[發(fā)明專利]一種提高水聽(tīng)器線性度的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310417964.1
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103431875A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于一;胡雷;李友寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 于一
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00;A61N7/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域????

本發(fā)明涉及一種超聲設(shè)備檢測(cè)用高頻超聲水聽(tīng)器，用于測(cè)量超聲頻率大于500KHz的超聲信號(hào)，屬于醫(yī)用超聲檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，醫(yī)用超聲是超聲學(xué)在醫(yī)療中的應(yīng)用，根據(jù)其工作原理及特性，主要的應(yīng)用分為兩大類：

一、醫(yī)用診斷超聲，即用診斷超聲主要是以低能量形式應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以探查和提取人體信息為目的，一般不會(huì)在人體組織內(nèi)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的生物變化。由于醫(yī)療診斷超聲設(shè)備是以探查和提取人體信息為目的，因此為了提高圖像的清晰度，更精確、更清晰的反映組織的情況，現(xiàn)在超聲診斷設(shè)備的聲功率越來(lái)越大，有的甚至已經(jīng)到了對(duì)人體組織產(chǎn)生生物變化的程度，尤其是對(duì)胎兒的影響尤為重大，過(guò)大的超聲的效應(yīng)可能造成胎兒的畸形。診斷超聲的圖像清晰和生物效應(yīng)成了一對(duì)矛盾的主體，既要保證安全，又要達(dá)到圖像清晰和生物效應(yīng)成了一對(duì)矛盾的主體，既要保證安全，又要達(dá)到圖像的清晰為臨床診斷提供依據(jù)，為了保障安全使用超聲診斷設(shè)備，行業(yè)內(nèi)提出了診斷超聲的安全閾值的問(wèn)題。為此必須對(duì)醫(yī)用診斷設(shè)備的聲參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保臨床應(yīng)用中的安全性。

二、醫(yī)用治療超聲，治療超聲主要是高能量的形式作用于人體，使人體組織發(fā)生某種有利于疾病治療或是身體康復(fù)的變化。根據(jù)所用超聲強(qiáng)度的不同，治療超聲又可分為理療超聲、熱療超聲和高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU），特別是HIFU進(jìn)入體內(nèi)的能量巨大，可以瞬間使組織發(fā)生不可逆的生物變化。同樣為了保障人體用械安全，治療超聲設(shè)備也必須工作在安全閾值范圍內(nèi)。

這些安全閥值的測(cè)量必須依靠水聽(tīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前國(guó)外市場(chǎng)上的高頻超聲水聽(tīng)器生產(chǎn)企業(yè)有美國(guó)ONDA公司、丹麥B&K公司和英國(guó)精密聲學(xué)公司，其采用半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)的真空鍍膜工藝，水聽(tīng)器的靈敏度在40M頻率范圍內(nèi)基本在一條直線兩側(cè)微小變化，不會(huì)出現(xiàn)反向拐點(diǎn)，通常用每50KHz頻率間隔進(jìn)行校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)輸入測(cè)量系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)不同頻率調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，換算成聲壓值，可以滿足實(shí)際測(cè)量的需要，基本原理如圖1所示。國(guó)內(nèi)也有類似產(chǎn)品的制造商，如中科院聲學(xué)所、無(wú)錫海鷹公司、上海交通大學(xué)和中船715所，但靈敏度曲線和國(guó)外產(chǎn)品無(wú)法相提并論，國(guó)內(nèi)用戶每年采購(gòu)大量國(guó)外水聽(tīng)器。

國(guó)外傳統(tǒng)的水聽(tīng)器采用陶瓷和PVDF制造，將接收敏感面做的很小，壓電材料的接收靈敏度很小，在500KHz到40MHz的范圍內(nèi)得到較好的頻率響應(yīng)，在小信號(hào)的條件下，這種方法可以通過(guò)水聽(tīng)器輸出端加通用放大器，將輸出信號(hào)放大，再被數(shù)據(jù)采集器采集，讀出相應(yīng)的電壓值，通過(guò)校準(zhǔn)的靈敏度系數(shù)換算成聲壓值。隨著治療超聲技術(shù)的迅猛發(fā)展，零點(diǎn)毫米的尺寸壓電材料，其機(jī)械應(yīng)力無(wú)法承受高強(qiáng)度的超聲沖擊力，把水聽(tīng)器幾何尺寸做大，其機(jī)械應(yīng)力雖然提高，但是水聽(tīng)器的頻率響應(yīng)就出現(xiàn)比較大的非線性，從技術(shù)上講，對(duì)水聽(tīng)器拐點(diǎn)處校準(zhǔn)很困難并且校準(zhǔn)費(fèi)用巨大，大多數(shù)用戶無(wú)法承受，這將給日常使用帶來(lái)很多困難。

發(fā)明內(nèi)容????

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高現(xiàn)有水聽(tīng)器的線性度，通過(guò)專用定制芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)水聽(tīng)器的輸出頻響在設(shè)定的范圍內(nèi)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種提高水聽(tīng)器線性度的方法，包括以下步驟：

步驟（1），將水聽(tīng)器固定在測(cè)試場(chǎng)中，采用信號(hào)源向水聽(tīng)器發(fā)射頻率連續(xù)變化、恒定聲壓的掃頻測(cè)試信號(hào)；

步驟（2），水聽(tīng)器接收該掃頻測(cè)試信號(hào)，在水聽(tīng)器的輸出端設(shè)置一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鳎?tīng)器的輸出信號(hào)經(jīng)可變?cè)鲆娣糯笃鞣糯蠛螅?jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換成聲壓信號(hào)輸入至一計(jì)算裝置；

步驟（3），該計(jì)算裝置將所述聲壓信號(hào)采集、運(yùn)算和存儲(chǔ)，得到水聽(tīng)器的頻響曲線，根據(jù)頻響曲線計(jì)算出所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯箢l響曲線，所述放大頻響曲線和所述水聽(tīng)器的頻響曲線以水平軸對(duì)稱；

步驟（4），計(jì)算裝置將所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯箢l響曲線數(shù)據(jù)輸送給可編程控制器，該可編程控制器監(jiān)測(cè)該放大頻響曲線信號(hào)頻率并向可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵隹刂菩盘?hào)，以50KHz頻率間隔控制可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯笙禂?shù)，使可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵龆说妮敵鲂盘?hào)在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)輸出幅度基本不變，從而實(shí)現(xiàn)水聽(tīng)器輸出的頻響曲線基本成一直線。