声波探头、其声波接收阵元的定位方法及其成像方法与流程

1.本技术涉及声波成像领域，具体而言，本技术涉及一种声波探头、其声波接收阵元的定位方法及其成像方法。


背景技术：

2.声波探头，尤其是超声探头，常用于医学领域，通过向人体发射超声波，然后接收人体组织结构信息的反射回波，并根据人体组织的反射会被对病灶进行成像，从而作为疾病诊断的依据。目前主要采用柔性超声探头，其主要结构是将换能阵元嵌入到柔性基底上，从而更好地贴合人体表皮。
3.对于柔性超声探头来说，对换能阵元的精准定位是实现超声成像的关键，现有技术中多需要使用辅助测距装置来实现对阵元的定位，使得超声设备的结构较为繁琐。


技术实现要素：

4.本技术针对现有方式的缺点，提出一种声波探头、其声波接收阵元的定位方法及其成像方法，无需增加辅助测距装置即可实现对声波接收单元的准确定位。
5.第一个方面，本技术实施例提供了一种声波探头，包括：
6.壳体，包括底部和连接在所述底部上的侧壁以形成槽状；
7.多个声波发射器，均匀设置于所述壳体的底部；
8.柔性声波接收阵列，位于所述壳体的顶部且所述柔性声波接收阵列的边缘固定于所述侧壁上，所述柔性声波接收阵列包括多个声波接收阵元；
9.阀门，固定在所述壳体侧壁上，所述阀门的导通使得填充剂被注入所述壳体和柔性声波接收阵列形成的腔体内，或者使得所述填充剂由所述壳体和柔性声波接收阵列形成的腔体内排出。
10.可选地，所述声波发射器的数量大于或等于3。
11.可选地，所述声波发射器为压电晶片，所述声波发射器的形状为圆形、矩形以六边形的片材中的一种，或者为球壳形或半球壳形。
12.可选地，所述壳体的顶部为开口，所述柔性声波接收阵列的面积大于所述开口的面积，所述开口的面积大于所述壳体的底部的面积。
13.可选地，所述柔性声波接收阵列为圆形，所述壳体为锥台形；或者所述柔性声波接收阵列为矩形，所述壳体为棱台形。
14.可选地，所述柔性声波接收阵列包括柔性压电薄膜层以及位于所述柔性压电薄膜层两侧边的第一电极层和第二电极层；
15.所述第一电极层包括多个第一电极，所述第二电极层包括多个第二电极，所述第一电极层和所述第二电极层关于所述柔性压电薄膜层镜像对称，每对所述第一电极和所述第二电极、以及位于所述每对所述第一电极和所述第二电极之间的所述柔性压电薄煤层形成一个所述声波接收阵元；或者
16.所述第一电极层包括多个第一电极，所述第二电极层覆盖所述柔性压电薄膜层，每个所述第一电极与其所在区域的第二电极层和所述柔性压电薄膜层形成一个所述声波接收阵元。
17.可选地，所述第一电极的形状为矩形、圆形、六边形中的一种。
18.可选地，所述第一电极的尺寸小于所述声波的波长且大于0.1mm，相邻第一电极之间的距离为0.1mm至0.2mm。
19.可选地，所述柔性压电薄膜层的厚度为10微米～50微米；所述第一电极层和所述第二电极层的厚度均为10纳米～100纳米。
20.第二个方面，本技术实施例提供了一种上述的声波探头中声波接收阵元的定位方法，包括：
21.声波接收阵元接收各超声发射器发出的声波，并读取每个超声发射器发出声波到达所述声波接收阵元的时间以作为第一时间；
22.根据多个所述超声发射器对应的第一时间确定所述声波接收阵元的位置。
23.可选地，根据多个所述超声发射器所述对应的第一时间确定所述声波接收阵元的位置，包括：
24.以所述壳体的底部所在平面作为xy平面、以垂直于所述壳体的底部的中心垂线为z轴建立空间坐标系；
25.根据所述声波在所述填充剂中的传播速度以及各所述声波发射器所对应的第一时间计算出所述声波接收阵元与各所述超声发射器之间的距离；
26.根据所述声波接收阵元与各所述超声发射器之间的距离计算所述声波接收阵元在所述空间坐标系中的坐标。
27.第三个方面，本技术实施例提供了一种声波成像方法，包括：
28.上述的声波接收阵元的定位方法；
29.根据确定的所述声波接收阵元的位置，通过全聚焦成像的方法对被测目标进行声波成像。
30.本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
31.本技术实施例提供的声波探头、其声波接收阵元的定位方法及其成像方法，将声波发射器设置在壳体的底部，将柔性声波接收阵列设置于壳体的顶部，可以利用声波发射器发出的声波来实现对声波接收阵元的定位，无需辅助测距装置，使得声波成像系统的结构更为简单，生产成本降低；由于采用柔性声波阵元有利于声波探头与患者皮肤进行贴合，并且利用调整壳体和柔性声波接收阵列形成的腔体内冲入的填充剂的量，不仅能够调整声波探头与患者皮肤的贴合度，而且也能够排出腔体内的空气，提升成像质量。
