一种线阵超声探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种线阵超声探头。
【背景技术】
[0002] 随着脑功能成像、实时三维超声成像、高速多普勒血流速度流场成像等成像技术 的出现，对成像帧频的要求变高，目前市场上的超声成像探头多采用电子扫描的方式，进行 多次聚焦发射产生一副完整图像，这种模式成像的帧频较低，已很难满足新的成像要求。实 现超声仪器的高帧频成像成为市场的迫切需求，平面波发射是一种可以快速提高成像帧频 的方法，近年来平面波成像算法成为研宄热点，通过一次发射即可覆盖整个成像区域，很大 程度上提高了成像的帧频。为提高平面波成像质量，有学者提出了平面波相干复合成像的 方法，该方法很大程度上提高了成像质量。大多数的研宄都局限在对超声成像算法的探宄 上，对于超声探头的结构和工作方式与平面波成像效果之间关系的研宄却被大家所忽视， 而线阵超声探头结构对成像效果有重要影响。
[0003] 二维线阵超声探头是在探头的纵横两个方向都排布压电晶片（通常叫阵元），常 规超声线阵换能器只是在探头横向有阵元排布。二维线阵超声探头通过控制阵元的发射和 接收可以更灵活的控制波束，其成像算法目前还处在研宄阶段。二维线阵超声探头可以灵 活的实现波束的控制，并且原则上可以实现探头下方整个组织的立体扫描，但由于其造价 昂贵，制作工艺复杂，使其应用受到了很大的限制。
【发明内容】
[0004] 本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种线阵超声探头。
[0005]本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：
[0006] -种线阵超声探头，包括外壳、阵元阵列、匹配层和声透镜，所述外壳设有腔体且 前端设有开口，所述声透镜设置在所述开口上，所述阵元阵列和所述匹配层设置在所述腔 体内，且所述匹配层夹持在所述阵元阵列和所述声透镜之间，穿过所述声透镜的超声波束 在高程方向无聚焦，使所述超声波束实现平面波发射。
[0007] 上述线阵超声探头，所述声透镜包括凸透镜，所述凸透镜的焦点设置在无穷远处。
[0008] 上述线阵超声探头，所述声透镜包括凹透镜，所述凹透镜的焦点设置在无穷远处。
[0009] 上述线阵超声探头，所述匹配层的厚度为$XxN，其中，A为超声波波长，N为正 整数。
[0010] 上述线阵超声探头，N的值为1、2或3。
[0011] 由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
[0012] 在本申请的【具体实施方式】中，由于穿过声透镜的超声波束在高程方向无聚焦，使 超声波束实现平面波发射，使在数据采集范围内的波束更加均匀，成像范围有望从原来的 一个面扩展到三维扫描，通过复合成像算法，能更好地实现快速高帧频成像，且硬件成本远 低于二维换能器。
【附图说明】
[0013] 图1为本申请的线阵超声探头在一种实施方式中的结构示意图；
[0014] 图2为声透镜聚焦原理图；
[0015] 图3为不同种类探头对不同类型仿体散射子的成像效果；
[0016]图4为两种探头在超声平台上采集仿体数据对比。
【具体实施方式】
[0017]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0018]通常使用的线阵超声探头在高程方向有聚焦，聚焦深度根据不同探头有所差异， 本申请称该种线阵超声探头为高程聚焦探头（Elevation-FocusedProbe，EFP)。通过改进 线阵探头的匹配层和声透镜的纵向弧度使其产生完全意义的平面波发射声场，称之为的非 高程聚焦探头（Non-Elevation-FocusedProbe，NEFP) 〇
[0019]本申请主要对传统的线阵超声探头进行改进，传统线阵超声探头在发射平面波时 只是在横向（探头宽度方向）上采用无延时发射形成平面波，而在探头的高程方向上则都 有一个由声透镜实现的物理聚焦，并不是真正的纯平面波。本申请对普通线阵超声探头进 行改进，使其高程方向无聚焦，从而发射完全的平面波。
[0020] 如图1、图2所示，本申请的线阵超声探头，其一种实施方式，包括外壳11、阵元阵 列12、匹配层13和声透镜14,外壳11设有腔体，且外壳11前端设有与腔体贯通的开口，声 透镜14设置在开口上，阵元阵列12和匹配层13设置在腔体内，且匹配层13夹持在阵元阵 列12和声透镜14之间，穿过声透镜14的超声波束在高程方向无聚焦，使所述超声波束实 现平面波发射。图1中横向X为阵无排布方向，纵向Y为高程方向，深度Z为发射方向。
[0021] 为了使线阵超声探头可以发射完整意义的平面波，对声透镜的弧度进行改进，利 用声学凸透镜、声学凹透镜等实现平面波发射。超声在透镜中的声速cl和在人体中的声速 c2不同，当cl<c2时采用凸透镜，当cl>c2时采用凹透镜。使用凸透镜时，中间厚边缘 薄，且凸透镜中声速小于人体声速，超声在透镜的边缘穿越时被延时较少，而在凸透镜中心 穿越时则被延时较多；因此，边缘和中心的声波总会在某一时刻汇聚在声束轴上的一点，此 即声学焦点，使声场聚焦。在透镜中声速大于在人体组织中传播的声速时使用凹透镜，凹透 镜边缘越厚传播总时间越短，同样的可以形成声学聚焦点。如果需要得到平面波，可对声透 镜的曲率进行调整，将其焦点设置在无穷远处。
[0022] 本申请的线阵超声探头，在一种实施方式中，声透镜可以包括凸透镜，凸透镜的焦 点设置在无穷远处。在另一种实施方式中，声透镜还可以包括凹透镜，凹透镜的焦点也设置 在无穷远处。
整数。在一种实施方式中，N的值为1、2或3。探头的匹配层主要作用是为了匹配线阵超声 探头和人体组织之间的声阻抗。声透镜同时与阵元阵列12和人体组织接触，两者的声阻抗 差别甚大，声波在该种情况下无法顺利进入人体组织中，超声在不同阻抗值界面传播时会 在界面上处产生反射，界面发射会产生很大的能量损失，为了使声波能量更多的入射到人 体，往往需要采用匹配层来实现探头与组织之间的匹配。另外匹配层还起到隔离阵元阵列 12和人体组织的作用，其可以保护阵元阵列12,免受外界损坏，同时保护人体，免受探头中 物质和电流的伤害。对匹配层有对厚度和声阻抗及阻尼的要求，以减小传播中对超声能量 的损耗。因此匹配层的目的是为了使声波顺利的传播出去，设计是根据声透镜的形状来设 计的，匹配层13的厚度可以为四分之一波长或其倍数（3倍以内），过厚可能会造成不必要 的声波衰减。
[0024] 改进后NEFP探头在成像速度方面明显优于传统探头成像，且使用平面波相干复 合成像算