一種人體體內(nèi)的超聲診斷儀及換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及體內(nèi)診斷儀，特別涉及一種人體體內(nèi)的超聲診斷儀及換能器。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲檢查是指運(yùn)用超聲波的原理對(duì)人體軟組織的物理特性、形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能作 出判斷的一種非創(chuàng)傷性檢查方法。由于超聲設(shè)備便于移動(dòng)，成本低，且成像分辨率高，對(duì)人 體沒有輻射傷害，在醫(yī)學(xué)上得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 由于體內(nèi)環(huán)境的特殊性，且進(jìn)入體內(nèi)待測(cè)病變部位的路徑非常狹窄，所以現(xiàn)有的 利用到超聲成像原理的診斷儀大都為體外檢測(cè)，體外超聲檢測(cè)所采用的超聲波信號(hào)，由于 信號(hào)要穿透皮膚、皮下脂肪層以及人體組織與組織之間的界面，通常工作在較低的工作頻 率上；頻率較低的超聲波，具有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，從而導(dǎo)致較低的圖像分辨率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種人體體內(nèi)的超聲診斷儀及 換能器，其利用超聲導(dǎo)管將體內(nèi)超聲換能器經(jīng)人體自然腔道或微創(chuàng)口傳送到體內(nèi)待測(cè)部 位，提高了檢測(cè)的圖像分辨率。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本實(shí)用新型提供一種體內(nèi)超聲診斷儀，其包括：
[0007] 超聲導(dǎo)管，所述超聲導(dǎo)管的前端安裝有體內(nèi)超聲換能器；所述超聲導(dǎo)管的直徑為 0· 1mm~5mm ;所述體內(nèi)超聲換能器的中心頻率為5MHz~100MHz，所述超聲導(dǎo)管用于經(jīng)人 體自然腔道或微創(chuàng)口將所述體內(nèi)超聲換能器送入體內(nèi)待測(cè)部位；
[0008] 回撤/驅(qū)動(dòng)裝置；
[0009] 以及電子成像系統(tǒng)，其上裝載有重建圖像的電子部件；其中：
[0010] 所述超聲導(dǎo)管的后端與所述回撤/驅(qū)動(dòng)裝置相連；所述回撤/驅(qū)動(dòng)裝置與所述電 子成像系統(tǒng)相連。
[0011] 本實(shí)用新型所指的人體自然腔道包括：泌尿道、生殖道、鼻腔、外耳道及鼻淚管等， 超聲導(dǎo)管經(jīng)過(guò)人體自然腔道或微創(chuàng)口進(jìn)入體內(nèi)組織時(shí)，可以無(wú)創(chuàng)自然介入，或只需在體表 開很小的創(chuàng)口，即經(jīng)過(guò)微創(chuàng)進(jìn)入體內(nèi)，對(duì)人體的創(chuàng)傷小。
[0012] 本實(shí)用新型的體內(nèi)超聲換能器為微型傳感器，可經(jīng)人體自然腔道或微創(chuàng)口，進(jìn)入 體內(nèi)部位。所述回撤/驅(qū)動(dòng)裝置先由導(dǎo)絲將超聲導(dǎo)管送至體內(nèi)部位，然后緩慢回撤超聲導(dǎo) 管進(jìn)行超聲檢查，就可以在電子成像系統(tǒng)的顯示屏上看到一系列的體內(nèi)橫斷面圖像和三維 圖像，輔助臨床醫(yī)生對(duì)體內(nèi)病變進(jìn)行診斷，通過(guò)其成像圖像也可以引導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)或做 活體組織檢查。
[0013] 本實(shí)用新型將超聲換能器經(jīng)人體自然腔道或微創(chuàng)口送入體內(nèi)部位，縮短了檢測(cè)距 離，降低了體內(nèi)成像環(huán)境的散射強(qiáng)度；頻率越高單位距離的衰減越大，為了保證信號(hào)的強(qiáng) 度，頻率與成像距離成反比；因此檢測(cè)距離縮短之后，可以提高工作頻率，進(jìn)而提高超聲體 內(nèi)檢測(cè)圖像的分辨率，使臨床檢測(cè)更準(zhǔn)確。
[0014] 較佳地，所述體內(nèi)超聲換能器為單波束超聲換能器或圓柱型陣列超聲換能器；
[0015] 當(dāng)所述體內(nèi)超聲換能器為單波束超聲換能器時(shí)，所述體內(nèi)超聲換能器在所述超聲 導(dǎo)管的作用下360度旋轉(zhuǎn)；
[0016] 當(dāng)所述體內(nèi)超聲換能器圓柱型陣列超聲換能器時(shí)，所述體內(nèi)超聲換能器包括多個(gè) 沿圓柱面360度分布的超聲換能單元。