32.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
33.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1为本技术实施例提供的一种声波探头的结构示意图；
35.图2为本技术实施例提供的另一种声波探头的结构示意图；
36.图3为本技术实施例提供的一种声波探头中柔性声波接收阵列的俯视示意图；
37.图4为图3中的一种声波探头中柔性声波接收阵列沿a-a线的一种截面示意图；
38.图5为图3中的一种声波探头中柔性声波接收阵列沿a-a线的另一种截面示意图；
39.图6为本技术实施例提供的一种声波探头的使用示意图；
40.图7为本技术实施例提供的一种声波探头中声波接收阵元的定位方法的流程示意图；
41.图8为本技术实施例提供的一种声波探头的坐标系示意图；
42.图9为图7所示的声波接收阵元的定位方法中步骤s2的流程示意图
43.图10为本技术实施例提供的一种声波成像方法的流程示意图；
44.图11为本技术实施例提供的一种声波探头的成像原理示意图；
45.图12为本技术实施例提供的一种声波探头的声波曲线。
46.附图标记：
47.1-声波发射器；11-发射声波；12-返回声波；
48.2-柔性声波接收阵列；20-声波接收阵元；21-柔性压电薄膜层；22-第一电极层；221-第一电极；23-第二电极层；231-第二电极；
49.3-壳体；31-底部；32-侧壁；
50.4-阀门；
51.5-被测目标；
52.6-病灶。
具体实施方式
53.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
54.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
55.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
56.超声探头通过向人体发射超声波，然后接收人体组织结构信息的反射回波，并根据人体组织的反射会被对病灶进行成像，从而作为疾病诊断的依据。目前主要采用柔性超声探头，其主要结构是将换能阵元嵌入到柔性基底上，从而更好地贴合人体表皮。对于柔性超声探头来说，对换能阵元的精准定位是实现超声成像的关键，现有技术中多需要使用辅
助测距装置来实现对阵元的定位，使得超声设备的结构较为繁琐。
57.本技术提供的声波探头、其声波接收阵元的定位方法及成像方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。
58.本技术实施例提供了一种声波探头，如图1所示，该声波探头包括：
59.壳体3，包括底部31和连接在底部31上的侧壁32以形成槽状；
60.多个声波发射器1，均匀设置于壳体3的底部31；
61.柔性声波接收阵列2，位于壳体3的顶部且柔性声波接收阵列2的边缘固定于侧壁32上，柔性声波接收阵列2包括多个声波接收阵元20；
62.阀门4，固定在壳体3侧壁32上，阀门4的导通使得填充剂被注入壳体3和柔性声波接收阵列2形成的腔体内，或者使得填充剂由壳体3和柔性声波接收阵列2形成的腔体内排出。
63.具体地，填充剂为除气水、硅油等。填充剂不仅能够对柔性声波接收阵列2的表面进行抬升，而且能够排出壳体3和柔性声波接收阵列2形成的腔体内之间的空气，以防止空气对声波传输的影响。
64.本实施例提供的声波探头，将声波发射器1设置在壳体3的底部31，将柔性声波接收阵列2设置于壳体3的顶部，可以利用声波发射器1发出的声波来实现对声波接收阵元20的定位，无需辅助测距装置，使得声波成像系统的结构更为简单，生产成本降低；由于采用柔性声波阵元有利于声波探头与患者皮肤进行贴合，并且利用调整壳体3和柔性声波接收阵列2形成的腔体内冲入的填充剂的量，不仅能够调整声波探头与患者皮肤的贴合度，而且也能够排出腔体内的空气，提升成像质量。
65.具体地，如图1所示，本实施例提供的声波探头中，声波发射器1发出的声波的频率为3mhz-100mhz，即本实施例中的“声波”为超声波。
66.可选地，如图1所示，本实施例提供的声波探头中，声波发射器1的数量大于或等于3。这是因为需要至少三个已知点才能在空间坐标中进行定位，即通过至少三个声波发射器1才能实现对声波接收阵元20的定位。而声波接收阵元20的定位精准是成像品质的前提，当然为了获得更好的成像效果，声波发射器1的数量根据壳体3的尺寸进行合理选择。
