[发明专利]一种二维环形相控阵超声换能器制备工艺

说明书

本发明公开了一种二维环形相控阵超声换能器制备工艺，首先使用1‑3型压电复合材料来切割划分环形阵列，切割划分电极只切穿电极，不需要切穿压电陶瓷就可以很有效的降低阵元间的串声干扰，1‑3复合材料单纯的振动模态使得换能器的转换效率大大提高；然后进一步的在环形阵列辐射面前端添加匹配层，提高换能器的发射灵敏度；在环形阵列的后端添加背衬进一步抑制串声干扰对聚焦声场的影响。本发明是中心开孔式的二维环形相控阵超声换能器，预留有B超安装位置，可以实现B超诊断、规划、剂量和安全监测等；而且本发明可以实现焦点的轴向动态偏转，提高了聚焦超声的治疗精度和治疗效率。

技术领域

本发明涉及一种二维环形相控阵超声换能器制备工艺，属于医疗器械技术领域。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)技术起源于40年代，随着当下高精度成像和定位技术的发展，该项技术相比于传统外科手术在许多方面展现出其优越性，具有极大的临床应用价值。高强度聚焦超声因其对机体具有热效应、空化效应和生物效应，将焦点定位到体内靶组织上，超声能量会快速、精准的集中到焦域上，使靶区病变组织瞬间变性达到治疗目的。治疗过程中皮肤灼伤率极小，基本不伤害正常组织，也不会产生任何并发症，同时由于超声波是一种机械波，对机体没有类似X射线、γ射线所致的电离辐射损伤，是真正意义上的无创治疗。

高强度聚焦超声治疗设备已经作为一种成熟、安全、可靠、有效的无创治疗仪器，然而现有的超声治疗设备使用的换能器类型一般为球冠自聚焦单通道超声换能器，其压电陶瓷是单个球冠状或者为多片拼接为球冠状达到自聚焦效果。单通道自聚焦换能器系统结构庞大且复杂度极高，庞大的尺寸链使得精度控制难度大大提升，而且单通道自聚焦换能器只能聚焦固定位置，实际应用中需要外部动力结构来实现三维空间的治疗，大大降低了治疗效率。

通过使用二维环形相控阵超声换能器可以实现焦点深度空间的偏转，通过电子控制动态焦点，可以实现焦点精确快速扫描或动态多焦点，不仅可以减少结构的复杂性，提高位置精度；还可以大大缩短治疗时间。但是，环阵相控阵有一个明显的缺点就是会产生不期望的旁瓣和轴向次极大能量点；另外，制作中需使用压电陶瓷材料切割环形阵列，然而就现有技术而言很难将压电陶瓷切穿为环形，且制作的阵元之间的串声干扰很强，而且阵元的横向振动模态耦合大大降低换能器转换效率。这样制备的环形相控阵聚焦效果差、偏转能力差，并且旁瓣和轴向次极大值达不到国家对于高强度聚焦超声的强制性要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维环形相控阵超声换能器制备工艺，主要用于解决现有单基元换能器焦点固定，结构庞大导致的精度控制难度大；解决现有相控阵换能器焦点偏转能力范围小，偏转后旁瓣能量大、轴向次极大点能量高，使用中会造成非治疗区域损伤，影响相控阵的实际应用等问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种二维环形相控阵超声换能器制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、使用1-3型压电复合材料来切割划分环形阵列，切割划分时只切穿电极，不切穿压电陶瓷；

步骤二、在环形阵列辐射面的前端添加匹配层，提高换能器的发射灵敏度和带宽；在环形阵列的后端添加背衬进一步抑制串声干扰对聚焦声场的影响。

进一步的，先采用1-3型压电复合材料制作压电晶片，然后在压电晶片的正反面覆电极层，接着在覆电极后的辐射前端面的电极面上添加匹配层，在覆电极后的后端面的电极面上切割划分电极。

进一步的，所述二维环形相控阵超声换能器按照形状分为：平面分布式和球面分布式，其中平面、球面分布式下包括阵元间等间距分布、阵元间等面积分布、阵元间随机间距分布。

进一步的，使用球面成型夹具，可以将平面的环形阵列压制成球冠状，并且匹配层面与夹具贴合；压制球冠时使用石蜡使环形阵列粘接在球面成型夹具上，最后将每个阵元单独焊接引线后封装背衬。

进一步的，球面成型夹具曲率半径为300mm。