[发明专利]一种双频超声换能器

说明书

本发明公开一种双频超声换能器，其包括：背衬、超声发射层、匹配层、超声接收层和保护层；背衬和超声发射层、超声发射层和匹配层、匹配层和超声接收层、超声接收层和保护层均通过超声换能器粘结胶粘结；从超声发射层和匹配层引出两个电极供发射超声换能器工作；从超声接收层和匹配层引出两个电极供接收超声换能器工作；超声发射层的材料为铌镁酸铅钛酸铅(PMN‑PT)，超声接收层的材料是聚偏二氟乙烯(PVDF)。本发明通过在同一只换能器中使用两种压电材料——PMN‑PT和PVDF，运用的PVDF材料声阻抗接近人体组织的声阻抗特点,容易获得较好的匹配，同时其电容率低，也易于和电输出回路匹配，接收时尾波少，采用的是20‑35M的谐波成像，使得成像的分辨率更高。

技术领域

本发明涉及超声换能器技术领域，更具体地，涉及一种双频超声换能器。

背景技术

根据世界卫生组织的数据显示，超过50％心血管疾病死亡都与心肌微循环血供障碍有关，所以能够及早的对心肌微血管高分辨率的成像，对心血管疾病的早期诊断和治疗都有很重要的意义。与其他成像方式相比，超声波成像以其方便、安全等优点，正在越来越多地引起人们的兴趣。而超声成像的关键之一就是超声换能器。因此研究一种多频的、结构简单且新颖，高分辨率的超声换能器已成为国内外研究人员的当务之急。

挪威东南大学的研究者提出了一种以硅-聚合物组合为匹配层的双频探头，将CMUT换能器制作在一块大的PZT上实现多频模式，但是实现的高频只有6M左右，频率较低。2002年，香港理工大学的研究人员设计了一种基于BNBT-6/环氧树脂1-3复合材料的双频超声换能器，能够实现双频成像，但是接收的换能器频率为6M左右，这样的低频显然这对于微血管的成像分辨率是远远不够的。2014年，北京航天航空大学的马建国提出一种压电的双频超声换能器阵列，能够得到超谐波对比度增强的图像，但存在两个缺点。一方面，制作上有很大的挑战，必须在特征频率与尺寸间权衡。另一方面，接收换能器采用的压电材料的声阻抗一般较大，与耦合液(通常是水)的匹配不是很好，接收时回响的尾波较多，不利于对信号的提取和分析。2017年，韩国产业技术综合评价研究所提出的一种用反转层技术制成的双频超声传感器阵列，但是该传感器接收的频率为2.4MHz，制造的工艺复杂并且分辨率也不高。2018年，重庆大学的研究者提出一种通过结合电容式和压电式超声波的双频换能器，它可以有效的纠正阻抗失配，但它也不可避免地导致从背层到顶部CMUT的混响。

综上所述，目前的双频换能器接收换能器的中心频率较低，不能满足微血管成像的分辨率要求，接收的换能器的声阻抗较大，需要考虑与人体组织的匹配问题，制备工艺复杂，难度高。有的换能器还存在不可避免的串扰等问题，使得换能器的整体性能并不十分出色。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种双频超声换能器，来解决现有的双频换能器接收换能器的中心频率较低，成像分辨率低，接收的换能器的声阻抗较大，制备工艺复杂，难度高，存在不可避免的串扰等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双频超声换能器，所述双频超声换能器包括：背衬、超声发射层、匹配层、超声接收层和保护层；

背衬和超声发射层、超声发射层和匹配层、匹配层和超声接收层、超声接收层和保护层均通过超声换能器粘结胶粘结；

从超声发射层和匹配层引出两个电极供发射超声换能器工作；

从超声接收层和匹配层引出两个电极供接收超声换能器工作；

超声发射层的材料为PMN-PT，超声接收层的材料是PVDF。

具体地，超声发射层发射2-7MHz中心频率的超声波，超声接收层接收20-35MHz中心频率的超声波。