67.此外，本实施例提供的声波探头中，可根据成像精度、探测对象大小等因素更换不同频率的声波反射器，具有较宽的工作频率，可以兼容多种检测场景。
68.可选地，如图1所示，本实施例提供的声波探头中，声波发射器1为压电晶片，声波发射器1的形状为圆形、矩形以六边形的片材中的一种，或者为球壳形或半球壳形。具体地，声波发射器1的形状优选为圆形或半球壳形。
69.可选地，如图1所示，本实施例提供的声波探头中，柔性声波接收阵列2的面积大于壳体3的顶部开口的面积，壳体3的顶部开口的面积大于壳体3的底部31的面积。这是为了保证柔性声波接收阵列2的形变量，从而更好地贴合被测目标5。
70.可选地，如图1所示，本实施例提供的声波探头中，柔性声波接收阵列2为圆形，壳体3为锥台形。该壳体3的形状和柔性声波接收阵列2的形状，与凸起或凹陷的被测目标5能够更好地贴合，例如，该形状的声波探头适合对乳房、腹部等部位的检测。
71.可选地，如图2所示，本实施例提供的声波探头中，柔性声波接收阵列2为矩形，壳体3为棱台形。该壳体3的形状和柔性声波接收阵列2的形状，与平坦或柱状的被测目标5能
够更好地贴合，例如，该形状的声波探头适合对腿部、手臂等部位的检测。
72.可选地，如图3至图5所示，以圆形的柔性声波接收阵列2为例进行说明，柔性声波接收阵列2包括柔性压电薄膜层21以及位于柔性压电薄膜层21两侧边的第一电极层22和第二电极层23。
73.具体地，如图3至图5所示，柔性压电薄膜层21为高分子压电薄膜。
74.具体地，如图4所示，在本实施例提供的声波探头的柔性声波接收阵列2中，第一电极层22包括多个第一电极221，第二电极层23包括多个第二电极231，第一电极层22和第二电极层23关于柔性压电薄膜层21镜像对称，每对第一电极221和第二电极231、以及位于每对第一电极221和第二电极231之间的柔性压电薄膜层21形成一个声波接收阵元20。如此设置能够较好地避免信号串扰。
75.具体地，如图5所示，在本实施例提供的声波探头的柔性声波接收阵列2中，第一电极层22包括多个第一电极221，第二电极层23覆盖柔性压电薄膜层21，每个第一电极221与其所在区域的第二电极层23和柔性压电薄膜层21形成一个声波接收阵元20。如此设置能够简化第二电极231第二电极231层23的制作工艺。
76.需要说明的是，由于柔性声波接收阵列2的边缘需要固定在壳体3侧壁32上，因此，柔性声波接收阵列2的边缘可以不设置电极。
77.可选地，如图3所示，在本实施例提供的声波探头的柔性声波接收阵列2中，第一电极221的形状为矩形、圆形、六边形中的一种。
78.进一步地，第一电极221的尺寸小于声波的波长且大于0.1mm，相邻第一电极221之间的距离为0.1mm至0.2mm。具体地，矩形的第一电极221的尺寸是指该矩形第一电极221的短边的长度，圆形的第一电极221的尺寸是指该圆形第一电极221的直径，六边形第一电极221的尺寸是指该六边形第一电极221的边长。将第一电极221的尺寸以及间距设置为上述范围，能够有效控制rc串扰为声波信号的影响，提升检测效果。
79.进一步地，柔性压电薄膜层21的厚度为10微米～50微米；第一电极层22和第二电极层23的厚度均为10纳米～100纳米。如此使得柔性声波接收阵列2的声阻抗较小且厚度远小于声波的波长(3mhz-100mhz频率)，因此该薄膜对超声波的反射较小，效率较高。
80.如图6所示，本实施例提供的声波探头对柔性声波接收阵列2的位置有所要求，具体可通过注入壳体3和柔性声波接收阵列2形成的腔体内的填充剂的量来调整。以图6所示的声波探头为例，当柔性声波接收阵列2在位置1时，在当前的声波发射器1的设置条件(个数、间距、波束角θ等)，受到声波发射器1与柔性声波接收阵列2之间的距离的限制，使得声波接收阵元20无法被声波很好地覆盖，因此并不能获得较好的成像效果。而当柔性声波接收阵列2在位置1时，在当前的声波发射器1的设置条件(个数、间距、波束角θ等)，声波发射器1与柔性声波接收阵列2之间的距离则能够使声波接收阵元20被声波覆盖，从而获得较好的成像效果。
81.基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种上述实施例中的声波探头中声波接收阵元20的定位方法，如图7和图8所示，该定位方法包括：
