本發(fā)明涉及超聲換能器領域，特別涉及一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器及其制作方法。

背景技術：

血管內超聲(Intravascular Ultrasound，IVUS)成像是一種導管超聲成像技術，用于診斷冠狀動脈粥樣硬化的疾病以及指導經皮介入冠狀動脈支架手術。血管內超聲是無創(chuàng)性的超聲技術和微創(chuàng)性的導管技術相結合的一種新的診斷方法。血管內超聲是利用導管技術將一個高頻微型超聲換能器導入冠狀動脈血管腔內進行探測，得到血管壁各層橫斷面成像，以輔助臨床醫(yī)生對血管內病變進行診斷。

血管內超聲成像系統(tǒng)包括三個主要部件：裝有超聲探頭的血管內超聲導管，回撤裝置以及超聲主機。血管內超聲導管直接在血管內工作，是整個成像系統(tǒng)的核心部件，安裝在超聲導管遠端的超聲換能器的性能將直接影響成像質量，進而影響超聲診斷儀的診斷效果。

目前臨床上使用的血管內超聲導管產品的設計主要有兩類：機械旋轉式和陣列式。機械旋轉式設計通過導管內柔韌的驅動轉軸旋轉，驅動導管遠端的單陣元超聲換能器，以獲取二維橫斷面圖像。在機械旋轉式的血管內超聲導管系統(tǒng)內，換能器和導管鞘之間需要充滿生理鹽水，以獲得最佳的聲學耦合。目前商品化的機械旋轉式的導管中心頻率在40MHz左右。陣列式是由多個陣元(目前為止最多為64個)呈環(huán)型排列在導管頂端外周，通過電子開關的逐次連續(xù)激勵，而獲得血管橫斷面圖像。其優(yōu)點是沒有旋轉的部件，導絲通過中央腔，使用時不需要注射液體。由于制作高頻陣列式換能器的工藝難度極高，目前臨床產品的中心頻率為20MHz或小于20MHz。

目前臨床使用的血管內超聲導管中選用的換能器，無論是機械旋轉式的單陣元換能器，還是陣列式的多陣元換能器，均采用壓電陶瓷制作，其聲阻抗較高(30-40MRayl)，難以與血液聲阻抗(1.5-1.8MRayl)很好的匹配從而達到優(yōu)異的聲學性能，以至于靈敏度未能得到優(yōu)化。另一方面，陶瓷換能器的帶寬較低，約40％，不能得到很好的圖像分辨率。

壓電陶瓷材料制作的IVUS換能器一般中心頻率為40MHz，頻率響應帶寬在40％左右。該帶寬較低，不能提供高分辨率的圖像。使用單晶壓電材料(PMN-PT，PZN-PT，PIN-PMN-PT)能將帶寬提高到40-50％。附件一對比文件提出的使用刻蝕(DRIE)的方法制作出的單晶壓電復合材料的換能器，帶寬能提高到60％左右。

在使用換能器時，換能器發(fā)出聲波射入血液并傳播進入血管壁，聲波在血管壁內反射，重新進入血液回到換能器，并被換能器接收，產生信號。血液的聲阻抗較低，約為1.5-2MRayl。陶瓷和單晶這些壓電材料的聲阻抗在30-40MRayl。即使是聲阻抗較低的單晶復合材料，其聲阻抗也在20MRayl左右。若聲波直接從這些壓電材料射入聲阻抗較低的血液，由于聲阻抗差距較大，傳播效率會受到影響。

例如，復合材料的聲阻抗在20MRayl左右，將直接與水或者生理鹽水接觸(1.5MRayl)，聲阻抗突變較大，將影響到聲能量從換能器傳播到水中的效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器及其制作方法，在提升換能器的頻率(提升到40MHz以上)和帶寬(60％以上)的同時，對換能器的聲阻抗進行優(yōu)化，將聲阻抗匹配到與血液相近的程度，從而優(yōu)化靈敏度。在換能器制作的過程中，將parylene裹敷在壓電材料上，而不是換能器的外殼上。裹敷了parylene的壓電材料再裝入換能器外殼，從而將parylene保護在外殼中，在換能器旋轉時，不會被磨損。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器，包括:依次連接的背襯層、壓電晶體層和匹配層，壓電晶體層為復合單晶材料。

