一种超声探头及医学影像设备的制作方法

1.本实用新型涉及光声成像技术领域，尤其涉及一种超声探头及医学影像设备。


背景技术：

2.光声成像是一种在体光学成像技术，可通过探测生物组织吸收脉冲激光后产生的超声信号来获取光吸收的信息。生物组织的光吸收与其内部电子结构和分子振动能级密切相关，能反映极其微小的组织病变及血流、血氧、代谢等重要的生理功能信息，对疾病的早期诊断有重要意义。
3.基于超声与光学成像技术的融合，近些年迅速兴起的光声成像技术，为生物组织与人体疾病研究提供了新的成像方法和工具。光声成像技术从原理上结合了光学高对比度，超声大穿透深度的优点。血液中的血红蛋白对光的吸收很强，能产生非常强的光声信号，因此光声成像技术十分适合检测与血液相关的各项参数。并且，与功能磁共振成像相比，光声信号与脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度和含量线性相关，再结合不同物质的光吸收特性，可以量化得到血氧饱和度和血容量等功能信息。同时血流动力学的改变与神经元活动密切相关，因此光声技术可以通过神经血管耦合进一步对神经活动进行无创成像。
4.超声探头上开设有透光孔，透光孔用于供光源产生的光线通过，其中，在超声探头和光源的相互配合下便可以实现光声成像。现有的超声探头的透光孔，孔径尺寸设计不合理，这会导致超声元件(用于通过超声波电源的激励产生超声波的元件)的面积减少，并影响到超声的性能。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超声探头及医学影像设备，通过在主体上设置透光通孔，其中，透光通孔的孔径自光线入射端至光线出射端逐渐缩小，由此解决了现有技术中透光孔的孔径尺寸设计不合理而影响到超声性能的问题。
6.为解决上述问题，本实用新型提供了：一种超声探头，包括设置有超声元件的主体，所述主体上贯穿设置透光通孔，所述透光通孔用于供光源产生的光线通过；
7.所述透光通孔的两端分别为光线入射端和光线出射端，其中，所述光源产生的光线从所述光线入射端射入并从所述光线出射端射出；
8.所述光线入射端位于所述主体的底部，所述光线出射端位于所述主体的顶部；
9.其中，自所述光线入射端至所述光线出射端，所述透光通孔的出射端的孔径小于入射端的孔径。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述光源产生的光束呈圆锥体形。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述透光通孔为旋转体结构。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述透光通孔为自入射端至出射端孔径逐渐减小的锥形孔。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述透光通孔为台阶孔；
14.所述台阶孔由至少两个孔段组成，相邻所述孔段之间首尾连通，其中，所有所述孔段均同轴设置；
15.所述孔段为圆柱体形或圆台体形。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述超声元件包括超声阵元，所述超声阵元的两个电极分别设置于所述超声阵元的上端面和下端面；
17.其中，所述超声阵元设置于所述主体的顶部，且所述超声阵元的下端面正对于所述主体的上端面；
18.所述超声阵元上设置有贯穿孔，所述贯穿孔正对于所述透光通孔且两者相连通。
19.作为上述技术方案的进一步改进，所述主体包括导电支撑件和导电套，所述导电支撑件与所述超声阵元的一个电极电性接触，所述导电套与所述超声阵元的另一个电极电性接触；
20.所述透光通孔设置于所述导电支撑件的内部，且贯穿所述导电支撑件；
