一种人体体内的超声诊断仪及换能器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及体内诊断仪，特别涉及一种人体体内的超声诊断仪及换能器。
【背景技术】
[0002] 超声检查是指运用超声波的原理对人体软组织的物理特性、形态、结构与功能作 出判断的一种非创伤性检查方法。由于超声设备便于移动，成本低，且成像分辨率高，对人 体没有辐射伤害，在医学上得到了广泛的应用。
[0003] 由于体内环境的特殊性，且进入体内待测病变部位的路径非常狭窄，所以现有的 利用到超声成像原理的诊断仪大都为体外检测，体外超声检测所采用的超声波信号，由于 信号要穿透皮肤、皮下脂肪层以及人体组织与组织之间的界面，通常工作在较低的工作频 率上；频率较低的超声波，具有较长的波长，从而导致较低的图像分辨率。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提出一种人体体内的超声诊断仪及 换能器，其利用超声导管将体内超声换能器经人体自然腔道或微创口传送到体内待测部 位，提高了检测的图像分辨率。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型是通过如下技术方案实现的：
[0006] 本实用新型提供一种体内超声诊断仪，其包括：
[0007] 超声导管，所述超声导管的前端安装有体内超声换能器；所述超声导管的直径为 0· 1mm~5mm ;所述体内超声换能器的中心频率为5MHz~100MHz，所述超声导管用于经人 体自然腔道或微创口将所述体内超声换能器送入体内待测部位；
[0008] 回撤/驱动装置；
[0009] 以及电子成像系统，其上装载有重建图像的电子部件；其中：
[0010] 所述超声导管的后端与所述回撤/驱动装置相连；所述回撤/驱动装置与所述电 子成像系统相连。
[0011] 本实用新型所指的人体自然腔道包括：泌尿道、生殖道、鼻腔、外耳道及鼻泪管等， 超声导管经过人体自然腔道或微创口进入体内组织时，可以无创自然介入，或只需在体表 开很小的创口，即经过微创进入体内，对人体的创伤小。
[0012] 本实用新型的体内超声换能器为微型传感器，可经人体自然腔道或微创口，进入 体内部位。所述回撤/驱动装置先由导丝将超声导管送至体内部位，然后缓慢回撤超声导 管进行超声检查，就可以在电子成像系统的显示屏上看到一系列的体内横断面图像和三维 图像，辅助临床医生对体内病变进行诊断，通过其成像图像也可以引导医生进行手术或做 活体组织检查。
[0013] 本实用新型将超声换能器经人体自然腔道或微创口送入体内部位，缩短了检测距 离，降低了体内成像环境的散射强度；频率越高单位距离的衰减越大，为了保证信号的强 度，频率与成像距离成反比；因此检测距离缩短之后，可以提高工作频率，进而提高超声体 内检测图像的分辨率，使临床检测更准确。
[0014] 较佳地，所述体内超声换能器为单波束超声换能器或圆柱型阵列超声换能器；
[0015] 当所述体内超声换能器为单波束超声换能器时，所述体内超声换能器在所述超声 导管的作用下360度旋转；
[0016] 当所述体内超声换能器圆柱型阵列超声换能器时，所述体内超声换能器包括多个 沿圆柱面360度分布的超声换能单元。
[0017] 本实用新型所述的超声导管的设计主要有两种：机械旋转式和电子相控阵式。机 械旋转式是通过单个阵元的换能器在360度范围内的旋转，并发射超声波，同时将体内截 面反射回的声波采集，通过图像处理，得到体内横截面图像，此时回撤装置将兼有驱动换能 器旋转的功能。电子相控阵式的换能器呈圆柱型排列，无需旋转，利用电子延迟激励的方 法，将体内截面反射回的声波采集，图像处理后得到体内横截面图像。
[0018] 与这两种设计相对应的换能器有两种，分别为：（1)单波束的单阵元平面换能器 (如图1所示）、单波束的单阵元曲面换能器（如图4, 5所示）；（2)单波束的多阵元环状换 能器（如图6、7、8所示）、圆柱型阵列的换能器（如图2所示）。
[0019] 较佳地，所述体内超声换能器为体内超声聚焦换能器，可以通过对超声换能器的 自身结构进行改进使其具有聚焦功能，也可在超声换能器的前端加聚焦单元。
[0020] 医疗超声检测的声强度定义为单位面积上的声能量，即等于总能W和波束面积的 比：
[0022] 显然，对于给定的声功率，减小波束面积S，便能增加声强度I，从而提高成像检测 的信噪比。
[0023] 对于给定的空间角(1Ω，超声散射声强度是
对 空间的体积积分。其中Sv是体积散射系数。dv是散射体积元，定义为
，其 中：r是超声换能器到目标的距离，c是声速，τ是脉冲长度；b(武的和b'偉，妁分别为发射 和接收的指向角因子，其原理如图3所示。
[0024] 不难看出，减小指向角因子对和的久的,·将直接提高成像检测的分辨率。当 体内超声换能器具有聚焦功能时，不仅减小了指向角因子b(久纠和，提高了成像检 测的分辨率；同时也减小了散射体积dv，进一步降低了体内环境的散射强度，从而提高了 成像检测的信噪比（信号散射噪声比），提高了成像的清晰度，即图像的质量。
