專利名稱：超聲掃描探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種掃描裝置，特別涉及一種醫(yī)學(xué)超聲掃描探頭裝置。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)械掃描式B超儀中，掃描是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓電換能器的往復(fù)旋轉(zhuǎn)
實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械探頭中通常只有一片單元式的圓盤形壓電換能器，并且由一驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)使換能器繞某一軸線往返擺動(dòng)或繞軸旋轉(zhuǎn)。由此換能器所發(fā)射和接收
的超聲波束按一定規(guī)則掃查過一個(gè)平面，使得B超儀顯示截面的二維灰階聲 像圖。但是，由于被探測組織和探頭之間的多次反射回波，使超聲成像中會(huì) 產(chǎn)生混響偽像，容易造成超聲診斷、檢測中的錯(cuò)誤判斷?；祉憘蜗袷怯捎诔?聲回波在換能器表面發(fā)生反射再次進(jìn)入人體組織，而在第一個(gè)回波的整數(shù)倍 深度處產(chǎn)生新的回波，與深層組織的第一次回波幅值相當(dāng)，難以直觀區(qū)分， 產(chǎn)生重影，不能真實(shí)反映人體組織結(jié)構(gòu)。在利用超聲進(jìn)行生物測量的場合， 尤其測量大界面組織中，這種混響偽像會(huì)干擾組織的真實(shí)回波，二者很難區(qū) 分，使得自動(dòng)測量不能進(jìn)行，或者誤差過大而失去實(shí)用價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對現(xiàn)有超聲成像存在混響偽像容易造成超聲診斷、檢測 中的錯(cuò)誤判斷問題，提出了一種超聲掃描探頭，能夠克服現(xiàn)有的單換能器掃 描探頭產(chǎn)生混響偽像的不足，進(jìn)行二維超聲掃描，而且能方便地消除多次反 射產(chǎn)生的偽像，改善超聲生物測量的準(zhǔn)確性以及超聲成像的質(zhì)量。此外在現(xiàn) 有探頭的基礎(chǔ)上增加一只電機(jī)還可進(jìn)行三維掃描。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機(jī)、
傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、換能器座和超聲換能器，電機(jī)固定在探頭固定架上，電 機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)換能器座運(yùn)動(dòng)，超聲換能器固定 在換能器座上，所述換能器座上安裝兩個(gè)固定在同一掃描平面上不同發(fā)射距 離的換能器，并分別配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路。所述電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)傳 動(dòng)齒輪，所述的兩個(gè)換能器以所述換能器座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為圓心，徑向相差恒 定距離，角度相差為換能器步進(jìn)角度的整數(shù)倍。所述電機(jī)帶動(dòng)直線傳動(dòng)齒輪， 所述的兩個(gè)換能器在換能器座的移動(dòng)方向上相差距離為換能器座步進(jìn)距離的 整數(shù)倍，在掃描方向上相差恒定距離。
一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、換能 器座和超聲換能器，電機(jī)固定在探頭固定架上，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒 輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)換能器座運(yùn)動(dòng)，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在 于所述換能器座上安裝單個(gè)換能器，單個(gè)換能器上裝有兩塊晶片，兩塊晶片 分別配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路，發(fā)射距離上相差恒定距離，互相不接 觸，構(gòu)成分割式換能器。所述兩塊晶片為兩獨(dú)立同心的半圓晶片，分列兩邊， 構(gòu)成一圓形換能器。所述兩塊晶片為兩獨(dú)立同心的圓形晶片，嵌套構(gòu)成一圓 形換能器。
