[发明专利]超声探头、超声系统和用于产生超声图像的方法

说明书

本发明公开了一种超声探头(100)，其包括探头主体(120)，该探头主体具有安装区域(121)和柔性唇部(123)，该柔性唇部围绕所述安装区域以用于密封处于安装区域和超声探头接触的受试者(1)之间的空间(110)；和安装在安装区域中的多个超声波换能器元件(130)。探头主体还包括通向所述空间的入口(125)和离开所述空间的出口(127)，以利于在所述空间被密封时流体流动穿过所述空间。本发明还公开了一种超声系统(10)，其包括这种超声探头(100)，以及公开了一种使受试者经受超声波以用于产生超声图像的方法(200)。

技术领域

本发明涉及一种超声探头，其包括具有安装区域的探头主体和安装在安装区域中的多个超声换能器元件。

本发明还涉及一种包括这种超声探头的超声系统。

本发明还涉及一种使受试者经受利用这种超声探头产生的超声波的方法。

背景技术

超声波在医学中有很多应用。一种这样的应用是超声成像，其中由包括超声换能器阵列的超声装置将超声波发射到患者体内，且超声波的回波由超声换能器或专用超声接收器收集并处理以产生超声图像，例如1D、2D或3D超声图像。另一种应用是超声治疗，例如高强度聚焦超声(HIFU)治疗，其中超声波束由包括超声换能器元件拼片(tile)的超声装置产生并且聚焦在患病组织上。在焦点处显著的能量沉积产生处于约65℃至85℃的范围内的局部温度，这样通过凝固性坏死而破坏已死组织。

这种超声系统通常包括超声探头，以用于将超声波传递给受试者，例如，正在进行成像或治疗的患者。这种超声探头通常包括多个超声换能器，例如由诸如锆钛酸铅(PZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料形成的压电换能器元件和电容性微机加工超声换能器(CMUT)元件，其中使用膜，该膜包括在空腔上的第一电极，该空腔包括与第一电极相对并且由空腔与第一电极分隔开的第二电极，且通过给第一电极和第二电极施加适当的刺激，例如，交流电流，以产生超声波(或以接收模式接收超声波)。逐渐地，将几个这样的超声换能器元件组合在所谓的拼片上，例如，超声换能器元件所在的半导体衬底形成的芯片，在一些应用中，该拼片可具有几平方厘米的尺寸。这允许超声探头覆盖待成像或治疗的受试者身体的较大区域。这种拼片的超声换能器元件可以一起组合在一起并且一致地操作，使得拼片表现为包括多个小平面的复合超声换能器元件，即组合成复合超声换能器元件的超声换能器单元，或者替代性地可以独立地操作。

对于这种超声探头，尤其是对于大面积超声探头，例如，包括多个这样的超声换能器拼片的超声探头，在超声探头和待成像的身体部分之间建立良好接触远非微不足道的。对于较小的超声探头，这通常通过使用改善超声换能器阵列与身体部分之间的接触的专用凝胶来实现。然而，这种方案的缺点是通常必须使用大量的凝胶，这可能包含干扰超声信号的传输或接收的气泡。而且，对于大面积超声探头，这种凝胶施用可能不再实际可行。

为此，可以设计超声探头，使得在与受试者的身体接触时，超声换能器元件抵靠着受试者身体被密封，例如，通过在超声换能器元件和受试者的身体之间形成密封的空间，在该密封的空间内相对于环境压力产生负压，例如，通过将超声探头按压到身体上，迫使一些空气从超声探头和受试者身体之间离开。这在超声探头和受试者身体之间产生吸力效应，促使超声探头保持在受试者身体上的期望位置。

这种方案的缺点是固定体积的流体(例如，空气)被困在超声波探头和受试者身体之间，在利用超声探头传输超声波期间，超声探头的温度将增加，因为该流体被发射的超声波加热。热量可传递到超声换能器元件，因此超声换能器元件可能易于过热。超声探头中的温度监测器可监测超声换能器元件的温度，并且可以将超声换能器元件切换到低功率模式持续一段时间以防止发生这种过热。然而，就超声图像质量而言，这种低功率模式可能是不期望的，超声图像质量在这种低功率模式中通常受到损害，但这种低功率模式可避免在待用HIFU超声治疗系统治疗的组织中产生足够的热量。