超声探头和超声装置的制作方法

1.本发明涉及超声探头，其中与患者的接触区域的尺寸被限制，同时维持其壳体的至少端部部分的强度，并且还维持壳体的内部和外部之间的电绝缘，并且涉及具有该超声探头的超声装置。


背景技术：

2.超声探头具有包含换能器元件阵列的壳体。壳体由例如热塑性树脂构造。壳体在其端部部分中设置有声学透镜(例如参见日本专利申请kokai号2019
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170603中的图3和图4)。在抵靠患者放置声学透镜的透镜表面时执行超声扫描。
3.在有限空间(诸如人体的肋间部分)内发射/接收超声的情况下，采用与患者的接触区域的尺寸被限制的超声探头。声学透镜的透镜表面以及此外其中设置有声学透镜的壳体的端部部分的厚度有助于接触区域的尺寸。因此，为了限制接触区域的尺寸，尝试尽可能地减小壳体的端部部分的厚度。
4.然而，随着由热塑性树脂构造的壳体的厚度减小，壳体更易受来自外部冲击的应变的影响。这可能通过将冲击传输到内部而导致内部结构诸如换能器元件阵列的破坏。
5.此外，要求包含超声换能器阵列等的壳体的内部及其外部彼此电绝缘。


技术实现要素：

6.本发明内容介绍了在具体实施方式中更详细描述的概念。其不应当用于确定要求保护的主题的基本特征，也不应当用于限制要求保护的主题的范围。在本发明的一个方面，本发明是一种超声探头，包括：壳体，该壳体用于容纳换能器元件阵列；以及声学透镜，该声学透镜设置在该壳体的端部部分中。该壳体在至少其端部部分中包括由第一材料构造的一部分，该第一材料具有40gpa或更高的杨氏模量并且还具有电绝缘。
7.根据本发明，在上述方面，该壳体的至少端部部分包括由上述第一材料构造的一部分，并且因此当厚度减小时，可维持该壳体的强度并且还可维持电绝缘。
附图说明
8.图1是示出根据实施方案的超声探头的一部分的剖视图；
9.图2是示出包括在图1中的超声探头中的第一壳体的透视图；
10.图3是说明第一壳体的厚度的图；
11.图4是示出根据实施方案的超声诊断装置的示例的框图；
12.图5是示出根据实施方案的变型的超声探头的一部分的剖视图；并且
13.图6是示出根据实施方案的变型的包括在第一壳体中的第一部分和第二部分的透视图。
具体实施方式
14.现在将参考附图以举例的方式描述本公开的实施方案。实施方案中的超声探头可以是线性探头、扇形探头和凸形探头中的任一者。作为示例，以下实施方案将论述扇形探头。
15.图1是示出根据实施方案的超声探头1的一部分的剖视图。超声探头1对患者执行超声扫描并且接收回波信号。超声探头1具有壳体2、声学透镜3和声学元件模块4。壳体2的端部部分5具有开口部分6，其中设置有声学透镜3。声学元件模块4包含在壳体2中从而与声学透镜3接触。虽然本领域中已知的其他部件包含在壳体2中，但它们在图1中被省略。
16.声学元件模块4具有本领域已知的配置，该配置未详细示出，包括换能器元件阵列7(参见图4)、声学匹配层、背衬等。换能器元件阵列7向患者(未示出)发射脉冲式超声。更具体地讲，来自换能器元件阵列7的脉冲式超声穿过声学透镜3并且穿透到患者体内。穿透到患者体内的脉冲式超声在患者体内被反射以生成回波。来自患者的回波穿过声学透镜以到达换能器元件阵列7。换能器元件阵列7将脉冲式超声的回波转换成电信号。
17.如图2所示，壳体2包括构成端部部分5的第一壳体2a，并且还包括第二壳体2b。第一壳体2a覆盖声学元件模块4的至少一部分，从而覆盖包括在声学元件模块4中的换能器元件阵列7。
18.第一壳体2a和第二壳体2b通过本领域已知的技术彼此联接。在附图中省略了联接的结构。壳体被构造成使得防止液体从第一壳体2a和第二壳体2b之间渗透到壳体2的内部中。
19.第一壳体2a由第一材料构造。第一材料具有40gpa或更高的弹性度(杨氏模量)并且还具有电绝缘。在一个示例中，术语“电绝缘”意指7.5kv/mm或更高的电绝缘。例如，第一材料为陶瓷。陶瓷可为精细陶瓷。另选地，第一材料可为具有40gpa或更高的杨氏模量并且还具有电绝缘的金属。
