本發(fā)明涉及醫(yī)學超聲成像設備領域，具體涉及一種二維超聲波面陣探頭及其制備方法。
背景技術：
：超聲成像是指利用超聲波照射人體，通過接收和處理載有人體組織或結構性質特征信息的回波，獲得人體組織性質與結構的可見圖像。超聲、ct和mri是當今臨床中常用到的診斷技術。與后兩者相比，超聲不僅沒有工作環(huán)境限制、對人體無傷害，而且價格還更便宜，所以是臨床應用中的首選，另外，超聲成像技術還能為臨床手術提供導航。三維超聲成像技術中的核心部件是二維超聲波面陣探頭，二維面陣探頭采用電子學的方法控制超聲束在三維空間的指向，依此來實現(xiàn)保持超聲探頭完全不動，直接獲得三維體積數(shù)據(jù)的功能。傳統(tǒng)的二維面陣探頭各個陣元由各自獨立的傳輸通道進行傳輸，向外傳輸信號的通道較多，導致輸出線路的接線復雜，生產難度較高。技術實現(xiàn)要素：為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種傳輸通道較少，生產難度較低的二維超聲波面陣探頭，該二維超聲波面陣探頭包括壓電陣列、背襯材料層、至少一層匹配層和若干個集成開關芯片；所述壓電陣列包括多個呈陣列排布的壓電單元；所述背襯材料層位于壓電陣列的正極面處，用以吸收壓電陣列正極面處發(fā)射的超聲波；所述匹配層位于所述壓電陣列的負極面處，用以與人體的聲阻抗相匹配；每一個所述集成開關芯片與至少兩個所述壓電單元電連接，用以分時控制至少兩個所述壓電單元的導通。優(yōu)選地，所述背襯材料層內部有序封裝有多根連接導線，所述連接導線的數(shù)量和位置與所述壓電單元相匹配，每一根所述連接導線的兩端分別連接所述集成開關芯片和所述壓電單元，通過所述連接導線使每一個所述集成開關芯片與至少兩個所述壓電單元電連接。優(yōu)選地，若干個所述集成開關芯片有序貼合于所述背襯材料層表面，所述連接導線遠離所述壓電單元的一端顯露于所述背襯材料層表面并與對應的集成開關芯片焊接。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括設置在所述匹配層與所述壓電陣列的負極面之間的金箔，所述金箔用于電磁屏蔽。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括接插件公座、接插件母座及印制電路板，所述接插件公座與所述集成開關芯片的輸出端導通，用以引出所述集成開關芯片的輸出；所述接插件母座與所述印制電路板電連接，并與所述接插件公座插接，用以將接插件公座的輸出轉接至印制電路板。優(yōu)選地，所述二維超聲波面陣探頭還包括聲透鏡，所述聲透鏡位于所述匹配層背向所述壓電陣列的一側，用以聲學聚焦。優(yōu)選地，所述壓電陣列的材質是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復合材料；和/或，所述匹配層的材質包括樹脂粘合劑和粉末填料；和/或，所述背襯材料層的材質包括樹脂粘合劑和粉末填料。優(yōu)選地，多個所述壓電單元呈圓形陣列或方形陣列排布。本發(fā)明進一步提出一種二維超聲波面陣探頭的制備方法，包括如下步驟：提供壓電陣列，所述壓電陣列包括多個呈陣列排布的壓電單元；將多個所述壓電單元劃分為若干組，每一組包括至少兩個所述壓電單元，對應組數(shù)提供若干個集成開關芯片；將同一組的所述壓電單元電連接到同一個所述集成開關芯片上；將所述集成開關芯片輸出端連接至傳輸通道。優(yōu)選地，所述提供壓電陣列，所述壓電陣列包括多個呈陣列排布的壓電單元的步驟具體包括：提供整片壓電材料；將金箔通過導電膠水粘接于整片壓電材料的負極面；將匹配層粘接于所述金箔表面；從所述整片壓電材料的正極面將壓電材料切割成陣列，以形成壓電單元；所述二維超聲波面陣探頭的制備方法還包括：將多根連接導線預先有序封裝于背襯材料層內，并通過磨削加工將所述連接導線的兩端顯露于所述背襯材料層表面；所述將同一組的所述壓電單元電連接到同一個所述集成開關芯片上的步驟具體包括：將所述連接導線的一端與一個所述壓電單元焊接，將所述連接導線的另一端與對應的所述集成開關芯片焊接；所述將所述集成開關芯片輸出端連接至傳輸通道的步驟具體包括：將集成開關芯片輸出端連接至接插件公座的引腳上，將接插件母座與連通外部電纜的印刷線路板相連接，將接插件公座與接插件母座插接。