一種超聲掃描探頭，包括移動(dòng)電機(jī)、齒輪、換能器座和超聲換能器，移 動(dòng)電機(jī)安裝在換能器座上，電機(jī)帶動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)超聲換能器運(yùn)動(dòng)，換能器配 有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型可以發(fā)揮機(jī)械掃描探頭，其探 頭機(jī)構(gòu)體積小，掃描范圍大的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)能夠有效地消除混響偽像，改善生
物測量的準(zhǔn)確性以及超聲成像的質(zhì)量。

圖1是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中雙換能器分別掃描同一待測器官的示意圖; 圖2是本實(shí)用新型超聲掃描探頭掃描波形及經(jīng)過處理的射頻信號示意圖； 圖3是本實(shí)用新型超聲掃描探頭的電路原理框圖4是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中扇形掃描探頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖5是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中扇形掃描探頭實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖6是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中與掃描波形對應(yīng)的掃描探頭位置示意圖7是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中直線掃描探頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖8是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中只帶一個(gè)超聲換能器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖9是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中同心半圓超聲掃描探頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意
圖10是本實(shí)用新型超聲掃描探頭中同心超聲掃描探頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是本實(shí)用新型超聲掃描探頭掃描波形及經(jīng)過處理的波形原理圖。
具體實(shí)施方式
圖中附圖標(biāo)記為，l.換能器l， 2.換能器2， 3.待測器官，4.驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 5.探頭固定架，6.接線電路板，7.電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，8.傳動(dòng)齒輪，9.換能器齒 輪，10.換能器座，11.轉(zhuǎn)動(dòng)軸，12.換能器A的信號線，13.換能器B的信號 線，14.電機(jī)控制線，15.滑動(dòng)槽，16.限位螺母，17.換能器移動(dòng)電機(jī)，18.換 能器位移齒輪，19.晶片
超聲掃描探頭工作原理在探頭固定架上，電機(jī)通過齒輪，驅(qū)動(dòng)換能器 座，換能器座的兩臂上各固定一個(gè)超聲換能器，換能器2的焦距比換能器1 的焦距大h/2，其余特性一致，兩個(gè)換能器在同一掃描平面上，但不同的距離
上，作同步掃描運(yùn)動(dòng)。兩換能器分別引線，由兩組獨(dú)立的電路進(jìn)行激勵(lì)與回 波接收，得到掃描平面的圖像。在掃描過程中，不同距離上的兩個(gè)換能器， 如圖1所示兩換能器分別掃描同一待測器官的示意圖，換能器1與換能器2
相差h/2的距離，分別掃描同一待測器官，得到兩組回波。由于混響偽像是
由于超聲回波在換能器表面反射再次進(jìn)入人體組織，在第一次回波，即反映
目標(biāo)真實(shí)位置信息的回波的整數(shù)倍深度處產(chǎn)生新的回波。圖2為超聲回波的 時(shí)間一幅度坐標(biāo)。設(shè)超聲的傳播速度為c，如圖2(a)所示，換能器l在發(fā)射 后的d/c時(shí)間處產(chǎn)生第一次回波，在第一次回波后d/c時(shí)間處產(chǎn)生第二次回 波，即偽像。如圖2(b)所示，換能器2在發(fā)射后的(d+h)/c時(shí)間處產(chǎn)生第一 次回波，在第一次回波后(d+h) /c時(shí)間處產(chǎn)生第二次回波，即偽像。對A、 B兩組回波作后期處理，如圖2(c)所示，將換能器1得到的回波延時(shí)h/c時(shí) 間，這樣換能器l、 2得到的第一次回波能夠在時(shí)間軸上對齊，它們的二次回 波將會(huì)由于h/c的時(shí)間差而錯(cuò)開。因此將延時(shí)后換能器1得到的回波與換能 器2得到的回波作處理后，如圖2(d)所示， 一次回波得到增強(qiáng)，而二次回波 得到削弱，達(dá)到消除混響偽像的目的。
