一种支持多模式的便携式探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型的一种支持多模式的便携式探头，属于电子医疗设备领域，其与超声主机相连接，包括单阵元晶片单元、超声发射模块和超声接收模块；该单阵元晶片单元由一个发射晶片和一个接收晶片组成；该发射晶片设于该超声发射模块内，该接收晶片设于该超声接收模块内。该新型探头设计成单阵元，实现单阵元探头就可以在CW和PW双模式下进行工作，有效整合了结构，体积小，便于携带，而且工作模式多，功能更全，多样化；该单阵元探头工作中心频率只有2MHz,使得该探头的穿透能力更加强，灵敏高更加高，可靠性更加好，而且将产生更好的回波信号，能检测到人体头颅的颅骨之间的组织和人体内肋骨之间的组织，可以检测到人体更多的器官和部位。
【专利说明】一种支持多模式的便携式探头
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电子医疗设备领域，涉及一种超声探头，特别是一种支持多模式的便携式探头。
【背景技术】
[0002]在目前电子医疗设备中，探头是比较常见的一种配件，按用途分类，有大凸探头、线阵探头、微凸探头、相控阵探头、腔内探头、血氧探头、容积探头、胎监探头、心电探头等，这些不同的探头有着不同的功能，还可以检查人体不同的部位或者器官。
[0003]目前在超声设备领域，配置的探头主要有线阵探头、凸阵探头、腔内探头、相控阵探头。线阵探头是由线阵换能器、探头壳体、电缆、PCB及连接件所组成，线阵换能器是线阵探头最重要的功能部件，它是由一块长条形的晶片根据需要加工成n个阵元，这些阵元排列在一条直线上所构成，这种探头中心频率一般是7MHz以上，探测深度浅，主要是探测乳腺、动脉等。凸阵探头是指其换能器阵元依次排列在一条凸弧线上构成一个弧线阵，选取适当个数的阵元组成子阵，每个子阵形成一个波束，按照顺序变换子阵会形成弧线性扫描，这种探头的中心频率一般是3.5MHz，检测的深度比较深，所以也叫腹部探头，通常检测肝脏、肾脏等。腔内探头频率比较广，种类也多，如直肠探头、阴道探头等，腔内探头主要是伸到人体内，外观一般比较窄、比较长，主要是检测人体的内脏。相控阵探头结构与线阵探头类似，由若干个阵元排列成直线阵列而组成，所不同的是线阵探头是由许多子阵在电子控制器的控制下分组轮流进行工作，而相控阵是没有子阵的，所有阵元对每个时刻的波束都是有贡献的，但是相控阵探头检测人体颅内的血管不是很方便，因为相控阵探头体积较大，头颅的颅骨之间缝隙比较小，这种探头的中心频率一般是3.5MHz到8MHz左右，相控阵探头可以用于检查腹部，因为频率较低，穿透力比较好。
[0004]这些多阵元探头的工作频率比较高，因此导致利用这些探头不能准确检测人体的某一些部位，比如人体颅内的血管；另外人体有些肋骨的间隙过小，导致利用这些探头对肋骨内的组织进行检测时，也不是很方便和不准确。这些多阵元探头，工作频率高，体积大，很不方便携带，而且目前常用的探头最少也有16个通道60个阵元，体积比较大(目前最小的体积也类似一个台式机的鼠标的体积大小)。另外，这些多阵元探头的工作模式比较单一，只能在CW (连续波的简称)模式或PW (脉冲波的简称)模式下工作，不能同时支持在这两种工作模式下工作，很不方便。
【发明内容】
[0005]为克服上述缺陷，本实用新型的目的即在于提供可以在CW (连续波的简称)和PW(脉冲波的简称)模式下工作的一种支持多模式的便携式探头，有效整合了结构，体积小，便于携带。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0007]一种支持多模式的便携式探头，与超声主机相连接，其中，包括单阵元晶片单元、超声发射模块和超声接收模块；所述单阵元晶片单元由一个发射晶片和一个接收晶片组成；所述发射晶片设于所述超声发射模块内，所述接收晶片设于所述超声接收模块内；
[0008]在连续波模式中，所述超声发射模块用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波，所述超声接收模块用于接收回波信号；在脉冲波模式中，所述超声发射模块不工作，所述超声接收模块用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
