專利名稱：聲透鏡組份、超聲探頭和超聲診斷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲透鏡組份、超聲探頭和超聲診斷設(shè)備。
背景技術(shù)：
超聲探頭例如使用在魚群探測(cè)器和診斷活體的超聲診斷設(shè)備中。這些超聲探頭使用聲透鏡以通過聚焦超聲束來增加分辨率。
具體地說，希望并入在診斷活體的超聲診斷設(shè)備(例如醫(yī)療診斷設(shè)備)的超聲探頭中的聲透鏡具有凸形以改善到活體的附著。此外，希望這種聲透鏡主要滿足如下的六個(gè)特征。
(1)理想地，聲透鏡使從來自活體的超聲波的反射最小。為此，聲透鏡優(yōu)選以這樣的材料制成，該透鏡的聲阻抗(AI＝聲速×密度)接近于1.53兆雷耳(MRayls)，1.53兆雷耳是活體的聲阻抗。
(2)理想地，聲透鏡以較高的速度發(fā)射并接收超聲波。因此，聲透鏡優(yōu)選由降低在使用頻率上的衰減比率的材料制成。
(3)為實(shí)現(xiàn)凸形，理想地，聲透鏡由這樣的材料制成，其中在透鏡中的聲速低于在活體中的聲速(大約1,500m/s)。具體地，聲透鏡的曲率半徑從在透鏡中的聲速和在活體中的聲速之間的關(guān)系中計(jì)算。通過使用使透鏡的聲速低于在活體中的聲速的材料可以增加聲透鏡的這個(gè)曲率半徑。因此，聲透鏡的厚度可以降低。
(4)理想地，聲透鏡由具有良好的模制特性(具體地說具有較高的撕裂強(qiáng)度)的材料制成。即，在具有大約2至13MHz的中心頻率的超聲探頭中使用的聲透鏡具有大約0.5至1.5mm的厚度。為將這種聲透鏡模制成高度精確的凸形，理想地，基于橡膠的材料具有較高的流動(dòng)性。特別在其中心頻率超過7MHz的超聲探頭中，理想的是使用具有良好的模制特性的基于橡膠的材料以便降低聲透鏡的厚度到1.0mm或更小。此外，具有復(fù)雜形狀比如帽形的聲透鏡最近經(jīng)常使用，因此希望不僅具有良好的模制特性而且還具有高的撕裂強(qiáng)度的基于橡膠的材料。
(5)理想地，包含添加劑的聲透鏡的組成材料對(duì)活體無害。此外，理想地，聲透鏡由在通常用作聲耦合凝膠或消毒劑的甘油水溶液、乙醇、橄欖油或蓖麻油中化學(xué)和物理穩(wěn)定的材料制成。
(6)在使用時(shí)，以相當(dāng)大的壓力將聲透鏡對(duì)著活體推進(jìn)。如果聲透鏡的橡膠硬度不夠，則聲透鏡變形而移動(dòng)了焦點(diǎn)，并降低了圖像質(zhì)量。因此，理想地聲透鏡由具有50°或更大的硬度計(jì)A硬度的材料制成。
聲透鏡的衰減材料主要取決于不僅在(2)中描述的衰減比率，而且還取決于衰減比率和聲速的乘積。因此，優(yōu)選聲透鏡由在FOM(品質(zhì)因素)中有優(yōu)勢(shì)的材料制成。有利地，F(xiàn)OM的值盡可能地與相同的聲阻抗一樣地低。
常規(guī)的聲透鏡由通過在硅橡膠中混合二氧化硅粉末獲得的基于橡膠的材料制成。
此外，日本專利申請(qǐng)KOKOKU出版物No.1-34396公開了一種通過在自然硅橡膠中混合具有預(yù)定顆粒直徑的預(yù)定量的氧化鈦粉末獲得的聲透鏡。
日本專利申請(qǐng)KOKOKU出版物No.5-9039公開了一種由硅橡膠化合物、具有預(yù)定顆粒直徑的鋁粉和氧化鈦粉末和具有80℃或更高熔點(diǎn)的熱塑性樹脂(比如尼龍)組成的聲透鏡組份。
日本專利申請(qǐng)KOKAI出版物No.8-615公開了一種通過將作為硫化輔助劑的氧化鋅添加到基于硅樹脂的橡膠和丁二烯橡膠的混合物中獲得的聲透鏡。
然而，在具有通過將二氧化硅粉末添加到硅橡膠中獲得的組份的聲透鏡中，二氧化硅粉末的添加量必須增加到使聲阻抗接近活體的聲阻抗的1.53兆雷耳。二氧化硅粉末的密度大約為2.2g/cm3。因此，為設(shè)定整個(gè)聲透鏡的密度在大約1.4至1.6g/cm3，具有大約15至30nm的平均顆粒直徑的細(xì)微的二氧化硅粉末(即具有較大的特定的面積)必須混合以具有大約40至50wt％的重量和大約24至32vol％的體積。這不僅使這種量的二氧化硅粉末混入到硅橡膠中變得困難，而且還使在混入之后脫氣困難。此外，由于硅橡膠的流動(dòng)性在聲透鏡的模制的過程中降低了，因此容易形成裂紋和孔。聲透鏡的撕裂強(qiáng)度也降低了。在另一方面，雖然由這種二氧化硅粉末的添加引起硅橡膠的衰減比率相對(duì)較低，但是在(3)中描述的聲速大約1,000m/s或更大。因此，即使聲透鏡的衰減比率較低，但是厚度仍然不能降低。這降低了上文描述的FOM的值(衰減比率×聲速)，并增加了衰減。
在日本專利申請(qǐng)KOKOKU出版物No.1-34396和5-9039描述的聲透鏡中，在與二氧化硅粉末相比時(shí)，增加的氧化鈦粉末和氧化鋁粉末具有降低聲速的效果。然而，為使這些聲透鏡的聲阻抗接近作為活體的聲阻抗的1.53兆雷耳，相對(duì)硅橡膠，在二氧化硅粉末的情況下氧化鈦和氧化鋁的添加量必須增加。結(jié)果，這些聲透鏡不僅增加了在(2)中描述的衰減比率，而且也使在(4)中描述的模制特性劣化。
此外，在日本專利申請(qǐng)KOKAI出版物No.8-615中描述的聲透鏡包含了基于硅的橡膠和基于丁二烯的橡膠的混合物。這使得在使用橄欖油或蓖麻油作為聲耦合材料時(shí)溶脹并降低了長期的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種聲透鏡組份，包括40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種聲透鏡組份，包括40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種聲透鏡組份，包括40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體的第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體的第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包含40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體的第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體的第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包括40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體的第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體的第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包含40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包含40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包括40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包含40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的超聲探頭的透視圖；附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的帽狀聲透鏡的透視圖；附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例1至23的每個(gè)聲透鏡的FOM和聲阻抗之間的關(guān)系的曲線圖；和附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的超聲診斷設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)
根據(jù)第一實(shí)施例的聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅(ZnO)。
硅橡膠是一種具有作為分子構(gòu)架的硅氧烷鍵(它是Si-O鍵)的材料。例如，作為硅橡膠，可以使用包含二甲聚硅氧烷等作為主要組份材料或類似物。硅橡膠大致可以分為具有100至2,000的聚合度的液體硅橡膠和具有3,000至10,000的聚合度的可扎的硅橡膠。
在聲透鏡組份中硅橡膠的含量是40wt％或更多。如果硅橡膠含量小于40wt，則不僅模制特性可能劣化，而且超聲波的衰減率也可能增加。在具有這種組份的聲透鏡中，也可能不能獲得所需的聲速或聲阻抗。在聲透鏡組份中硅橡膠的含量更優(yōu)選為50wt％或更多。
