基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超聲系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及超聲診療器械領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于電容式微加工超聲換能器 面陣的診療一體化超聲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲W其無損無福射、實時性好、操作便捷、價格便宜等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于臨床 診斷治療、工業(yè)無損探測、厚度流速流量監(jiān)測等各個領(lǐng)域。目前在臨床診斷方面使用的超聲 探頭，多是基于壓電陶瓷(PZT)、壓電單晶（如PMN-PT，PWMT等)或壓電復(fù)合材料(包括1-3， 2-2壓電復(fù)合等)等具有壓電效應(yīng)的材料。運是因為運些材料具有比其它材料高得多的壓電 常數(shù)和機電禪合系數(shù)，能產(chǎn)生很強的超聲信號并進行高靈敏的探測。
[0003] 而近年來隨著微機電系統(tǒng)MEMS工藝和大規(guī)模集成電路1C技術(shù)的發(fā)展，一種新型的 超聲換能器一一微加工超聲換能器(MUT)得到了愈來愈多地研究和發(fā)展。MUTW其不同的驅(qū) 動原理主要可W分為：壓電式微加工超聲換能器（pMUT)和電容式微加工超聲換能器 (cMUT)。其中pMUT是采用MEMS工藝瓣射很薄的壓電薄膜(如so^gel PZT)或通過光刻、刻蝕 等MEMS方法制作壓電復(fù)合材料來制作高性能超聲換能器，尤其是高頻超聲換能器。因此其 本質(zhì)上還是基于壓電材料的超聲換能器。而cMUT則完全不同，其實質(zhì)是一種微型化的平板 電容，其工作原理是基于靜電力作用。cMUT制作方法主要包括Bulk Micromaching和 Surface Micromaching兩種，其基本思路都是首先通過在娃基或玻璃基上通過光刻、RIE等 MEMS工藝形成一個個設(shè)計好的孔隙，然后通過化學氣相沉積化PVCD)或覆置薄塊等方式在 孔隙上表面形成一層很薄的膜，加上設(shè)計好的連接電極及引線等完成制作。cMUT工作過程 可分為發(fā)射和接收兩部分:發(fā)射時，在上下兩表面施加與其機械共振頻率相同的交流電壓， 上表面的薄膜就會發(fā)生位移進而產(chǎn)生超聲波;接收時，在上下表面施加適當?shù)闹绷髌秒?壓后，由于薄膜受回波超聲的作用產(chǎn)生變形，就會產(chǎn)生可測的電流/電壓，實現(xiàn)對回波超聲 波強度的探測。可見，由于cMUT的制作工藝與CMOS等1C制作工藝兼容，因此可W將后續(xù)的驅(qū) 動電路、前級放大電路及信號處理電路等整合到一起，從而有效降低電路間寄生電容影響 和干擾信號的引入可能，十分有利于制作高集成度的高性能陣列換能器和探頭。其次，因為 cMUT探頭尺寸小、材料便宜、加工精度高、十分利于規(guī)?；a(chǎn)和1C集成等優(yōu)點，可大大降 低超聲探頭的生產(chǎn)成本。此外，cMUT探頭還有寬帶寬、高靈敏度、小體積、低噪聲、易聲阻抗 匹配和工作溫度范圍大等諸多優(yōu)點。因此，從1996年，美國斯坦福大學B.T趾uri-Yakub教 授及其團隊提出W薄膜沉積、犧牲層的制作方式大大改進了cMUT性能及成品率W來，近年 來cMUT工藝和換能器的研制得到了迅猛的發(fā)展。cMUT的優(yōu)點使得將一個換能器探頭既用作 成像診斷有用作聚焦治療成為可能，但是，目前還沒有一種運樣的超聲系統(tǒng)。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 因此，本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的沒有集超聲成像診斷 和超聲聚焦治療于一體的超聲系統(tǒng)的缺陷。
[0005] 為此，本實用新型的一種基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超聲系 統(tǒng)，包括超聲成像診斷裝置、超聲聚焦治療裝置和探頭；
[0006] 所述探頭包括由電容式微加工超聲換能器作為陣元組成的面陣，每個所述陣元均 分別與所述超聲成像診斷裝置和超聲聚焦治療裝置連接，所述探頭用于工作在成像診斷模 式和/或聚焦治療模式下。
[0007] 優(yōu)選地，各個所述陣元具有相同或不同的中屯、頻率、帶寬和形狀結(jié)構(gòu)。
[0008] 優(yōu)選地，所述面陣包括至少一個區(qū)域，屬于一個區(qū)域的陣元具有相同的中屯、頻率 和帶寬，屬于不同區(qū)域的陣元具有不同的中屯、頻率、帶寬和形狀結(jié)構(gòu)。
[0009] 優(yōu)選地，一部分所述區(qū)域的陣元受所述超聲聚焦治療裝置的控制工作在聚焦治療 模式下，一部分所述區(qū)域的陣元受所述超聲成像診斷裝置的控制工作在成像診斷模式下。
[0010] 優(yōu)選地，所述成像診斷模式包括A模式、Μ模式、B模式、3D模式、多普勒模式和彈性 模式。