[0009]作为本实用新型的一种改进，所述超声发射模块包括发射电路，所述超声接收模块包括接收电路；所述发射电路包括输入端口、与所述输入端口连接的第一二极管桥电路、与所述第一二极管桥电路连接的一个发射晶片；所述接收电路包括一个接收晶片、与所述接收晶片连接的接收端口、与所述接收端口连接且对回波信号进行过滤、放大的放大电路、与所述放大电路连接且对接收电路进行供电的供电电路、与所述放大电路、供电电路连接的输出端口 ；所述发射晶片与所述接收晶片组成一个单阵元；在连续波模式中，所述发射电路用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波，所述接收电路用于接收回波信号；在脉冲波模式中，所述发射电路不工作，所述接收电路用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
[0010]作为本实用新型的更进一步的改进，所述接收电路中放大电路包括第一电感、第一三极管、并联连接的第二二极管桥电路、第一电容、第二电容；所述接收电路的供电电路包括供电端口、第三电容、第一可调电阻、并联连接的第二电阻、第三电阻。
[0011]作为本实用新型的更进一步的改进，所述探头的外形为笔式形状。
[0012]本实用新型的一种支持多模式的便携式探头，可以支持在CW (连续波的简称)模式和PW (脉冲波的简称)模式两种模式下工作，其与超声主机相连接，包括单阵元晶片单元、超声发射模块和超声接收模块；该单阵元晶片单元由一个发射晶片和一个接收晶片组成；该发射晶片设于该超声发射模块内，该接收晶片设于该超声接收模块内。该新型探头设计成单阵元，实现单阵元探头就可以在CW和PW双模式下进行工作，有效整合了结构，体积小，便于携带，而且工作模式多，功能更全，多样化；该单阵元探头工作中心频率只有2MHZ，使得该探头的穿透能力更加强，灵敏高更加高，可靠性更加好，而且将产生更好的回波信号，能检测到人体头颅的颅骨之间的组织和人体内肋骨之间的组织，可以检测到人体更多的器官和部位。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
[0014]图1为本实用新型的便携式探头的示意框图；
[0015]图2为本实用新型的一种实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0017]本实用新型提供一种支持多模式的便携式探头，本实用新型的便携式探头的示意框图，如图1所示，探头I与超声主机相连接，其包括单阵元晶片单元IX、超声发射模块IA和超声接收模块IB ;该单阵元晶片单元IX由一个发射晶片TX和一个接收晶片RX组成；该发射晶片TX设于该超声发射模块IA内，该接收晶片RX设于该超声接收模块IB内；在连续波模式中，超声发射模块IA接收超声主机发射的激励电压并发射超声波，超声接收模块IB接收回波信号；在脉冲波模式中，超声发射模块IA不工作，超声接收模块IB接收超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
[0018]如图1和图2所示，超声发射模块IA包括发射电路11，超声接收模块IB包括接收电路12 ;发射电路11包括输入端口 TP(T)、与输入端口 TP(T)连接的第一二极管桥电路D1、与所述第一二极管桥电路Dl连接的发射晶片TX ;接收电路12包括接收晶片RX、与接收晶片RX连接的接收端口 TP (C)、与接收端口 TP (C)连接且对回波信号进行过滤、放大的放大电路、与该放大电路连接且对接收电路12进行供电的供电电路、与该放大电路、供电电路连接的输出端口 TP(R)。该放大电路包括第一电感SLl、第一三极管Ql、并联连接的第二二极管桥电路D2、第一电容C1、第二电容C2 ;该供电电路包括供电端口 TP (V)、第三电容C3、第一可调电阻RU并联连接的第二电阻R2、第三电阻R3。在连续波模式中，发射电路11用于接收超声主机发射的激励电压并发射超声波，接收电路12用于接收回波信号；在脉冲波模式中，发射电路11不工作，接收电路12用于接收超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