在圖3所示超聲掃描探頭的電路原理框圖中，整個(gè)超聲掃描電路由電機(jī) 控制部分，超聲換能器l的發(fā)射部分Tx-A、接收部分Rx-A，超聲換能器2的 發(fā)射部分Tx-A、接收部分Rx-B，后期信號處理部分組成。電機(jī)控制部分，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)，換能器座10每轉(zhuǎn)過一步，換能器l、換能器2分別由驅(qū)動(dòng)電 路作一次發(fā)射脈沖與接收回波，直至電機(jī)完成一次掃描周期，得到換能器l、 換能器2兩組波形。然后將兩組波形作后期信號處理，以消除混響偽像。
如圖4、圖5所示的實(shí)施例，超聲探頭作扇形掃描，固定在探頭架5上的
電機(jī)4，通過齒輪組7、 8、 9驅(qū)動(dòng)，換能器座10圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸11作90°的扇形 往復(fù)擺動(dòng)，安裝在換能器座10上的換能器1和換能器2作同步扇形掃描，連 接兩換能器的信號傳輸線12、 13，用來傳輸發(fā)射脈沖與回波信號。兩換能器 角度的差值a為換能器步進(jìn)角度的整數(shù)倍。如圖6(a)所示，當(dāng)換能器座10轉(zhuǎn) 到a位置時(shí)，兩換能器得到la、 2a波形，如圖6(b)所示，當(dāng)換能器座10轉(zhuǎn)到 b位置時(shí)，兩換能器得到lb、 2b波形。如圖6(c)所示，由于波形lb、厶是在同 一方向上不同距離上所采集的波形，根據(jù)兩換能器的角度差值a，將相應(yīng)的 波形lb、 2a歸為一組，進(jìn)行延時(shí)與處理，以消除這一方向上的混響偽像。
如圖7所示的實(shí)施例，超聲探頭作直線掃描，由電機(jī)4驅(qū)動(dòng)的換能器齒 輪9，帶動(dòng)換能器座10在滑動(dòng)槽上由限位螺母16限制作直線運(yùn)動(dòng)，安裝在換 能器座10上的換能器1和換能器2作同步水平掃描。兩換能器在換能器座移 動(dòng)方向上距離相差a，為換能器步進(jìn)距離的整數(shù)倍，垂直距離相差h/2。將兩 換能器得到的波形根據(jù)水平距離差值a作相應(yīng)的平移，使得不同發(fā)射距離對 于同一目標(biāo)點(diǎn)所得到的波形對齊成組，然后將成組的波形根據(jù)垂直距離h/2 作延時(shí)，進(jìn)行處理，以消除混響偽像。
如圖8所示的實(shí)施例，以一個(gè)超聲換能器完成兩個(gè)不同掃描距離換能器 的掃描。在超聲探頭掃描過程中，換能器座10每步進(jìn)一步，換能器l由驅(qū)動(dòng) 電路發(fā)射脈沖信號并接收回波信號，然后由換能器移動(dòng)電機(jī)17驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)齒 輪18將換能器沿著掃描方向移動(dòng)h/2，再由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)射脈沖信號并接 收回波信號，接著電機(jī)驅(qū)動(dòng)換能器沿著掃描方向位移h/2，恢復(fù)至初始狀態(tài)位 置，最后換能器座10步進(jìn)至下一個(gè)掃描點(diǎn)。這樣在同一個(gè)掃描點(diǎn)上，能夠得 到兩組不同發(fā)射距離的回波。經(jīng)過后期信號處理，能夠消除混響偽像。
如圖9所示的同心半圓超聲掃描探頭實(shí)施例，改造單換能器結(jié)構(gòu)以達(dá)到 雙換能器掃描功能。單換能器上兩塊獨(dú)立的晶片的換能器裝在同一個(gè)換能器
座10上，兩塊同心的晶片19，分列兩邊，高度相差h/2。當(dāng)換能器座10每 步進(jìn)一步，兩半圓晶片分別由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)射脈沖信號并接收回波信號， 以掃査過一個(gè)平面。得到兩組不同發(fā)射距離的回波。經(jīng)過后期信號處理，能 夠消除混響偽像。
如圖IO所示的同心超聲掃描探頭實(shí)施例，是改造單換能器結(jié)構(gòu)以達(dá)到雙 換能器掃描功能的又一實(shí)施例。單換能器上兩塊獨(dú)立的晶片裝在同一個(gè)換能 器座10上，兩塊同心的晶片19, 一塊晶片套于另一塊晶片之中，互不接觸， 高度相差h/2。當(dāng)換能器座10每步進(jìn)一步，兩塊同心的晶片分別由驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)發(fā)射脈沖信號并接收回波信號，以掃查過一個(gè)平面以得到兩組不同發(fā)射 距離的回波。經(jīng)過后期信號處理，能夠消除混響偽像。
圖ll所示超聲掃描探頭掃描波形及經(jīng)過處理的波形原理圖，是得到兩組 不同發(fā)射距離的回波后，信號處理的方法。如圖ll(a)、 ll(b)所示，將換能 器1和換能器2對同一目標(biāo)點(diǎn)掃描得到的兩組波形，取包絡(luò)并且通過閾值判 斷，得到二值化后的回波信號。如圖ll(c)所示，根據(jù)換能器1和換能器2掃 描距離的差值h/2，以及超聲信號來回程相等的特點(diǎn)，對換能器A所得到的回 波作h/c的延時(shí)，使得兩換能器所得到信號中的第一次回波對齊，但二次回 波即混響偽像由于掃描距離差的存在而錯(cuò)開。將兩波形作"與"操作，如圖11 (d) 所示，可以有效地消除二次回波，得到掃描對象界面的真實(shí)位置信息，以保 證超聲生物測量的準(zhǔn)確度。