本發(fā)明技術方案通過使用若干個集成開關芯片，每一個所述集成開關芯片與至少兩個所述壓電單元電連接，可以分時控制至少兩個壓電單元的導通，使得至少兩個壓電單元的信號傳輸可以通過對應的集成開關芯片輸出，如此，只需設置與集成開關芯片數(shù)量對應的傳輸通道，即可實現(xiàn)所有壓電單元的信號傳輸，輸出信號通道的數(shù)量明顯減少，對應輸出線路的接線也相應簡化，從而大大降低了生產難度，有利于提高生產效率。附圖說明圖1為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭一實施例的分解結構示意圖；圖2為圖1中二維超聲波面陣探頭沿a-a’的剖面圖；圖3為圖1中二維超聲波面陣探頭的壓電陣列、金箔和匹配層的結構示意圖；圖4為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭的制備方法一實施例的流程圖；圖5為本發(fā)明二維超聲波面陣探頭的制備方法另一實施例的流程圖。附圖標號說明：標號名稱標號名稱100壓電陣列200背襯材料層300匹配層400集成開關芯片500金箔600聲透鏡700接插件公座800接插件母座900印制電路板101壓電單元201連接導線具體實施方式為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將結合附圖對本發(fā)明各實施例的技術方案進行詳細介紹。如圖1至圖3所示，本發(fā)明提出的二維超聲波面陣探頭包括壓電陣列100、背襯材料層200、至少一層匹配層300和若干個集成開關芯片400；所述壓電陣列100包括多個呈陣列排布的壓電單元101；所述背襯材料層200位于壓電陣列100的正極面處，用以吸收壓電陣列100正極面處發(fā)射的超聲波；所述匹配層300位于所述壓電陣列100的負極面處，用以與人體的聲阻抗相匹配；每一個所述集成開關芯片400與至少兩個所述壓電單元101電連接，用以分時控制至少兩個所述壓電單元101的導通。本發(fā)明技術方案通過使用若干個集成開關芯片400，每一個所述集成開關芯片400與至少兩個所述壓電單元101電連接，可以分時控制至少兩個壓電單元101的導通，使得至少兩個壓電單元101的信號傳輸可以通過對應的集成開關芯片400輸出，如此，只需設置與集成開關芯片400數(shù)量對應的傳輸通道，即可實現(xiàn)所有壓電單元101的信號傳輸，輸出信號通道的數(shù)量明顯減少，對應輸出線路的接線也相應簡化，從而大大降低了生產難度，有利于提高生產效率。其中，所述壓電陣列100的材質是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復合材料；請參閱圖3，本實施例中以二維n×n排列布置的方形陣列為例，其中n為方形陣列在長度方向或寬度方向上壓電單元101的數(shù)量，但是本發(fā)明中的壓電單元101排列布置的類型不限于這種正方形陣列結構，長寬采用不同長度的壓電陣列100也同樣適用，壓電陣列100在長度方向或寬度方向上壓電單元101的數(shù)量也可以根據(jù)需要具體選擇。本發(fā)明的中，多個所述壓電單元101根據(jù)需要設置呈圓形陣列或方形陣列排布、橢圓形陣列或其他形狀結構的陣列。當然為了減少各壓電單元101之間的串波影響，可以在填充壓電陣列100的各壓電單元101之間的縫隙中添加去耦材料。集成開關芯片400內部集成有時序控制電路和高壓開關，可以將多個陣列的信號通過分時處理技術，在不同時間進行處理和傳輸，使得多個信號可以于不同時間在同一個通道內進行傳輸，因此可以壓縮通道數(shù)。