[0019]在图2中，发射电路11的具体连接关系是:输入端口 TP(T)通过第一二极管桥电路Dl连接到发射晶片TX ;输入端口 TP(T)为接收超声主机中发射模块发射的激励电压的端口，发射晶片TX进行发射超声波，对人体的组织和器官进行检测。
[0020]在图2中，接收电路12的具体连接关系是:接收晶片RX连接于接收端口 TP(C)的一端，接收端口 TP(C)的另一端连接放大电路，该放大电路的连接关系是通过电感SLl连接到第二二极管桥电路D2、第二电容C2和第一电容Cl的公共端口，第二电容C2和第二二极管桥电路D2的另一端连接到地，第一电容Cl的另外一端连接到第三电阻R3和第一三极管Ql基极b的公共端；同时该放大电路还与供电电路相连，该供电电路的连接关系是供电端口 TP (V)通过可调电阻Rl连接到第二电阻R2和第三电阻R3的公共端，第二电阻R2的另外一端连接到第一三极管Ql的集电极c端，第一三极管Ql的发射极连接到地；另外该放大电路与该供电电路都与输出端口 TP(R)相连接，该供电电路通过第二电阻R2与输出端口TP(R)相连，该放大电路通过第一三极管Ql的集电极c与输出端口 TP(R)相连。
[0021]本实用新型的便携式探头，可以在CW (连续波的简称)模式和PW (脉冲波的简称)模式中使用，在CW模式中，发射电路11中输入端口 TP(T)接收超声主机发射来的激励电压，通过第一二极管桥电路Dl的隔离低压处理后，激励发射晶片TX发射超声波；接收电路12中的接收晶片RX接收返回的回波信号。在PW模式中，发射电路11不工作，接收电路12的接收端口 TP(C)接收超声主机发射来的激励电压，再作用于接收晶片RX并分时发射超声波，而后接收晶片RX还接收返回的回波信号，在此接收电路12是发射超声波而且还接收回波信号，分时进行发射数据和接收数据。但不论是在哪种工作模式，都需要接收电路12对探头I采集的回波信号进行接收和放大(在此有效整合了结构)，探头I采集的信号非常复杂，夹杂着很多杂波信号，接收模块里面需要提取有用的回波信号，并对回波信号进行一定的放大和滤波，便于后面控制器对信号的处理。[0022]如图1和图2，探头I需要接收超声主机的发射电压，发射电压激励探头I的发射晶片TX，发射晶片TX产生超声波信号，超声波信号到达人体的不同组织和器官后会形成反射，反射回来的信号为探头I的回波信号，通过探头I里面的接收晶片RX对回波信号进行采集，将回波信号发给探头I的放大电路，通过放大电路将信号放大后，输出给超声主机，简而言之，如图2，当探头I工作在CW模式时，发射电路11中的发射晶片TX连续发出超声波，接收电路12中的接收晶片RX接收超声波反射回来的回波信号，探头I与超声主机的连接主要是输入端口 TP (T)和输出端口 TP (R);当探头工作在PW模式时，探头I中发射电路11不工作，接收电路12中的接收晶片RX分时(优选设定为5秒/次)发出超声波而且还分时接收超声波反射回来的回波信号，接收电路12分时进行发送数据和接收数据，探头I与超声主机的连接主要是接收端口 TP (C)和输出端口 TP (R)0
[0023]现对本实用新型的便携式探头在CW模式下的工作过程进行说明，系统初始化后，电源通过供电端口 TP (V)为探头I供电，如果探头I开始工作，输入端口 TP (T)接收超声主机的发射电压，发射电压为连续波形，发射电压经过第一二极管桥电路Dl后激励探头I的发射晶片TX。第一二极管桥电路Dl主要是隔离低压，低压部分会夹杂很多噪声，所以必须将低压滤掉。探头I的发射晶片TX被发射电压激励后，会产生回波信号，回波信号被探头I的接收晶片RX接收，通过探头的接收晶片RX将回波信号转换为电信号，电信号幅值和强度比较弱，然后接收到的电信号通过接收电路12中的的接收端口 TP (C)接收，TP (C)接收的信号经过第一电感SLl和第二电容C2滤波后，经过第二二极管桥电路D2进行高压隔离，因为需要的回波信号比较弱，但是回波信号里面可能有不需要的高压，经过第二二极管桥电路D2可以将高压输入到地，得到需要的低压部分，信号经过第二二极管桥电路D2高压隔离后，经过第一电容Cl过滤掉信号中的直流成分，因为我们需要的信号是交流信号，处理后的交流信号输入到第一三极管Ql的基极b，通过第一三极管Ql放大后，通过第一三极管Ql的集电极C输出，输出端口为TP (R)0