[0011] 優(yōu)選地，所述成像診斷模式為彈性模式時，探頭的陣元中的一部分用于發(fā)射聲福 射，另一部分用于接收橫向傳播的彈性波。
[0012] 優(yōu)選地，所述聚焦治療模式包括單點聚焦治療模式和多點聚焦治療模式。
[0013] 優(yōu)選地，所述多點聚焦治療模式中的各個焦點包含相同或不同的焦距、能量強度 和聚焦區(qū)域形狀。
[0014] 優(yōu)選地，所述超聲成像診斷裝置包括發(fā)射控制模塊、脈沖發(fā)射模塊、信號接收模塊 和顯示模塊；
[0015] 所述發(fā)射控制模塊與脈沖發(fā)射模塊連接，用于生成包含波束形成特點的第一信號 并將其傳輸給所述脈沖發(fā)射模塊；
[0016] 所述脈沖發(fā)射模塊與所述探頭連接，用于根據(jù)所述第一信號控制所述探頭的各個 陣元的激勵順序和時間延遲；
[0017] 所述信號接收模塊與所述探頭連接，用于接收所述探頭的各個陣元根據(jù)按序接收 到的反射回波超聲信號所生成的電信號，并將所述電信號進行放大和濾波處理后輸出給所 述顯示模塊；
[0018] 所述顯示模塊用于將所述電信號轉(zhuǎn)換成圖像進行顯示。
[0019] 優(yōu)選地，所述超聲聚焦治療裝置包括治療控制模塊和聚焦發(fā)射模塊；
[0020] 所述治療控制模塊與所述聚焦發(fā)射模塊連接，用于生成包含菲涅爾環(huán)分布特點的 第二信號并將其傳輸給所述聚焦發(fā)射模塊；
[0021 ]所述聚焦發(fā)射模塊與所述探頭連接，用于根據(jù)所述第二信號控制所述探頭的各個 所述陣元的工作狀態(tài)W獲得聚焦的焦距和強度。
[0022] 本實用新型技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：
[0023] 1.本實用新型實施例提供的基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超 聲系統(tǒng)，通過設(shè)置由電容式微加工超聲換能器作為陣元組成的面陣形成探頭，利用cMUT工 藝微加工、高集成的特點，能實現(xiàn)對大面陣探頭的各個陣元獨立精確控制，進而可實現(xiàn)超聲 成像診斷和超聲聚焦治療的功能，集超聲成像診斷和超聲聚焦治療于一體，具有寬帶寬、高 靈敏度、小體積、低噪聲、易聲阻抗匹配和工作溫度范圍大等諸多優(yōu)點。
[0024] 2.本實用新型實施例提供的基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超 聲系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的線陣、凸陣壓電陶瓷/單晶超聲成像系統(tǒng)，通過設(shè)置超聲成像診斷裝 置可W使cMUT面陣工作于成像診斷模式，并且能夠?qū)崿F(xiàn)樣式靈活多樣的多模式超聲成像， 如A模式、Μ模式、B模式、3D模式、多普勒模式、彈性模式等。甚至可W在不移動探頭的情況下 實現(xiàn)對探測區(qū)域而非單一切面的實時3D成像和多普勒成像，從而可W適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境。
[0025] 3.本實用新型實施例提供的基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超 聲系統(tǒng)，通過設(shè)置超聲聚焦治療裝置可W使cMUT面陣探頭工作于聚焦治療模式，從而可W 在使用同一探頭的情況下，進行高強度的超聲聚焦用于治療。且不同于W往球面或凹面聚 焦的超聲HI即探頭，該探頭的聚焦方式和焦距是通過菲涅爾相位調(diào)制實現(xiàn)的，因而可W通 過需要靈活設(shè)定調(diào)節(jié)，而且焦點也可W根據(jù)需要靈活設(shè)定調(diào)節(jié)，不再是唯一的，可W同時在 各個區(qū)域有多個焦點，甚至各焦點的聚焦、強度也可W是不同的，從而提高了聚焦精度，也 可W適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境。
[0026] 4.本實用新型實施例提供的基于電容式微加工超聲換能器面陣的診療一體化超 聲系統(tǒng)，通過將探頭的cMUT面陣中的不同部分區(qū)域的陣元設(shè)置成工作在聚焦治療模式或超 聲成像模式的不同的工作模式下，從而能實現(xiàn)在聚焦治療時實時成像治療區(qū)域，觀測治療 效果，實現(xiàn)術(shù)中調(diào)整治療區(qū)域和超聲強度，從而可W改進治療效果。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本實用新型【具體實施方式】中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方 式描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型 的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根 據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[00%]圖1為本實用新型一種實施例的診療一體化超聲系統(tǒng)的原理框圖；
[0029] 圖