所述匹配層300的材質由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其用以實現(xiàn)壓電陣列100與人體的聲阻抗匹配，匹配層300的厚度及聲學參數(shù)根據(jù)壓電陣元的工作頻率和電學、聲學參數(shù)設計，其層數(shù)包括但不局限于1-3層。背襯材料層200也由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其能夠吸收和反壓電陣列100朝向背襯材料層200發(fā)射的超聲波，為了進一步提高效率，請參閱圖2，本實施例中，設置所述背襯材料層200內部有序封裝有多根連接導線201，所述連接導線201的數(shù)量和位置與所述壓電單元101相匹配，每一根所述連接導線201的兩端分別連接所述集成開關芯片400和所述壓電單元101，通過所述連接導線201使每一個所述集成開關芯片400與至少兩個所述壓電單元101電連接。每一個集成開關芯片400與至少兩個連接導線201連接，每個連接導線201和對應壓電單元101相連，從而實現(xiàn)了每一個所述集成開關芯片400與至少兩個所述壓電單元101電連接?？梢栽诒骋r材料層200成型的同時對連接導線201進行封裝，利用背襯材料層200對導線的位置進行固定，使得一個導線能夠準確的對應一個壓電單元101，方便壓電單元101與連接導線201焊接時的對準操作，也能夠避免錯接，從而大大的提高接線效率。本實施例中，設置若干個集成開關芯片400有序貼合于所述背襯材料層200表面，所述連接導線201遠離所述壓電單元101的一端顯露于所述背襯材料層200表面并與對應的集成開關芯片400焊接。方便集成開關芯片400與連接導線201焊接時的對準操作，也能夠避免錯接，大大的提高接線效率。同時，連接導線201都在背襯材料層200的內部，連接導線201端部與貼靠的集成開關芯片400焊接，被集成開關芯片400焊接遮擋，沒有導線顯露，外觀更加整潔。更具體的，本實施例中多個所述壓電單元101根據(jù)需要設置呈16×16的方形陣列排布，共設置了16個集成開關芯片400，每16個壓電單元101與一個集成開關芯片400相連接，16個集成開關芯片400平均貼合在背襯材料層200的正反兩個表面。為了放置電磁波對探測結果產生影響，請進一步參閱圖1，在本實施例中，所述二維超聲波面陣探頭還包括設置在所述匹配層300與所述壓電陣列100的負極面之間的金箔500，所述金箔500用于電磁屏蔽。金箔500由金制得，其能夠有效的屏蔽電磁波，顯著的提高電磁屏蔽效果，能夠提高二維超聲波面陣探頭的探測效果。請進一步參閱圖1，所述二維超聲波面陣探頭還包括聲透鏡600，所述聲透鏡600位于所述匹配層300背向所述壓電陣列100的一側，用以聲學聚焦。聲透鏡600還可以保護壓電陣列100，其材料包括但不局限于硅橡膠和環(huán)氧樹脂。為了將探測信號從集成開關芯片400的輸出端傳送到信號處理裝置，請進一步參閱圖1，在本實施例中，設置該二維超聲波面陣探頭還包括接插件公座700、接插件母座800及印制電路板900，所述接插件公座700與所述集成開關芯片400的輸出端導通，用以引出所述集成開關芯片400的輸出；所述接插件母座800與所述印制電路板900電連接，并與所述接插件公座700插接，用以將接插件公座700的輸出轉接至印制電路板900。后續(xù)再通過印制電路板900連接的同軸電纜即可進行較長距離的傳輸，通過接插件公座700、接插件母座800及印制電路板900的設置，能夠在不使用導線的情況下完成連接和傳輸，拆卸方便，連接簡單，能夠進一步降低生產難度。請參閱圖4，并結合圖1至圖3進行理解，本發(fā)明進一步提出一種二維超聲波面陣探頭的制備方法，包括如下步驟：步驟s1，制備壓電陣列100，所述壓電陣列100包括多個呈陣列排布的壓電單元101；所述壓電陣列100的材質是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或者壓電復合材料；本實施例中以二維n×n排列布置的方形陣列為例，其中n為方形陣列在長度方向或寬度方向上壓電單元101的數(shù)量，但是本發(fā)明中的壓電單元101排列布置的類型不限于這種正方形陣列結構，長寬采用不同長度的壓電陣列100也同樣適用，壓電陣列100在長度方向或寬度方向上壓電單元101的數(shù)量也可以根據(jù)需要具體選擇。