[0025] 本实用新型聚焦超声技术的实现按实现的方法可分为：（1)机械结构聚焦；(2)电 子聚焦。机械结构聚焦又可以分为整体声学结构聚焦和声透镜聚焦。
[0026] 较佳地，所述体内超声换能器包括依次紧密连接的背衬层、压电层及声匹配层；其 中：
[0027] 所述背衬层和/或所述压电层和/或所述声匹配层具有机械曲面，其是采用整体 声学结构聚焦技术来实现聚焦，所述机械曲面的曲率半径根据预定的焦距f确定，聚焦因 子K定义为焦距f和换能器孔径d的比，即：K = f/d，孔径d的尺寸可根据预定的聚焦因子 K和焦距f来确定。
[0028] 较佳地，所述体内超声换能器包括依次紧密连接的背衬层、压电层声、匹配层及声 透镜；其中：
[0029] 所述声透镜具有机械曲面，其是声透镜聚焦，其曲率半径根据预定的焦距f确定， 聚焦因子K定义为焦距f和换能器孔径d的比，即：K = f/d，孔径d的尺寸可根据预定的聚 焦因子K和焦距f来确定。
[0030] 较佳地，所述声透镜为平凸或平凹透镜。
[0031] 较佳地，所述体内超声聚焦换能器包括多个超声换能单元以及多个延时电路，其 是电子聚焦；其中：
[0032] 每个所述超声换能单元连接一个所述延时电路，用以补偿声波从焦点到各超 声换能单元的声程差所引起的时间差，声程差和时间差根据预定的中心距离差来确 定；第i个超声换能单元到中心轴线的距离SDi，由中心距离差01引入的声程差为：
，时间差!^为：
，其中：i = 1，2···，5, f为 焦距，c为声速。
[0033] 较佳地，所述多个超声换能单元为同心排布或阵列排布。
[0034] 较佳地，当所述多个超声换能单元同心排布时，其为同心圆环排布或同心方环排 布。
[0035] 本实用新型还提供一种体内超声换能器，其包括：超声换能单元；其包括依次紧 密连接的背衬层、压电层及声匹配层；其中：
[0036] 所述超声换能单元的中心频率为5MHz~100MHz ;
[0037] 所述超声换能单元用于将电信号转换为超声信号并发射，也用于将接收到的超声 信号转换为电信号。
[0038] 较佳地，还包括超声聚焦单元，用于对所述超声换能单元发射的超声信号进行聚 焦。
[0039] 较佳地，所述聚焦单元具体为在所述背衬层、所述压电层以及所述声匹配层上形 成的机械曲面。
[0040] 较佳地，所述聚焦单元具体为具有机械曲面的声透镜，所述声透镜与所述超声换 能单元的声匹配层紧密连接。
[0041] 较佳地，所述超声换能单元包括多个；
[0042] 所述聚焦单元具体为多个延迟电路，每个所述超声换能单元连接一个所述延时电 路。
[0043] 相较于现有技术，本实用新型具有以下优点：
[0044] (1)本实用新型提供的一种人体体内的超声诊断仪及换能器，将超声换能器经人 体自然腔道或微创口送入体内，对人体的创伤比较小，同时减小了超声换能器和体内的距 尚，可以提尚工作频率。从而提尚了分辨率，进而有效提尚超声体内检测图像的分辨率和临 床检测的准确性；
[0045] (2)本实用新型的人体体内的超声诊断仪及换能器，将超声换能器深入人体组织 内部，由于超声成像的穿透率比较强，所以不仅可以能够观测组织内部的表面，还能观测其 深度病变部位；
[0046] (3)本实用新型的人体体内的超声换能器具有聚焦功能时，可进一步降低体内环 境的散射强度，进一步提高成像检测的信噪比，从而提高成像的清晰度。
[0047] 当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0048] 下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明：
[0049] 图1为本实用新型的实施例1的体内超声换能器的示意图；
[0050] 图2为圆柱形阵列换能器的示意图；
[0051] 图3为超声换能器的体积散射系数和散射声强度的原理图；
[0052] 图4为本实用新型的实施例2的体内超声聚焦换能器的示意图；
[0053] 图5为本实用新型的实施例3的体内超声聚焦换能器的示意图；
[0054] 图6为本实用新型的实施例4的体内超声聚焦换能器的示意图；
[0055] 图7为本实用新型的实施例4的体内超声聚焦换能器为同心圆环排布的左视图；
[0056] 图8为本实用新型的实施例4的体内超声聚焦换能器为同心方环排布的左视图；
[0057] 图9为本实用新型的实施例4的体内超声聚焦换能器为阵列排布的左视图；
[0058] 图10为本实用新型的人体体内的超声诊断仪的示意图。
[0059] 标号说明：1_超声导管，2-回撤/驱动装置，3-电子成像系统；
[0060] 11-体内超声换能器；
[0061] 111-背衬层，112-压电层，113-声匹配层，114-透镜。
【具体实施方式】
[0062] 下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。
[0063] 本实用新型的体内超声换能器，包括：超声换能单元，其包括依次紧密连接的背衬 层、压电层及声匹配