專利名稱：旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)平面超聲換能器的自身性質(zhì)，所成圖像質(zhì)量在橫向分辨率和聲強(qiáng)方面受到了很大的限制，特別是在高分辨率成像應(yīng)用中尤甚。因此聚焦超聲換能器被用來提高橫向分辨率及性能。制備聚焦超聲換能器的常用方法是改變壓電振子的形狀或使用透鏡。據(jù)報(bào)道，增加外部透鏡會(huì)引起信號(hào)衰減及聲學(xué)失配，因此，改變了振子形狀的換能器在高敏感器件中更有優(yōu)勢(shì)。壓電振子通常采用硬壓和壓力偏轉(zhuǎn)技術(shù)成型。聚合物及合成材料由于其柔軟性，通過上述技術(shù)，制成凹面聚焦換能器較易實(shí)現(xiàn)。然而對(duì)于塊狀陶瓷或單晶振子來說，大部分會(huì)在硬壓過程中破損，從而引起振子的退化和短路。內(nèi)窺鏡超聲(EUS)結(jié)合了內(nèi)窺鏡和超聲以獲得消化道或呼吸系統(tǒng)的圖像和信息。 內(nèi)窺鏡常從口腔或直腸插入到消化道中，以實(shí)現(xiàn)其周圍器官或組織可視化。超聲換能器隨著內(nèi)窺鏡導(dǎo)管(如胃鏡或血管內(nèi)窺鏡)導(dǎo)入身體，對(duì)身體里面的器官或組織(如肺、肝、血管內(nèi)壁等)成像。與直接置于皮膚表面的傳統(tǒng)換能器相比，內(nèi)窺鏡超聲得到的圖像因具有更詳細(xì)的信息而更加準(zhǔn)確。這種方法被證明是有效、安全、耐受性良好及微創(chuàng)的。很多內(nèi)窺鏡超聲換能器，尤其是血管內(nèi)超聲成像，是基于單一超聲元件通過一個(gè)馬達(dá)在內(nèi)窺鏡中旋轉(zhuǎn)得到三百六十度掃描圖像。這種換能器的制造雖相對(duì)容易，但其成像系統(tǒng)的工作條件經(jīng)常受機(jī)械掃描的限制，并且需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的模塊來解決三百六十度旋轉(zhuǎn)換能器的位置校準(zhǔn)及電信號(hào)引出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)通過增加額外的透鏡達(dá)到聚焦效果，可能造成信號(hào)衰減和聲學(xué)的不匹配；硬壓成型的壓電振子會(huì)引起超聲換能器的退化和短路；以及需要使用大量的組件，尤其用作引出三百六十度旋轉(zhuǎn)超聲換能器的電信號(hào)輸出。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，包括控制裝置、超聲探頭和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置。其中，所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置接收所述超聲探頭發(fā)送的超聲信號(hào)，并通過三百六十度旋轉(zhuǎn)輸出所述超聲信號(hào)到所述控制裝置；所述超聲探頭包括具有一安裝槽的殼體，在所述安裝槽內(nèi)設(shè)置有具有一聚焦凹面的超聲換能器。在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，超聲換能器包括導(dǎo)電背襯和位于所述導(dǎo)電背襯頂部的壓電振子。所述壓電振子的頂部為具有一定曲率半徑的聚焦凹面，在所述聚焦凹面上設(shè)置有電極層，在所述電極層上設(shè)置有匹配層。壓電振子可以是圓形也可以是四方形。在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，在所述超聲換能器和安裝槽之間填充有樹脂材料。
在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，所述超聲探頭和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置通過柔性連接器相連接。在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置包括具有中空輸出軸的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，在所述中空輸出軸內(nèi)穿插有連接電纜。所述連接電纜一端與所述超聲探頭電連接，另一端與所述控制裝置電連接。在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，所述連接電纜是同軸電纜。在本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，所述柔性連接器包括柔性金屬管及穿裝在所述柔性金屬管內(nèi)的同軸電纜。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種超聲換能器的聚焦凹面的加工裝置，其包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、打磨機(jī)構(gòu)和預(yù)壓機(jī)構(gòu)。其中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述超聲換能器的壓電振子水平旋轉(zhuǎn)；所述打磨機(jī)構(gòu)與所述壓電振子相接觸，以對(duì)所述打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨；所述預(yù)壓機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述打磨機(jī)構(gòu)隨所述壓電振子厚度減小而向下移動(dòng)。在本發(fā)明所述的加工裝置中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置的基座和第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。所述超聲換能器的壓電振子固定在所述基座上，且所述壓電振子和基座同軸設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出軸上。所述打磨機(jī)構(gòu)包括第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出軸上的打磨砂輪。