在聲透鏡組份中的氧化鋅粉末的含量是15至60wt％。如果氧化鋅粉末的含量小于15wt％，則可能難以很好地降低具有這種組份的聲透鏡的聲速，可能不能獲得到適當(dāng)?shù)腇OM。此外，由于不能很好地增加密度，因此難以設(shè)定聲透鏡在所需的大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗。如果氧化鋅粉末的含量超過60wt％，則不僅聲透鏡的聲阻抗可能太大，而且超聲波的衰減率也可能增加。此外，如果氧化鋅粉末的含量落在上述范圍之外，則難以獲得具有適當(dāng)?shù)南鹉z硬度的聲透鏡。更為可取的是，在聲透鏡組份中氧化鋅粉末的含量為20至55wt％，最為可取的是，為30至55wt％。
氧化鋅粉末優(yōu)選具有200納米或更小的平均顆粒直徑。因?yàn)橄筮@樣細(xì)微的氧化鋅粉末均勻地散布在硅橡膠中，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減，并且進(jìn)一步提高模制特性。更為可取的是，氧化鋅粉末的平均顆粒尺寸為1至100納米，最為可取的是，為10至50納米。注意，假設(shè)每個(gè)顆粒是球形，平均顆粒尺寸可以通過使用要測(cè)量的粉末的特定的表面面積的值(m2/g)來計(jì)算。
氧化鋅粉末的表面允許以硅樹脂涂敷。作為這種硅樹脂，可以使用甲基硅烷(methicone)、二甲硅油(dimethicone)等。例如通過如下的方式可以獲得涂敷了硅樹脂的氧化鋅粉末將氧化鋅粉末浸入在硅樹脂的溶液中，從該溶液中提取出氧化鋅粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所獲得的涂敷了硅樹脂的氧化鋅粉末容易混入到硅橡膠中，并具有均勻的可分散性。因此，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減并且進(jìn)一步提高模制特性。相對(duì)于氧化鋅粉末，硅樹脂的涂敷量?jī)?yōu)選為1至10wt％。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的聲透鏡組份包含硫化劑。例如，使用基于過氧化物的硫化劑，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷、對(duì)-甲基苯甲酰過氧化物或二叔丁基過氧化物。相對(duì)于在聲透鏡組份中的硅橡膠，基于過氧化物的硫化劑的量?jī)?yōu)選為0.3至2wt％。使用除了基于過氧化物的硫化劑之外的硫化劑也是可以的。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含30wt％或更少的二氧化硅(SiO2)粉末。這個(gè)二氧化硅粉末具有增加這種組份的聲透鏡的強(qiáng)度的作用。如果在聲透鏡組份中的硅粉末的含量超過30wt％，則超聲波的衰減出現(xiàn)，同時(shí)模制特性劣化。這使精確的聲透鏡的模制變得困難。更為優(yōu)選的是，在聲透鏡組份中二氧化硅粉末的含量為20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均顆粒直徑是50納米或更小，更為可取的是，為20納米或更小。二氧化硅粉末的優(yōu)選實(shí)例是氧相二氧化硅(aerosil silica)。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含少量的添加劑，只要具有這種組份的聲透鏡的特性不劣化。添加劑的實(shí)例是氧化鈦、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氧化鋇、有機(jī)填料和著色劑。如果在聲透鏡組份中的添加劑的量大約為5wt％或更少，這些添加劑基本不降低本發(fā)明的實(shí)施例的效果。
下文解釋通過使用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的聲透鏡組份制造聲透鏡的方法。
首先，使氧化鋅粉末干燥以蒸發(fā)附著的水分等。這種氧化鋅粉末和二氧化硅粉末(如果需要的話)添加到硅橡膠中，捏合這些材料以使密度大約為1.4至2.0g/cm3。上文描述的硫化劑比如基于過氧化物的硫化劑添加到捏合的產(chǎn)品中，在大約100至180℃下執(zhí)行硫化模制，由此形成具有聲透鏡的形狀的模制的產(chǎn)品。隨后，在大約180至240℃的溫度下對(duì)這種模制的產(chǎn)品進(jìn)行二次硫化，由此制造聲透鏡。
在上述的條件下使用過氧化物的硫化方法可以獲得具有足夠的強(qiáng)度和較低的衰減的聲透鏡。通過適當(dāng)?shù)剡x擇硅橡膠和硫化劑，可以降低或減小二次硫化的溫度或時(shí)間，或者省去二次硫化。
下文參考附圖描述使用具有上述組份的超聲探頭。
附圖1所示為在將壓電元件和聲匹配層設(shè)置成一維陣列形式的超聲探頭的透視圖。包括壓電體1和第一和第二電極2和3的壓電元件4附著到背襯材料5。聲匹配層6形成在壓電元件4的超聲發(fā)射/接收表面上。壓電體1被劃分為具有第一和第二電極2和3和聲匹配層6的多個(gè)部分。每個(gè)劃分后的壓電體1呈帶狀，并具有作為第二大面積的表面的超聲發(fā)射/接收表面。每個(gè)壓電體1在附圖1的箭頭A的方向上振動(dòng)。每個(gè)第一電極2形成在超聲發(fā)射/接收表面、一個(gè)側(cè)表面和與壓電體1的超聲發(fā)射/接收表面相對(duì)的一個(gè)表面的一部分上。每個(gè)第二電極3以距離第一電極2預(yù)定的距離地形成在與壓電體1的超聲發(fā)射/接收表面相對(duì)的表面上以與它隔離。
聲透鏡7形成在聲匹配層6上。地電極極板8的每行連接到每個(gè)第一電極2。柔性印刷電路板9的每行例如通過焊接連接到第二電極3。
現(xiàn)在描述具有上述構(gòu)造的超聲探頭的操作。通過在第一和第二電極2和3之間施加電壓使壓電體1諧振從超聲發(fā)射接收表面發(fā)射超聲波。在接收中，通過從超聲發(fā)射/接收表面接收的超聲波振動(dòng)壓電體1，將這種振動(dòng)電轉(zhuǎn)換為信號(hào)，由此獲得了圖像。
下文參考附圖4描述包括上述的超聲探頭的超聲診斷設(shè)備。醫(yī)療超聲診斷設(shè)備(或者超聲圖像檢查設(shè)備)通過給對(duì)象發(fā)射超聲波并從該對(duì)象接收反射信號(hào)(回波信號(hào))來形成要診斷的對(duì)象的圖像，該設(shè)備具有帶有超聲信號(hào)發(fā)射/接收功能的陣列型超聲探頭11。具有先前描述的組份的聲透鏡并入到該超聲探頭11中。超聲探頭11通過電纜12連接到超聲診斷設(shè)備主體13。超聲診斷設(shè)備主體13具有顯示屏14。
在上述的第一實(shí)施例中，聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末。因此，在聲透鏡組份被模制成復(fù)雜的帽狀透鏡形狀時(shí)，不僅可以表現(xiàn)良好的模制特性，而且還可以獲得具有較高的撕裂強(qiáng)度的聲透鏡。同時(shí)，可以獲得具有接近活體的聲阻抗的聲阻抗、較低的衰減率、比在活體中的聲速(大約1,500m/s)更低的聲速和較小FOM值(它是衰減率和聲速的乘積)的聲透鏡。
即，在模制聲透鏡組份時(shí)，氧化鋅的密度高達(dá)大約5.6g/cm3，因此這種氧化鋅粉末可以混入到具有比重量比更低的體積比的硅橡膠中。結(jié)果，氧化鋅粉末容易地混入到硅橡膠中。這使得可以提高模制特性，并且獲得了具有較高的機(jī)械強(qiáng)度比如撕裂強(qiáng)度的聲透鏡，這是由于均勻的分散的結(jié)果。特別是在使用具有200納米或更小的平均顆粒直徑的氧化鋅粉末時(shí)，可以提高混入到硅橡膠的特性。此外，使用其表面涂敷了硅樹脂的氧化鋅粉末可以進(jìn)一步提高混入到硅橡膠中的特性。此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡膠和氧化鋅粉末中時(shí)，聲透鏡的機(jī)械強(qiáng)度比如撕裂強(qiáng)度可以進(jìn)一步增加。
由于具有較高的密度的15至60wt％的氧化鋅粉末包含在硅橡膠中，因此可以獲得具有例如大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗(它接近活體的聲阻抗)、在大約10兆赫茲的頻率下較低的超聲波的衰減率(例如大約12dB或更小)、低于在活體中的聲速(大約1,500m/s)的例如為大約820至980m/s的聲速和例如10,000或更小的較小的FOM值的聲透鏡。
