匹配层的制备方法、匹配层、超声波探头与流程

本发明涉及超声探测以及医疗器械领域，尤其涉及一种多阻抗匹配层的制备方法、多阻抗复合匹配层的制备方法、匹配层、具有该匹配层的超声波探头。

背景技术：

超声波探头在医学诊断、治疗及超声探伤等多种场合发挥着较大的作用。随着高效、精确诊断的需求，人们也对超声影像设备的性能提出了越来越高的要求。在超声波探头各项性能中，提升探头的带宽是有效提高检测图像质量的方法之一。

现有技术中，拓宽带宽主要有如下两个方向：1、增加匹配层的层数。目前，常用的超声波探头中匹配层的数目一般是1-3层，为了进一步拓宽带宽，只能在此基础上继续增加匹配层的层数，但是，随着匹配层层数的增加，每层匹配层的厚度就要求更薄，而常规匹配层材料和常规匹配层材料的加工方法也较难满足更多层的匹配层的厚度要求。而且，随着匹配层数量的增多，工艺难度也较大，更多的匹配层会导致更多的衰减，减弱超声波探头的灵敏度，因此，虽然增加匹配层数量可以增加带宽，但因受到材料及工艺的限制，无法轻易地实现。2、使用可以提供更高带宽的功能材料，相较于普通的压电陶瓷，压电复合材料和单晶材料可以提供更宽的带宽，但压电复合材料和单晶材料相较于普通的压电陶瓷价格昂贵很多，导致超声波探头的性价比较低，而且，材料性能的提升较为缓慢，无法满足器械对超声波探头性能需求的速度。

传统的制备多层匹配层的方法是将预制的材料按相应的配比混合均匀后制成薄片，将制成的薄片放置于磨床上加工成需要的尺寸，最后利用胶水相贴合形成所述多层匹配层，但是，利用传统制备多层匹配层的方法加工获得的每一匹配层，声学性能单一，无法满足越来越多样的超声波探头的需求。

有鉴于此，有必要提供一种新的匹配层的制备方法、匹配层、超声波探头以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多阻抗匹配层的制备方法、多阻抗复合匹配层的制备方法、匹配层、具有该匹配层的超声波探头。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种多阻抗匹配层的制备方法；包括如下步骤：

将至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块，至少两个所述毛胚层的声阻抗不同；

沿所述至少两个毛胚层的层叠方向，将所述匹配层毛胚块切割形成预设厚度的多阻抗匹配层。

作为本发明进一步改进的技术方案，“将所述匹配层毛胚块切割形成预设厚度的多阻抗匹配层”具体包括如下步骤：

将所述匹配层毛胚块切割成薄片；

将所述薄片放置于高精度磨床上，研磨形成预设厚度的多阻抗匹配层。

作为本发明进一步改进的技术方案，“将至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块”具体为：

制备至少两个声阻抗不同的毛胚层；

在欲贴合在一起的两个所述毛胚层中的至少一个的贴合面上涂覆胶水；

对涂覆有胶水的所述毛胚层进行抽真空处理；

将所述至少两个毛胚层按预设顺序层叠粘接形成所述匹配层毛胚块。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述胶水为与所述毛胚层的材料相同或相似的同性胶水。

作为本发明进一步改进的技术方案，“对涂覆有胶水的毛胚层进行抽真空处理”中的抽真空处理条件为：真空度为-0.1mpa，时间为不低于10min。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种多阻抗匹配层的制备方法，包括如下步骤：

按预设顺序依次分层浇筑至少两个毛胚层，使所述至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块，至少两个所述毛胚层的声阻抗不同；

沿所述毛胚层的层叠方向，将所述匹配层毛胚块切割形成预设厚度的多阻抗匹配层。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种多阻抗复合匹配层的制备方法，包括如下步骤：

采用上述多阻抗匹配层的制备方法制备出至少两个多阻抗匹配层；

沿与多阻抗匹配层中的毛胚层的层叠方向相垂直的方向上，将所述至少两个多阻抗匹配层相互贴合形成多阻抗复合匹配层。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种匹配层，包括至少一层上述的多阻抗匹配层的制备方法制备出的多阻抗匹配层，或者所述匹配层为由上述的多阻抗复合匹配层的制备方法制备出的多阻抗复合匹配层。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述匹配层为多阻抗复合匹配层；沿所述多阻抗匹配层中的毛胚层的层叠方向，所述多阻抗复合匹配层具有至少两个匹配区，至少两个所述匹配区的匹配频率不同。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述多阻抗复合匹配层具有两个匹配区，两个所述匹配区中的一个与发射频率相匹配，另一个与接收频率相匹配。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种超声波探头，具有上述的匹配层。

本发明的有益效果是：本发明的多阻抗匹配层的制备方法能够制备出具有不同的声阻抗区的多阻抗匹配层，提高超声探头的带宽，且制备方法简单。

附图说明

图1是本发明中的第一实施方式中的多阻抗匹配层的制备方法的流程图。

图2(a)-图2(c)是采用图1所示的多阻抗匹配层的制备方法制备一具体实施方式中的多阻抗匹配层的步骤图。

图3是本发明中的第二实施方式中的多阻抗匹配层的制备方法的流程图。

图4是本发明一具体实施方式中的多阻抗复合匹配层的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述，请参照图1-图4所示，为本发明的较佳实施方式。但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

