[發(fā)明專利]物理調(diào)焦軟耦合自動掃描超聲探測成像裝置與方法

有效

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• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105147315B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋崗;楊萃;曹燕;王一歌;劉嬌蛟;馬碧云;李杰;趙明劍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州豐譜信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 鄭永泉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)超聲探測領(lǐng)域，具體涉及一種物理調(diào)焦軟耦合自動掃描超聲探測成像裝置與方法。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)超聲探測是指將超聲探測技術(shù)應(yīng)用于人體，對人體組織進(jìn)行探測和成像，屬于醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)。醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)有X射線、CT檢查、超聲探測檢查、核磁共振等幾種，但是X射線、CT檢查都對人體有害，不適合用于進(jìn)行經(jīng)常性體檢；核磁共振檢查對人體無害，但是儀器龐大、成本較高，不適合推廣至普通體檢中。醫(yī)學(xué)超聲探測檢查對人體無害，成本較低，且可以檢查和幫助診斷大約30%的疾病，因此具有重要的應(yīng)用價值。

超聲探測技術(shù)為向人體發(fā)送超聲波，超聲波遇到介質(zhì)不同的界面，比如從皮膚進(jìn)入脂肪、從脂肪進(jìn)入骨骼等具有不同聲阻抗的介質(zhì)的界面時，會發(fā)生反射，提取發(fā)送超聲信號和反射超聲信號的參數(shù)進(jìn)行處理并成像，即可以得到超聲探測影像。然而，雖然超聲檢測應(yīng)用非常廣泛，但是現(xiàn)在醫(yī)學(xué)超聲探測圖像不清晰，只有有經(jīng)驗(yàn)并有一定專業(yè)知識的醫(yī)生才能讀懂超聲影像。歸納起來，主要有以下一些問題：

第一，現(xiàn)有的超聲探測系統(tǒng)軸向探測精度尚可，但側(cè)向（橫向）探測精度低。超聲探測的側(cè)向分辨率是指超聲波能測出的橫向上兩個界面的最小距離。側(cè)向分辨率與波束寬度有關(guān)，因此，直接與發(fā)送探頭和接收探頭的面積有關(guān)。減小接收探頭的接收面積，可以提高分辨率，但是卻會降低接收功率，使信號變得微弱。

第二，現(xiàn)有的超聲探測系統(tǒng)可通過相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚焦，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)較為復(fù)雜。相控陣探頭上有許多換能器晶片，可通過計算機(jī)給每一個換能器晶片獨(dú)立施加不同的延時激發(fā)，多路超聲信號相干，使得在焦點(diǎn)處附近產(chǎn)生的超聲信號最強(qiáng)，通過軟件控制產(chǎn)生波束的角度、聚焦位置和焦點(diǎn)尺寸。但是硬件上需要多個換能器晶片形成陣列，比如排列成線陣、圓陣等，并對多個晶片進(jìn)行精確地激發(fā)。另外，相控陣的聚焦能力與晶片數(shù)量有關(guān)，能激發(fā)的晶片數(shù)越多，聚焦能力越強(qiáng)、范圍越大，換能器晶片陣列固化之后，聚焦能力固定。

第三，現(xiàn)有超聲探測系統(tǒng)圖像拼接反演效果較差。現(xiàn)在的超聲探頭是醫(yī)生手動控制，探頭在人體皮膚表面朝著目標(biāo)器官一側(cè)移動，獲取一系列二維切面圖像，再通過軟件算法進(jìn)行配準(zhǔn)和拼接，得到反映組織或者器官結(jié)構(gòu)的全景圖像。在對探測得到的圖像進(jìn)行拼接時，由于超聲探頭的位置隨機(jī)，且沒有確定的先驗(yàn)坐標(biāo)信息，因此拼接精度不高。

第四，現(xiàn)有的超聲探測系統(tǒng)存在近場盲區(qū)。現(xiàn)有的超聲探測系統(tǒng)發(fā)送脈沖信號，為了避免發(fā)送信號對接收信號的干擾，發(fā)送的同時不接收，等待脈沖信號發(fā)送完畢后才轉(zhuǎn)為接收模式，因此在發(fā)送脈沖持續(xù)時間內(nèi)的反射界面反射的回波信號會丟失，也就是說，現(xiàn)有的超聲探測無法對距離探頭非常近的皮膚淺層進(jìn)行探測。

第五，現(xiàn)有超聲探測耦合效果不好。超聲從超聲探頭，進(jìn)入到人體時，需要耦合。因?yàn)榭諝獾穆曌杩狗浅４螅绻詈喜缓茫曅盘柦?jīng)過空氣就大幅衰減，而只有少量超聲信號進(jìn)入到人體。因此，需要在人體表面涂抹醫(yī)用耦合劑排除探頭與人體之間的空氣，實(shí)現(xiàn)耦合。由于超聲探頭是形狀固定的硬質(zhì)器件，在與人體耦合的時候不僅需要涂抹大量的耦合劑，有時還需要醫(yī)生用力按壓才能實(shí)現(xiàn)較好的耦合。

總之，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)超聲探測存在橫向分辨率低、拼接反演效果較差、存在近場盲區(qū)以及耦合效果不好等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)超聲探測存在橫向分辨率低、拼接反演效果較差、近場盲區(qū)以及耦合效果不好等問題，本發(fā)明提出一種物理調(diào)焦軟耦合自動掃描超聲探測成像裝置與方法。

物理調(diào)焦軟耦合自動掃描超聲探測成像裝置，包括物理調(diào)焦軟耦合探頭裝置和數(shù)據(jù)處理后臺。物理調(diào)焦軟耦合探頭裝置和數(shù)據(jù)處理后臺之間通過有線或者無線的方式通信。

所述物理調(diào)焦軟耦合自動掃描超聲探測成像裝置中的數(shù)據(jù)處理后臺，用于產(chǎn)生寬頻探測信號和收發(fā)探頭陣列掃描位置信息，發(fā)送上述寬頻探測信號和收發(fā)探頭陣列掃描位置信息給物理調(diào)焦軟耦合探頭裝置，并對物理調(diào)焦軟耦合探頭裝置接收到的探測回波信號進(jìn)行處理和成像。

所述的物理調(diào)焦軟耦合探頭裝置包含軟耦合薄膜球、自動掃描超聲探頭和支架。所述的軟耦合薄膜球是由透聲性能好的柔軟薄膜制成的球體，薄膜材質(zhì)應(yīng)具有較好的彈性和韌性，比如可以是硅膠、乳膠、單一聚亞胺酯、聚氨酯等。軟耦合薄膜球的大小可依據(jù)具體應(yīng)用而定。軟耦合薄膜球體內(nèi)部充滿了透聲性能好、聲阻抗小的耦合液體，比如水、油。支架用于支撐和固定軟耦合薄膜球以及自動掃描超聲探頭，支架可以移動，并可以上下左右調(diào)整，以使得軟耦合薄膜球和自動掃描超聲探頭可以上下左右調(diào)整，以便于調(diào)整軟耦合薄膜球和被探測人體之間的相對位置。