21.所述导电套套设于所述导电支撑件的外部，其中，所述导电套的内壁与所述导电支撑件的外壁之间设置有绝缘层；
22.所述超声阵元设置于所述导电支撑件的顶面上。
23.作为上述技术方案的进一步改进，所述超声阵元的上端面为内凹球面或平整面。
24.作为上述技术方案的进一步改进，所述超声元件为压电材料层，其中，所述压电材料层被所述透光通孔所贯穿；
25.所述主体包括匹配层和背衬材料层；
26.所述匹配层、所述压电材料层和所述背衬材料层自上而下依次设置，其中，所述光线入射端位于所述背衬材料层的底面上。
27.作为上述技术方案的进一步改进，所述匹配层远离所述压电材料层的端面上设置有透镜；
28.所述透镜的顶面为内凹球面或平整面。
29.本实用新型提供了：一种医学影像设备，包括如上所述的超声探头。
30.本实用新型的有益效果是：一种超声探头，包括设置有超声元件的主体，主体上贯穿设置透光通孔，其中，透光通孔的出射端的孔径小于入射端的孔径。
31.光源产生的光线是从透光通孔的光线入射端射向光线出射端，所以，透光通孔的出射端的孔径小于入射端的孔径可以更好地适配光源。
32.采用上述结构的透光通孔，可以有效减少透光通孔所占用的空间，如此使得主体上可以安装更大尺寸的超声元件，继而能够更好地提升超声性能，提高超声信号强度。
33.进一步地，光源产生的光束呈圆锥体形，与本实用新型中的透光通孔配合，既能够提高超声信号强度，又具有较高的光信号强度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可
以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1示出了实施例一中一种透光通孔为台阶孔的超声探头的示意图；
36.图2示出了一种透光通孔呈圆柱体形的超声探头的示意图；
37.图3示出了实施例二中一种超声探头的示意图；
38.图4示出了实施例二中另一种超声探头的示意图；
39.图5示出了实施例三中一种超声探头的示意图。
40.主要元件符号说明：
41.1-超声阵元；2-透光通孔；3-光源；4-导电支撑件；5-导电套；6-绝缘层；7-阵元正极；8-阵元负极；9-透镜；10-匹配层；11-背衬材料层；12-压电材料层。
具体实施方式
42.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
43.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.实施例一
45.参阅图1，在本实施例中，提出了一种超声探头，包括设置有超声元件的主体，主体上贯穿设置透光通孔2，透光通孔2用于无遮挡地供光源3产生的光线通过。其中，超声元件在超声波电源的激励下便会产生超声波。
46.在进行相关的医疗检查时，超声探头需配合光源3进行使用，主体上设置的透光通孔2便是供光源3所产生的光线通过，其中，超声元件产生的超声波和光源3产生的光线，两者的传播方向一致。图1中点划线指代光源3产生的光线，光源3产生光线为聚焦光线，其光束呈圆锥体形。
47.由于光源3所射出的光束呈圆锥体形，所以，为了与圆锥体形的光束相适配，透光通孔2的内壁不得对光束产生遮挡以避免光线的损失，同时，透光通孔2也采用和圆锥体形一样的旋转体结构。如此，相较于横截面为正方形、三角形等其他非圆形的结构，旋转体结构可以有效地缩小透光通孔2的体积，避免占用不必要的空间而影响到超声元件的尺寸。
48.一条平面内的曲线(直线和非直的线的统称)绕着它所在的平面内的一条定直线旋转所形成的曲面叫作旋转面，其中，该定直线叫做旋转体的轴，封闭的旋转面围成的几何体叫作旋转体。
49.如图1所示，透光通孔2的底端为光线入射端，透光通孔2的顶端为光线出射端。光线入射端位于主体的底部，光线出射端位于主体的顶部。光源产生的光线从光线入射端射入，并从光线出射端射出。