所述打磨砂輪與所述壓電振子相接觸，以對(duì)所述打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨。在本發(fā)明所述的加工裝置中，所述預(yù)壓機(jī)構(gòu)與所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)相連，以驅(qū)動(dòng)所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述打磨砂輪隨所述壓電振子厚度減小而向下移動(dòng)。實(shí)施本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，具有以下有益效果通過直接在超聲換能器上構(gòu)造聚焦凹面，從而在無需加入額外組件(例如透鏡)的情況下，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的聚焦，提高了橫向分辨率及性能；通過將旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出軸構(gòu)造為中空軸干的形式，為超聲換能器的超聲信號(hào)傳輸?shù)娇刂蒲b置提供一個(gè)三百六十度旋轉(zhuǎn)的路徑，從而不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的模塊來解決三百六十度旋轉(zhuǎn)超聲換能器的位置校準(zhǔn)及電信號(hào)引出；進(jìn)一步地，通過構(gòu)造打磨壓電振子的聚焦凹面的加工裝置，使得在不影響陶瓷或單晶元件的完整性前提下，可以制作出具有所需曲率的的聚焦凹面的壓電振子?？傊?，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且更易于制造。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的超聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中虛線處的剖面圖；圖4是圖3中旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中中空輸出軸安裝在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5中虛線處的剖面圖；圖7是本發(fā)明超聲換能器的聚焦凹面的加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)中，主要包括三個(gè)部分控制裝置4、超聲探頭1和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置3。其中，超聲探頭1作為信號(hào)的檢查部分，該超聲探頭1可導(dǎo)入身體或動(dòng)脈血管，以對(duì)身體里面的器官或組織(如肺、肝、血管內(nèi)壁等)成像，從而將超聲檢測(cè)信號(hào)輸出。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置3通過一柔性連接器2與超聲探頭1連接，該柔性連接器2除了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置3和柔性連接器2的機(jī)械連接外，還用于將超聲探頭1輸出的超聲檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到控制裝置3。在柔性連接器2向控制裝置3傳送超聲檢測(cè)信號(hào)的過程中，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置3帶動(dòng)柔性連接器2進(jìn)行三百六十度的旋轉(zhuǎn)從而形成一三百六十度旋轉(zhuǎn)的信號(hào)輸出路徑。如圖2和3所示，該超聲探頭1主要包括兩部分殼體11和超聲換能器。在殼體 11上形成一安裝槽，該超聲換能器就放置在安裝槽內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)超聲換能器在安裝槽內(nèi)的位置固定，在超聲換能器和安裝槽之間填充樹脂材料12，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲換能器的定位。在圖2和圖3所示的實(shí)施例中，該超聲換能器主要包括導(dǎo)電背襯16和壓電振子15。其中，導(dǎo)電背襯16 —方面作為該超聲換能器的主要承載部件，另一方面，其還作為電信號(hào)的傳遞裝置。在導(dǎo)電背襯16頂部設(shè)置壓電振子15，該壓電振子15的頂部通過挖坑技術(shù)加工形成一預(yù)定曲率半徑的聚焦凹面，在該聚焦凹面上設(shè)置有相同曲率半徑的電極層14，并在該電極層14上設(shè)置有相同曲率半徑的匹配層13。壓電振子可以是圓形也可以是四方形。匹配層 13的結(jié)構(gòu)均勻，其夾在聲阻抗率不同的兩種煤質(zhì)之間，用以實(shí)現(xiàn)聲阻抗過渡或匹配，同時(shí)又起到保護(hù)壓電振子的作用。匹配層13可以由聚對(duì)二甲苯聚合物、環(huán)氧樹脂和鎢、氧化鎢、氧化鋁、二氧化鈦、氧化硅、滑石粉等的復(fù)合材料制成。如圖2所示，該柔性連接器2包括柔性金屬管及穿裝在柔性金屬管內(nèi)的同軸電纜21。該同軸電纜21的導(dǎo)線連接到導(dǎo)電背襯16， 從而實(shí)現(xiàn)了電極層14、壓電振子15、導(dǎo)電背襯16和同軸電纜21的順次電信號(hào)的傳遞。如圖4所示，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置3主要包括馬達(dá)控制器32和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31。該馬達(dá)控制器32與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31電連接，從而實(shí)現(xiàn)控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31的開啟轉(zhuǎn)動(dòng)、停止轉(zhuǎn)動(dòng)及控制轉(zhuǎn)動(dòng)頻率等。