一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器的制作方法

本实用新型属于临床无损检测领域，具体的属于光声显微成像领域，涉及一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器。

背景技术：

光声成像是近几年发展非常迅速的一种无损成像方法，它是利用短脉冲激光照射到组织内部产生热膨胀，从而产生超声波进行成像。光声成像激发源为短脉冲激光，接收源为高频超声信号，因此结合了光学的高分辨率、光谱吸收的特异性及声学的低散射特点。与现有光学成像技术相比，光声成像可以选择性成像（光谱吸收的特异性），图像对比度更高，并且由于超声的低散射，成像深度更深；与现有超声成像技术对比，分辨率更高，组织成分更易识别。因此，光声成像是一种非常有潜力的无损成像方法。

光声成像的一个核心器件是探测器，探测器的主要作用是将超声波转换为电信号，但是要考虑到与激发光的匹配，不能简单的沿用目前临床上的超声探测器。光声成像用的探测器根据光声成像的不同模式所需的探测器也不一样，如光声显微成像一般都是单元的高频超声探测器，光声体成像一般都是低频的阵列探测器，光声内窥成像则多采用单阵元并且设计成可以深入体内。

目前光声显微成像领域都是采用激发光与声探测器同轴共焦的设计以此来提高横向分辨率。同轴共焦的方式需要考虑探测器的近场和远场区域，探测器近场区域接收效率差异很大，因此一般不用近场而用远场区域来接收超声，超声在空气中衰减非常大，又不能在近场简单的填充空气，当前的做法是在近场区域填充水，一方面水的透光性好，另一方面水的声衰减也很小。但填充水在临床上的缺点也很明显，水一旦脏了或者蒸发及洒了都需要更换，频繁的更换不利于病人病情的检测。

此外，聚焦的超声能明显提高成像的分辨率，目前超声聚焦是简单的在平面超声探测器前面加个声学聚焦透镜，声学聚焦透镜虽然能达到一定的聚焦效果，但设计起来比较困难，还要考虑与探测器本身的匹配问题，并且很可能引起波形的拖尾震荡。

技术实现要素：

本实用新型在现在基础上克服当前技术的不足，提供一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器，通过无水的设计避免频繁换水带来的弊端，并通过探测器阵元晶片自身球形聚焦的方式来避免声透镜的匹配，波形震荡等问题。

本实用新型所要解决的技术问题通过如下技术方案得以解决。

一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器，包括金属外壳、压电晶片、声学透镜及信号传输端子，金属外壳与声学透镜紧密压接，并与信号传输端子通过螺纹固定；压电晶片为单个未分割球面晶片，并且中间有通光孔；声学透镜上表面为球面，曲率半径与压电晶片一致，下表面为平面，上下表面都经过抛光处理；信号传输端子分为正负极，负极直接与金属外壳连接，正负极通过银线与压电晶片上下两面的触点连接；为防止压电晶片、触点、与声透镜和金属外壳脱落，在压电晶片上表面涂有防水胶，并将触点、压电晶片、声透镜覆盖且与金属外壳接触。

所述压电晶片为PVDF（Polyvinylidene Fluoride，聚偏氟乙烯）材质，晶片厚度为5 µm~50 µm，曲率半径为5 mm~20 mm，中间通光孔半径为0.5 mm~2 mm。

所述声学透镜透光率大于90%，其声阻抗为2.0 g/cm²•µs ~3.5 g/cm²•µs，上表面为球面，曲率半径与压电晶片一致，对于球形压电晶片，其焦长就等于曲率半径，为了保证声场焦区刚好紧挨着声学透镜下表面，声学透镜的对应厚度为5 mm~20 mm。

所述金属外壳一方面用于固定声学透镜及信号传输端子，另一方面也用噪声屏蔽，其上端有螺纹用于与其它器件的连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：采用球面压电晶片进行声学聚焦，并利用透光的声学透镜替换水进行超声波的耦合，既解决了目前光声显微成像探测器需要频繁更换水，也避免了单一声透镜聚焦的弊端。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1是本实用新型一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器的侧向剖面图。

图2是本实用新型一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器的声焦点与声接收示意图。

图3是本实用新型一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型实现技术手段、创作特征、易于了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

一种无水耦合单阵元聚焦光声探测器，包括金属外壳3、压电晶片1、声学透镜2及信号传输端子4，金属外壳3与声学透镜2紧密压接，并与信号传输端子4通过螺纹固定；压电晶片1为单个未分割球面晶片，并且中间有通光孔1-2；声学透镜2上表面为球面，曲率半径与压电晶片1一致，下表面为平面，上下表面都经过抛光处理；信号传输端子4分为正负极，负极直接与金属外壳3连接，正负极通过银线4-1、4-1与压电晶片上下两面的触点4-3、4-4连接；为防止压电晶片1、触点4-3、4-4、与声透镜2和金属外壳3脱落，在压电晶片上表面涂有防水胶1-1，并将触点4-3、4-4、压电晶片1、声透镜2覆盖且与金属外壳3接触。

更进一步的，本实用新型的制作过程为：首先选定透光率大于90%，声阻抗为2.0 g/cm²•µs ~3.5 g/cm²•µs的材料，并将其上表面加工成曲率半径为5 mm~20 mm的球面，下表面为平面，整体厚度为5 mm~20 mm的声学透镜2，上下表面进行抛光。然后选定厚度为5 µm~50 µm的PVDF薄膜，用激光切割机在薄膜中间切割出半径为0.5 mm~2 mm的通光孔，再在上下表面镀上0.5 mm×1 mm的银带作为触点4-3、4-4，用银线4-1、4-1将触点延伸出来，之后将薄膜放在对应曲率半径的球面模具上，在声学透镜2的球面涂上胶水后，将球面模具与声学透镜2的球面进行压接。之后将银线4-1、4-1与信号传输端子4连接，在压电晶片上表面涂上防水胶1-1。

本实用新型用于光声显微成像时，短脉冲激光从通光孔1-2中心通过，再透过透明的声学透镜2进入组织，组织内产生的声信号为球面波，经由声学透镜2耦合进压电晶片1，由于压电晶片1为球面，因此只有与其曲率半径一致的球面波1-3才能被接收，其它形式声波会迅速相干后衰减，因此也只有压电晶片1焦区1-4处的组织产生的超声波才能被接收，焦区1-4紧挨着声学透镜下表面，这样整个探测器与组织紧密接触时能保证超声波的有效接收。

以上显示和描述了本实用新型的基本结构、工作原理和本实用新型的优点。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。