[0017] 本實(shí)用新型所述的超聲導(dǎo)管的設(shè)計(jì)主要有兩種：機(jī)械旋轉(zhuǎn)式和電子相控陣式。機(jī) 械旋轉(zhuǎn)式是通過(guò)單個(gè)陣元的換能器在360度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，并發(fā)射超聲波，同時(shí)將體內(nèi)截 面反射回的聲波采集，通過(guò)圖像處理，得到體內(nèi)橫截面圖像，此時(shí)回撤裝置將兼有驅(qū)動(dòng)換能 器旋轉(zhuǎn)的功能。電子相控陣式的換能器呈圓柱型排列，無(wú)需旋轉(zhuǎn)，利用電子延遲激勵(lì)的方 法，將體內(nèi)截面反射回的聲波采集，圖像處理后得到體內(nèi)橫截面圖像。
[0018] 與這兩種設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的換能器有兩種，分別為：（1)單波束的單陣元平面換能器 (如圖1所示）、單波束的單陣元曲面換能器（如圖4, 5所示）；（2)單波束的多陣元環(huán)狀換 能器（如圖6、7、8所示）、圓柱型陣列的換能器（如圖2所示）。
[0019] 較佳地，所述體內(nèi)超聲換能器為體內(nèi)超聲聚焦換能器，可以通過(guò)對(duì)超聲換能器的 自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)使其具有聚焦功能，也可在超聲換能器的前端加聚焦單元。
[0020] 醫(yī)療超聲檢測(cè)的聲強(qiáng)度定義為單位面積上的聲能量，即等于總能W和波束面積的 比：
[0022] 顯然，對(duì)于給定的聲功率，減小波束面積S，便能增加聲強(qiáng)度I，從而提高成像檢測(cè) 的信噪比。
[0023] 對(duì)于給定的空間角(1Ω，超聲散射聲強(qiáng)度是
對(duì) 空間的體積積分。其中Sv是體積散射系數(shù)。dv是散射體積元，定義為
，其 中：r是超聲換能器到目標(biāo)的距離，c是聲速，τ是脈沖長(zhǎng)度；b(武的和b'偉，妁分別為發(fā)射 和接收的指向角因子，其原理如圖3所示。
[0024] 不難看出，減小指向角因子對(duì)和的久的,·將直接提高成像檢測(cè)的分辨率。當(dāng) 體內(nèi)超聲換能器具有聚焦功能時(shí)，不僅減小了指向角因子b(久糾和，提高了成像檢 測(cè)的分辨率；同時(shí)也減小了散射體積dv，進(jìn)一步降低了體內(nèi)環(huán)境的散射強(qiáng)度，從而提高了 成像檢測(cè)的信噪比（信號(hào)散射噪聲比），提高了成像的清晰度，即圖像的質(zhì)量。
[0025] 本實(shí)用新型聚焦超聲技術(shù)的實(shí)現(xiàn)按實(shí)現(xiàn)的方法可分為：（1)機(jī)械結(jié)構(gòu)聚焦；(2)電 子聚焦。機(jī)械結(jié)構(gòu)聚焦又可以分為整體聲學(xué)結(jié)構(gòu)聚焦和聲透鏡聚焦。
[0026] 較佳地，所述體內(nèi)超聲換能器包括依次緊密連接的背襯層、壓電層及聲匹配層；其 中：
[0027] 所述背襯層和/或所述壓電層和/或所述聲匹配層具有機(jī)械曲面，其是采用整體 聲學(xué)結(jié)構(gòu)聚焦技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)聚焦，所述機(jī)械曲面的曲率半徑根據(jù)預(yù)定的焦距f確定，聚焦因 子K定義為焦距f和換能器孔徑d的比，即：K = f/d，孔徑d的尺寸可根據(jù)預(yù)定的聚焦因子 K和焦距f來(lái)確定。
[0028] 較佳地，所述體內(nèi)超聲換能器包括依次緊密連接的背襯層、壓電層聲、匹配層及聲 透鏡；其中：
[0029] 所述聲透鏡具有機(jī)械曲面，其是聲透鏡聚焦，其曲率半徑根據(jù)預(yù)定的焦距f確定， 聚焦因子K定義為焦距f和換能器孔徑d的比，即：K = f/d，孔徑d的尺寸可根據(jù)預(yù)定的聚 焦因子K和焦距f來(lái)確定。
[0030] 較佳地，所述聲透鏡為平凸或平凹透鏡。
[0031] 較佳地，所述體內(nèi)超聲聚焦換能器包括多個(gè)超聲換能單元以及多個(gè)延時(shí)電路，其 是電子聚焦；其中：
[0032] 每個(gè)所述超聲換能單元連接一個(gè)所述延時(shí)電路，用以補(bǔ)償聲波從焦點(diǎn)到各超 聲換能單元的聲程差所引起的時(shí)間差，聲程差和時(shí)間差根據(jù)預(yù)定的中心距離差來(lái)確 定；第i個(gè)超聲換能單元到中心軸線的距離SDi，由中心距離差01引入的聲程差為：
，時(shí)間差!^為：
，其中：i = 1，2···，5, f為 焦距，c為聲速。
[0033] 較佳地，所述多個(gè)超聲換能單元為同心排布或陣列排布。
