專利名稱：具有屏蔽件的換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于醫(yī)療器械的高強度聚焦的超聲換能器，該換能器通常具有物理 附連到換能器面部的屏蔽件。
背景技術：
高強度聚焦的超聲(HIFU)換能器在醫(yī)療過程中發(fā)現(xiàn)有越來越多的使用。類 似于它們在診斷顯像中的同類設備，HIFU換能器共有許多相同的結(jié)構(gòu)部件。在 HIFU換能器中，壓電材料被選用并制作以產(chǎn)生所期望的頻率、強度和總功率來產(chǎn) 生足以溶解靶組織的HIFU量級。 一旦壓電材料己被選擇并成形，該壓電材料與導 電材料(金屬化層)被涂敷在換能器的正面和背面兩面上。通過在電極之間施加強 電勢并激活壓電材料，從而使壓電材料"極化"。電極連接到每個金屬化表面，并 且連接到發(fā)電機。在電極之間施加周期性變化的電勢差，使得壓電材料以交替頻率 縱向振動。換能器的背面通常與空氣或低聲阻抗吸收器背襯對接；換能器的正面與 聲負載對接，有時通過中間阻抗匹配材料層。該配置使超聲波前縱向傳播通過正面。 盡管換能器面部可以是平坦的或有形狀的，但是在HIFU應用中，正面通常是"碗" 形以提供球面聚焦。
在醫(yī)療高強度聚焦的超聲(HIFU)的應用中，換能器通常耦合到患者用流體。 HIFU治療中使用的頻率、強度和功率使得來自患者界面的反射足以引起氣蝕和耦 合劑粒子(包括水分子)的微流(micro-streaming)，這可導致對換能器面部的損 傷。對換能器面部的損傷產(chǎn)生許多非期望的副作用，包括匹配層從壓電陶瓷的分層、 金屬化對壓電材料的侵蝕、超聲能量的適當聚焦的損失(這引起衰減和各區(qū)域中的 熱量積累從而對患者造成健康風險)、以及對用于制造換能器的壓電材料的物理破 壞。
解決該問題的各種嘗試迄今為止被證實是令人不滿意的。在一些HIFU應用 中，換能器屏蔽有時被發(fā)現(xiàn)是橫跨換能器面部放置的聲透鏡形式。聲透鏡提供雙重 功能，即提供超聲能量的聚焦度，同時保護壓電材料使其免受損傷。損傷可來自于換能器面部與外部物體的意外接觸，或者來自于在用于將換能器耦合到靶面的介質(zhì) 中的HIFU反射的機械效應。使用聲透鏡有若干缺點。
該解決方案的一個缺點是透鏡還用作換能器"棧"(壓電材料加任何匹配層和 背襯)與靶組織之間的邊界層。超聲能量通過透鏡中的衰減而損失。超聲能量的反
射和折射也是必須解決的問題。隨著HIFU換能器中功率和強度的增大，使用透鏡
伴隨的關聯(lián)困難變得太大以致無法克服。
因而需要一種HIFU換能器，該換能器可以抵抗其被激活時所產(chǎn)生的干擾。 還需要一種可在極端高的操作強度和總功率量級下操作的HIFU換能器。 又需要延長已被干擾損傷的換能器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能抵抗與HIFU的使用相關聯(lián)的機械損傷的 HIFU換能器。
另一目的是提供一種可保護換能器面部而基本上不劣化換能器性能的屏 蔽件。
又一 目的是提供一種不干擾來自換能器的超聲能量傳輸?shù)钠帘渭?br> 再一目的是提供一種如果需要的話可以更換的換能器屏蔽件。
通過使用一種具有屏蔽件的高強度聚焦的超聲換能器來實現(xiàn)這些以及其
它目的。在一個實施例中，具有屏蔽件的HIFU換能器具有正面、背面和附連
到正面的屏蔽件。
在另一實施例中，有一種高強度聚焦的超聲換能器，它具有平坦的或基本 上呈碗形的正面以及附連到正面的屏蔽件。期望換能器面部在正面上具有由于 電絕緣或材料的構(gòu)成而造成的非電驅(qū)動的區(qū)域(非驅(qū)動區(qū)域，整體或局部壓電 惰性區(qū)域)，使得非驅(qū)動區(qū)域不是超聲發(fā)射表面。非驅(qū)動區(qū)域覆蓋有充當屏蔽 件的材料，當換能器的激活區(qū)域被激活且所反射的能量碰撞在換能器面部上 時，該屏蔽件防止對換能器的損傷。