特別是在上述范圍添加時(shí)，氧化鋅粉末實(shí)現(xiàn)了抑制超聲波的衰減的效果，例如在大約10兆赫茲的頻率下降低超聲波的衰減率到大約12dB/mm或更小的效果。本發(fā)明人研究了可以包含在硅橡膠中并具有與氧化鋅的密度相當(dāng)?shù)拿芏鹊腪rO2、Fe2O3和BaSO4的超聲衰減效果。結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些化合物的粉末在抑制超聲波的衰減方面具有非常弱的效果，而唯獨(dú)氧化鋅能夠抑制超聲波的衰減。
也可以獲得適合于將聲阻抗的值設(shè)置在大約1.3至1.7兆雷耳的大約1.4至2.0g/cm3的密度的聲透鏡。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的組份的聲透鏡基礎(chǔ)材料是硅橡膠。這使聲透鏡相對(duì)于一般用作聲耦合凝膠或消毒劑的甘油水溶液、乙醇、橄欖油或蓖麻油具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理特性。此外，聲透鏡具有50°或更大的硬度計(jì)A硬度，因?yàn)樵撏哥R包含了預(yù)定量的氧化鋅粉末。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡膠和氧化鋅粉末中時(shí)，聲透鏡的機(jī)械強(qiáng)度比如撕裂強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高。
這降低了該厚度，增加了超聲發(fā)射/接收靈敏度，以及減小了第一實(shí)施例的聲透鏡的頻率特性的劣化。
還可以增加并入了具有上述的特性的聲透鏡的超聲探頭的超聲圖像的靈敏度和分辨率。
(第二實(shí)施例)根據(jù)第二實(shí)施例的聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
硅橡膠與在第一實(shí)施例中解釋的硅橡膠相同，并且也具有與在第一實(shí)施例相同的作用。
在聲透鏡組份中基于鉑的粉末的含量是10至52wt％。如果基于鉑的粉末的含量小于10wt％，則難以很好地實(shí)現(xiàn)降低具有該組份的聲透鏡的聲速的效果，而且還不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腇OM。此外，由于不能很好地增加密度，因此難以設(shè)定聲透鏡在所需的大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗。如果基于鉑的粉末的含量超過52％，則不僅聲透鏡是聲阻抗可能增加太大，而且還增加了超聲波的衰減率。此外，如果基于鉑的粉末的含量落在上述范圍之外，則具有適當(dāng)?shù)南鹉z硬度的聲透鏡難以獲得。更為可取的是，在聲透鏡組份中基于鉑的粉末的含量為15至47wt％，最為可取的是，為25至47wt％。
基于鉑的粉末優(yōu)選具有200納米或更小的平均顆粒直徑。因?yàn)橄筮@樣細(xì)微的基于鉑的粉末均勻地散布在硅橡膠中，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減，并且進(jìn)一步提高模制特性。更為可取的是，基于鉑的粉末的平均顆粒尺寸為1至100納米，最為可取的是，為10至50納米。特別是在該粉末的下限限制到10納米時(shí)，可以防止自燃，并可以執(zhí)行安全的操作。
基于鉑的粉末的表面允許以硅樹脂涂敷。作為這種硅樹脂，可以使用甲基硅烷、二甲基硅烷等。例如通過如下的方式可以獲得涂敷了硅樹脂的基于鉑的粉末將基于鉑的粉末浸入在硅樹脂的溶液中，從該溶液中提取基于鉑的粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所獲得的涂敷了硅樹脂的基于鉑的粉末容易混入到硅橡膠中，并具有均勻的可分散性。因此，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減并且進(jìn)一步提高模制特性。相對(duì)于基于鉑的粉末，硅樹脂的涂敷量?jī)?yōu)選為1至10wt％。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的聲透鏡組份包含硫化劑。例如，使用基于過氧化物的硫化劑，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷、對(duì)-甲基苯甲酰過氧化物或二叔丁基過氧化物。相對(duì)于在聲透鏡組份中的硅橡膠，基于過氧化物的硫化劑的量?jī)?yōu)選為0.3至2wt％。使用除了基于過氧化物的硫化劑之外的硫化劑也是可以的。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含30wt％或更少的二氧化硅粉末。更為優(yōu)選的是，在聲透鏡組份中二氧化硅粉末的含量為20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均顆粒直徑是50納米或更小，更為可取的是，為20納米或更小。二氧化硅粉末的優(yōu)選實(shí)例是氧相二氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含少量的添加劑，只要具有這種組份的聲透鏡的特性不劣化。添加劑的實(shí)例是氧化鈦、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氧化鋇、有機(jī)填充物和著色劑。如果在聲透鏡組份中的添加劑的量大約為5wt％或更少，這些添加劑基本不降低本發(fā)明的實(shí)施例的效果。
通過與先前描述的第一實(shí)施例相同的方法由根據(jù)第二實(shí)施例的聲透鏡組份制造聲透鏡，但使用從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末替代氧化鋅粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
使用具有上述組份的聲透鏡的超聲探頭和超聲診斷設(shè)備具有與在附圖1和4和第一實(shí)施例中解釋的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。
在上述的第二實(shí)施例中，聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。因此，如第一實(shí)施例一樣，在將聲透鏡組份模制成復(fù)雜的帽狀透鏡形狀時(shí)，不僅可以表現(xiàn)良好的模制特性，而且還可以獲得具有較高的撕裂強(qiáng)度的聲透鏡。同時(shí)，還可以獲得具有如下的優(yōu)良特性以及具有適合于設(shè)定下述的聲阻抗的值的大約1.4至2.0g/cm3的密度的聲透鏡，即大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗(它接近活體的聲阻抗)、在大約10兆赫茲的頻率下較低的超聲波的衰減率(例如大約12dB或更小)、低于在活體中的聲速(大約1,500m/s)的例如大約820至980m/s的聲速和例如10,000或更小的較小FOM值(它是衰減率和聲速的乘積)。
特別是在上述范圍添加時(shí)，基于鉑的粉末，例如具有大約21g/cm3的較高的密度的基于鉑的粉末將聲阻抗設(shè)定在接近活體的聲阻抗的大約1.3至1.7兆雷耳，還實(shí)現(xiàn)了抑制超聲波的衰減的效果。本發(fā)明人研究了可以包含在硅橡膠中并具有與鉑的密度相當(dāng)?shù)拿芏鹊慕鸷玩u粉末的超聲衰減效果。結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些化合物的粉末在抑制超聲波的衰減方面具有非常弱的效果，而唯獨(dú)鉑粉(包括具有氧化表面的鉑粉，等)具有抑制超聲波的衰減的作用。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡膠和基于鉑的粉末中時(shí)，聲透鏡的機(jī)械強(qiáng)度比如撕裂強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高。
因此，在使用第二實(shí)施例的聲透鏡組份時(shí)，可以獲得具有較小厚度、增加了超聲發(fā)射/接收靈敏度和減小了頻率特性的劣化的聲透鏡。
還可以增加并入了具有上述的特性的聲透鏡的超聲探頭的超聲圖像的靈敏度和分辨率。
(第三實(shí)施例)根據(jù)第三實(shí)施例的聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿(Yb2O3)粉末。