如圖2所示，該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31的輸出軸為中空輸出軸311，其一端與柔性連接器2相連，另一端與控制裝置4相連；同時(shí)，柔性連接器2的同軸電纜21穿過該中空輸出軸311， 以直接連接到控制裝置4。由于同軸電纜21穿裝在該中空輸出軸311內(nèi)，從而在超聲探頭 1向控制裝置4傳遞信號(hào)的過程中，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)三百六十度的旋轉(zhuǎn)，由此，實(shí)現(xiàn)了三百六十度的旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出。如圖1和4所示，中空輸出軸311的一端通過插接裝置5與柔性連接器2相連，另一端通過插接裝置8與控制裝置4相連。該插接裝置5和插接裝置8為相同類型的插接裝置，即其包括兩個(gè)部分，即公插頭件和母插接件。如圖4所示的實(shí)施例中，中空輸出軸311的兩端分別設(shè)置公插頭件，而在柔性連接器2和控制裝置4 上分別設(shè)置母插接件，從而中空輸出軸311通過公插頭件和母插接件的插接實(shí)現(xiàn)與柔性連接器2和控制裝置4的連接。如圖1所示，該控制裝置4包括信號(hào)采集單元41、存儲(chǔ)單元42、系統(tǒng)控制單元43、 A/D轉(zhuǎn)換單元44和顯示器45。其中，信號(hào)采集單元41與同軸電纜21連接，用于接收同軸電纜21在三百六十度旋轉(zhuǎn)過程輸出的超聲檢測(cè)信號(hào)。系統(tǒng)控制單元43 —方面可控制信號(hào)采集單元41進(jìn)行信號(hào)采集，另一方面可控制馬達(dá)控制器32驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)31。信號(hào)采集單元41采集到的超聲檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到存儲(chǔ)單元42，由存儲(chǔ)單元42進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并將超聲檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到A\D轉(zhuǎn)換器44，通過A\D轉(zhuǎn)換器44進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到顯示器45進(jìn)行顯示，以便使用者查看，超聲探頭1的檢測(cè)情況。為實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲換能器的壓電振子15的聚焦凹面的打磨，可通過一加工裝置打磨形成，該加工裝置主要包括三個(gè)部分，即旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、打磨機(jī)構(gòu)和預(yù)壓機(jī)構(gòu)。其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)超聲換能器的壓電振子15水平旋轉(zhuǎn)，打磨機(jī)構(gòu)與壓電振子15相接觸，以對(duì)打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨。其中，打磨機(jī)構(gòu)與壓電振子15相垂直，而壓電振子15的旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸面的均勻打磨。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)打磨，預(yù)壓機(jī)構(gòu)將隨壓電振子厚度減小而向下移動(dòng)。如圖7所示的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置的基座83和第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)81。超聲換能器的壓電振子15固定在基座83上，且壓電振子15和基座83同軸設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)81的輸出軸82上，從而可通過第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)81的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)基座83和壓電振子15 水平轉(zhuǎn)動(dòng)。打磨機(jī)構(gòu)包括第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)81和設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)91的輸出軸92上的打磨砂輪94，該打磨砂輪94與壓電振子15相接觸以對(duì)打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨。在該實(shí)施例中，打磨砂輪94和壓電振子15相垂直。另外，預(yù)壓機(jī)構(gòu)93與第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)91彈性連接，以驅(qū)動(dòng)第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)91向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)打磨砂輪94向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)打磨。預(yù)壓機(jī)構(gòu)93可采用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，通過改變打磨砂輪94的重心位置與樣品之間的距離，而調(diào)節(jié)向下的壓力。