50.光源3贴靠在主体的底面上且正对于透光通孔2的光线入射端，由此使得光线从光
线入射端射入，之后从光线出射端射出，并最终聚焦于一点。
51.参照图2，若透光通孔2为圆柱体形，那么靠近光线出射端的一部分空间便会浪费，而浪费的空间则会导致超声元件的尺寸变小，继而影响到超声性能。
52.优选地，光源3所射出的光束呈圆锥体形，自光线入射端至光线出射端，透光通孔2的孔径逐渐缩小，如此，既能确保光线可以顺畅无阻碍的传播，同时，还使得主体上可以安装更大尺寸的超声元件，从而保障和提升超声性能。
53.透光通孔2可以通过钻孔的方式加工而成。其中，在加工透光通孔2前，需要先根据光源3所射出的光束尺寸确定透孔通孔的尺寸，避免透光通孔2遮挡到光线而造成光线的损失。
54.透光通孔2可采用锥形孔，其中，锥形孔的形状为圆台体形。由于光源3所产生的光束的形状为圆锥体形，所以，锥形的透光通孔2可以更好地与光源3相适配。
55.如图1所示，主体具有一定的高度，所以，锥形孔的加工难度非常大。在本实施例中，考虑加工成本等因素，透光通孔2采用台阶孔。台阶孔可以分段进行加工，如此，能够有效地降低加工的难度和成本。
56.透光通孔2为台阶孔时，其至少由两个孔段组成，其中，相邻的孔段之间首尾连通，且所有的孔段均同轴设置。每个孔段的高度可以根据对应加工刀具的尺寸和加工难度而定，且各孔段的形状可以根据实际情况加工为圆柱体形或圆台体形。位于光线入射端的孔段的孔径大于位于光线出射端的孔段的孔径，当孔段的数量超过两个时，自入射端至出射端，各孔段的孔径逐渐减小。需要注意是，每个孔段凸出的部位都不可遮挡到光源3产生的光线。
57.在本实施例中，超声元件采用超声阵元1，其中，当超声阵元1受到超声波驱动电源的激励便会产生超声波。在实际产品中，超声阵元1的数量及排列形式可以根据需要进行设置，例如仅有一个超声阵元的超声探头可以称为单阵元超声探头、多个超声阵元呈环状排列的称为环阵型超声探头、多个超声阵元呈矩阵排列的称为面阵型超声探头。
58.为了使超声阵元1与超声波驱动电源相连，其中，超声阵元1的两个电极分别设置于超声阵元1的上端面和下端面上。超声阵元1的电极包括阵元正极7和阵元负极8，阵元正极7用于连接超声波驱动电源的正极，阵元负极8用于连接超声波驱动电源的负极。当阵元正极7设置于超声阵元1上端面上时，阵元负极8便设置在超声阵元1下端面上；当阵元正极7设置于超声阵元1下端面上时，阵元负极8便设置在超声阵元1的上端面上。
59.在本实施例中，以阵元正极7设置在超声阵元1的上端面为例进行说明。
60.如图1所示，超声阵元1设置于主体的顶部，且超声阵元1的下端面正对于主体的上端面。
61.为了避免遮挡到光线的传播，超声阵元1上设置有贯穿孔，贯穿孔贯穿超声阵元1的上端面和下端面，其中，贯穿孔正对于透光通孔2且两者相连通。
62.贯穿孔的孔径可等于光线出射端的孔径。具体的，在实际的产品中，只要贯穿孔不会对光源3产生的光线产生遮挡，贯穿孔的孔径还可以小于光线出射端的孔径。除此之外，贯穿孔还可设置有锥度，即自下而上孔径逐渐缩小(以图1的视角作为参照)。
63.在本实施例中，为了简化主体的结构，主体包括导电支撑件4和导电套5，导电支撑件4与阵元负极8电性接触，导电套5与阵元正极7电性接触，由此使得超声波驱动电源只需
通过导线连接导电支撑件4和导电套5即可驱动超声阵元1工作，从而无须在阵元正极7和阵元负极8上额外焊接引线。
64.导电支撑件4和导电套5可采用金属等导电材料制成，例如，铜材、铁材等。
65.为了更好地导电，导电支撑件4的顶面与阵元负极8的下端面相贴合，且两者之间通过导电胶粘合；导电套5顶部向轴心线延伸的部位与阵元正极7相接触，其中，两者的间隙中填入导电胶。
66.如图1所示，超声阵元1设置于导电支撑件4的顶面上，透光通孔2设置于导电支撑件4的内部且贯穿导电支撑件4。
