层包含根据权利要求1至3中的任一项的背衬部件。
5.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，还包括金属体，所述金属体与所述背衬层的和靠近所述超声波振子的表面相反的表面接触。
6.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，由具有比所述背衬材料的导热性高的导热性的材料制成的热导板设在所述背衬材料的板表面的另一个表面上。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的超声波探头，其特征在于，包括反射层，所述反射层设在所述超声波振子与所述背衬层之间，并且反射从所述超声波振子发送的超声波。
8.根据权利要求7所述的超声波探头，其特征在于，所述反射层具有比所述超声波振子高的声阻抗，并作用为固定端，以用于反射从所述超声波振子发送的超声波。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的超声波探头，其特征在于，所述热导体和所述热导板由金属或碳制成。
10.一种超声波影像显示设备，其包括根据权利要求4至9中的任一项的超声波探头。
【文档编号】B06B1/06GK104010740SQ201280058639
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】H·伊索诺, Y·约希卡瓦 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司