可選的，復合單晶壓材料表面裹敷一層不導電的薄膜。

可選的，復合單晶壓材料表面蒸鍍聚對二甲苯薄膜。

可選的，匹配層的數(shù)量為多層。

可選的，還包括輻射面電極從聚對二甲苯薄膜引出。

一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器的制作方法，包括以下步驟：

制作導電的背襯；

制作輻射面連接點，使用導電膠在換能器表面制作輻射面連接點；

蒸鍍聚對二甲苯薄膜，在換能器輻射面敷上一層不導電的薄膜；

連接輻射面連接點與信號線。

可選的，不導電的薄膜為對二甲苯薄膜。

可選的，還包括以下：蒸鍍聚對二甲苯薄膜后，削去輻射面連接點上鍍層，再連接輻射面連接點與信號線。

可選的，還包括以下：蒸鍍聚對二甲苯薄膜后，削去導線連接位置上鍍層，漏出輻射面，再涂導電膠連接輻射面連接點與信號線。

可選的，還包括以下：蒸鍍聚對二甲苯薄膜后，揭起一小部分上鍍層，露出輻射面，再涂導電膠連接輻射面連接點與信號線。

根據本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

本發(fā)明的一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器及其制造方法，改進了血管內超聲成像超聲換能器的性能，提高換能器的中心頻率、頻率響應帶寬的同時能提高靈敏度。通過提升超聲換能器的中心頻率和頻率響應帶寬提高了血管內超聲成像的圖像分辨率。通過提高超聲換能器的靈敏度能提高了圖像的穿透深度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器制作方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器實施例1的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器實施例2的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器實施例2的俯視圖；

圖6為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器實施例3的結構示意圖；

圖中：30-超聲換能器；31-背襯層；32-壓電晶體層；33-匹配層；34-連接點；35-聚對二甲苯薄膜；36-導電膠點；37-導線。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器及制作方法，改進了血管內超聲成像超聲換能器的性能。通過提升超聲換能器的中心頻率和頻率響應帶寬提高了血管內超聲成像的圖像分辨率。通過提高超聲換能器的靈敏度能提高了圖像的穿透深度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器的結構示意圖。如圖1所示，該超聲換能器，包括:依次連接的背襯層31、壓電晶體層32和匹配層33，壓電晶體層32為復合單晶壓材料；復合單晶壓材料表面裹敷聚對二甲苯薄膜；匹配層33的數(shù)量為多層。

圖2為本發(fā)明一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器制作方法的流程圖。如圖2所示，該方法，包括：

步驟S1：制好導電的背襯；

步驟S2：制作輻射面連接點，使用導電膠在換能器表面制作輻射面連接點；

步驟S3：蒸鍍聚對二甲苯薄膜，換能器輻射面被敷上一層不導電的薄膜。

步驟S4：輻射面連接點與信號線連接。

實施例1：

一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器，包括:依次連接的背襯層31、壓電晶體層32和匹配層33，如圖3所示，制作輻射面連結點。預先制作好導電的背襯31和導電的第一層匹配33，如果壓電晶體32為復合材料，則不必制作匹配層33。使用導電膠在換能器表面制作連結點34。

蒸鍍Parylene，第一步完成后進行Parylene蒸鍍，蒸鍍完成后。換能器輻射面將會敷上一層不導電的薄膜35，這層薄膜35作為換能器的第二層匹配，如壓電晶體32為壓電復合材料，則沒有第一匹配層33，薄膜35為唯一的一層匹配。薄膜35需要設計為合適的厚度以讓換能器30達到最理想的性能。

削去連結點上鍍層，與信號線連結。將連結點34連同其表面附著的一部分鍍層35一同削去，漏出與輻射面相連的導電膠連結點34。將導線37安置在露出的部分，在連接處涂導電膠點36。

實施例2：

一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器，包括:依次連接的背襯層31、壓電晶體層32和匹配層33，如圖4、圖5所示，換能器30，預先制作好導電的背襯31和導電的第一層匹配33，如果壓電晶體32為復合材料，則不必制作匹配層33。換能器輻射面將會敷上一層不導電的薄膜35，這層薄膜35作為換能器的第二層匹配，如壓電晶體32為壓電復合材料，則沒有第一匹配層33，薄膜35為唯一的一層匹配。薄膜35需要設計為合適的厚度以讓換能器30達到最理想的性能。

連接電纜，如圖6將Parylene鍍層35上連接導線處削去，露出輻射面。將導線37安置在露出的部分，在連接處涂導電膠點36。

實施例3：

一種匹配層優(yōu)化的超聲換能器，包括:依次連接的背襯層31、壓電晶體層32和匹配層33，如圖6所示。換能器30，預先制作好導電的背襯31和導電的第一層匹配33，如果壓電晶體32為復合材料，則不必制作匹配層33。換能器輻射面將會敷上一層不導電的薄膜35，這層薄膜35作為換能器的第二層匹配，如壓電晶體32為壓電復合材料，則沒有第一匹配層33，薄膜35為唯一的一層匹配。薄膜35需要設計為合適的厚度以讓換能器30達到最理想的性能。

連接電纜，將Parylene鍍層35角上的parylene揭起一小部分，此處輻射面露出。將導線37安置在露出的部分，在連接處涂導電膠點36。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。