82.s1：声波接收阵元20接收各超声发射器发出的发射声波，并读取每个超声发射器发出的发射声波到达声波接收阵元20的时间以作为延迟时间；
83.s2：根据多个超声发射器对应的延迟时间确定声波接收阵元20的位置。
84.本实施例提供的声波探头中声波接收阵元20的定位方法，利用声波发射器1发出的声波来实现对声波接收阵元20的定位，无需辅助测距装置，使得声波成像系统的结构更为简单，生产成本降低。
85.具体地，如图8和图9所示，本实施例提供的声波接收阵元20的定位方法中步骤s2包括：
86.s201：以壳体3的底部31所在平面作为xy平面、以垂直于壳体3的底部31的中心垂线为z轴建立空间坐标系；
87.s202：根据发射声波在填充剂中的传播速度以及各声波发射器1所对应的第一时间计算出声波接收阵元20与各超声发射器之间的距离；
88.s203：根据声波接收阵元20与各超声发射器之间的距离计算声波接收阵元20在空间坐标系中的坐标。
89.具体如图9所示：以柔性声波接收阵列2中的一个声波接收阵元20为例，该声波接收阵元20位置假设为(xn,yn,zn)，分别选择该阵元在1、2、3号声波发射器1工作时接收的信号，读取声波接收阵元20穿透声波的时延t1n，t2n，t3n，由于1、2、3号声波发射器1的位置为已知固定值(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，因此通过下式求解出阵元位置(xn,yn,zn)，其中c为声波在介质中的声速。
[0090][0091]
即通过上述方法能够取得任一声波接收阵元20在建立的空间坐标系中的位置，而声波接收阵元20的定位是精准成像的基础。
[0092]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种声波成像方法，如图10至图12所示，本实施例提供的声波成像方法包括：
[0093]
p1：声波接收阵元20的定位方法；
[0094]
p2：根据确定的声波接收阵元20的位置，通过全聚焦成像的方法对被测目标5进行声波成像。
[0095]
具体地，如图11所示，通过声波接收阵元20读取被测目标5的返回声波12的延迟时间，并基于该回声波12的延迟时间利用全聚焦成像的方法对被测目标5进行声波成像。
[0096]
具体地，如图11所示，声波发射器1发出的发射声波不仅传播至柔性声波接收阵列2从而实现声波接收阵元的定位，还继续传播至被测目标5，若被测目标5存在病灶6，则病灶6处的声阻抗不同，因此，对接收的病灶6处的返回声波12的延时有所不同，通过读取返回声波12的延迟时间并进行叠加(即全聚焦成像的方法)，能够实现对被测目标5中的病灶的成像。
[0097]
具体地，如图12所示，图中的a处为用于声波接收阵元20定位的声波，图中b处为声波接收阵元20接收到的用于实现对被测目标5的病灶6进行成像。
[0098]
应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
[0099]
本技术实施例提供的声波探头、其声波接收阵元的定位方法及其成像方法，将声
波发射器设置在壳体的底部，将柔性声波接收阵列设置于壳体的顶部，可以利用声波发射器发出的声波来实现对声波接收阵元的定位，无需辅助测距装置，使得声波成像系统的结构更为简单，生产成本降低；由于采用柔性声波阵元有利于声波探头与患者皮肤进行贴合，并且利用调整壳体和柔性声波接收阵列形成的腔体内冲入的填充剂的量，不仅能够调整声波探头与患者皮肤的贴合度，而且也能够排出腔体内的空气，提升成像质量。
[0100]
本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0101]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0102]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0103]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0104]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0105]
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0106]
以上仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。