硅橡膠與在第一實(shí)施例中解釋的硅橡膠相同，并且也具有與在第一實(shí)施例相同的作用。
在聲透鏡組份中氧化鐿粉末的含量是12至56wt％。如果氧化鐿粉末的含量小于12wt％，則難以很好地實(shí)現(xiàn)降低具有該組份的聲透鏡的聲速的效果，而且還不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腇OM。此外，由于不能很好地增加密度，因此難以設(shè)定聲透鏡在所需的大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗。如果氧化鐿粉末的含量超過56％，則不僅聲透鏡是聲阻抗可能增加太大，而且還增加了超聲波的衰減率。此外，如果氧化鐿粉末的含量落在上述范圍之外，則難以獲得具有適當(dāng)?shù)南鹉z硬度的聲透鏡。更為可取的是，在聲透鏡組份中氧化鐿粉末的含量為17至51wt％，最為可取的是，為27至51wt％。
氧化鐿粉末優(yōu)選具有200納米或更小的平均顆粒直徑。因?yàn)橄筮@樣細(xì)微的氧化鐿粉末均勻地散布在硅橡膠中，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減，并且進(jìn)一步提高模制特性。更為可取的是，氧化鐿粉末的平均顆粒尺寸為1至100納米，最為可取的是，為10至50納米。
氧化鐿粉末的表面可以以硅樹脂涂敷。作為這種硅樹脂，可以使用甲基硅烷、二甲基硅烷等。例如通過如下的方式可以獲得涂敷了硅樹脂的氧化鐿粉末將氧化鐿粉末浸入在硅樹脂的溶液中，從該溶液中提取氧化鐿粉末，以及使所提取的粉末干燥。由此所獲得的涂敷了硅樹脂的氧化鐿粉末容易混入到硅橡膠中，并具有均勻的可分散性。因此，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減并且進(jìn)一步提高模制特性。相對(duì)于氧化鐿粉末，硅樹脂的涂敷量?jī)?yōu)選為1至10wt％。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的聲透鏡組份包含硫化劑。例如，使用基于過氧化物的硫化劑，比如2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷、對(duì)-甲基苯甲酰過氧化物或二叔丁基過氧化物。相對(duì)于在聲透鏡組份中的硅橡膠，基于過氧化物的硫化劑的量?jī)?yōu)選為0.3至2wt％。使用除了基于過氧化物的硫化劑之外的硫化劑也是可以的。
如在第一實(shí)施例中所解釋，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含30wt％或更少的二氧化硅粉末。更為優(yōu)選的是，在聲透鏡組份中二氧化硅粉末的含量為20wt％或更少。
可取的是，二氧化硅粉末的平均顆粒直徑是50納米或更小，更為可取的是，為20納米或更小。二氧化硅粉末的優(yōu)選實(shí)例是氧相二氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的聲透鏡組份允許包含少量的添加劑，只要具有這種組份的聲透鏡的特性不劣化。添加劑的實(shí)例是氧化鈦、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氧化鋇、有機(jī)填料和著色劑。如果在聲透鏡組份中的添加劑的量大約為5wt％或更少，這些添加劑基本不降低本發(fā)明的實(shí)施例的效果。
通過與先前描述的第一實(shí)施例相同的方法由根據(jù)第三實(shí)施例的聲透鏡組份制造聲透鏡，但使用氧化鐿粉末替代氧化鋅粉末。
使用具有上述組份的聲透鏡的超聲探頭和超聲診斷設(shè)備具有與在附圖1和4和第一實(shí)施例中解釋的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。
在上述的第三實(shí)施例中，聲透鏡組份包括40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末。因此，如第一實(shí)施例一樣，在將聲透鏡組份模制成復(fù)雜的帽狀透鏡形狀時(shí)，不僅可以表現(xiàn)良好的模制特性，而且還可以獲得具有較高的撕裂強(qiáng)度的聲透鏡。同時(shí)，還可以獲得具有如下的優(yōu)良特性以及具有適合于設(shè)定下述的聲阻抗的值的大約1.4至2.0g/cm3的密度的聲透鏡，即大約1.3至1.7兆雷耳的聲阻抗(它接近活體的聲阻抗)、在大約10兆赫茲的頻率下較低的超聲波的衰減率(例如大約12dB或更小)、低于在活體中的聲速(大約1,500m/s)的例如大約820至980m/s的聲速和例如10,000或更小的較小的FOM值(它是衰減率和聲速的乘積)。
特別是在上述范圍添加時(shí)，氧化鐿粉末，例如具有大約9.0g/cm3的較高的密度的氧化鐿粉末將聲阻抗設(shè)定在接近活體的聲阻抗的大約1.3至1.7兆雷耳，還實(shí)現(xiàn)了抑制超聲波的衰減的效果。本發(fā)明人研究了可以包含在硅橡膠中并具有與鉑的密度相當(dāng)?shù)拿芏鹊难趸搴脱趸G粉末的超聲衰減效果。結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些化合物的粉末在抑制超聲波的衰減方面具有非常弱的效果，而唯獨(dú)氧化鐿粉末具有抑制超聲波的衰減的作用。
此外，在30wt％或更少的二氧化硅粉末包含在硅橡膠和氧化鐿粉末中時(shí)，聲透鏡的機(jī)械強(qiáng)度比如撕裂強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高。
因此，在使用第三實(shí)施例的聲透鏡組份時(shí)，可以獲得具有較小厚度、增加了超聲發(fā)射/接收靈敏度和減小了頻率特性的劣化的聲透鏡。
還可以增加并入了具有上述的特性的聲透鏡的超聲探頭的超聲圖像的靈敏度和分辨率。
注意，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，從包括硅橡膠和從包括下面組份的組中選擇的兩種或更多種類型的粉末的聲透鏡組份中可以制造聲透鏡氧化鋅粉末、從至少在表面上具有氧化鉑的鉑粉和氧化鉑粉末中選擇至少一種粉末和氧化鐿粉末。在本實(shí)施例中，每種粉末在上述的范圍內(nèi)混合在硅橡膠內(nèi)。
下文通過它的實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
(實(shí)例1)首先，具有30納米的平均顆粒直徑的氧化鋅(ZnO)粉末置于在200℃下的恒溫槽中并干燥2小時(shí)以蒸發(fā)附著的水分等。
通過稱量材料比如作為底膠的硅橡膠的量是0.60份重量和ZnO粉末的量是0.40份重量來制備基于橡膠的組份。這種基于橡膠組份通過使用兩級(jí)輾軋進(jìn)行很好地捏合。隨后，將作為硫化劑的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷添加到基于橡膠的組份中以使硫化劑含量相對(duì)于在基于橡膠的組份中的硅橡膠是1.0wt％，并進(jìn)一步捏合所得的聲透鏡組份。此后，在170℃的溫度下對(duì)捏合的聲透鏡組份硫化模制15分鐘以形成用于評(píng)估的30×30×1mm3的方形橡膠板。此外，通過硫化模制在相同的條件下使用相同的捏合的聲透鏡組份以形成如附圖2中所示的空的橡膠帽10。在干燥器中在200℃下對(duì)這些硫化的模制的產(chǎn)品進(jìn)行二次硫化4小時(shí)。
(實(shí)例2-5)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例1中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的四種類型的基于橡膠的組份之外。作為實(shí)例2使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末制備。作為實(shí)例3使用的基于橡膠的組份通過以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末制備。作為實(shí)例4使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡膠、具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例5使用的基于橡膠的組份通過以0.48∶0.42∶0.1的重量比混合的硅橡膠、具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。
