电容性微机械超声换能器单元的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电容性微机械超声换能器(CMUT)单元，其包括具有第一电极的单元基底;单元膜，其具有与第一电极相对并且在声能的发射或接收期间振动的第二电极;发射器/接收器，其耦合到令单元膜在声频处振动和/或在声频处接收信号的第一电极和第二电极；以及声透镜，其覆盖单元膜并且具有与单元膜相对的内表面和面对患者的外表面。[0002 ]本发明还涉及一种包括这样的单元的超声成像系统。
【背景技术】
[0003]任何超声(成像)系统的中心是将电能转换为声能以及将声能转换为电能将的超声换能器。半导体技术的最新进展导致电容性微机械超声换能器(CMUT)的发展。这些换能器被认为是代替常规基于压电的超声换能器(PZT)的潜在的候选。CMUT换能器单元包括可移动机械零件的腔体(还被称为膜)和由腔体所分离的一对电极。在接收超声波时，超声波令膜移动或振动并且改变可以探测的电极之间的电容。从而，将超声波变换为对应的电信号。相反，应用到电极的电信号令膜移动或振动，从而发射超声波。
[0004]CMUT的优点在于，其可以使用半导体制作过程制造，并且因此可以更容易与专用集成电路(ASIC)集成;相比于传统PZT，CMUT换能器提供低成本、扩展的频率范围、和更精细的声节距。
[0005]从US2012/0320710 Al已知一种CMUT换能器;在图1中示意性地图示了单元。已知CMUT单元包含背衬层12，其定位在关于研究对象(身体)的位置的换能器11的后面处，即超声波传播的期望方向的反面处。背衬层12由具有基本上与声透镜14的声阻抗相同的声阻抗的材料形成，所述声透镜14定位在CMUT 11的前面即超声波传播的方向处。背衬层12由具有基本上与声透镜14相同的声阻抗的材料形成的原因如下:声阻抗的改变量在前面和后面方向上是相同的。因此，CMUT接口的反射波的声能在这两个方向上以相同的速率分布。这导致换能器和背衬层的接口处引起的多个反射的发生的抑制。为了解决多反射问题，US2012/0320710 Al提出将硅橡胶用作用于声透镜的材料。
[0006]US 2005/075572 Al描述了聚焦在垂直方向上的微机械超声换能器阵列。曲面透镜被用于使垂直方向上的波束宽度变窄使得对比度分辨率得以改进并且临床相关。代表性的透镜材料包括像GE RTV60、RTV 560和RTV 630的硅橡胶。
[0007]已知CMUT换能器单元的缺点在于，CMUT膜之间的相互作用和透镜14的材料可以降低换能器的声学性能。
【发明内容】
[0008]本发明的目标是提供一种开篇段落中阐述的种类的电容性微机械超声换能器单元，其提供经改进的声波传播。
[0009]根据本发明，该目标通过提供CMUT单元来实现，其中，声透镜包括选自以下组中的至少一种材料的层:聚丁二烯、聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和丁基橡胶。
[0010]该组材料:聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、丁基橡胶和聚丁二烯，提供所述透镜到所述单元的所述膜的声耦合。这些材料展示对于2MHz的声频的能量的对穿过其的声能的小于1.5dB的每毫米的声损耗并且还展示对穿过其的声能的在0.5至2.5mm/微秒的范围内的声传播速度。
[0011]但是通常使用的超声换能器的透镜材料的选择主要由基于PZT的超声系统的要求限定，例如室温硫化硅(RTV)，其是一种类型的硅橡胶。但是由于电能到声能中的转换的不同的过程，CMUT具有对可以被用于CMUT换能器的声透镜的所述材料的不同的要求。可以具有聚焦或者声学窗口性质的声透镜应当满足对针对声能的声损耗和声传播速度的范围的特定要求。作为范例，针对所述最佳操作，所述PZT要求具有附加“匹配”层的透镜，其旨在解决具有大约30MRayls的阻抗的所述PZT与具有1.6MRayls的阻抗的诸如水或软组织的典型的传播介质之间的阻抗失配的问题。不像PZT，CMUT声阻抗接近或者低于组织的声阻抗，因此，基于CMUT的超声换能器将要求与PZT换能器不同类型的匹配层。