在另一實施例中，換能器具有貫穿換能器正面且與換能器正面基本上垂直 對準的縫隙。該縫隙從換能器的正面延伸到背面。任選地，該縫隙可被填充。


圖1A-1B示出已損傷的HIFU換能器。圖2A-20示出具有屏蔽件的HIFU換能器和各種橫截面。
圖3A-3B和圖4A-4G示出用于制造具有屏蔽件的HIFU換能器的各種模具。
圖5A-5C示出具有屏蔽件的換能器的替換設計。
圖6A-6H示出制造具有屏蔽件的換能器的方法。
具體實施例方式
此處所述的各種換能器被設計為抵抗當換能器被激發(fā)時所遇到的破壞性 反射能量。特別地，本發(fā)明涉及用于醫(yī)療器械的高強度聚焦的超聲換能器。這 些換能器經(jīng)常用于人類患者，因而非常期望能確保換能器性能的較高和穩(wěn)定的 質(zhì)量。
在一個實施例中，HIFU換能器具有放置在其正面上的屏蔽件。
在一個替換實施例中，HIFU換能器在其正面上具有電絕緣區(qū)域以及包含 在該電絕緣區(qū)域內(nèi)的屏蔽件。
在另一實施例中，HIFU換能器具有將其貫穿的縫隙，以及具有低聲阻抗 層的加強背板，以用作提供主要前向超聲傳播的適當背板。
在另一實施例中，HIFU換能器具有貫穿壓電材料的縫隙，以及填充該縫 隙的非壓電塞。
在各個實施例中，換能器材料、金屬化層以及任何匹配層具有各種配置， 這些配置提供對具有屏蔽件的換能器的適當操作。主要部件是換能器自身。這 可以是此處所述的特別制造的換能器，或者根據(jù)此處所述的方法和過程修改來 制造而成具有屏蔽件的換能器的現(xiàn)有換能器。
屏蔽件之下的換能器區(qū)域可設計成各種不同的替換實施例。在一個實施例 中，屏蔽件之下的區(qū)域與換能器的其余部分相同，并且通過使屏蔽件承座在換 能器面部的激活區(qū)域上，屏蔽件被最優(yōu)化為使通過它的超聲的應力最小化從而 向換能器的正面提供保護使其免受物理劣化，同時又不損傷換能器。
或者，當換能器被激發(fā)時，屏蔽件之下的區(qū)域產(chǎn)生的聲壓可比換能器的未 屏蔽部分低。期望地，屏蔽件之下的壓電材料現(xiàn)在產(chǎn)生的聲壓比未屏蔽的那些 區(qū)域要小。減少的量級可以是比正常未屏蔽換能器輸出小的任何量的聲壓。從 輻射穿過受屏蔽體積的壓電元件的散射以及從屏蔽件之下的換能器中的反射， 超聲能量仍能發(fā)射穿過該區(qū)域。該非驅(qū)動區(qū)域不是直接驅(qū)動的，但是可因間接 驅(qū)動(通過散射電效應)而產(chǎn)生超聲能量或通過來自被積極驅(qū)動的區(qū)域的散射
6機械效應或反射效應而產(chǎn)生超聲。可按各種方式產(chǎn)生該非驅(qū)動區(qū)域。例如，換 能器可在屏蔽件的區(qū)域中具有非壓電材料。這可通過在極化之前打斷金屬化來 產(chǎn)生壓電材料的非極化、因而基本上不活動的部分來完成，或者通過用非壓電 材料代替壓電材料區(qū)域來完成。少量的超聲能量可通過聲或電交叉耦合機制從 換能器的非驅(qū)動部分發(fā)射?；蛘撸瑩Q能器可具有均勻的材料和制造形狀，并且 依賴于電絕緣以在所期望區(qū)域中阻止壓電效應。這可通過使所期望的區(qū)域與用 于形成環(huán)繞換能器的電路的電極絕緣在來實現(xiàn)。在一個實施例中，通過穿過金 屬化層進行刻劃，可使屏蔽區(qū)域絕緣，因此換能器的正面和背面的電氣連續(xù)性 被中斷。因而，當換能器的背面被電刺激時，除非通過交叉耦合機制，否則背 面上的區(qū)域?qū)⒉槐恢苯拥仉姶碳ぁＦ谕?，正面上的電絕緣區(qū)域與背層上相同 的電絕緣區(qū)域重合。在替換實施例中，可通過將金屬化層和/或匹配層從所要電 絕緣的區(qū)域去除來實現(xiàn)電絕緣。所述去除可采取不在換能器上要電絕緣的區(qū)域 中敷設金屬化層或者在金屬化層沉積在換能器上之后將其去除的形式。對金屬 化層的去除可來自于噴砂處理、磨削、化學蝕刻、激光蝕刻或在深度受控操作 中將金屬從換能器面部可靠地去除的任何其它方法。
在第三實施例中，屏蔽件之下的區(qū)域可被完全去除并且用惰性材料代替以 提供對換能器其余部分所產(chǎn)生的任何超聲散射能量完全絕緣。