67.导电套5套设于导电支撑件4的外部。由于导电套5和导电支撑件4均能导电，所以，为避免两者间产生干扰，导电套5的内壁与导电支撑件4的外壁之间设置有绝缘层6。
68.在本实施例中，导电支撑件4的形状可为圆柱体形，导电套5和绝缘层6的形状可为中空的筒状结构，其中，绝缘层6套设于导电支撑件4的外部。
69.绝缘层6可采用绝缘的材料制成，例如陶瓷、塑料等。
70.导电支撑件4、导电套5和绝缘层6三者同轴心，通过绝缘层6将导电套5与导电支撑件4两者分隔开。
71.如图1所示，在本实施例中，超声阵元1的上端面设置为内凹球面，如此，可以实现超声波的聚焦。
72.在本实施例中，还提出了一种医学影像设备，包括本实施例所提出的超声探头。
73.实施例二
74.如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于，超声阵元1的上端面设置为平整面。图3中其他相关元件可参照实施一中的介绍。
75.如图4所示，当超声阵元1的上端面为平整面时，为了可以实现超声波的聚焦，超声阵元1的上端面上可设置有透镜9，透镜9的下端面与超声阵元1的上端面相贴合。其中，透镜9的上端面为内凹球面，由此便可以对超声波产生聚焦的效果。图4中其他相关元件可参照实施一中的介绍。
76.透镜9可采用对声波具有高透射率的材料制成，这类材料包括硅胶材料、橡胶材料、塑料材料等。
77.在本实施例中，透镜9上设置有贯穿自身的穿透孔，穿透孔正对于超声阵元1上的贯穿孔，其中，穿透孔和贯穿孔两者的孔径可相同。
78.如图4所示，透镜9位于导电套5的内部，其中，为了对透镜9进行固定，透镜9可与导电套5过盈配合。
79.阵元正极7与导电套5的内壁相接触，且两者之间可填充有导电胶。阵元负极8与导电支撑件4的上端面相接触，且两者之间通过导电胶相粘连。
80.实施例三
81.在本实施例中所提出的超声探头与实施例一的区别在于超声元件。
82.如图5所示，在本实施例中，超声元件采用压电材料层12，其中，压电材料层12被透光通孔2所贯穿。
83.压电材料层12由压电材料制成，压电材料包括压电陶瓷、压电陶瓷复合材料、压电单晶材料及压电单晶复合材料等。其中，压电材料的正负极分别连接超声驱动电源的正负
极，便可以产生超声波。
84.由于超声元件与实施例一不同，所以，本实施例中的主体也与实施例一不同。
85.在本实施例中，主体包括透镜9、匹配层10和背衬材料层11。需要注意的是，在一些实施例中，主体可不包括有透镜9。
86.透镜9、匹配层10、压电材料层12和背衬材料层11自上而下依次设置，其中，光线入射端位于背衬材料层11的底面上，光线出射端位于透镜9的顶面上。
87.透镜9、匹配层10、压电材料层12和背衬材料层11四者同轴设置，其中，主体被透光通孔2所贯穿。
88.透光通孔2可为锥形孔或台阶孔。其中，在本实施例中，图4中的透光通孔2为台阶孔。
89.透镜9可采用对声波具有高透射率的材料制成，这类材料包括硅胶材料、橡胶材料、塑料材料等。
90.透镜9的顶面为内凹球面或平整面。其中，当透镜9的顶面为内凹球面时，可以对超声波产生聚焦的效果。其中，图4中的透镜9，其顶面为内凹球面。
91.匹配层10用于匹配压电材料层12至待测区域的阻抗。匹配层10朝向压电材料层12的一侧为平整面，其中，匹配层10与透镜9之间可通过粘合剂粘接。
92.背衬材料层11可以吸收背向辐射产生的声能，消除干扰波，提高图像质量，其中，背衬材料层11可以采用环氧树脂、钨粉等材料制成。
93.在本实施例中，还提出了一种医学影像设备，包括本实施例所提出的超声探头。
94.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
95.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。