[0012]己发现，普通传统RTV声透镜材料，容易浇铸在适当的位置并且通过成型为期望形状来成型的室温硫化橡胶，在正常频率相关的衰减外，引入额外的声损耗机制。该损耗出现大约2dB的量级增加的衰减和中心频率处高达4MHz的下移。
[0013]根据本发明的材料的选择，S卩，展示对于2MH z的声频的能量对穿过其的声能的小于1.5dB的每毫米的声损耗并且还展示对穿过其的声能的0.5至2.5mm/微秒的范围内的声传播速度，提供从CMUT到传播介质的声能的优良耦合和传播。与传统RTV声材料相比较，观察极小的衰减和频率下移。所述声透镜到所述CMUT的所述膜的所述声耦合提供所述振动(移动)零件的机械性质的最佳保存并且造成所述最佳声能传播。
[0014]在本发明的另一实施例中，所述声透镜还包括至少一个液体层。
[0015]如果材料具有高达200000厘泊的粘度，则其被称为是液体。
[0016]在本发明的另一实施例中，所述声透镜还包括至少一个胶体层。
[0017]胶体被认为是液体分子的分散、固体内的非连续相、稀释的连续相、交联聚合物分子的三维网络，其在稳定状态时不展示流动。
[00? 8]所述液体和胶体材料可以展示对于2MHz的声频的能量对穿过其的声能的小于
1.5dB的每毫米的声损耗并且还展示穿过其的声能的在0.5至2.5mm/ms的范围内的声传播速度。其作为声透镜的附加层之一的应用提供从换能器到传播介质(组织、身体等等)的声能的经改进的耦合和传送。
[0019]在本发明的另一实施例中，所述CMUT单元的所述声透镜还包括以下层中的至少一个:(i)防潮层；(ii)粘附材料层；(iii)导电材料层，其被布置为充当射频屏蔽；(iv)声波聚焦层；(V)被定位于外表面的耐用外层。
[0020]所述防潮层将提供湿度保护，并且所述导电材料层可以适于充当射频(RF)屏蔽。基本上，所述声波聚焦层提供期望的用于所述声波传播的聚焦装置;并且定位为面对患者的外表面的所述耐用外层可以提供耐磨损、对溶剂或者消毒液耐受。这些层的厚度应当尽可能地保持低例如低于20微米以用于保存所述弹性体或液体或胶体层到所述CMUT单元的所述膜的所述声耦合。
[0021]在本发明的实施例中，所述液体是以下之一:水和未固化的PDMS。
[0022]在本发明的实施例中，所述胶体是硅胶。
[0023]水和硅胶具有临界刚度和衰减性质，其引起所传播的声波的最小衰减和频率下移。
[0024]然而，在本发明的另一实施例中，所述声透镜还包括防潮层，其是以下中的一种:聚酰亚胺、聚酯薄膜、聚乙烯或者聚对二甲苯。
[0025]然而，在本发明的另一实施例中，所述声透镜还包括定位为所述外表面并且是聚酰亚胺或者聚乙烯之一的耐用外层。
[0026]然而，在本发明的另一实施例中，所述声透镜还包括是二氧化硅的粘附材料。
[0027]本发明的这些和其他方面将从下文中所描述的实施例而显而易见并且参考下文中所描述的实施例得以阐述。
【附图说明】
[0028]在附图中:
[0029]图1示意性并且示范性地示出了现有技术的CMUT的侧视图；
[0030]图2示意性并且示范性地示出了根据本发明的包括声透镜的CMUT单元的侧视图；
[0031]图3是示出图示声透镜对CMUT单元的影响的三个超声换能器的脉冲响应的图形；
[0032]图4示意性并且示范性地示出了包括在声透镜中的附加层的CMUT单元的侧视图；
[0033]图5示意性并且示范性地示出了根据本发明的另一实施例的包括包含在声透镜中的附加层的CMUT单元的侧视图；
[0034]图6A示意性并且示范性地示出了CMUT单元的侧视图；
[0035]图6B示意性并且示范性地示出了CMUT单元的侧视图，其中，膜是坍塌膜；
[0036]图6C示意性并且示范性地示出了CMUT单元的侧视图，其中，膜是“弹簧”膜;并且
[0037]图7示出了超声成像系统的实施例的示意图