(比較實(shí)例1&2)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例1中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的兩種類型的基于橡膠的組份之外。作為比較實(shí)例1使用的基于橡膠的組份通過以0.9∶0.1的重量比混合的硅橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末制備。作為比較實(shí)例2使用的基于橡膠的組份通過以0.38∶0.62的重量比混合的硅橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末制備。
(比較實(shí)例3-8)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例1中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的六種類型的基于橡膠的組份之外。作為比較實(shí)例3使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡膠和具有16納米的平均顆粒直徑的SiO2粉末制備。作為比較實(shí)例4使用的基于橡膠的組份通過以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡膠和具有100納米的平均顆粒直徑的氧化鈦(TiO2)粉末制備。作為比較實(shí)例5使用的基于橡膠的組份通過以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡膠和具有500納米的平均顆粒直徑的氧化鋁(Al2O3)粉末制備。作為比較實(shí)例6使用的基于橡膠的組份通過以0.48∶0.48∶0.04的重量比混合的硅橡膠、丁二烯橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的ZnO粉末制備。作為比較實(shí)例7使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡膠和具有200納米的平均顆粒直徑的氧化鋯(ZrO2)粉末制備。作為比較實(shí)例8使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.5的重量比混合的硅橡膠和具有30納米的平均顆粒直徑的硫酸鋇(BaSO4)粉末制備。
在實(shí)例1至5和比較實(shí)例1至8中獲得的評(píng)估橡膠板用于獲得該密度、縱向波聲速、聲阻抗、衰減率和FOM值。此外，這些實(shí)例和比較實(shí)例的空橡膠帽用于獲得模制廢品率。結(jié)果在下表1中示出。
通過測(cè)量評(píng)估橡膠板的重量和使用游標(biāo)卡尺也測(cè)量它的體積獲得密度。
評(píng)估橡膠板的衰減率和聲速通過水下方法使用10-兆赫茲測(cè)量超聲探頭來測(cè)量。這些測(cè)量在37℃的水溫下完成。FOM值(聲速×衰減率)從所測(cè)量的聲速和衰減率中獲得。
聲阻抗作為所獲得的聲速和密度的乘積中計(jì)算。
透鏡模制特性通過模制20個(gè)空的橡膠帽并觀測(cè)裂紋和氣孔作為模制廢品率(％)評(píng)估。
表1

如表1所示，具有包含40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的ZnO粉末的聲透鏡組份的實(shí)例1至5的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有接近于活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的1.370至1.569兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，可以減小在活體中的反射。此外，實(shí)例1至5中的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有1,000m/s或更小的縱向波聲速、在10兆赫茲的頻率下11dB/mm的衰減率和9,500或更小的FOM值。因此，在形成聲透鏡時(shí)可以減小超聲波的衰減，因此可以制造較高的靈敏度的超聲探頭。在實(shí)例1至5的硫化的模制的產(chǎn)品中，由于在通過使用聲透鏡組份模制帽狀的聲透鏡的所有的時(shí)候都沒有產(chǎn)生模制缺陷，因此生產(chǎn)合格率較高。
通過對(duì)比，具有其中硅橡膠和ZnO粉末以0.9∶0.1混合(即ZnO粉末的含量小于本發(fā)明的ZnO粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例1的硫化的模制的產(chǎn)品具有與活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)相差較大的1.100兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，在活體中發(fā)生了反射。
具有其中硅橡膠和ZnO粉末以0.38∶0.62混合(即ZnO粉末的含量大于本發(fā)明的ZnO粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例2的硫化的模制的產(chǎn)品具有13.5dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是10％，表明較低的生產(chǎn)合格率。
具有其中硅橡膠和SiO2粉末以0.5∶0.5混合以使聲阻抗是1.416兆雷耳(即接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳))的聲透鏡組份的比較實(shí)例3的硫化的模制的產(chǎn)品具有10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是30％，即，生產(chǎn)合格率非常低。
具有其中硅橡膠和TiO2粉末以0.45∶0.55混合的聲透鏡組份的比較實(shí)例4的硫化的模制的產(chǎn)品和具有其中硅橡膠和Al2O3粉末以0.45∶0.55混合以使聲阻抗是接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的聲透鏡組份的比較實(shí)例5的硫化的模制的產(chǎn)品具有10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是20％和15％，表明非常低的生產(chǎn)合格率。
具有其中硅橡膠、丁二烯橡膠和ZnO粉末以0.48∶0.48∶0.04混合的聲透鏡組份的比較實(shí)例6的硫化的模制的產(chǎn)品具有與活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)相差較大的1.210兆雷耳的聲阻抗和60％的模制的廢品率，即非常低的生產(chǎn)合格率。此外，這種硫化的模制的產(chǎn)品在蓖麻油或橄欖油中的可溶解性方面比實(shí)例1至5質(zhì)量更差，因此不具有聲透鏡的實(shí)際使用價(jià)值。
具有其中硅橡膠和與ZnO的密度相等的ZrO2粉末以0.5∶0.5混合以使聲阻抗是接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的聲透鏡組份的比較實(shí)例7的硫化的模制的產(chǎn)品具有17dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。
具有其中硅橡膠和與ZnO的密度相等的BaSO4粉末以0.5∶0.5混合以使聲阻抗是接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的聲透鏡組份的比較實(shí)例8的硫化的模制的產(chǎn)品具有15dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是10％，表明較低的生產(chǎn)合格率。
注意，在使用包含在實(shí)例1中的硅橡膠和ZnO粉末的聲透鏡組份和包含在比較實(shí)例3中的硅橡膠和SiO2粉末的聲透鏡組份制造具有15mm的焦點(diǎn)的10兆赫茲的聲透鏡時(shí)，實(shí)例1的聲透鏡的厚度比比較實(shí)例3的聲透鏡的厚度小大約15％。這使在聲透鏡之間的最終的衰減差值為4dB/mm或更大。因此，通過使用實(shí)例1的基于橡膠的組份可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的超聲探頭。