[0034] 較佳地，當(dāng)所述多個(gè)超聲換能單元同心排布時(shí)，其為同心圓環(huán)排布或同心方環(huán)排 布。
[0035] 本實(shí)用新型還提供一種體內(nèi)超聲換能器，其包括：超聲換能單元；其包括依次緊 密連接的背襯層、壓電層及聲匹配層；其中：
[0036] 所述超聲換能單元的中心頻率為5MHz~100MHz ;
[0037] 所述超聲換能單元用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)并發(fā)射，也用于將接收到的超聲 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0038] 較佳地，還包括超聲聚焦單元，用于對(duì)所述超聲換能單元發(fā)射的超聲信號(hào)進(jìn)行聚 焦。
[0039] 較佳地，所述聚焦單元具體為在所述背襯層、所述壓電層以及所述聲匹配層上形 成的機(jī)械曲面。
[0040] 較佳地，所述聚焦單元具體為具有機(jī)械曲面的聲透鏡，所述聲透鏡與所述超聲換 能單元的聲匹配層緊密連接。
[0041] 較佳地，所述超聲換能單元包括多個(gè)；
[0042] 所述聚焦單元具體為多個(gè)延遲電路，每個(gè)所述超聲換能單元連接一個(gè)所述延時(shí)電 路。
[0043] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0044] (1)本實(shí)用新型提供的一種人體體內(nèi)的超聲診斷儀及換能器，將超聲換能器經(jīng)人 體自然腔道或微創(chuàng)口送入體內(nèi)，對(duì)人體的創(chuàng)傷比較小，同時(shí)減小了超聲換能器和體內(nèi)的距 尚，可以提尚工作頻率。從而提尚了分辨率，進(jìn)而有效提尚超聲體內(nèi)檢測(cè)圖像的分辨率和臨 床檢測(cè)的準(zhǔn)確性；
[0045] (2)本實(shí)用新型的人體體內(nèi)的超聲診斷儀及換能器，將超聲換能器深入人體組織 內(nèi)部，由于超聲成像的穿透率比較強(qiáng)，所以不僅可以能夠觀測(cè)組織內(nèi)部的表面，還能觀測(cè)其 深度病變部位；
[0046] (3)本實(shí)用新型的人體體內(nèi)的超聲換能器具有聚焦功能時(shí)，可進(jìn)一步降低體內(nèi)環(huán) 境的散射強(qiáng)度，進(jìn)一步提高成像檢測(cè)的信噪比，從而提高成像的清晰度。
[0047] 當(dāng)然，實(shí)施本實(shí)用新型的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0049] 圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的體內(nèi)超聲換能器的示意圖；
[0050] 圖2為圓柱形陣列換能器的示意圖；
[0051] 圖3為超聲換能器的體積散射系數(shù)和散射聲強(qiáng)度的原理圖；
[0052] 圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的體內(nèi)超聲聚焦換能器的示意圖；
[0053] 圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例3的體內(nèi)超聲聚焦換能器的示意圖；
[0054] 圖6為本實(shí)用新型的實(shí)施例4的體內(nèi)超聲聚焦換能器的示意圖；
[0055] 圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例4的體內(nèi)超聲聚焦換能器為同心圓環(huán)排布的左視圖；
[0056] 圖8為本實(shí)用新型的實(shí)施例4的體內(nèi)超聲聚焦換能器為同心方環(huán)排布的左視圖；
[0057] 圖9為本實(shí)用新型的實(shí)施例4的體內(nèi)超聲聚焦換能器為陣列排布的左視圖；
[0058] 圖10為本實(shí)用新型的人體體內(nèi)的超聲診斷儀的示意圖。
[0059] 標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1_超聲導(dǎo)管，2-回撤/驅(qū)動(dòng)裝置，3-電子成像系統(tǒng)；
[0060] 11-體內(nèi)超聲換能器；
[0061] 111-背襯層，112-壓電層，113-聲匹配層，114-透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0062] 下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
[0063] 本實(shí)用新型的體內(nèi)超聲換能器，包括：超聲換能單元，其包括依次緊密連接的背襯 層、壓電層及聲匹配