[發(fā)明專利]一種二維環(huán)型相控陣超聲換能器結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210355889.6
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102824190A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭鈺;陳思平;汪天富;唐滸;崔陽;胡振華
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 胡堅

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明公開一種醫(yī)療診斷超聲系統(tǒng)，特別是一種用于三維超聲成像的二維環(huán)型相控陣超聲換能器結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

隨著超聲波成像技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波成像系統(tǒng)在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用也越來越多，人們最常見的為B超。通常的超聲成像系統(tǒng)包括一個超聲換能器陣列，該換能器陣列用于發(fā)射超聲波束，然后接收反射的超聲波、進(jìn)行波束合成、顯示處理進(jìn)而得到B超圖像。?

目前廣泛應(yīng)用于臨床的超聲換能器大部分是一維線陣或一維相控陣超聲換能器，各陣元延一個方向線性排列，通過電子或機(jī)械掃描方式獲得二維超聲圖像。請參看附圖1，如圖1所示的一維線陣換能器，在短軸方向（Y方向）采用幾何聚焦方式，長軸方向（X方向）采用電子聚焦方式，由于幾何聚焦的焦距是固定的，在測量一定深度的組織時，短軸方向的側(cè)向分辨率會比長軸方向的低很多，從而導(dǎo)致超聲波束無法盡可能地收窄，這勢必會影響成像的質(zhì)量。而通過一維陣列探頭僅能獲得二維圖像，必須經(jīng)過后續(xù)三維重建，方可獲得三維圖像。?

二維面陣換能器是能夠?qū)崿F(xiàn)實時三維超聲成像的基礎(chǔ)，它能夠提供聲束的三維動態(tài)聚焦和偏轉(zhuǎn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)三維數(shù)據(jù)的實時采集。該換能器是在一個平面或曲面上分布大量陣元，比如128?128陣元的二維面陣，二維面陣換能器的陣元多、密度大、制作難度很高，并且成本高，因而面陣換能器的研制挑戰(zhàn)性很高。與一維線陣換能器類似，二維面陣換能器同樣是采用脈沖回波相控陣電子掃描來完成聲束的發(fā)射和接收，不同的是二維面陣換能器可以在仰角方向和方位角兩個方向上進(jìn)行相控電子掃描，請參看附圖2，如圖2所示，在一定激勵角度范圍內(nèi)，二維面陣換能器可以形成金字塔形掃描區(qū)域，該區(qū)域在X和Y方向有相同的側(cè)向分辨率，從而提高成像質(zhì)量。?

但是就目前的探頭制作工藝水平而言，二維面陣超聲換能器的陣元面積小、陣元數(shù)量多，其制作工藝難度很高，成品率較低。在設(shè)計和制作過程中，主要面臨以下幾個難題：?

（1）陣元引線難：二維面陣超聲換能器通常有上千個或者幾千個陣元組成，每個陣元與系統(tǒng)的發(fā)射/接收通道的有效連接和屏蔽是二維面陣設(shè)計的難點(diǎn)。

（2）陣元數(shù)目與系統(tǒng)的發(fā)射/接收通道的電路匹配難，電路發(fā)熱嚴(yán)重。例如，當(dāng)前128個陣元的一維線陣能夠獲得較好的成像質(zhì)量，而在實時三維成像系統(tǒng)中，如果要得相同質(zhì)量的B超圖像，二維面陣必須包括128128=16384個陣元，以及與這16384個陣元相匹配的獨(dú)立的發(fā)射/接收通道。以現(xiàn)有技術(shù)來說，含有如此龐大數(shù)量的陣元的和通道數(shù)的換能器制造，困難大、成本高。?

（3）陣元信噪比低：由于二維面陣的陣元很小，具有很高的電阻抗，信噪比低。?

發(fā)明內(nèi)容

針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的醫(yī)療診斷超聲系統(tǒng)中二維面陣陣元引線難、陣元信噪比低，一維線陣幾何聚焦固定等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的二維環(huán)型相控陣超聲換能器結(jié)構(gòu)，其將環(huán)型相控陣按一定的角度沿徑向分割，形成一種二維環(huán)型相控陣列，既保留了一維環(huán)型相控陣孔徑可調(diào)、軸線方向上景深可調(diào)、聚焦區(qū)域側(cè)向分辨率一致的特點(diǎn)，又克服了一維環(huán)型相控陣無法在非軸向方向聚焦，獲得波束偏轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)，對比二維矩形面陣，二維環(huán)型相控陣超聲換能器所需陣元數(shù)較少，陣元面積較大，而且陣元的間距不受的尺寸限制。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種二維環(huán)型相控陣超聲換能器結(jié)構(gòu)，換能器結(jié)構(gòu)包括一個以上按照同心圓呈環(huán)形分布的陣元環(huán)，每個陣元環(huán)包括兩個以上的陣元，各個陣元的面積相同。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括：?

進(jìn)一步的，所述的每個陣元環(huán)包括兩個以上扇形或扇面形的陣元，最內(nèi)層陣元環(huán)的陣元呈扇形，其他陣元環(huán)中的陣元呈扇面形。

進(jìn)一步的，所述的陣元環(huán)包括5~8個。?

進(jìn)一步的，所述的各獨(dú)立陣元施加不同延時的激勵信號，采用不同的延時時間的激勵信號，根據(jù)實際聚焦范圍來調(diào)整不同圓環(huán)上各陣元的電脈沖時延量，從而使各環(huán)先后發(fā)出的聲脈沖，在聲場中形成會聚的波陣面，使得換能器能夠在空間中指定點(diǎn)處實現(xiàn)聲束聚焦。?

進(jìn)一步的，所述的換能器結(jié)構(gòu)為通過分割線分割成的N等分同心圓環(huán)形成相控陣，N為大于2的整數(shù)。?

進(jìn)一步的，所述的陣元采用壓電材料，陣元之間的間隙采用具有聲學(xué)特性的聲學(xué)材料填充。?

進(jìn)一步的，所述的具有聲學(xué)特性的聲學(xué)材料為環(huán)氧樹脂。?

進(jìn)一步的，所述的N等于8，分隔處為2°扇形角。?