還要注意，在制造具有80mm的焦點(diǎn)的3兆赫茲的低頻聲透鏡時(shí)，實(shí)例1的聲透鏡的厚度比比較實(shí)例3的聲透鏡的厚度小大約25％。這使在聲透鏡之間的最終的衰減差值為3dB/mm或更大。因此，通過使用實(shí)例1的基于橡膠的組份可以提高12兆赫茲的超聲探頭的性能。
(實(shí)例6)首先，具有15納米的平均顆粒直徑的鉑(Pt)粉末置于在200℃下的恒溫槽中并干燥2小時(shí)以蒸發(fā)附著的水分等。
通過稱量材料比如作為底膠的硅橡膠的量是0.65份重量和Pt粉末的量是0.35份重量來制備基于橡膠的組份。這種基于橡膠組份通過使用兩級(jí)輾軋進(jìn)行很好地捏合。隨后，將作為硫化劑的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷添加到基于橡膠的組份中以使硫化劑含量相對(duì)于在基于橡膠的組份中的硅橡膠是1.0wt％，并進(jìn)一步捏合所得的聲透鏡組份。此后，在170℃的溫度下對(duì)捏合的聲透鏡組份硫化模制15分鐘以形成用于評(píng)估的30×30×1mm3的方形橡膠板。此外，通過硫化模制在相同的條件下使用相同的捏合的聲透鏡組份以形成如附圖2中所示的空的橡膠帽10。在干燥器中在200℃下對(duì)這些硫化的模制的產(chǎn)品進(jìn)行二次硫化4小時(shí)。
(實(shí)例7-14)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例6中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的八種類型的基于橡膠的組份之外。作為實(shí)例7使用的基于橡膠的組份通過以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡膠和具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。作為實(shí)例8使用的基于橡膠的組份通過以0.48∶0.52的重量比混合的硅橡膠和具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。作為實(shí)例9使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡膠、具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例10使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.3∶0.2的重量比混合的硅橡膠、具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例11使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.2∶0.3的重量比混合的硅橡膠、具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例12使用的基于橡膠的組份通過以0.55∶0.15∶0.3的重量比混合的硅橡膠、具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例13使用的基于橡膠的組份通過以0.65∶0.35的重量比混合的硅橡膠和具有50納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。作為實(shí)例14使用的基于橡膠的組份通過以0.65∶0.35的重量比混合的硅橡膠和具有200納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。
(比較實(shí)例9&10)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例6中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的兩種類型的基于橡膠的組份之外。作為比較實(shí)例9使用的基于橡膠的組份通過以0.92∶0.08的重量比混合的硅橡膠和具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。作為比較實(shí)例10使用的基于橡膠的組份通過以0.4∶0.6的重量比混合的硅橡膠和具有15納米的平均顆粒直徑的Pt粉末制備。
(比較實(shí)例11)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例6中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用其中硅橡膠和具有200納米的平均顆粒直徑的金(Au)粉末以0.5∶0.5的重量比混合的基于橡膠的組份之外。
在實(shí)例6至14和比較實(shí)例9至11中獲得的評(píng)估橡膠板用于按照在實(shí)例1中相同的過程獲得該密度、縱向波聲速、聲阻抗、衰減率和FOM值。此外，實(shí)例6至14和比較實(shí)例9至11的空橡膠帽用于以與實(shí)例1相同的方式獲得模制廢品率。結(jié)果在下表2中示出。
表2

如表2所示，具有包含40wt％或更多的硅橡膠和10至52wt％的Pt粉末的聲透鏡組份的實(shí)例6至14的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有接近于活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的1.350至1.626兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，可以減小在活體中的反射。此外，實(shí)例6至14中的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有1,000m/s或更小的縱向波聲速、在10兆赫茲的頻率下11.4dB/mm的衰減率和9,700或更小的FOM值。因此，在形成聲透鏡時(shí)可以減小超聲波的衰減，因此可以制造較高的靈敏度的超聲探頭。在實(shí)例6至10、13和14的硫化的模制的產(chǎn)品中，由于在通過使用聲透鏡組份模制帽狀的聲透鏡的所有的時(shí)候都沒有產(chǎn)生模制缺陷，因此生產(chǎn)合格率較高。在使用其中混合30wt％的SiO2粉末的實(shí)例11和12的硫化的模制的產(chǎn)品時(shí)，模制的廢品率是5％，即生產(chǎn)的合格率稍低。然而，總的聲透鏡特征很好。
在具有相同的組份但使用并且不同的平均顆粒直徑的Pt粉末的實(shí)例6、13和14的硫化的模制的產(chǎn)品中，隨著平均顆粒直徑增加，聲速稍微降低，并且FOM值增加，但密度仍然保持不變。即，F(xiàn)OM值可以通過降低Pt粉末的顆粒直徑而降低。
通過對(duì)比，具有其中硅橡膠和ZnO粉末以0.92∶0.08混合(即Pt粉末的含量小于本發(fā)明的Pt粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例9的硫化的模制的產(chǎn)品具有與活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)相差較大的1.072兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，在活體中發(fā)生了反射。
具有其中硅橡膠和Pt粉末以0.4∶0.6混合(即Pt粉末的含量大于本發(fā)明的Pt粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例10的硫化的模制的產(chǎn)品具有16.0dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是5％，即，生產(chǎn)合格率也稍微降低。
具有其中硅橡膠和密度等于Pt的Au粉末以0.5∶0.5混合以使聲阻抗接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的聲透鏡組份的比較實(shí)例11的硫化的模制的產(chǎn)品具有25dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。
(實(shí)例15)首先，具有25納米的平均顆粒直徑的氧化鐿(Yb2O3)粉末置于在200℃下的恒溫槽中并干燥2小時(shí)以蒸發(fā)附著的水分等。
