小型超聲掃描成像一體化探頭系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于超聲成像探測技術領域，具體為一種小型超聲掃描成像一體化探頭系統。其結構包括探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機、Y軸螺桿、Y軸微型電機、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。采用微型電機和微型螺桿構成雙軸移動控制系統，將小型超聲聚焦晶元固定在Y軸電機上，通過X軸電機和Y軸電機的移動實現超聲聚焦晶元的二維移動。在每一個位移點發(fā)射超聲并接收回波信號，將整個平面內所有位移點獲得的信號傳輸到主機進行成像。由于微型電機能夠精確地控制小型超聲聚焦晶元的位移，本系統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。
【專利說明】
小型超聲掃描成像一體化探頭系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于超聲成像探測技術領域，具體涉及一種小型超聲掃描成像一體化探頭系統。
【背景技術】
[0002]超聲成像探頭已廣泛應用于醫(yī)療診斷及工業(yè)檢測系統中。目前通常采用的超聲成像探頭主要有兩種:
[0003]—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，在之后進行數據融合從而獲得超聲圖像。該系統的優(yōu)點是，沒有機械裝置，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，在有限的空間內只能放置有限的陶瓷晶元。
[0004]另一種方法使用雙軸水平電機控制系統，將單晶元超聲探頭固定在電機上，實現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行耦合。通過電機控制探頭的位置，進行C掃描成像。這種系統的優(yōu)點是探頭位移精度高，能夠獲得比較高的成像精度。然而這種系統體積龐大，并且通常需要將待測物體放在水中才能進行掃描成像，使用很不方便。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種分辨率高、方便使用的小型超聲掃描成像一體化探頭系統。
[0006]本實用新型提供的小型超聲掃描成像一體化探頭系統，其結構包括:探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機、Y軸螺桿、Y軸微型電機、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；其中:
[0007]控制電路通過柔性信號線連接到X軸微型電機、Y軸微型電機和小型超聲聚焦晶元上。由于在掃描成像過程中電機及超聲聚焦晶元都會進行位移，所以采用柔性信號線進行連接。控制電路發(fā)出控制信號，分別控制X軸微型電機在X軸螺桿上移動、Y軸微型電機在Y軸螺桿上移動，從而實現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，從而實現超聲C掃描成像。
[0008]本實用新型中，在超聲探頭的外殼底面與待測物體之間涂有超聲傳導耦合劑。超聲聚焦晶元發(fā)出的超聲波首先在探頭內部通過耦合液體傳導到探頭外殼底面，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到待測物體。反射的超聲回波信號經過探頭底部與待測物體之間的耦合劑到達探頭底部，再經過探頭內部的耦合液體到達超聲聚焦晶元，被超聲聚焦晶元轉換為電信號。在逐點采集到回波信號之后，將其傳輸到主機進行成像。
[0009]本實用新型中，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。
[0010]本實用新型中，所述耦合液體可以為具有電絕緣能力和低聲衰減系數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耦合劑。
[0011]本實用新型采用微型電機和微型螺桿構成雙軸移動控制系統，將小型超聲聚焦晶元固定在Y軸電機上;外殼中注滿專用超聲耦合液體。通過雙軸移動控制系統，控制小型超聲聚焦晶元進行二維移動并探測超聲背散射信號，將整個位移區(qū)域內所有探測點獲得的信號進行融合從而獲得超聲成像。由于微型電機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，本實用新型能夠獲得更高的分辨率。將整個系統封裝在充滿耦合液體的外殼內，具有一體化和小型化的優(yōu)點。本實用新型實現了超聲掃描探頭的一體化設計，可以作為一個獨立的超聲探頭進行使用，是一種方便且具有較高分辨率的超聲掃描系統。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013]圖1是本實用新型的小型超聲掃描成像一體化探頭系統的結構圖。
[0014]圖2是本實用新型的小型超聲掃描成像一體化探頭系統的底視圖。
[0015]圖中標號:1.探頭外殼，2.X軸螺桿，3.X軸微型電機，4.Y軸螺桿，5.Y軸微型電機，
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】
[0016]如圖1和圖2所示，本實用新型的小型超聲掃描成像一體化探頭系統包括:探頭外殼(1)3軸螺桿(2)4軸微型電機(3)、￥軸螺桿(4)、￥軸微型電機(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。
[0017]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(3)、Y軸微型電機(5)和小型超聲聚焦晶元(6)上。X軸微型電機(3)在X軸螺桿(2)上進行線性移動，Y軸螺桿(4)固定在X軸微型電機(3)上，隨著X軸微型電機(3)進行線性移動。Y軸微型電機(5)在Y軸螺桿(4)上進行線性移動。小型超聲聚焦晶元(6)固定在Y軸微型電機(5)上。通過X軸微型電機(3)和Y軸微型電機(5)的移動，從而實現了小型超聲聚焦晶元(6)的二維移動。整個系統密封在探頭外殼(I)內，探頭外殼(I)內充滿專用耦合液體(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行較好的聲阻抗匹配。
[0018]控制電路(9)控制X軸微型電機(3)和Y軸微型電機(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，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)出的超聲波經過探頭內部的專用耦合液體(7)到達探頭外殼底面。穿透探頭外殼之后，通過與待測物體之間涂抹的耦合劑(10)傳導到待測物體(U)。待測物體(11)反射回的超聲回波信號經過探頭底部與待測物體之間的耦合劑(10)到達探頭底部，再經過探頭內的專用耦合液體(7)到達超聲聚焦晶元(6)，被超聲聚焦晶元(6)轉換為電信號，由控制電路(9)采集。在逐點采集到回波信號之后，傳輸到主機進行數據融合成像。
【主權項】
1.一種小型超聲掃描成像一體化探頭系統，其特征在于結構包括:探頭外殼、X軸螺桿、X軸微型電機、Y軸螺桿、Y軸微型電機、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；其中: 所述控制電路通過柔性信號線連接到X軸微型電機、Y軸微型電機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軸微型電機在X軸螺桿上移動、Y軸微型電機在Y軸螺桿上移動，實現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，從而實現超聲C掃描成像。2.根據權利要求1所述的小型超聲掃描成像一體化探頭系統，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耦合劑，超聲聚焦晶元發(fā)出的超聲波首先在探頭內部通過耦合液體傳導到探頭外殼底面，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到待測物體;反射的超聲回波信號經過探頭底部與待測物體之間的耦合液體到達探頭底部，再經過探頭內部的耦合液體到達超聲聚焦晶元，被超聲聚焦晶元轉換為電信號;在逐點采集到回波信號之后，將其傳輸到主機進行成像。3.根據權利要求1所述的小型超聲掃描成像一體化探頭系統，其特征在于:X軸微型電機在X軸螺桿上進行線性移動，Y軸螺桿固定在X軸微型電機上隨著X軸微型電機進行線性移動;Y軸微型電機在Y軸螺桿上進行線性移動;小型超聲聚焦晶元固定在Y軸微型電機上;控制電路控制X軸微型電機和Y軸微型電機的移動，從而實現小型超聲聚焦晶元的二維移動。4.根據權利要求1所述的小型超聲掃描成像一體化探頭系統，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.根據權利要求1所述的小型超聲掃描成像一體化探頭系統，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的水溶性高分子凝膠。
【文檔編號】G01N29/28GK205607931SQ201620235334
【公開日】2016年9月28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】復旦大學