一旦該區(qū)域被電絕緣，屏蔽件就被附連到換能器正面。期望地，屏蔽件是 具有彈性和吸收性的平衡的聚合材料，以保護換能器免受機械損傷。因而，聚
合材料期望地能吸收在換能器操作期間可能碰撞換能器面部的機械能量。聚合 物可使機械能量衰減，以減小或消除對換能器面部的機械碰撞，或者聚合物可 用作燒蝕屏蔽件。在后一情況下，諸如氣蝕或微流之類的機械能量將損傷聚合 物屏蔽件而不損傷換能器自身。屏蔽件可由相對不受由氣蝕和微流所引起的機 械效應影響的任何非導電材料制成。
或者，屏蔽件可以是燒蝕屏蔽件，從而可能損傷換能器的任何機械損傷都 作用于屏蔽件。之所以需要聚合物屏蔽件是因為它提供吸收(衰減)和燒蝕性 質(zhì)的組合特征。聚合物屏蔽件易于形成也易于附連到換能器。非聚合材料也可 用作燒蝕屏蔽件。在燒蝕屏蔽件的情況下，需要提供耦合流體的循環(huán)或?qū)ζ帘?件的燒蝕粒子的直接去除，因此這些粒子自身不變成氣蝕核。
屏蔽件的大小、形狀和材料根據(jù)換能器的性能特性而不同。在一個實施例
中，換能器在2 MHz下操作、能產(chǎn)生400 W的總聲能。該換能器的直徑為38 mm并且包含非驅(qū)動的、7 mm直徑的中心部分。換能器面部上的屏蔽件被中心定 位在非驅(qū)動區(qū)域之上，并且由邵爾A值(SHORE A)在20-60之間的軟橡膠或 塑料形成。用于屏蔽件的一種可能的材料可以是聚氨基甲酸酯或類似化合物。
在另一實施例中，屏蔽件并不以燒蝕的方式作用，而是由邵爾D值(SHORE D)為10到80的較硬材料形成。該層可以是平坦的或具有特定形狀以反射和 散射入射的聲能量或微流材料流。這可以是附加的操作或在鑄造期間結(jié)合進匹 配層。
在另一實施例中，屏蔽件可由薄的、高反射性金屬箔組成。該層可被應用 于再反射入射的聲能量或微流。這可以是附加的操作或在鑄造期間結(jié)合進匹配 層。
普通的模板可用于產(chǎn)生具有屏蔽件的換能器。該模具有基底，該基底具有 外面、內(nèi)面和足以覆蓋換能器面部的印跡(footprint)。導環(huán)連接到基底。導 環(huán)被設計為容納換能器。冒口從基底的內(nèi)面延伸。該冒口具有與基底接觸的基 端，以及被設計為當模具與換能器正確地配合時接觸換能器面部的接觸端。模 具可以是任何形狀或大小，只要導環(huán)能將模具適當?shù)匾龑У轿患纯?。人們可?想象基底和導環(huán)與換能器的端帽類似地作用。當模具被正確地匹配在換能器之 上時，冒口從基底的內(nèi)面延伸到換能器面部。因而，冒口、導環(huán)和基底可被期 望地制造為與特定換能器的配置特別地配合。冒口期望地與換能器在與換能器 的非驅(qū)動區(qū)域一致的區(qū)域上接觸。如下所述，限定非驅(qū)動區(qū)域大小的一種方式 是通過確定冒口與換能器的正面的接觸表面面積。
可按許多方式對模具進行修改以形成用于制造具有屏蔽件的換能器的附 加的模具。在一個實施例中，模具在冒口上可具有面向換能器面部的鋸齒形唇 緣。在另一實施例中，模具在冒口的頂部可具有小的凹口或空腔，冒口在該凹 口或空腔處與換能器面部接觸。在另一實施例中，存在延伸貫穿基底和冒口的 縫隙，使得可通過模具接近換能器面部的區(qū)域。模具還可具有貫穿基底的小孔 (不與冒口重合)，使得空氣可進出模具的內(nèi)部體積。
現(xiàn)在參考附圖，應當理解提供附圖是為了增強所提供的描述。附圖所示的 元件并不一定被示為相對于其它附圖或同一附圖中的其它部分成比例。這些部 分或附圖也不應當被理解為除了出于理解此處公開內(nèi)容的目的而對各實施例 的說明之外的任何絕對意義上的實際設計元件。
