專利名稱：超聲掃描探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種掃描裝置，特別涉及一種醫(yī)學超聲掃描探頭裝置。
背景技術：
目前，機械掃描式B超儀中，掃描是由電機驅動壓電換能器的往復旋轉
實現的，機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 動機構使換能器繞某一軸線往返擺動或繞軸旋轉。由此換能器所發(fā)射和接收
的超聲波束按一定規(guī)則掃査過一個平面，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 產生混響偽像，容易造成超聲診斷、檢測中的錯誤判斷?；祉憘蜗袷怯捎诔?聲回波在換能器表面發(fā)生反射再次進入人體組織，而在第一個回波的整數倍 深度處產生新的回波，與深層組織的第一次回波幅值相當，難以直觀區(qū)分， 產生重影，不能真實反映人體組織結構。在利用超聲進行生物測量的場合， 尤其測量大界面組織中，這種混響偽像會干擾組織的真實回波，二者很難區(qū) 分，使得自動測量不能進行，或者誤差過大而失去實用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對現有超聲成像存在混響偽像容易造成超聲診斷、檢測中的 錯誤判斷問題，提出了一種超聲掃描探頭，能夠克服現有的單換能器掃描探 頭產生混響偽像的不足，進行二維超聲掃描，而且能方便地消除多次反射產 生的偽像，改善超聲生物測量的準確性以及超聲成像的質量。此外在現有探 頭的基礎上增加一只電機還可進行三維掃描。
本發(fā)明的技術方案為 一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機、傳動齒輪、轉動軸、換能器座和超聲換能器，電機固定在探頭固定架上，電機 帶動傳動齒輪，傳動齒輪通過轉動軸驅動換能器座運動，超聲換能器固定在 換能器座上，所述固定于換能器座上的超聲換能器，由驅動電路驅動發(fā)射脈 沖信號并接收回波信號，得到兩組不同發(fā)射距離的回波。
所述的換能器采用在同一掃描平面上兩個換能器，并分別配有兩組獨立 的激勵與接收電路，得到有固定距離的兩組回波波形，將其中一組進行平移， 將對同一目標點掃描的兩波形歸為一組，進行延時對齊。所述電機帶動轉動 傳動齒輪，所述的兩個換能器以所述換能器座的轉動軸心為圓心，徑向相差 恒定距離，角度相差為換能器步進角度的整數倍。所述電機帶動直線傳動齒 輪，所述的兩個換能器在換能器座的移動方向上相差距離為換能器座步進距 離的整數倍，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、傳動齒輪、轉動軸、換能 器座和超聲換能器，電機固定在探頭固定架上，電機帶動傳動齒輪，傳動齒 輪通過轉動軸驅動換能器座運動，超聲換能器固定在換能器座上，還包括晶 片，所述換能器座上裝有單個換能器，單個換能器上裝有兩塊晶片，兩塊晶 片分別配有兩組獨立的激勵與接收電路，發(fā)射距離上相差恒定距離，互相不 接觸，構成分割式換能器，發(fā)射距離上的差異，得到對于同一目標點在不同 發(fā)射距離上的兩組回波，對回波進行延時對齊。所述兩塊晶片為兩獨立同心 的半圓晶片，分列兩邊，構成一圓形換能器。所述兩塊晶片為兩獨立同心的 晶片，嵌套構成一圓形換能器。
一種超聲掃描探頭，包括移動電機、齒輪、換能器座和超聲換能器，移 動電機安裝在換能器座上，電機帶動齒輪，驅動超聲換能器運動，換能器配有兩組獨立的激勵與接收電路，得到兩組不同發(fā)射距離的回波。
所述得到兩組不同發(fā)射距離的回波取包絡，根據設定的閾值進行二值化 處理，并且將同一目標點在不同發(fā)射距離上所得到的波形進行"與"操作。 所述得到兩組不同發(fā)射距離的回波進行相乘處理。
本發(fā)明的有益效果在于可以發(fā)揮機械掃描探頭，其探頭機構體積小， 掃描范圍大的優(yōu)點。同時能夠有效地消除混響偽像，改善生物測量的準確性 以及超聲成像的質量。


圖1是本發(fā)明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是本發(fā)明超聲掃描探頭掃描波形及經過處理的射頻信號示意圖； 圖3是本發(fā)明超聲掃描探頭的電路原理框圖4是本發(fā)明超聲掃描探頭中扇形掃描探頭實施例的結構示意圖5是本發(fā)明超聲掃描探頭中扇形掃描探頭實施例的側面結構示意圖6是本發(fā)明超聲掃描探頭中與掃描波形對應的掃描探頭位置示意圖7是本發(fā)明超聲掃描探頭中直線掃描探頭實施例的結構示意圖8是本發(fā)明超聲掃描探頭中只帶一個超聲換能器實施例的結構示意圖9是本發(fā)明超聲掃描探頭中同心半圓超聲掃描探頭實施例的結構示意圖10是本發(fā)明超聲掃描探頭中同心超聲掃描探頭實施例的結構示意圖11是本發(fā)明超聲掃描探頭掃描波形及經過處理的波形原理圖。
具體實施例方式
