[发明专利]一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声换能器领域，特别涉及一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法。

背景技术

血管内超声(Intravascular Ultrasound，IVUS)成像是一种导管超声成像技术，用于诊断冠状动脉粥样硬化的疾病以及指导经皮介入冠状动脉支架手术。血管内超声是无创性的超声技术和微创性的导管技术相结合的一种新的诊断方法。血管内超声是利用导管技术将一个高频微型超声换能器导入冠状动脉血管腔内进行探测，得到血管壁各层横断面成像，以辅助临床医生对血管内病变进行诊断。

血管内超声成像系统包括三个主要部件：装有超声探头的血管内超声导管，回撤装置以及超声主机。血管内超声导管直接在血管内工作，是整个成像系统的核心部件，安装在超声导管远端的超声换能器的性能将直接影响成像质量，进而影响超声诊断仪的诊断效果。

目前临床上使用的血管内超声导管产品的设计主要有两类：机械旋转式和阵列式。机械旋转式设计通过导管内柔韧的驱动转轴旋转，驱动导管远端的单阵元超声换能器，以获取二维横断面图像。在机械旋转式的血管内超声导管系统内，换能器和导管鞘之间需要充满生理盐水，以获得最佳的声学耦合。目前商品化的机械旋转式的导管中心频率在40MHz左右。阵列式是由多个阵元(目前为止最多为64个)呈环型排列在导管顶端外周，通过电子开关的逐次连续激励，而获得血管横断面图像。其优点是没有旋转的部件，导丝通过中央腔，使用时不需要注射液体。由于制作高频阵列式换能器的工艺难度极高，目前临床产品的中心频率为20MHz或小于20MHz。

目前临床使用的血管内超声导管中选用的换能器，无论是机械旋转式的单阵元换能器，还是阵列式的多阵元换能器，均采用压电陶瓷制作，其声阻抗较高(30-40MRayl)，难以与血液声阻抗(1.5-1.8MRayl)很好的匹配从而达到优异的声学性能，以至于灵敏度未能得到优化。另一方面，陶瓷换能器的带宽较低，约40％，不能得到很好的图像分辨率。

压电陶瓷材料制作的IVUS换能器一般中心频率为40MHz，频率响应带宽在40％左右。该带宽较低，不能提供高分辨率的图像。使用单晶压电材料(PMN-PT，PZN-PT，PIN-PMN-PT)能将带宽提高到40-50％。附件一对比文件提出的使用刻蚀(DRIE)的方法制作出的单晶压电复合材料的换能器，带宽能提高到60％左右。

在使用换能器时，换能器发出声波射入血液并传播进入血管壁，声波在血管壁内反射，重新进入血液回到换能器，并被换能器接收，产生信号。血液的声阻抗较低，约为1.5-2MRayl。陶瓷和单晶这些压电材料的声阻抗在30-40MRayl。即使是声阻抗较低的单晶复合材料，其声阻抗也在20MRayl左右。若声波直接从这些压电材料射入声阻抗较低的血液，由于声阻抗差距较大，传播效率会受到影响。

例如，复合材料的声阻抗在20MRayl左右，将直接与水或者生理盐水接触(1.5MRayl)，声阻抗突变较大，将影响到声能量从换能器传播到水中的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种匹配层优化的超声换能器及其制作方法，在提升换能器的频率(提升到40MHz以上)和带宽(60％以上)的同时，对换能器的声阻抗进行优化，将声阻抗匹配到与血液相近的程度，从而优化灵敏度。在换能器制作的过程中，将parylene裹敷在压电材料上，而不是换能器的外壳上。裹敷了parylene的压电材料再装入换能器外壳，从而将parylene保护在外壳中，在换能器旋转时，不会被磨损。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种匹配层优化的超声换能器，包括:依次连接的背衬层、压电晶体层和匹配层，压电晶体层为复合单晶材料。

可选的，复合单晶压材料表面裹敷一层不导电的薄膜。

可选的，复合单晶压材料表面蒸镀聚对二甲苯薄膜。

可选的，匹配层的数量为多层。

可选的，还包括辐射面电极从聚对二甲苯薄膜引出。

一种匹配层优化的超声换能器的制作方法，包括以下步骤：

制作导电的背衬；

制作辐射面连接点，使用导电胶在换能器表面制作辐射面连接点；

蒸镀聚对二甲苯薄膜，在换能器辐射面敷上一层不导电的薄膜；

连接辐射面连接点与信号线。

可选的，不导电的薄膜为对二甲苯薄膜。

可选的，还包括以下：蒸镀聚对二甲苯薄膜后，削去辐射面连接点上镀层，再连接辐射面连接点与信号线。