一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于超聲成像探測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)包括探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機(jī)、Y軸螺桿、Y軸微型電機(jī)、小型超聲聚焦晶元、耦合液體、柔性信號線、控制電路。各個部件被密封在注滿專用耦合液體的探頭外殼之內(nèi)。采用微型電機(jī)和微型螺桿構(gòu)成雙軸移動控制系統(tǒng)，將小型超聲聚焦晶元固定在Y軸電機(jī)上，通過X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)的移動實現(xiàn)超聲聚焦晶元的二維移動。在每一個位移點(diǎn)發(fā)射超聲并接收回波信號，將整個平面內(nèi)所有位移點(diǎn)獲得的信號傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行成像。由于微型電機(jī)能夠精確地控制小型超聲聚焦晶元的位移，本系統(tǒng)能夠獲得較高的超聲圖像分辨率，并具有一體化和小型化的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于超聲成像探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲成像探頭已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷及工業(yè)檢測系統(tǒng)中。目前通常采用的超聲成像探頭主要有兩種:
一種是采用多個超聲壓電陶瓷晶元，排列成陣列，在不同時刻依次使每個晶元發(fā)射超聲并接收回波信號，在之后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合從而獲得超聲圖像。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，沒有機(jī)械裝置，各個晶元在時間上可以接連挨個發(fā)射，探測時間快。然而，由于陶瓷晶元的體積很難做小，在有限的空間內(nèi)只能放置有限的陶瓷晶元。
[0003]另一種方法使用雙軸水平電機(jī)控制系統(tǒng)，將單晶元超聲探頭固定在電機(jī)上，實現(xiàn)超聲探頭的水平移動。通常將待成像物體放置于水槽中，將超聲探頭從水平控制系統(tǒng)上垂掛下來，浸沒在水中，以使得超聲探頭與待測物體之間通過水進(jìn)行耦合。通過電機(jī)控制探頭的位置，進(jìn)行C掃描成像。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是探頭位移精度高，能夠獲得比較高的成像精度。然而這種系統(tǒng)體積龐大，并且通常需要將待測物體放在水中才能進(jìn)行掃描成像，使用很不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種分辨率高、方便使用的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提供的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括:探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機(jī)、Y軸螺桿、Y軸微型電機(jī)、控制電路、柔性信號線、小型超聲聚焦晶元、耦合液體。所有部件封裝在充滿耦合液體的探頭外殼內(nèi)；其中:
控制電路通過柔性信號線連接到X軸微型電機(jī)、Y軸微型電機(jī)和小型超聲聚焦晶元上。由于在掃描成像過程中電機(jī)及超聲聚焦晶元都會進(jìn)行位移，所以采用柔性信號線進(jìn)行連接。控制電路發(fā)出控制信號，分別控制X軸微型電機(jī)在X軸螺桿上移動、Y軸微型電機(jī)在Y軸螺桿上移動，從而實現(xiàn)超聲聚焦晶元的二維移動，并在每個位移位置控制超聲聚焦晶元發(fā)射超聲波并接收回波信號，從而實現(xiàn)超聲C掃描成像。
[0006]本發(fā)明中，在超聲探頭的外殼底面與待測物體之間涂有超聲傳導(dǎo)耦合劑。超聲聚焦晶元發(fā)出的超聲波首先在探頭內(nèi)部通過耦合液體傳導(dǎo)到探頭外殼底面，超聲波穿透探頭外殼之后，通過與待測物體之間涂抹的耦合劑傳導(dǎo)到待測物體。反射的超聲回波信號經(jīng)過探頭底部與待測物體之間的耦合劑到達(dá)探頭底部，再經(jīng)過探頭內(nèi)部的耦合液體到達(dá)超聲聚焦晶元，被超聲聚焦晶元轉(zhuǎn)換為電信號。在逐點(diǎn)采集到回波信號之后，將其傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行成像。
[0007]本發(fā)明中，所述探頭外殼可以為圓形，也可以是方形、長方形或其他合適的形狀。
[0008]本發(fā)明中，所述耦合液體可以為具有電絕緣能力和低聲衰減系數(shù)的水溶性高分子凝膠。所述耦合劑可以為超聲成像所通常采用的超聲傳導(dǎo)耦合劑。
[0009]本發(fā)明采用微型電機(jī)和微型螺桿構(gòu)成雙軸移動控制系統(tǒng)，將小型超聲聚焦晶元固定在Y軸電機(jī)上;外殼中注滿專用超聲耦合液體。通過雙軸移動控制系統(tǒng)，控制小型超聲聚焦晶元進(jìn)行二維移動并探測超聲背散射信號，將整個位移區(qū)域內(nèi)所有探測點(diǎn)獲得的信號進(jìn)行融合從而獲得超聲成像。由于微型電機(jī)能夠精確地控制小型超聲聚焦晶元的位移，相較于超聲陣列成像系統(tǒng)，本發(fā)明能夠獲得更高的分辨率。將整個系統(tǒng)封裝在充滿耦合液體的外殼內(nèi)，具有一體化和小型化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實現(xiàn)了超聲掃描探頭的一體化設(shè)計，可以作為一個獨(dú)立的超聲探頭進(jìn)行使用，是一種方便且具有較高分辨率的超聲掃描系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖1是本發(fā)明的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)的底視圖。