20.第二壳体2b由本领域已知的用作超声探头壳体材料的材料构造，例如由热塑性树脂构造。
21.由于第一材料具有如上所述的40gpa或更高的杨氏模量，因此第一壳体2a比热塑性树脂的常规壳体更硬，使得可维持强度。与热塑性树脂的壳体相比，这使得可以减小第一壳体2a的厚度。这将参考图3进行描述。在图3中，两点划线l表示由热塑性树脂构造的假想壳体的外表面的一部分。t1表示假想壳体的厚度，而t2表示与假想壳体的厚度t1相比的第一壳体2a的厚度。由于第一壳体2a由比热塑性树脂更硬的第一材料构造而成，因此厚度t2可相对于假想壳体的厚度t1减小，同时维持强度。这意味着可限制与患者的接触区域。
22.此外，也可在维持上述强度的同时维持壳体2的内部和外部之间的电绝缘。
23.接下来，将描述具有超声探头1的超声装置。超声装置显示基于由超声探头1获取的超声回波产生的超声图像。将参考图4描述作为超声装置的示例的超声诊断装置100。
24.图4所示的超声诊断装置100包括超声探头1、发射波束形成器101和发射器102。发射波束形成器101和发射器102驱动换能器元件阵列7以发射脉冲式超声。
25.超声诊断装置100还包括接收器103和接收波束形成器104。从换能器元件阵列7发射的脉冲式超声的回波由换能器元件阵列7转换成电信号，这些电信号是回波信号，并且被输入到接收器103。回波信号在接收器103处按所需增益经历放大等，然后输入到其中执行
接收波束形成的接收波束形成器104。接收波束形成器104输出经接收波束形成的超声数据。
26.接收波束形成器104可以是硬件波束形成器或软件波束形成器。在接收波束形成器104是软件波束形成器的情况下，接收波束形成器可包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器包括图形处理单元(gpu)、微处理器、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)或能够执行逻辑运算的其他类型处理器中的任意一种或多种处理器。构成接收波束形成器104的处理器可以由与稍后将讨论的处理器105分开的处理器构造而成或者由处理器105构造而成。
27.超声探头1可包括用于执行发射和/或接收波束形成中的全部或部分的电路。例如，发射波束形成器101、发射器102、接收器103和接收波束形成器104中的全部或部分可位于超声探头1内。
28.超声诊断装置100还包括用于控制发射波束形成器101、发射器102、接收器103和接收波束形成器104的处理器105。此外，超声诊断装置100包括显示器106、存储器107和用户界面108。
29.处理器105与超声探头1进行电子通信。处理器105可控制超声探头1以采集超声数据。处理器105控制换能器元件中的哪些元件是活动的以及从超声探头1发射的超声波束的形状。处理器105还与显示器106进行电子通信，并且处理器105可将超声数据处理成超声图像以显示在显示器106上。短语“电子通信”可被定义为包括有线连接和无线连接两者。根据一个实施方案，处理器105可包括中央处理单元(cpu)。根据其他实施方案，处理器105可包括能够执行处理功能的其他电子部件，诸如数字信号处理器、现场可编程门阵列(fpga)、图形处理单元(gpu)或任何其他类型的处理器。根据其他实施方案，处理器105可包括能够执行处理功能的多个电子部件。例如，处理器105可包括从电子部件的列表选择的两个或更多个电子部件，这些电子部件包括：中央处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列和图形处理单元。
30.处理器105还可包括对rf数据进行解调的复解调器(未示出)。在另一个实施方案中，解调可以在处理链中较早地执行。
31.处理器105适于根据数据上的多个可选超声模态来执行一个或多个处理操作。随着接收到回波信号，可以在扫描会话期间实时处理数据。出于本公开的目的，术语“实时”被定义为包括在没有任何有意延迟的情况下执行的过程。
32.数据可在超声扫描期间暂时存储在缓冲器(未示出)中，使得数据可在实时操作中或在非实时的离线操作中进行处理。在本公开中，术语“数据”可在本公开中用于意指利用超声诊断装置采集的一个或多个数据集。