请参图1所示，为本发明第一实施方式中的多阻抗匹配层的制备方法，本发明中的多阻抗匹配层即指一层匹配层具有不同的声阻抗区，能够提升超声波探头的灵敏度，拓宽其带宽。

请参图1所示，所述多阻抗匹配层的制备方法包括如下步骤：

s1：将至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块，至少两个所述毛胚层的声阻抗不同；

s2：沿所述至少两个毛胚层的层叠方向，将所述匹配层毛胚块切割形成预设厚度的多阻抗匹配层。

具体地，所述多阻抗匹配层中与一个毛胚层相对应的部分形成一个声阻抗区，而至少两个所述毛胚层的声阻抗不同，使所述多阻抗匹配层具有至少两个不同的声阻抗区，从而，能够拓宽超声波探头的带宽、提升所述超声波探头的灵敏度。

可以理解的是，可以根据具体的需求，通过调节各毛胚层的尺寸、或者调整各毛胚层排列组合的顺序、或者选用不同声阻抗的材料，或者改变多阻抗匹配层的厚度等，即可得到各种性能的多阻抗匹配层。

本发明制备出的多阻抗匹配层中的各声阻抗区的性能能够精确控制，且制备方法简单。

本实施方式中，步骤s1中的“将至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块”具体为：

s11：制备至少两个声阻抗不同的毛胚层；

s12：在欲贴合在一起的两个所述毛胚层中的至少一个的贴合面上涂覆胶水；

s13：对涂覆有胶水的所述毛胚层进行抽真空处理；

s14：将所述至少两个毛胚层按预设顺序层叠粘接形成所述匹配层毛胚块。

具体地，步骤s11中的毛胚层可以通过模具浇筑的方式制备，即在模具内填充形成毛胚层的材料，固化后脱模即可形成所述毛胚层。

进一步地，步骤s11与步骤s12之间还包括如下步骤：将所述毛胚层利用cnc机床及磨床加工成适宜的尺寸，同时使贴合面的表面粗糙度小于ra3.2，以增强相邻两个毛胚层之间的粘合度。

进一步地，步骤s12中的所述胶水为与所述毛胚层的材料相同或相似的同性胶水，以进一步增强相邻两个毛胚层之间的粘接强度。

于一具体实施方式中，所述毛胚层的材料为环氧树脂，则所述胶水选用环氧胶水。

具体地，步骤s12中的胶水在满足粘接性能的前提下，尽量薄涂，以免所述胶水影响最终的多阻抗匹配层的性能。

步骤s13中，在涂覆完胶水后，将涂覆有胶水的所述毛胚层立刻放入真空箱体内进行抽真空处理，至所述胶水表面无持续气泡溢出，增强相邻的两个毛胚层之间的粘接强度，同时，能够避免因所述胶水内的气泡影响最终的多阻抗匹配层的性能。

于一具体实施方式中，步骤s13中的抽真空处理条件为：真空度为-0.1mpa，时间为不低于10min。当然，并不以此为限，只要能够在规定时间内使所述胶水表面无持续气泡溢出即可。

进一步地，步骤s2中的将所述匹配层毛胚块切割形成预设厚度的多阻抗匹配层，具体包括如下步骤：

s21：将所述匹配层毛胚块切割成薄片；

s22：将所述薄片放置于高精度磨床上，研磨形成预设厚度的多阻抗匹配层。

请参图2(a)-图2(c)所示，为本发明一具体实施方式中的多阻抗匹配层1的制备步骤图。

该实施方式中，所述匹配层毛胚块2具有三个毛胚层，分别为第一毛胚层21、第二毛胚层22、第三毛胚层23，所述第一毛胚层21以及第三毛胚层23均由环氧树脂615与固化剂593制备而成，其中环氧树脂615与固化剂593的配比为4：1，所述第二毛胚层22由环氧树脂618、固化剂593以及氧化铋粉制备而成，其中环氧树脂618、固化剂593以及氧化铋粉的配比为10:2.5:13。可以看出，第一毛胚层21与第三毛胚层23由声阻抗相同的材料制成，而第二毛胚层22的声阻抗与第一毛胚层21以及第三毛胚层23不同。