圖2所示，是信號后期處理的實(shí)例。將換能器1和換能器2對同一目標(biāo)
點(diǎn)掃描得到的兩組波形，取其射頻信號。對換能器1所得到的回波作h/c的延 時(shí)，使得兩換能器所得到信號中的第一次回波對齊，但二次回波即混響偽像 由于掃描距離差的存在而錯(cuò)開。將兩波形作相乘運(yùn)算可以抑制混響偽像，以 保證超聲生物測量的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求1、一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、換能器座和超聲換能器，電機(jī)固定在探頭固定架上，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)換能器座運(yùn)動(dòng)，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在于所述換能器座上安裝兩個(gè)固定在同一掃描平面上不同發(fā)射距離的換能器，并分別配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)齒輪，所述的兩個(gè)換能器以所述換能器座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為圓心，徑向相差恒定 距離，角度相差為換能器步進(jìn)角度的整數(shù)倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述電機(jī)帶動(dòng)直線傳動(dòng) 齒輪，所述的兩個(gè)換能器在換能器座的移動(dòng)方向上相差距離為換能器座步進(jìn) 距離的整數(shù)倍，在掃描方向上相差恒定距離。
4、 一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、換能器 座和超聲換能器，電機(jī)固定在探頭固定架上，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪 通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)換能器座運(yùn)動(dòng)，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在于 所述換能器座上安裝單個(gè)換能器，單個(gè)換能器上裝有兩塊晶片，兩塊晶片分 別配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路，發(fā)射距離上相差恒定距離，互相不接觸， 構(gòu)成分割式換能器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述兩塊晶片為兩獨(dú)立 同心的半圓晶片，分列兩邊，構(gòu)成一圓形換能器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述兩塊晶片為兩獨(dú)立 同心的圓形晶片，嵌套構(gòu)成一圓形換能器。
7、 一種超聲掃描探頭，包括移動(dòng)電機(jī)、齒輪、換能器座和超聲換能器，其特 征在于移動(dòng)電機(jī)安裝在換能器座上，電機(jī)帶動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)超聲換能器運(yùn)動(dòng)， 換能器配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路。
專利摘要一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、換能器座和超聲換能器，電機(jī)固定在探頭固定架上，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)換能器座運(yùn)動(dòng)，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在于所述換能器座上安裝兩個(gè)固定在同一掃描平面上不同發(fā)射距離的換能器，并分別配有兩組獨(dú)立的激勵(lì)與接收電路。兩個(gè)換能器在同一掃描平面上，在不同距離的發(fā)射點(diǎn)，進(jìn)行發(fā)射脈沖并接收回波，由此得到的兩組回波可通過波形平移，延時(shí)與相乘處理，消除多次反射造成的混響偽像，以改善二維或三維超聲生物測量的準(zhǔn)確性以及超聲成像的質(zhì)量。
文檔編號A61B8/14GK201200425SQ200820058410
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者柳 楊, 政 鄭, 黃云開 申請人:上海理工大學(xué);上海瑞影醫(yī)療科技有限公司