[0024]为了更好地理解，例举本实用新型的便携式探头的一种实施例，如图2，本实用新型的便携式探头1，包括产生超声波的发射电路11及接收超声波反射回波信号的接收电路
12。发射电路11包括输入端口 TP (T)、与输入端口 TP(T)连接的第一二极管桥电路Dl、与所述第一二极管桥电路Dl连接的一个发射晶片TX ;接收电路12包括一个接收晶片RX、与接收晶片RX连接的接收端口 TP(C)、与接收端口 TP(C)连接且对回波信号进行过滤、放大的放大电路、与该放大电路连接且对接收电路12进行供电的供电电路、与该放大电路、供电电路连接的输出端口 TP(R);该发射晶片TX与接收晶片RX，组成一个单阵元；该放大电路包括第一电感SL1、第一三极管Q1、并联连接的第二二极管桥电路D2、第一电容Cl、第二电容C2 ;所述供电电路包括供电端口 TP(V)、第三电容C3、第一可调电阻R1、并联连接的第二电阻R2、第三电阻R3。当探头I工作在CW模式时，探头I如果处于工作状态，探头I中的发射电路11中输入端口 TP (T)接收主机2发射来的五电平电压，通过第一二极管桥式电路D1，隔离低压后，通过发射晶片TX不断的产生连续超声波，而后接收电路12通过接收晶片RX不断接收超声波反射回来的回波信号，回波信号经过第一电感SLl后给后级放大处理，而后通过输出端口 TP(R)输出信号。另外发射电路11产生激励探头I的电压，发射的电压波形主要是方波，波形是连续的波形，发射电压五电平，波形要求比较稳定，抖动小。当探头I工作在PW模式时，发送数据和接收数据是分时进行的，发射电路11不工作，接收电路中的接收晶片RX不仅作为产生超声波的晶片同时也作为接收超声波的晶片；产生超声波时，从超声主机发送过来的激励电压通过接收端口 TP (C)作用于接收晶片RX，接收晶片RX产生超声波，超声波发射出去后，超声主机停止提供激励电压给接收晶片RX，从接收晶片RX发送出去的超声波返回后，回波信号被接收晶片RX采集，接收晶片RX采集回波信号，回波信号经过电感SLl后给后级放大处理,而后通过输出端口 TP(R)输出信号。
[0025]本实施例中的支持多模式的便携式探头多功能且多样化，体积小，携带方便，穿透力强，灵敏度高，检测能力强，可靠性好，创新性和创造性也相当高，可以达到很多现有技术中不能达到的效果，如下:
[0026]第一，通过对阵元分成两部分，不仅让探头能在PW模式下使用，还实现了让探头在CW模式下使用，一种探头能支持两种模式。在CW模式下,一半的阵兀用于发射,一半的阵元用于接收，实现了发射和接收分开，发射数据和接收数据同时进行的功能，不间断的检测信号，减少信号的丢失，增加了探头的CW模式，可以用来检测人体的心脏等部位，解决了现有技术下，探头不能在CW模式工作，功能不全的问题。
[0027]第二，通过应用单阵元，减少了探头的体积，在满足探头功能的前提下，解决探头携带不方便的问题，而且这种体积小的探头可以方便和快速的检测到颅内的血管，同时单阵元的探头中心工作频率为2MHz，中心频率低，探头穿透能力强，可以检测更深的深度，能检测到人体更多的脏器或者部位。同时单阵元的晶片通过多个通道对信号进行放大，采用多路前端无相位差平行信号放大与处理的电路系统，对同一传感器的输出信号进行处理，噪声没有相干性，被抵消，而信号被增强，提高了驱动能力和信号的信噪比。
[0028]第三，探头的工作中心频率是2MHz，中心频率低穿透能力强，可以检测更深的深度，能检测到人体更多的脏器或者部位，同时使用同一阵元的晶片为一个物理通道，通过这个物理通道作为噪声参考通道来抵消耦合进来的噪声，提高抗干扰能力，解决了临床上探头种类少，检查部位不全面的问题，同时探头的超声波可以是连续发送的，没有丢失信号，不间断的检测信号。通过产生2MHz的中心工作频率，使得探头的穿透能力强，灵敏度高、可靠性好。