33.超声数据可由处理器105通过其他或不同模式相关的模块(例如，b模式、彩色多普勒、m模式、彩色m模式、频谱多普勒、弹性成像、tvi、应变、应变速率等)来处理，以形成针对超声图像的数据。例如，一个或多个模块可以b模式、彩色多普勒、m模式、彩色m模式、频谱多普勒、弹性成像、tvi、应变、应变速率以及它们的组合等产生超声图像。存储图像光束和/或图像帧，并且可记录指示在存储器中采集数据的时间的定时信息。这些模块可包括例如扫描转换模块，该扫描转换模块用于执行扫描转换操作，以将图像帧从光束空间坐标转换为显示空间坐标。可提供视频处理器模块，该视频处理器模块从存储器读取图像帧并且在对
患者执行过程时实时显示图像帧。视频处理器模块可将图像帧存储在图像存储器中，从该图像存储器读取超声图像并将这些超声图像显示在显示器106上。
34.本文将扫描转换操作之前的超声数据称为原始数据。本文将扫描转换操作之后的数据称为图像数据。
35.在处理器105包括多个处理器的情况下，待由处理器105处理的前述处理任务可由多个处理器处理。例如，第一处理器可用于解调和抽取rf信号，而第二处理器可用于在显示图像之前进一步处理数据。
36.例如，在接收波束形成器104是软件波束形成器的情况下，接收波束形成器的处理功能可由单个处理器或由多个处理器执行。
37.显示器106是led(发光二极管)显示器、lcd(液晶显示器)、有机el(电致发光)显示器等。
38.存储器107是任何已知的数据存储介质，并且包括非暂态存储介质和暂态存储介质。非暂态存储介质是例如非易失性存储介质，诸如hdd(硬盘驱动器)和rom(只读存储器)。非暂态存储介质可包括便携式存储介质，诸如cd(光盘)和dvd(数字通用光盘)。由处理器7执行的程序存储在非暂态存储介质中。
39.暂态存储介质是易失性存储介质，诸如ram(随机存取存储器)。
40.用户界面108接受操作者的输入。例如，用户界面108接受来自用户的命令、信息等的输入。用户界面108适于包括键盘、硬键、轨迹球、旋转控件、软键等。用户界面108可包括显示软键的触摸屏等。
41.接下来，将描述实施方案的变型。图5是示出根据实施方案的变型的超声探头10的一部分的剖视图。第一壳体2a具有第一部分11和第二部分12。第二部分12设置在第一部分11的外表面上。在一个示例中，第一部分11和第二部分12通过粘结步骤或重叠注塑步骤一体形成以制造第一壳体2a，如图6所示。第二部分12的厚度在例如0.2mm至2mm的范围内。
42.第一部分11由前面所述的第一材料构造。第二部分12由第二材料构造，该第二材料的伸长率比第一材料的伸长率更高。例如，第二材料具有2％或更高的伸长率。第二材料为例如热塑性树脂或硅橡胶。硅橡胶包括rtv(室温硫化)硅树脂。
43.由于设置在第一部分11的外表面上的第二部分12的伸长率比第一部分11的伸长率更高，因此可更牢固地防止壳体2的外表面破裂。此外，当作为外表面的第二部分12由热塑性树脂或硅橡胶构造时，可确保生物相容性以及对化学溶液和试剂的抗性。
44.由于当第二部分12如在常规壳体中一样由热塑性树脂构造时，第一壳体2a仍然具有第一部分11，因此与常规壳体相比，对于厚度减小的壳体可保证强度。
45.附图中所示和上文所述的本公开的实施方案仅为示例性实施方案，并且并非旨在限制所附权利要求的范围，包括权利要求的范围内所包括的任何等同物。各种修改是可能的并且对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。旨在使本文所述的非相互排斥的特征的任何组合在本发明的范围内。即，所述实施方案的特征可与上述任何适当的方面组合，并且任何一个方面的任选特征可与任何其他适当的方面组合。类似地，从属权利要求中列出的特征可与其他从属权利要求的非相互排斥的特征组合，特别是在从属权利要求从属于同一独立权利要求的情况下。在一些要求单一权利要求从属项的司法管辖区内，可能已作为实践使用了这些从属项，但这不应视为意味着从属权利要求中的特征是相互排斥的。