現(xiàn)在參見附圖，物理損傷區(qū)域99可在HIFU換能器上出現(xiàn)，如圖IA和圖IB所示。HIFU治療會在換能器表面附近導致不想要的和非期望的物理和熱效 應，這會在換能器正面中產(chǎn)生裂縫(圖1A)，或者可使換能器面部凹陷或?qū)е?換能器面部中出現(xiàn)缺陷(圖IB)。對換能器面部的損傷是非期望的并且可不利 地影響換能器的操作。對換能器的物理損傷可通過在換能器正面上提供屏蔽件 而最小化。圖2A-2B示出具有屏蔽件的換能器10。換能器T被安裝在換能器 外殼16中。屏蔽件12放置于換能器T的中間。屏蔽件的大小和形狀被期望地 制造為與若沒有屏蔽件時換能器將遭受的損傷樣式相匹配。盡管圖1A-1B示出 的損傷樣式位于換能器的中心，但是不同的醫(yī)療器械將在正面的不同區(qū)域中產(chǎn) 生損傷。屏蔽件不需要放置在中心，而是可被放置在換能器正面的任何所期望 的區(qū)域上。僅僅需要識別損傷可能發(fā)生的區(qū)域并且提供具有適當屏蔽件的換能 器。確定損傷位置(進而最佳屏蔽件位置)可通過實驗或計算機模擬來完成。 圖2C-2G以及圖21-20示出具有屏蔽件的換能器的橫截面圖。
圖2C示出屏蔽件12直接放置在換能器T面部的頂部上而未改變壓電層的 各匹配層的一個實施例。
圖2D示出其中前金屬化層30f與可用于換能器正面上的任何匹配層26 —
起已被去除的橫截面。屏蔽件12直接附連到壓電材料層28。為防止屏蔽件之
下的壓電材料在換能器被激發(fā)時產(chǎn)生超聲能量，兩個區(qū)域與換能器電路電絕緣
(或隔離)。這兩個區(qū)域?qū)谇半姼綦x區(qū)域14f和后電隔離區(qū)域14b?？赏?br> 過在金屬化層30f、 30b中刻劃出一對相應的間隙來實現(xiàn)電隔離(圖2E)來實
現(xiàn)，或者通過去除電隔離區(qū)域中的金屬化層來實現(xiàn)，比如圖2D中所示的正面。
被刻劃出的間隙可以是環(huán)形或任何期望形狀?？赏ㄟ^能夠在金屬化層中形成足
夠?qū)挼拈g隙空間以使所期望的區(qū)域電隔離的任何方法來進行刻劃?？墒褂脵C械
設備(像曲奇餅切割器模)、化學去除、激光蝕刻或去除金屬化的任何其它方
法來物理地刻劃出間隙空間。還可通過在對換能器表面進行金屬化之前在換能
器表面上敷設掩模來形成間隙。 一旦完成對金屬化層的隔離，就去除掩模(見
下文)，從而形成所期望的間隙空間。
換能器的非驅(qū)動區(qū)域可通過用塞子代替換能器中的壓電材料來形成，或者
以壓電材料被中和且形成非驅(qū)動區(qū)域的形式來形成換能器。現(xiàn)在圖2F和圖2G 示出各示例。在圖2F中，非驅(qū)動區(qū)域32通過用基本上不產(chǎn)生超聲振動的惰性 物質(zhì)代替壓電材料來形成，或者是通過在極化之前打斷金屬化以產(chǎn)生壓電材料 的非極化、因而基本上不活動的部分從而被中和的壓電材料。或者，中心壓電
9材料可使用絕緣墊圈或襯墊34來隔離。
圖2K-20示出壓電非驅(qū)動區(qū)域的各種構(gòu)造。這些示圖提供用于屏蔽件放置 的正面金屬化隔離(圖2K-2M)或提供背面隔離(圖2N-20)。在所有這些附 圖中，隔離被示為從各層的外部延伸并下降到壓電層28的環(huán)的橫截面。再一 次，該環(huán)僅僅是說明性的，并且應當認識到在非驅(qū)動區(qū)域中可完全去除金屬化 層和匹配層同時又提供相同的效力。為防止對換能器的任何暴露層的分層和污 染，金屬化層或匹配層中的經(jīng)蝕刻的環(huán)或其它縫隙可用材料36填充以保護換 能器的結(jié)構(gòu)完整性。盡管是期望的，但不是必須在換能器的正面和背面兩者上 都去除金屬化層來形成壓電活性減小的區(qū)域14。
并不要求為了使具有屏蔽件的換能器正確操作而形成電隔離區(qū)域。在一個 替換實施例中，換能器的壓電層在要放置屏蔽件的區(qū)域中是不可操作的。可將 壓電層的不活動區(qū)域置于換能器的設計中，或者在制造之后將其從換能器去除 (圖2F-2G)。在構(gòu)造期間換能器的一部分是壓電不活動的，這可通過切割或 隔離金屬化層的區(qū)域來實現(xiàn)。這可在金屬化層中導致絕緣間隙從而使得隔離部 分是非電活動的。該電隔離區(qū)域?qū)⒉辉诟綦x平面之間的壓電材料內(nèi)產(chǎn)生期望的 極化效應。或者，換能器的所要致使非驅(qū)動的體積部分可通過將其從換能器物 理地去除來完成。
