[發(fā)明專利]改進(jìn)的超聲換能器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080028231.3
• 申請(qǐng)日: 2010-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN102458258A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾薩·艾爾-阿克盧克;斯圖爾特·巴特利特;約翰·帕克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西格諾斯蒂克斯有限公司
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)。具體地涉及采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)陣列的這樣的系統(tǒng)的實(shí)施方式。

背景技術(shù)

超聲是用于產(chǎn)生體內(nèi)器官的圖像掃描的非侵入性技術(shù)。有許多類型的實(shí)時(shí)超聲系統(tǒng)支持各式各樣的超聲換能器。這些系統(tǒng)可分成電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，電子系統(tǒng)諸如充分利用電子技術(shù)來形成波束和引導(dǎo)超聲波束的相控陣列換能器、曲線陣列換能器和線性陣列換能器；機(jī)械系統(tǒng)中，換能器或換能器陣列被機(jī)械地移動(dòng)以引導(dǎo)波束。

機(jī)械掃描儀是實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)傳統(tǒng)上最簡(jiǎn)單的和最便宜的類型。這些系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)壓電晶體，所述壓電晶體發(fā)射感應(yīng)超聲信號(hào)，并接收從成像主體返回的回聲。為了使其有效，超聲信號(hào)有顯著的方向性并可被描述為超聲波束。利用電磁電機(jī)以重復(fù)的方式移動(dòng)晶體以便波束覆蓋要被成像的區(qū)域。電機(jī)可以是任何類型，這取決于所需要的運(yùn)動(dòng)特征。已知有使用步進(jìn)電機(jī)、DC電機(jī)和線性電機(jī)的裝置。

一般地，機(jī)械超聲掃描儀采用兩種技術(shù)中的一種來移動(dòng)波束和產(chǎn)生圖像。

第一種技術(shù)是旋轉(zhuǎn)輪換能器，其中一個(gè)或多個(gè)晶體旋轉(zhuǎn)360°使得從晶體發(fā)射的波束掃出圓形。該圓的扇區(qū)組成要被成像的區(qū)域。只有當(dāng)該扇區(qū)被掃過時(shí)才發(fā)射和接收超聲信號(hào)。

第二種類型的機(jī)械超聲掃描儀采用振動(dòng)換能器，其中單個(gè)晶體通過電磁電機(jī)來回移動(dòng)使得由換能器發(fā)射的超聲波束掃過感興趣的區(qū)域。

一百多年以前發(fā)明了電磁電機(jī)。這些電機(jī)仍然在工業(yè)中占據(jù)著重要的位置，但應(yīng)該被視為到了技術(shù)發(fā)展的極限。在機(jī)械驅(qū)動(dòng)的超聲掃描儀中的性能改進(jìn)不能期望于在這樣的電機(jī)中的逐步改進(jìn)。傳統(tǒng)的電磁電機(jī)難以以非常小的尺寸制造出來，而這對(duì)于在便攜式超聲探測(cè)器中使用是非常期望的。

電磁電機(jī)很難精確地控制且具有較低的位置分辨率。它們還具有高速和低轉(zhuǎn)矩特征并具有較慢的響應(yīng)。

電磁電機(jī)中的各種局限性引起當(dāng)前的單晶機(jī)械換能器的許多問題。

這樣的換能器易于受到配準(zhǔn)偽影的影響，因?yàn)殡姍C(jī)空轉(zhuǎn)發(fā)生的虛假的明顯的反射，因此產(chǎn)生于連續(xù)的掃描的圖像幀可能不完全一致。這也可能導(dǎo)致使圖像看起來令人疲勞的圖像抖動(dòng)。

電機(jī)有噪音且將振動(dòng)傳遞到與患者接觸的超聲探測(cè)器。這可使患者感到不安或不舒服。

另外，由于電機(jī)中的搖晃和位置誤差，任何形式的多普勒成像都是不可行的。

不使用電機(jī)的電子系統(tǒng)包括相控陣列換能器、曲線換能器和線性換能器，它們克服了機(jī)械系統(tǒng)的許多問題，包括圖像配準(zhǔn)、執(zhí)行多普勒成像的能力、振動(dòng)和噪聲。然而，電子系統(tǒng)具有其他缺點(diǎn)。它們制造起來更加昂貴，具有相對(duì)較高的功率消耗，以及它們相對(duì)較大，因?yàn)?，為了?shí)現(xiàn)令人滿意的性能，它們包括大量換能器元件和相關(guān)的電子通道。

本發(fā)明的公開內(nèi)容

在本發(fā)明的一種形式中，提出了一種類型的超聲換能器探測(cè)單元，所述超聲換能器探測(cè)單元包括主體部分以及用于發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的至少一個(gè)換能器，所述換能器以重復(fù)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于主體部分機(jī)械移動(dòng)以聲穿透區(qū)域，其中換能器的運(yùn)動(dòng)能夠被控制以小于1毫米的誤差返回到相對(duì)于主體部分的選定位置。

超聲波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)非常精確，并能夠被定位到納米級(jí)精度。超聲波電機(jī)具有極好的響應(yīng)時(shí)間，因此能夠迅速地移動(dòng)和停止。

在另一優(yōu)選形式中，可以說本發(fā)明在于超聲換能器探測(cè)單元，該超聲換能器探測(cè)單元包括主體部分和至少一個(gè)用于發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的換能器，其中換能器通過超聲波電機(jī)以重復(fù)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于主體部分移動(dòng)。

超聲多普勒分析給出關(guān)于要素(通常是要成像的身體內(nèi)的血液的運(yùn)動(dòng))的信息。若換能器本身隨著開動(dòng)的電磁電機(jī)的振動(dòng)而移動(dòng)，則不能獲取有用的信息。從多條掃描線中提取多普勒信息。因此，能夠精確地從身體的相同區(qū)域獲取重復(fù)的掃描線是必要的。

優(yōu)選地，所述探測(cè)單元適于產(chǎn)生適合處理的掃描線數(shù)據(jù)，以允許顯示門控多普勒、功率多普勒、脈沖波多普勒、彩色多普勒和雙工多普勒信息中的至少一個(gè)。

在線性陣列換能器超聲探測(cè)器中，為了提供較高分辨率的圖像而不犧牲圖像的覆蓋范圍；或?yàn)榱颂峁┹^寬的圖像覆蓋范圍而不犧牲分辨率，需要更多的掃描線并因此需要更多的換能器元件。提供附加的元件是昂貴的。較大的換能器本身就比較昂貴，而且接入和控制附加元件所需要的附加的配線和電子器件(通常稱為通道)也是昂貴的。

具有較少的、相對(duì)較遠(yuǎn)地分開設(shè)置的元件的陣列換能器用較少的成本提供良好的圖像寬度，但犧牲了圖像中的掃描線的數(shù)量并因此犧牲了橫向分辨率。