當然為了減少各壓電單元101之間的串波影響，可以在填充壓電陣列100的各壓電單元101之間的縫隙中添加去耦材料。步驟s2，將多個所述壓電單元101劃分為若干組，每一組包括至少兩個所述壓電單元101，對應組數(shù)提供若干個集成開關芯片400；本實施例中多個所述壓電單元101根據(jù)需要設置呈16×16的方形陣列排布，將16×16個壓電單元101平均分成16個組，因此共設置了16個集成開關芯片400。步驟s3，將同一組的所述壓電單元101電連接到同一個所述集成開關芯片400上；其中壓電單元101與集成開關芯片400之間可以通過導線或者線路板的線路導通。步驟s4，將所述集成開關芯片400輸出端連接至傳輸通道；具體可以通過連接導線201將信號傳輸至傳輸通道，也可以設置接插件將信號傳輸至傳輸通道。請參閱圖5，并結合圖1至圖3進行理解，本發(fā)明另一實施例中，步驟s1的具體操作包括：步驟s11，提供整片壓電材料，其中該整片壓電材料的正反兩面都鍍有導電層，形成正負電極面，步驟s12，將金箔500通過導電膠水粘接于整片壓電材料的負極面；金箔500由金制得，其能夠有效的屏蔽電磁波，顯著的提高電磁屏蔽效果，能夠提高二維超聲波面陣探頭的探測效果。步驟s13，將匹配層300粘接于所述金箔500表面；匹配層300的材質由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其用以實現(xiàn)壓電陣列100與人體的聲阻抗匹配，匹配層300的厚度及聲學參數(shù)根據(jù)壓電陣元的工作頻率和電學、聲學參數(shù)設計，其層數(shù)包括但不局限于1-3層。步驟s14，從所述整片壓電材料的正極面將壓電材料切割成陣列，以形成壓電單元101；切割時，先將金箔500和匹配層300與整片壓電材料的負極面進行貼合，然后進行切割，在切割時不切開金箔500和匹配層300，切割后的壓電陣列100、金箔500、匹配層300形成一個整體，方便進行后續(xù)操作。該方法還包括位于步驟s3之前的步驟s5，具體的操作為：步驟s5，將多根連接導線201預先有序封裝于背襯材料層200內，并通過磨削加工將所述連接導線201的兩端顯露于所述背襯材料層200表面；背襯材料層200也由樹脂粘合劑和粉末填料制得，其能夠吸收和反壓電陣列100朝向背襯材料層200發(fā)射的超聲波；設置所述背襯材料層200內部有序封裝有多根連接導線201，所述連接導線201的數(shù)量和位置與所述壓電單元101相匹配，實際操作中可以在背襯材料層200成型的同時對連接導線201進行封裝，利用背襯材料層200對導線的位置進行固定，使得一個導線能夠準確的對應一個壓電單元101，方便壓電單元101與連接導線201焊接時的對準操作，也能夠避免錯接，從而大大的提高接線效率。在本實施例中，每16個壓電單元101與一個集成開關芯片400相連接，此時步驟s3的具體操作為：將封裝在背襯材料層200中的連接導線201的一端與一個所述壓電單元101焊接，將該連接導線201的另一端與對應的所述集成開關芯片400焊接。通過封裝在背襯材料層200中的連接導線201實現(xiàn)壓電單元101與對應的集成開關芯片400的電連接。本實施例中，步驟s4的具體操作為：將集成開關芯片400輸出端連接至接插件公座700的引腳上，將接插件母座800與連通外部電纜的印刷線路板相連接，將接插件公座700與接插件母座800插接。通過接插件公座700、接插件母座800和印刷線路板將集成開關芯片400處信號傳輸?shù)酵獠侩娎|。以上所述的僅為本發(fā)明的部分或優(yōu)選實施例，無論是文字還是附圖都不能因此限制本發(fā)明保護的范圍，凡是在與本發(fā)明一個整體的構思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的
技術領域：
均包括在本發(fā)明保護的范圍內。當前第1頁12