物理去除可通過許多方法來完成。例如，如果換能器被放置在其每一側(cè)上 具有匹配縫隙的夾層模中，則可將需要去除的區(qū)域鉆出?？p隙期望地由會保護 換能器的結(jié)構(gòu)完整性而不會不利地影響換能器性能的材料或化合物來填充。此 外，材料期望地提供一些屏蔽益處?？墒褂萌魏魏线m的材料。既然在非驅(qū)動區(qū) 域中沒有壓電活動性，導電金屬就不會不利地影響性能，那么，除了前述的聚 合物和無氧化性金屬合金之外，導電金屬也是合適的。如果使用導電材料則需 要加以注意，以便保護用于使換能器運行的電路。填充物材料可以需要非導電 絕緣體，比如橡膠或塑料環(huán)。
因而，有許多在應用屏蔽件12之前、在換能器上形成非驅(qū)動區(qū)域14的方 法。屏蔽件12可被敷設在物理壓電層28或在換能器T的正面上的金屬化層30f、 26之一上(圖2E)。如果換能器T具有包含填充物的縫隙，則填充物材料充 當屏蔽件(圖2F)。
在另一實施例中，換能器可具有縫隙，并且該縫隙可受到保存。在該實施 例中，換能器的背部需要包含有金屬化層的特定背板，以及聲阻抗匹配層，以便保持換能器有效的面向"前"的傳輸特性。期望地，換能器還具有經(jīng)修改的 外殼，以當換能器動作時向其提供所需的結(jié)構(gòu)支承。在該實施例中，換能器的 屏蔽可以是與貫穿換能器的縫隙對直的板或蓋，以從后面保護換能器。因為微 流或氣蝕可對換能器造成物理損傷的風險，所以即使微流或氣蝕樣式在換能器 的平面后面延伸也仍然需要屏蔽件來保護換能器。
圖2G示出完成的換能器的俯視圖，并且圖2I示出其剖面橫截面。具有屏
蔽件換能器10具有用于結(jié)構(gòu)支承的外殼16。外殼可以是對換能器26所期望使 用的任何形狀或構(gòu)造。屏蔽件12放置在換能器表面上以保護換能器免受物理 損傷。圖2J示出放大的換能器T。壓電層28被示為具有前金屬化層30f和后 金屬化層30b。還示出在換能器正面上的匹配層26。 一對電極18、 20連接到 前金屬化層和后金屬化層以提供需要用來產(chǎn)生超聲的電路。電極18、 20連接 到延伸至發(fā)電機(未示出)的引線22、 24。壓電層28、金屬化層30f和30b、 以及任選的匹配層26總稱為換能器T。通過適當?shù)匦薷膿Q能器的正面和背面可 將HIFU換能器修改成具有屏蔽件的換能器。
為換能器的修改而提供模具。圖3A示出模具120的基本構(gòu)造。模具有基 底106，基底具有正面106f和背面106b。導環(huán)104連接到基底106以容納換能 器T或換能器外殼16 (圖3B)。冒口 102被示為附連到基底正面106f。冒口 102的一端附連到基底106，而另一端被設計為與換能器的正面接觸。在正面 平面圖中，如圖4A所示，冒口 102可含有凹坑或凹陷114。凹陷114可在冒口 102中形成，或者可以由具有唇緣IIO的冒口頂端所造成的。
現(xiàn)在圖4A-4G更詳細地示出模具120。圖4A提供俯視圖。冒口 102被示 為中心放置，不過，重要的是要記住，冒口的位置可被調(diào)整以適應換能器的正 面的任何部分。當將模具壓在換能器或換能器外殼上時，模具正面106f面向換 能器面部，而導環(huán)104則適于容納換能器外殼16。還提供任選的氣孔108。氣 孔108可用于在換能器和模具被壓在一起時允許換能器和外部環(huán)境之間進行氣 體交換。圖4B示出模具的背面，正面特征用虛線呈現(xiàn)。
現(xiàn)在呈現(xiàn)冒口 102的各種構(gòu)造。在一個實施例中，冒口具有鋸齒形唇緣(圖 4D)，用于在換能器面部上的匹配層或金屬化層中形成環(huán)形劃線。模具120將 被壓靠在換能器面部上，并且冒口 102將從模具的正面充分地延伸以與換能器 接觸。模具和換能器隨后可相對彼此旋轉(zhuǎn)，從而冒口唇緣112的鋸齒形邊緣在 換能器中刻劃出環(huán)并且形成電隔離區(qū)域?；蛘撸翱?102可具有貫穿其中的縫隙，該縫隙從冒口的尖端延伸并且延 伸貫穿模具的基底，從而形成鉆孔，以允許從模具的外部接近換能器面部的隔 離區(qū)域(圖4E)。在該實施例中，可通過冒口中的縫隙對換能器面部的暴露部 分進行蝕刻或噴砂處理，從而形成隔離區(qū)域。