当然，并不以此为限，可以理解的是，形成所述毛胚层的材料并不限于采用多种组分的混合材料，也可以选用单一组分材料，如单纯采用pe塑料块或者ps塑料块等。

具体地，本实施方式中的所述多阻抗匹配层1的制备方法包括如下步骤：

分别按上述材料配比通过模具浇筑的方式制备第一毛胚层21、第二毛胚层22、第三毛胚层23；

在第一毛胚层21的一个贴合面、第三毛胚层23的一个贴合面以及第二毛胚层22的两个贴合面上均匀涂覆环氧胶水；

对涂覆有环氧胶水的第一毛胚层21、第二毛胚层22、第三毛胚层23进行抽真空处理；

将第一毛胚层21、第三毛胚层23分别贴付于第二毛胚层22的相对两侧，固化后形成所述匹配层毛胚块2；

环氧胶水完全固化后，沿毛胚层的层叠方向将所述匹配层毛胚块2切割成薄片；

将所述薄片放置于高精度磨床上，研磨形成预设厚度的多阻抗匹配层1。

进一步地，请参图3所示，为本发明第二实施方式中的多阻抗匹配层的制备方法，该第二实施方式与第一实施方式的区别在于：通过按预设顺序依次分层浇筑至少两个毛胚层，使所述至少两个毛胚层相互层叠贴合形成匹配层毛胚块。

以利用本发明第二实施方式中的多阻抗匹配层的制备方法制备图2(b)所示的匹配层毛胚块2为例进行具体阐述。

将第一模具组合至底座上，并填充形成第一毛胚层21的材料，待固化后再组装第二模具，向第二模具内填充形成第二毛胚层22的材料，所述形成第二毛胚层22的材料直接浇筑于固化的第一毛胚层21上，从而在第二毛胚层22的材料固化形成第二毛胚层22的同时，实现第二毛胚层22与第一毛胚层21之间贴合固定，同理，待第二毛胚层22固化后再组装第三模具，向第三模具内浇筑形成第三毛胚层23的材料，所述形成第三毛胚层23的材料直接浇筑于固化的第二毛胚层22上，从而在第三毛胚层23固化形成第三毛胚层23的同时，实现第三毛胚层23与第二毛胚层22之间的贴合固定，最后脱模，形成所述匹配层毛胚块2。

当然，并不以此为限，可以理解的是，也可以先浇筑形成第二毛胚层22，再在第二毛胚层22的两侧分别浇筑形成第一毛胚层21、第三毛胚层23。

可以理解的是，所述毛胚层的厚度、形状等由模具决定，从而，通过浇筑的方式能够制备出具有异形的毛胚层的匹配层毛胚块，如橄榄形或者心形的毛胚层等，且使多个所述毛胚层之间相互完全贴合。

本发明中的多阻抗匹配层的制备方法的第一实施方式与第二实施方式除上述形成匹配层毛胚块的区别外，其余均相同，于此不再赘述。

进一步地，本发明还提供一种多阻抗复合匹配层的制备方法，包括如下步骤：

采用上述多阻抗匹配层的制备方法制备出至少两个多阻抗匹配层；

沿与所述多阻抗匹配层中的毛胚层的层叠方向相垂直的方向上，将所述至少两个多阻抗匹配层相互贴合形成多阻抗复合匹配层。

用户能够根据需求，控制各多阻抗匹配层的厚度、各毛胚层的材料、尺寸等，使所述多阻抗复合匹配层具有不同的性能。

进一步地，本发明还提供一种匹配层，包括至少一层上述的多阻抗匹配层的制备方法制备出的多阻抗匹配层。

于一具体实施方式中，所述匹配层为由上述的多阻抗复合匹配层的制备方法制备出的多阻抗复合匹配层。

具体地，沿所述多阻抗匹配层中的毛胚层的层叠方向，所述多阻抗复合匹配层具有至少两个匹配区，至少两个所述匹配区的匹配频率不同，从而，能够拓宽超声波探头的有效带宽。

可以理解的是，可以通过调节各匹配区中的材料声阻抗、厚度、宽度等实现各匹配区的匹配频率、灵敏度等的调节。

请参图4所示，为本发明一具体实施方式中的多阻抗复合匹配层3，所述多阻抗复合匹配层3具有两层多阻抗匹配层，每一所述多阻抗匹配层具有两个不同的声阻抗区，且两个所述多阻抗匹配层中的声阻抗区相对应，从而使所述多阻抗复合匹配层具有两个匹配区。

即，所述多阻抗复合匹配层3具有第一多阻抗匹配层31、第二多阻抗匹配层32，所述第一多阻抗匹配层31具有第一声阻抗区311、第二声阻抗区312，所述第二多阻抗匹配层具有第三声阻抗区321、第四声阻抗区322，所述第一声阻抗区311与所述第三声阻抗区321相对应并形成一个匹配区，所述第二声阻抗区312与所述第四声阻抗区322相对应形成另一个匹配区。

具体地，两个所述匹配区中的一个与发射频率相匹配，另一个与接收频率相匹配，与发射频率相匹配的匹配区用以调节发射频率峰，与接收频率相匹配的匹配区用以调节接收频率峰，从而拓宽超声波探头的带宽。

进一步地，本发明还提供一种超声波探头，包括上述的匹配层，能够拓宽所述超声波探头的带宽以及灵敏度。

所述超声波探头除上述的匹配层外，其他结构均可沿用现有的超声波探头的结构，于此不再赘述。

综上所述，本发明的多阻抗匹配层的制备方法能够制备出具有不同的声阻抗区的多阻抗匹配层，提高超声探头的带宽，且制备方法简单。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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