通過稱量材料比如作為底膠的硅橡膠的量是0.65份重量和氧化鐿粉末的量是0.35份重量來制備基于橡膠的組份。這種基于橡膠組份通過使用兩級(jí)輾軋進(jìn)行很好地捏合。隨后，將作為硫化劑的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷添加到基于橡膠的組份中以使硫化劑含量相對(duì)于在基于橡膠的組份中的硅橡膠是1.0wt％，并進(jìn)一步捏合所得的聲透鏡組份。此后，在170℃的溫度下對(duì)捏合的聲透鏡組份硫化模制15分鐘以形成用于評(píng)估的30×30×1mm3的方形橡膠板。此外，通過硫化模制在相同的條件下使用相同的捏合的聲透鏡組份以形成如附圖2中所示的空的橡膠帽10。在干燥器中在200℃下對(duì)這些硫化的模制的產(chǎn)品進(jìn)行二次硫化4小時(shí)。
(實(shí)例16-22)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例15中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的七種類型的基于橡膠的組份之外。作為實(shí)例16使用的基于橡膠的組份通過以0.6∶0.4的重量比混合的硅橡膠和具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末制備。作為實(shí)例17使用的基于橡膠的組份通過以0.45∶0.55的重量比混合的硅橡膠和具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末制備。作為實(shí)例18使用的基于橡膠的組份通過以0.55∶0.4∶0.05的重量比混合的硅橡膠、具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末和具有19納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例19使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡膠、具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例20使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.3∶0.2的重量比混合的硅橡膠、具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例21使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.2∶0.3的重量比混合的硅橡膠、具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。作為實(shí)例22使用的基于橡膠的組份通過以0.5∶0.4∶0.1的重量比混合的硅橡膠、具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末和具有16納米的平均顆粒直徑的二氧化硅(SiO2)粉末制備。
(比較實(shí)例12&13)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例15中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的兩種類型的基于橡膠的組份之外。作為比較實(shí)例12使用的基于橡膠的組份通過以0.92∶0.08的重量比混合的硅橡膠和具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末制備。作為比較實(shí)例13使用的基于橡膠的組份通過以0.35∶0.65的重量比混合的硅橡膠和具有25納米的平均顆粒直徑的Yb2O3粉末制備。
(比較實(shí)例14&15)已經(jīng)進(jìn)行了二次硫化作用的硫化的模制的產(chǎn)品(評(píng)估橡膠板和空的橡膠帽)按照與實(shí)例15中相同的過程進(jìn)行制造，但除了使用下述的兩種類型的基于橡膠的組份之外。作為比較實(shí)例14使用的基于橡膠的組份通過以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡膠和具有25納米的平均顆粒直徑的氧化镥(Lu2O3)粉末制備。作為比較實(shí)例15使用的基于橡膠的組份通過以0.55∶0.45的重量比混合的硅橡膠和具有300納米的平均顆粒直徑的氧化鉍(Bi2O3)粉末制備。
在實(shí)例15至22和比較實(shí)例12至15中獲得的評(píng)估橡膠板用于按照在實(shí)例1中相同的過程獲得該密度、縱向波聲速、聲阻抗、衰減率和FOM值。此外，這些實(shí)例15至22和比較實(shí)例12至15的空橡膠帽用于以與實(shí)例1相同的方式獲得模制廢品率。結(jié)果在下表3中示出。
表3

如表3所示，具有包含40wt％或更多的硅橡膠和12至56wt％的Yb2O3粉末的聲透鏡組份的實(shí)例15至22的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有接近于活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的1.371至1.648兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，可以減小在活體中的反射。此外，實(shí)例15至22中的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有1,000m/s或更小的縱向波聲速、在10兆赫茲的頻率下11.4dB/mm的衰減率和9,600或更小的FOM值。因此，在形成聲透鏡時(shí)可以減小超聲的衰減，因此可以制造較高的靈敏度的超聲探頭。特別是，使用其表面涂敷硅樹脂的Yb2O3粉末的實(shí)例22的硫化的模制的產(chǎn)品與采用相同的組份的實(shí)例19的硫化的模制的產(chǎn)品具有相同的密度和聲速，但是具有較低的衰減率和更小的FOM值。此外，在實(shí)例15至22的硫化的模制的產(chǎn)品中，由于在通過使用聲透鏡組份模制帽狀的聲透鏡的所有的時(shí)候都沒有產(chǎn)生模制缺陷，因此生產(chǎn)合格率也較高。
通過對(duì)比，具有其中硅橡膠和Yb2O3粉末以0.92∶0.08混合(即Yb2O3粉末的含量小于本發(fā)明的Yb2O3粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例12的硫化的模制的產(chǎn)品具有與活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)相差較大的1.077兆雷耳的聲阻抗。因此，在形成聲透鏡時(shí)，在活體中發(fā)生了反射。
具有其中硅橡膠和Yb2O3粉末以0.35∶0.65混合(即Yb2O3粉末的含量大于本發(fā)明的Yb2O3粉末的含量)的聲透鏡組份的比較實(shí)例13的硫化的模制的產(chǎn)品具有14.5dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。此外，模制的廢品率是10％，即，生產(chǎn)合格率也較低。
具有其中硅橡膠和密度等于Yb2O3的Lu2O3和Bi2O3粉末分別以0.5∶0.5混合以使聲阻抗接近活體的聲阻抗(1.53兆雷耳)的聲透鏡組份的比較實(shí)例14和15的硫化的模制的產(chǎn)品分別具有12和14dB/mm的較高的衰減率和10,000或更大的大FOM值。
(實(shí)例23)首先，具有30納米的平均顆粒直徑的氧化鋅(ZmO)粉末、具有15納米的平均顆粒直徑的鉑(Pt)粉末和具有25納米的平均顆粒直徑的氧化鐿(Yb2O3)粉末置于在200℃下的恒溫槽中并干燥2小時(shí)以蒸發(fā)附著的水分等。
通過稱量材料比如作為底膠的硅橡膠的量是50wt％和ZnO粉末、Pt粉末、Yb2O3粉末和SiO2粉末的量分別是15、15、15和5wt％來制備基于橡膠的組份。這種基于橡膠組份通過使用兩級(jí)輾軋進(jìn)行很好地捏合。隨后，將作為硫化劑的2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷添加到基于橡膠的組份中以使硫化劑含量相對(duì)于在基于橡膠的組份中的硅橡膠是1.0wt％，并進(jìn)一步捏合所得的聲透鏡組份。此后，在170℃的溫度下對(duì)捏合的聲透鏡組份硫化模制15分鐘以形成用于評(píng)估的30×30×1mm3的方形橡膠板。此外，通過硫化模制在相同的條件下使用相同的捏合的聲透鏡組份以形成如附圖2中所示的空的橡膠帽10。在干燥器中在200℃下對(duì)這些硫化的模制的產(chǎn)品進(jìn)行二次硫化4小時(shí)。