[0029]对上述实施例中便携式探头在CW模式下工作的详细说明，如图1和图2，发射电路11中，接收激励电压的输入端口 TP (T)通过第一二极管桥式电路Dl连接到探头I的发射晶片TX，这是发射通道的连接。接收电路12中，TP (C)为探头接收晶片采集的回波信号，TP (C)的一端连接到探头的接收晶片RX，TP (C)的另一端通过第一电感SLl连接到第二二极管桥式电路D2、第二电容C2和第一电容Cl的公共端口，第二电容C2和第二二极管桥式电路D2的另一端连接到地，第一电容Cl的另外一端连接到第三电阻R3和第一三极管Ql基极b的公共端。TP (V)为探头的供电端口，供电电压为10V，TP (V)通过第三电容C3连接到地，同时TP (V)通过可调电阻Rl连接到第二电阻R2和第三电阻R3的公共端，第二电阻R2的另外一端连接到第一三极管Ql的集电极c端，第一三极管Ql的发射极连接到地。探头I接收到的回波信号最后输出通过输出端口 TP (R)输出给超声主机。在探头I中，只有一个发射晶片TX和一个接收晶片RX，该发射晶片TX和该接收晶片RX组成一个单阵元，因为是在一个阵元内，该发射晶片TX和该接收晶片RX是一样的通道，信号稳定，而且还可以实现支持多模式工作，在探头I的放大电路中，使用同一阵元的晶片为一个物理通道，通过这个物理通道作为噪声参考通道来抵消耦合进来的噪声，这样可以提高抗干扰能力。在CW和PW模式中，探头I共用接收电路12，在CW模式时，探头I内发射电路11和接收电路12同时工作；在PW模式，探头I的发射电路11不工作，接收电路12工作。
[0030]另外，在图2中便携式探头的内部电路使用的元件都是通用元件但是不限于使用这些器件，主要是一些分离器件，电阻，电容，电感，二极管，三极管等。图2中使用的第一二极管桥式电路D1、第二二极管桥式电路D2导通时间要短，能承受100V的导通电压，IA的导通电流。第一电感SLl的感值大于4.7uH，能承受IA电流。第一三极管Ql需要放大100的放大能力。这些元件主要实现了信号的采集功能，接收超声主机发送过来的激励信号后，将探头I的回波信号放大，放大后将信号返回给超声主机。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种支持多模式的便携式探头，与超声主机相连接，其特征在于，包括单阵元晶片单元、超声发射模块和超声接收模块；所述单阵元晶片单元由一个发射晶片和一个接收晶片组成；所述发射晶片设于所述超声发射模块内，所述接收晶片设于所述超声接收模块内； 在连续波模式中，所述超声发射模块用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波，所述超声接收模块用于接收回波信号；在脉冲波模式中，所述超声发射模块不工作，所述超声接收模块用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
2.根据权利要求1所述的便携式探头，其特征在于，所述超声发射模块包括发射电路，所述超声接收模块包括接收电路；所述发射电路包括输入端口、与所述输入端口连接的第一二极管桥电路、与所述第一二极管桥电路连接的一个发射晶片；所述接收电路包括一个接收晶片、与所述接收晶片连接的接收端口、与所述接收端口连接且对回波信号进行过滤、放大的放大电路、与所述放大电路连接且对接收电路进行供电的供电电路、与所述放大电路、供电电路连接的输出端口 ；所述发射晶片与所述接收晶片组成一个单阵元；在连续波模式中，所述发射电路用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波，所述接收电路用于接收回波信号；在脉冲波模式中，所述发射电路不工作，所述接收电路用于接收所述超声主机发射的激励电压并发射超声波而且还接收回波信号。
3.根据权利要求2所述的便携式探头，其特征在于，所述接收电路中放大电路包括第一电感、第一三极管、并联连接的第二二极管桥电路、第一电容、第二电容；所述接收电路的供电电路包括供电端口、第三电容、第一可调电阻、并联连接的第二电阻、第三电阻。
4.根据权利要求3所述的便携式探头，其特征在于，所述探头的外形为笔式形状。
【文档编号】A61B8/00GK203564268SQ201320575779
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】鲁应君, 谢锡城 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司