[发明专利]一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器

说明书

本发明涉及一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；第一匹配层、声透镜、第二匹配层、声学软质超凝胶材料层和第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在薄膜压电微纳阵列的一侧；声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，用于实现薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。通过使用声学软质超凝胶材料层实现了超声换能器的无创穿颅超声成像。

技术领域

本发明涉及超声检测及超声成像技术领域，特别是涉及一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器。

背景技术

对于穿颅成像，现有技术如核磁共振成像和计算机断层扫描成像，这些方法在临床上使用较多，但无法实现实时成像，同时对人体具有一定的辐射安全隐患。目前也有采用近红外光学方法尝试穿颅成像，但由于颅骨对光具有强烈的散射或者吸收作用，一般需要在颅骨较为薄弱的地方检测，或者打磨/去除颅骨，很难做到无创检测。

超声技术具有可实时成像、无创、无损、无电离辐射的优点，目前已在颅脑疾病诊断中进行应用，例如经颅超声多普勒，利用颅骨薄弱部位为检查声窗，应用多普勒效应研究脑底动脉血流动力学。但由于颅骨与背景声学阻抗的不匹配，会造成超声信号的大量吸收与反射，运用于超声成像时成像的分辨率较低，无法获取有利于诊断的信息。所以如何设计一种可以无创穿颅超声成像的超声换能器成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，以实现超声换能器的无创穿颅超声成像。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，所述超声换能器包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；

三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；

所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；

所述第一匹配层、所述声透镜、所述第二匹配层、所述声学软质超凝胶材料层和所述第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在所述薄膜压电微纳阵列的一侧；

所述声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，所述声学软质超凝胶材料层用于实现所述薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。

可选地，所述薄膜压电微纳阵列由下至上依次设置基底层、弹性层、底电极、压电层和顶电极；

所述压电层的一侧与所述顶电极连接，所述压电层的另一侧与所述底电极连接；

当所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波时，所述压电层用于在交流电的作用下起振，将起振信号通过所述弹性层传递给所述基底层的空腔，所述空腔用于将所述振动信号转换成超声波；

当所述薄膜压电微纳阵列用于接收超声波时，所述空腔用于将超声波转换为振动信号，所述振动信号通过弹性层传递给所述压电层，所述压电层用于将所述振动信号转换为电信号。

可选地，所述薄膜压电微纳阵列的直径为400～800μm；

所述基底层的厚度为200～300μm；

所述底电极的厚度为0.1～0.3μm；

所述顶电极的厚度为0.1～0.3μm；

所述弹性层的厚度为1～10μm；

所述压电层的厚度为1～10μm。