[0013]圖中標(biāo)號:1.探頭外殼，2.X軸螺桿，3.X軸微型電機(jī)，4.Y軸螺桿，5.Y軸微型電機(jī)，
6.小型超聲聚焦晶元，7.耦合液體，8.柔性信號線，9.控制電路，10.外部超聲耦合劑，11.待測物體。
【具體實施方式】
[0014]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)包括:探頭外殼
(1)、X軸螺桿(2)、X軸微型電機(jī)(3)、Y軸螺桿(4)、Y軸微型電機(jī)(5)、小型超聲聚焦晶元(6)、專用耦合液體(7)、柔性信號線(8)、控制電路(9)。其中，X軸螺桿于Y軸螺桿相互垂直，水平放置，從而使得小型超聲聚焦晶元的移動范圍為一個矩形。探頭外殼橫截面可以為矩形，也可以是圓形。
[0015]在本實施例中，控制電路(9)通過柔性信號線(8)連接到X軸微型電機(jī)(3)、Y軸微型電機(jī)(5)和小型超聲聚焦晶元(6)上。X軸微型電機(jī)(3)在X軸螺桿(2)上進(jìn)行線性移動，Y軸螺桿(4)固定在X軸微型電機(jī)(3)上，隨著X軸微型電機(jī)(3)進(jìn)行線性移動。Y軸微型電機(jī)(5)在Y軸螺桿(4)上進(jìn)行線性移動。小型超聲聚焦晶元(6)固定在Y軸微型電機(jī)(5)上。通過X軸微型電機(jī)(3)和Y軸微型電機(jī)(5)的移動，從而實現(xiàn)了小型超聲聚焦晶元(6)的二維移動。整個系統(tǒng)密封在探頭外殼(I)內(nèi)，探頭外殼(I)內(nèi)充滿專用耦合液體(7)，從而使得小型超聲聚焦晶元(6)無論移動到任何位置，都能與探頭底面之間進(jìn)行較好的聲阻抗匹配。
[0016]控制電路(9)控制X軸微型電機(jī)(3)和Y軸微型電機(jī)(5)，從而控制小型超聲聚焦晶元(6)的二維位移。在每一個探測點(diǎn)，控制電路(9)控制小型超聲聚焦晶元(6)發(fā)射超聲波。小型超聲聚焦晶元(6)發(fā)出的超聲波經(jīng)過探頭內(nèi)部的專用耦合液體(7)到達(dá)探頭外殼底面。穿透探頭外殼之后，通過與待測物體之間涂抹的耦合劑(10)傳導(dǎo)到待測物體(U)。待測物體(11)反射回的超聲回波信號經(jīng)過探頭底部與待測物體之間的耦合劑(10)到達(dá)探頭底部，再經(jīng)過探頭內(nèi)的專用耦合液體(7)到達(dá)超聲聚焦晶元(6)，被超聲聚焦晶元(6)轉(zhuǎn)換為電信號，由控制電路(9)采集。在逐點(diǎn)采集到回波信號之后，傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合成像。
【主權(quán)項】
1.一種一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其特征在于結(jié)構(gòu)包括:探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機(jī)、Y軸螺桿、Y軸微型電機(jī)、控制電路、柔性信號線、小型超聲聚焦晶元、耦合液體;所有部件封裝在充滿耦合液體的探頭外殼內(nèi)；其中: 所述控制電路通過柔性信號線連接到X軸微型電機(jī)、Y軸微型電機(jī)和小型超聲聚焦晶元上;控制電路發(fā)出控制信號，分別控制X軸微型電機(jī)在X軸螺桿上移動、Y軸微型電機(jī)在Y軸螺桿上移動，實現(xiàn)超聲聚焦晶元的二維移動，并在每個位移位置控制超聲聚焦晶元發(fā)射超聲波并接收回波信號，從而實現(xiàn)超聲C掃描成像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其特征在于:在超聲探頭的外殼底面與待測物體之間涂有超聲傳導(dǎo)耦合劑，超聲聚焦晶元發(fā)出的超聲波首先在探頭內(nèi)部通過耦合液體傳導(dǎo)到探頭外殼底面，超聲波穿透探頭外殼之后，通過與待測物體之間的耦合液體傳導(dǎo)到待測物體;反射的超聲回波信號經(jīng)過探頭底部與待測物體之間的耦合液體到達(dá)探頭底部，再經(jīng)過探頭內(nèi)部的耦合液體到達(dá)超聲聚焦晶元，被超聲聚焦晶元轉(zhuǎn)換為電信號;在逐點(diǎn)采集到回波信號之后，將其傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行成像。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其特征在于:X軸微型電機(jī)在X軸螺桿上進(jìn)行線性移動，Y軸螺桿固定在X軸微型電機(jī)上隨著X軸微型電機(jī)進(jìn)行線性移動;Y軸微型電機(jī)在Y軸螺桿上進(jìn)行線性移動;小型超聲聚焦晶元固定在Y軸微型電機(jī)上;控制電路控制X軸微型電機(jī)和Y軸微型電機(jī)的移動，從而實現(xiàn)小型超聲聚焦晶元的二維移動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其特征是在于，所述探頭外殼為圓形，或者為方形、長方形或其他合適的形狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化小型超聲掃描成像探頭系統(tǒng)，其特征是在于，所述耦合液體為具有電絕緣能力和低聲衰減系數(shù)的水溶性高分子凝膠。
【文檔編號】A61B8/00GK105832367SQ201610175068
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】他得安, 徐峰, 李穎, 劉成成, 王威琪
【申請人】復(fù)旦大學(xué)