圖中附圖標記為，l.換能器l， 2.換能器2， 3.待測器官，4.驅動電機， 5.探頭固定架，6.接線電路板，7.電機驅動齒輪，8.傳動齒輪，9.換能器齒輪，10.換能器座，11.轉動軸，12.換能器A的信號線，13.換能器B的信號 線，14.電機控制線，15.滑動槽，16.限位螺母，17.換能器移動電機，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，電機通過齒輪，驅動換能器 座，換能器座的兩臂上各固定一個超聲換能器，換能器2的焦距比換能器1 的焦距大V2，其余特性一致，兩個換能器在同一掃描平面上，但不同的距離 上，作同步掃描運動。兩換能器分別引線，由兩組獨立的電路進行激勵與回 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入人體組織，在第一次回波，即反映 目標真實位置信息的回波的整數倍深度處產生新的回波。圖2為超聲回波的 時間一幅度坐標。設超聲的傳播速度為c，如圖2(a)所示，換能器1在發(fā)射 后的d/c時間處產生第一次回波，在第一次回波后d/c時間處產生第二次回 波，即偽像。如圖2(b)所示，換能器2在發(fā)射后的(d+h)/c時間處產生第一 次回波，在第一次回波后(d+h) /c時間處產生第二次回波，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h/c時 間，這樣換能器l、 2得到的第一次回波能夠在時間軸上對齊，它們的二次回 波將會由于h/c的時間差而錯開。因此將延時后換能器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，而二次回波 得到削弱，達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，整個超聲掃描電路由電機控制部分，超聲換能器1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。電機控制部分，驅 動電機4轉動，換能器座10每轉過一步，換能器l、換能器2分別由驅動電 路作一次發(fā)射脈沖與接收回波，直至電機完成一次掃描周期，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所示的實施例，超聲探頭作扇形掃描，固定在探頭架5上的 電機4，通過齒輪組7、 8、 9驅動，換能器座10圍繞轉動軸11作90。的扇形 往復擺動，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為換能器步進角度的整數倍。如圖6(a)所示，當換能器座10轉 到a位置時，兩換能器得到la、 2a波形，如圖6(b)所示，當換能器座10轉到 b位置時，兩換能器得到lb、 2b波形。如圖6(c)所示，由于波形lb、 2a是在同 一方向上不同距離上所采集的波形，根據兩換能器的角度差值a，將相應的 波形lb、 2a歸為一組，進行延時與處理，以消除這一方向上的混響偽像。
如圖7所示的實施例，超聲探頭作直線掃描，由電機4驅動的換能器齒 輪9，帶動換能器座10在滑動槽上由限位螺母16限制作直線運動，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 動方向上距離相差a，為換能器步進距離的整數倍，垂直距離相差h/2。將兩 換能器得到的波形根據水平距離差值a作相應的平移，使得不同發(fā)射距離對 于同一目標點所得到的波形對齊成組，然后將成組的波形根據垂直距離h/2 作延時，進行處理，以消除混響偽像。
如圖8所示的實施例，以一個超聲換能器完成兩個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每步進一步，換能器l由驅動 電路發(fā)射脈沖信號并接收回波信號，然后由換能器移動電機17驅動，帶動齒
輪18將換能器沿著掃描方向移動h/2，再由驅動電路驅動發(fā)射脈沖信號并接 收回波信號，接著電機驅動換能器沿著掃描方向位移h/2，恢復至初始狀態(tài)位 置，最后換能器座10步進至下一個掃描點。這樣在同一個掃描點上，能夠得 到兩組不同發(fā)射距離的回波。經過后期信號處理，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施例，改造單換能器結構以達到 雙換能器掃描功能。單換能器上兩塊獨立的晶片的換能器裝在同一個換能器 座10上，兩塊同心的晶片19，分列兩邊，高度相差h/2。當換能器座10每 步進一步，兩半圓晶片分別由驅動電路驅動發(fā)射脈沖信號并接收回波信號， 以掃査過一個平面。得到兩組不同發(fā)射距離的回波。經過后期信號處理，能 夠消除混響偽像。