一旦電隔離區(qū)域形成，具有足夠的高度以接觸換能器面部的冒口現(xiàn)在與模
具一起使用，以幫助放置屏蔽件(圖4C)。在一個實施例中，可將精確數(shù)量的 液體聚合物放入冒口的斜面區(qū)域114中。隨后將模具120靠放在換能器的正面， 并且將整個裝置翻轉(zhuǎn)，由此，重力將液體聚合物拉到換能器的正面上。斜面區(qū) 域114限定屏蔽件的大小和深度，并且在聚合物變干時幫助其保持在適當位置。 圖4F和圖4G示出模具的兩種構(gòu)造的切開剖面。在圖4F中，冒口102被 示為具有斜面區(qū)域114。在圖4G中，模具被示為具有通過背面106b至冒口 102 頂部的縫隙116。
現(xiàn)在提供具有屏蔽件的換能器的各種替換構(gòu)造。在圖5A中，換能器T被 示為具有矩形印跡。換能器可具有沿其矩形構(gòu)造的長和寬的彎曲部分，使得當 使用換能器時，長的線性"狗骨頭(dog bone)"形的區(qū)域可遭受HIFU能量 的不利影響。在這種情況下，屏蔽件12被定形為基本上覆蓋將遭受由于HIFU 操作的不利影響而分層的區(qū)域。圖5B示出矩形換能器的橫截面。
在另一實施例中，通過形成貫穿換能器面部的條帶的單個屏蔽件將換能器 平分為兩個傳輸區(qū)域T" T2 (圖5C)。多個區(qū)域和屏蔽件是可能的，并且各 種變化僅僅取決于設計并根據(jù)需要構(gòu)成屏蔽件。
現(xiàn)在提供制造具有屏蔽件的換能器的示例。在第一非限制性示例中，可使 用現(xiàn)有的換能器并可將其修改成具有屏蔽件。
示例I:電隔離
轉(zhuǎn)換現(xiàn)有的HIFU換能器的過程被示為開始于圖6A。在此，換能器T被示 為安裝在外殼中。具有縫隙的模具120被適配在換能器T和外殼16的面部上。 期望地，當導環(huán)被正確地適配在換能器外殼周圍時，冒口 102接觸換能器正面。 具有縫隙的模具120期望地被固定到換能器外殼，從而在以下過程步驟期間模 具將不會移動或變得不穩(wěn)定。一旦具有縫隙的模120被適當?shù)胤胖迷趽Q能器上， 換能器的表面可變得粗糙以在稍后提高屏蔽件的物理粘附力?？衫酶鞣N機制 來使換能器表面變粗糙。可使用利用激光、化學制品、機械蝕刻(諸如圖6C 所示的噴砂處理)或磨削(圖6C')的方法?？砂搭愃品绞教幚頁Q能器的背部，從而允許去除與變粗糙的正面的區(qū)域相 對應的表面區(qū)域中的金屬化層。期望地，換能器的背面被刻劃以與正面上的粗 糙表面匹配，或者將與正面上的粗糙區(qū)域基本上匹配的區(qū)域中的金屬化部分去 除，從而當背部被充電時，換能器的背面上的相應區(qū)域?qū)⒉慌c正面形成電路。 這樣，形成換能器的壓電非驅(qū)動區(qū)域?？墒褂媚＞摺⑴c在正面上形成粗糙區(qū)域 的所述方式類似地形成該背面?；蛘撸瑝毫υ煨緳C、磨削機、激光、化學蝕刻 裝置或隔離該區(qū)域的各種其它方法都是可行的實施例。
一旦前端變粗糙，就將模具從換能器面部去除并且清理掉換能器上的任何
剩余碎屑(圖6D-6E)?，F(xiàn)在使用具有固體冒口 102且冒口中有小凹部114的 模具，以將屏蔽件放入換能器面部上的位置(圖6F-6H)。當模具120的正面 106f面向上時，將體積經(jīng)計量的聚合物P放入凹部114。換能器T隨后被設置 在模120上，使得聚合物與換能器面部物理接觸，并且聚合物可粘結(jié)換能器并 使其平衡。期望地，聚合物并不與模具120粘結(jié)，并且如果需要可用不粘劑處 理凹部以防止聚合物與模具粘結(jié)。模具120和換能器T被隔離足夠時間以使聚 合物粘到換能器面部并形成屏蔽件12。 一旦聚合物被設置到適當位置，就將模 去除。
