[发明专利]光驱动的超声探头及其超声成像系统

说明书

一种光驱动的超声探头及其超声成像系统，接收超声信号的法布里‑玻罗(F‑P)腔(106)位于光声发射器(101)的中央。光声发射器(101)包括产生超声的光声转化薄膜(102)、透明基底(103)、支撑光声转化薄膜(102)及透明基底(103)的支撑底座(104)。光声转化薄膜(102)涂覆在透明基底(103)上表面，透明基底(103)的下表面与支撑底座(104)的前表面熔接。在透明基底的上表面依次沉积光吸收层和热弹性层。应用光驱动超声探头的超声成像系统将阵列脉冲激光束转化为脉冲超声，辐射到目标体上。从目标体反射的超声回波到达光驱动的超声探头的法布里‑玻罗(F‑P)腔，探测激光进入超声探头的法布里‑玻罗(F‑P)腔腔头，探测超声压力引起的法布里‑玻罗(F‑P)腔的腔长变化。

技术领域

本发明涉及一种超声相控阵探头及其超声成像系统。

背景技术

超声技术广泛应用于工业无损检测、医学诊断与治疗、水下通信与定位、材料检测与分析等领域，在社会生活和工业生产中发挥了重要作用。目前，超声主要通过电驱动的超声换能器产生，电驱动的超声换能器是一种电能向声能变换的器件，按能量变换的原理和所采用的材料的不同又可分为压电式、电容式、机械式以及磁致伸缩式换能器。近年来，相控阵超声医学检测得到广泛发展和应用，由于相控阵超声无需复杂的机械扫查装置，可以灵活有效地控制声束，且各声束在焦点处相干叠加，检测信号的信噪比高等优点，已经成为常规的医学筛查手段。

作为相控阵超声成像系统的关键部件，相控阵超声探头发挥了重要的作用。目前，这种相控阵超声探头主要由压电阵元构成，每个压电阵元由电极连接，以发射和接收电信号，且现有的相控阵超声探头的电磁兼容特性较差。同时，现有商业相控阵超声探头通常将发射阵元和接收阵元集成到一个阵列中，连接线通过总线连接到图像采集单元。这样，同时传输的发射阵元的高电压驱动信号和接收阵元的微弱声电转换信号之间不可避免的存在信号串扰现象，影响成像质量和精度。此外，超短脉冲、高频、宽频带电子超声换能器设计复杂，制作难度大。

相比于传统的电驱动方式的超声换能器件，基于热弹效应的光致超声薄膜换能器因其诸多优良特性而引起了越来越多的关注。这种光驱动的超声产生方式是通过脉冲激光与光吸收物质的相互作用后，光吸收物质将光能转化为热能，由于材料的热弹效应而使物质发生弹性膨胀和收缩进而产生超声波。为了减小由热声效应得到的超声波发射时的衰减，这种光驱动的超声换能器通常由沉积在玻璃或其他透明衬底上的一层薄膜构成。这种由激光激励薄膜材料产生超声的换能器件由于没有电子元件因而具有抗电磁干扰的特性。当这种光驱动的薄膜超声换能器选用转换系数较高的材料及薄膜厚度合理的情况下，产生的超声带宽和声强分别与激光的脉冲宽度和峰值功率有关。因此，选择纳秒或更快的脉冲激光就有可能产生频带很宽的超声波以及足够高的声压强。在超声成像应用中，宽频带超声更容易得到高分辨率图像，高强度声压意味着更大的成像深度。