如圖IO所示的同心超聲掃描探頭實施例，是改造單換能器結構以達到雙 換能器掃描功能的又一實施例。單換能器上兩塊獨立的晶片裝在同一個換能 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。當換能器座10每步進一步，兩塊同心的晶片分別由驅動電路 驅動發(fā)射脈沖信號并接收回波信號，掃査過一個平面，得到兩組不同發(fā)射距離 的回波。經過后期信號處理，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對同一目標點掃描得到的兩組波形，取包絡并且通過閾值判 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，對換能器A所得到的回 波作h/c的延時，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開。將兩波形作"與"操作，如圖ll(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位置信息，以保 證超聲生物測量的準確度。
圖2所示，是信號后期處理的實例。將換能器1和換能器2對同一目標 點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，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開。將兩波形作相乘運算可以抑制混響偽像，以 保證超聲生物測量的準確度。
權利要求
1、一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機、傳動齒輪、轉動軸、換能器座和超聲換能器，電機固定在探頭固定架上，電機帶動傳動齒輪，傳動齒輪通過轉動軸驅動換能器座運動，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在于所述固定于換能器座上的超聲換能器，由驅動電路驅動發(fā)射脈沖信號并接收回波信號，得到兩組不同發(fā)射距離的回波。
2、 根據權利要求1所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述的換能器采用在同一掃描平面上兩個換能器，并分別配有兩組獨立的激勵與接收電路，得到有 固定距離的兩組回波波形，將其中一組進行平移，將對同一目標點掃描的兩 波形歸為一組，進行延時對齊。
3、 根據權利要求1或2所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述電機帶動轉動 傳動齒輪，所述的兩個換能器以所述換能器座的轉動軸心為圓心，徑向相差 恒定距離，角度相差為換能器步進角度的整數倍。
4、 根據權利要求1或2所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述電機帶動直線 傳動齒輪，所述的兩個換能器在換能器座的移動方向上相差距離為換能器座 步進距離的整數倍，在掃描方向上相差恒定距離。
5、 一種超聲掃描探頭，包括探頭固定架、電機、傳動齒輪、轉動軸、換能器 座和超聲換能器，電機固定在探頭固定架上，電機帶動傳動齒輪，傳動齒輪 通過轉動軸驅動換能器座運動，超聲換能器固定在換能器座上，其特征在于 還包括晶片，所述換能器座上裝有單個換能器，單個換能器上裝有兩塊晶片， 兩塊晶片分別配有兩組獨立的激勵與接收電路，發(fā)射距離上相差恒定距離， 互相不接觸，構成分割式換能器，發(fā)射距離上的差異，得到對于同一目標點在不同發(fā)射距離上的兩組回波，對回波進行延時對齊。
6、 根據權利要求5所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述兩塊晶片為兩獨立 同心的半圓晶片，分列兩邊，構成一圓形換能器。
7、 根據權利要求5所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述兩塊晶片為兩獨立同心的晶片，嵌套構成一圓形換能器。
8、 一種超聲掃描探頭，包括移動電機、齒輪、換能器座和超聲換能器，其特 征在于移動電機安裝在換能器座上，電機帶動齒輪，驅動超聲換能器運動， 換能器配有兩組獨立的激勵與接收電路，得到兩組不同發(fā)射距離的回波。
9、 根據權利要求1、 5或8所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述得到兩組 不同發(fā)射距離的回波取包絡，根據設定的閾值進行二值化處理，并且將同一 目標點在不同發(fā)射距離上所得到的波形進行"與"操作。
10、 根據權利要求l、 5或8所述的超聲掃描探頭，其特征在于所述得到兩組 不同發(fā)射距離的回波進行相乘處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲掃描探頭，它將普通超聲掃描探頭上單晶片換能器替換為雙換能器，分別由兩組獨立電路驅動發(fā)射與接收。兩個換能器在同一掃描平面上，在不同距離的發(fā)射點，進行發(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確性以及超聲成像的質量。
文檔編號A61B8/14GK101305925SQ20081003743
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權日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;上海瑞影醫(yī)療科技有限公司