應當理解，通過改變凹部的大小以及在粘結(jié)過程之前放入凹部的聚合物的 體積可容易地控制屏蔽件的大小和深度。期望地，凹部具有屏蔽件所需要提供 的、被設計為針對機械損傷提供所期望的保護水平的預定體積。簡言之，較大 的屏蔽件需要較大體積的聚合物，因而需要模具中的較大體積的凹部。
示例II:含有填充物的縫隙
在另一示例中，可通過去除換能器的被指定為非驅(qū)動的區(qū)域來形成具有屏 蔽件的換能器。這可按各種方式來實現(xiàn)。在通過去除形成非驅(qū)動區(qū)域的一個實 施例中，可物理地去除被指定為非驅(qū)動的換能器體積內(nèi)的材料?？砂慈魏芜m當 方式支承換能器，并且通過將其鉆出、將其切掉或以其它方式消除壓電材料指 定體積來去除適當?shù)捏w積。
一旦適當?shù)捏w積已被去除，縫隙的邊緣期望地是光滑的以提供平坦的邊 緣，用于使換能器的其余部分產(chǎn)生均勻的超聲。現(xiàn)在，可在縫隙中裝襯非導電 材料，以保護電路的完整性，并且在縫隙的邊緣周圍提供增強的結(jié)構(gòu)完整性。 另外，現(xiàn)在可用附加材料填充縫隙?？p隙的裝襯物和填充物材料可以是相同材 料，或者填充物材料可以是具有吸收/偏轉(zhuǎn)機械能量的所期望的屬性或燒蝕性質(zhì)
13的材料。填充物材料可被制造到換能器的同一彎曲部分，或者它可被定形為提
高對機械能量的偏轉(zhuǎn)或吸收。
用作屏蔽件的填充物材料還可在換能器面部后面軸向放置，并且如果需要 則具有附加的尺寸來保護縫隙裝襯物。
示例III:非驅(qū)動陶瓷
在又一實施例中，可以通過在極化步驟之前切除金屬化層，特意地使非驅(qū) 動區(qū)域中的陶瓷對電脈沖不響應，從而形成非驅(qū)動區(qū)域。這可在金屬化層中造 成絕緣間隙，從而使隔離部分非電活動。被隔離的壓電材料內(nèi)將不會產(chǎn)生期望 的極化效應。
盡管用許多實施例描述了本發(fā)明，但是對研究了本公開的本領域內(nèi)的技術 人員而言，不背離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神或范圍的各種修改將是 顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種具有屏蔽的醫(yī)療高強度聚焦的超聲換能器，該換能器具有正面和背面、以及附連到所述正面的屏蔽件。
2. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述換能器在所述屏蔽件下面的體積的壓電活性比未被所述屏蔽件覆蓋的那些區(qū)域小。
3. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述換能器具有活動驅(qū)動區(qū)域 以及基本上非驅(qū)動的區(qū)域，其中所述基本上非驅(qū)動的區(qū)域至少部分地被所述屏蔽件 覆蓋。
4. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述活動驅(qū)動區(qū)域同心環(huán)繞所 述非驅(qū)動區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是由聚合物制成的。
6. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述基本上非驅(qū)動的區(qū)域與所 述活動驅(qū)動區(qū)域是電隔離的。
7. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述基本上不活動的區(qū)域由一 種或多種非壓電材料組成。
8. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件基本上中心地放置 在所述正面上。
9. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件軸向地放置在所述 正面之后。
10. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件的尺寸被設置成在 所述換能器被激發(fā)時基本上保護所述正面使其免受損傷。
11. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是燒蝕的。
12. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是具有吸收性的。
13. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是可更換的。
14. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是由合金制成的。
15. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，還包括在所述非驅(qū)動區(qū)域與所 述活動驅(qū)動區(qū)域之間的非導電填充物材料。
16. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，還包括至少一個具有屏蔽件的 附加的非驅(qū)動不活動區(qū)域。
17. 如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，所述屏蔽件是由兩種或更多種 不同的材料制成的。
18. —種醫(yī)療高強度聚焦的超聲換能器，具有基本上碗形的正面，以及與所述 正面基本上垂直對準且貫穿其中的縫隙。
19. 如權(quán)利要求18所述的換能器，其特征在于，還包括放置在所述縫隙內(nèi)的 插入物。
20. 如權(quán)利要求19所述的換能器，其特征在于，所述插入物是由非壓電材料 制成的。
21. 如權(quán)利要求19所述的插入物，其特征在于，所述插入物還包括非壓電材 料的環(huán)，以及核心。
22. 如權(quán)利要求21所述的插入物，其特征在于，所述核心是由聚合物制成的。
23. —種用于隔離換能器的表面區(qū)域的裝置，所述裝置包括 具有外面、內(nèi)面以及與換能器的大小基本上匹配的印跡的基底； 連接到所述基底的導環(huán)，所述導環(huán)能夠容納所述換能器；以及 從所述基底延伸到所述換能器的冒口，所述冒口具有基端和接觸端，使得當所述換能器被所述導環(huán)容納時所述接觸端可鄰接換能器面部。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，還包括延伸貫穿所述冒口和所 述基底的縫隙，使得所述換能器面部的區(qū)域可從所述外面接近。
25. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述冒口還包括在所述冒口與 所述換能器之間的接觸平面處的凹部。
26. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述冒口還包括唇緣。
27. 如權(quán)利要求26所述的冒口，其特征在于，所述唇緣是鋸齒形的。
28. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述基底還包括延伸貫穿其中 的第二縫隙。
全文摘要
本發(fā)明描述了放置在用于醫(yī)療器械的高強度聚焦的超聲換能器的面部上的物理屏蔽件。該屏蔽件可被定形或傾斜，以與會在操作期間損傷換能器的機械能或聲能的特定樣式相匹配。該屏蔽件可以是燒蝕的、可更換的或者根據(jù)需要修改。還公開了制造具有屏蔽件的換能器的方法。
文檔編號H01L41/08GK101517767SQ200780034405
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者C·S·戴斯蕾茨, G·P·達林頓, J·R·克魯克爾頓, J·U·闕斯特佳德 申請人:利普索尼克斯股份有限公司