本發(fā)明是通過一些實(shí)施例進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，除包括控制裝置，還包括超聲探頭和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置。其中，所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置接收所述超聲探頭發(fā)送的超聲信號(hào)，并通過三百六十度旋轉(zhuǎn)輸出所述超聲信號(hào)到所述控制裝置。所述超聲探頭包括具有一安裝槽的殼體，在所述安裝槽內(nèi)設(shè)置有具有一聚焦凹面的超聲換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，超聲換能器包括導(dǎo)電背襯和位于所述導(dǎo)電背襯頂部的壓電振子。所述壓電振子的頂部為具有一定曲率半徑的聚焦凹面，在所述聚焦凹面上設(shè)置有電極層，在所述電極層上設(shè)置有匹配層。壓電振子可以是圓形也可以是四方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，在所述超聲換能器和安裝槽之間填充有樹脂材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲探頭和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置通過柔性連接器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置包括具有中空輸出軸的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，在所述中空輸出軸內(nèi)穿插有連接電纜。所述連接電纜一端與所述超聲探頭電連接，另一端與所述控制裝置電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，所述連接電纜是同軸電纜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性連接器包括柔性金屬管及穿裝在所述柔性金屬管內(nèi)的同軸電纜。
8.—種如權(quán)利要求1 4任一所述的超聲換能器的聚焦凹面的加工裝置，其特征在于， 包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、打磨機(jī)構(gòu)和預(yù)壓機(jī)構(gòu)。其中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述超聲換能器的壓電振子水平旋轉(zhuǎn)；所述打磨機(jī)構(gòu)與所述壓電振子相接觸以對(duì)所述打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨；所述預(yù)壓機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述打磨機(jī)構(gòu)隨所述壓電振子厚度減小而向下移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置的基座和第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。所述超聲換能器的壓電振子固定在所述基座上，且所述壓電振子和基座同軸設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出軸上；所述打磨機(jī)構(gòu)包括第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出軸上的打磨砂輪。 所述打磨砂輪與所述壓電振子相接觸，以對(duì)所述打磨機(jī)構(gòu)和壓電振子的接觸面進(jìn)行打磨。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加工裝置，其特征在于，所述預(yù)壓機(jī)構(gòu)與所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)相連，以驅(qū)動(dòng)所述第二旋轉(zhuǎn)馬達(dá)向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述打磨砂輪隨所述壓電振子厚度減小而向下移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)，包括控制裝置、超聲探頭和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置。其中所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)裝置接收所述超聲探頭發(fā)送的超聲信號(hào)，并通過三百六十度旋轉(zhuǎn)輸出所述超聲信號(hào)到所述控制裝置；所述超聲探頭包括具有一安裝槽的殼體，在所述安裝槽內(nèi)設(shè)置有具有一聚焦凹面的超聲換能器。通過直接在超聲換能器上構(gòu)造聚焦凹面，從而在無需加入額外組件(例如透鏡)的情況下，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的聚焦，提高了橫向分辨率及性能；通過將旋轉(zhuǎn)超聲成像系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出軸構(gòu)造為中空軸干的形式，為超聲換能器的超聲信號(hào)傳輸?shù)娇刂蒲b置提供一個(gè)三百六十度旋轉(zhuǎn)的路徑，從而不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的模塊來解決三百六十度旋轉(zhuǎn)超聲換能器的位置校準(zhǔn)及電信號(hào)引出。此設(shè)計(jì)可以有效屏蔽電噪音干擾。
文檔編號(hào)A61B8/12GK102462510SQ201010542689
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者戴吉巖, 林國(guó)豪, 陳燕, 陳王麗華 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)