在實(shí)例23中獲得的評(píng)估橡膠板用于通過與在實(shí)例1中相同的過程獲得該密度、縱向波聲速、聲阻抗、衰減率和FOM值。此外，以與實(shí)例1相同的方式使用空橡膠帽來獲得模制廢品率。
結(jié)果，密度是1.75g/cm3，縱向波聲速是890m/s，聲阻抗是1.554兆雷耳，衰減率是10.2dB/mm，以及FOM值是9,078。因此在形成聲透鏡時(shí)，可以減小了在活體中的反射，因此可以降低衰減。因此，可以制造高靈敏度的超聲探頭。此外，模制廢品率是0％，表明較高的生產(chǎn)合格率。
附圖3所示為在上述的實(shí)例1至23的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品的10兆赫茲下在聲阻抗和FOM值之間的關(guān)系。從附圖3中可以清楚地看到，實(shí)例1至23的硫化的模制的每個(gè)產(chǎn)品具有接近于活體的聲阻抗的聲阻抗和作為聲速和衰減率的乘積的較小的FOM值，即每個(gè)硫化的模制的產(chǎn)品在聲透鏡所要求的總的特征方面比較優(yōu)良。
對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說容易理解其它的優(yōu)點(diǎn)并做出改進(jìn)。因此，從廣義上講本發(fā)明并不限于在此所示并描述的特定的細(xì)節(jié)和有代表性的實(shí)施例。因此，在不脫離附加的權(quán)利要求及其等同物所界定的一般性發(fā)明原理的精神和范圍的前提下可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種聲透鏡組份，包含不少于40wt％的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組份，其中氧化鋅粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組份，其中氧化鋅粉末的表面涂敷有硅樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組份，進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
5.一種聲透鏡組份，包括不少于40wt％的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇出的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組份，其中基于鉑的粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組份，其中基于鉑的粉末的表面涂敷有硅樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組份，進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
9.一種聲透鏡組份，包含不少于40wt％的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組份，其中氧化鐿粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組份，其中氧化鐿粉末的表面涂敷有硅樹脂。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組份，進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
13.一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包含不少于40wt％的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是液體硅橡膠。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是可軋的硅橡膠。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探頭，其中在聲透鏡中的氧化鋅粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探頭，其中在聲透鏡中的氧化鋅粉末的表面涂敷有硅樹脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探頭，其中聲透鏡進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
19.一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包含不少于40wt％的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇出的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是液體硅橡膠。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是可軋的硅橡膠。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的探頭，其中在聲透鏡中的基于鉑的粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的探頭，其中在聲透鏡中的基于鉑的粉末的表面涂敷有硅樹脂。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的探頭，其中聲透鏡進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
25.一種超聲探頭，包括背襯材料；形成在背襯材料上的壓電元件，該壓電元件具有壓電體和形成在面對(duì)著背襯材料的壓電體第一表面上和在與第一表面相對(duì)的壓電體第二表面上的一對(duì)電極；形成在壓電元件的電極表面上的聲匹配層；和形成在聲匹配層上的聲透鏡，該聲透鏡包含不少于40wt％的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是液體硅橡膠。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探頭，其中在聲透鏡中的硅橡膠是可軋的硅橡膠。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探頭，其中在聲透鏡中的氧化鐿粉末具有不超過200納米的平均顆粒直徑。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探頭，其中在聲透鏡中的氧化鐿粉末的表面涂敷有硅樹脂。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探頭，其中聲透鏡進(jìn)一步包含不超過30wt％的二氧化硅粉末。
31.一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包含不少于40wt％的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。
32.一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包括不少于40wt％的硅橡膠和10至52wt％的從下面的組中選擇的至少一種基于鉑的粉末鉑粉末、在至少一個(gè)表面上具有氧化鉑的鉑粉末和氧化鉑粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。
33.一種超聲診斷設(shè)備，包括具有經(jīng)由聲匹配層形成在壓電元件上的聲透鏡的超聲探頭，該聲透鏡包含不少于40wt％的硅橡膠和12至56wt％的氧化鐿粉末；具有屏幕的超聲診斷設(shè)備主體；和連接超聲探頭和超聲診斷設(shè)備主體的電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括40wt％或更多的硅橡膠和15至60wt％的氧化鋅粉末的聲透鏡組份，這種聲透鏡組份能夠抑制超聲衰減并具有優(yōu)良的模制特性。
文檔編號(hào)C08K3/22GK1618879SQ20041008316
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者山下洋八, 細(xì)野靖晴, 四方浩之, 武內(nèi)俊, 牧田裕久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