一种经尿道的膀胱超声诊断仪及换能器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及膀胱诊断仪，特别涉及一种经尿道的膀胱超声诊断仪及换能器。
【背景技术】
[0002] 膀胱位于尿道的起始部分，为人体储尿器官，储尿量可到300~500ml，充盈时最 大径长约l〇cm。尿道直径约5_。受限于尿道的直径，目前医院使用的膀胱超声诊断方式 通常有经腹壁扫查方法、经直肠法。这些方法都要被其它较厚的人体组织阻隔。目前使用 频率最高的超声检查方法是经直肠检查，如图8所示，超声导管将经直肠的超声探头7经过 直肠6送到膀胱5的待测部位，从图中可看出，经直肠的超声探头7和膀胱5的待测部位之 间还隔着直肠6以及膀胱壁，为了保证超声信号的穿透能力，其工作频率通常在6. 5MHz左 右。
[0003] 以经直肠超声检查为例，检测的轴向分辨率可以表示为：Ra = l/2*c*n/ f (其中c表示声速、η表示脉冲周期、f表示中心频率），在6. 5MHz时约为 346um(l/2*1500m*Hz/6. 5MHz*3)。
[0004] 经直肠超声检查的横向分辨率可以表示为：R1 = F#*c/f (其中c表示声速、η表示 脉冲周期、F#表示成像距离与探头孔径的比值），在6. 5MHz时约为5767um(4cm/4mm*1500m *Ηζ/6· 5MHz)。
[0005] 现有的医疗超声检测膀胱的分辨率都比较低，可能会影响临床检测的准确性，因 此，有必要提出一种提尚分辨率的膀脫超声检测系统。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提出一种经尿道的膀胱超声诊断仪 及换能器，其利用超声导管将体内超声换能器经尿道传送到膀胱待测部位，有效减小了检 测距离，可以有效提高工作频率，进而提高其轴向分辨率和横向分辨率，确保临床检测的准 确性。
[0007] 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：
[0008] 本实用新型提供一种经尿道的膀胱超声诊断仪，其包括：
[0009] 超声导管，所述超声导管的前端安装有膀胱内超声换能器；所述超声导管的直径 为0. 5mm~5mm ;所述膀胱内超声换能器的中心频率为5MHz~20MHz，所述超声导管用于经 尿道将所述膀胱内超声换能器送入膀胱待测部位；
[0010] 回撤/驱动装置；
[0011] 以及电子成像系统，其上装载有重建图像的电子部件；其中：
[0012] 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。
[0013] 本实用新型的膀胱内超声换能器为微型传感器，可经尿道（直径一般小于5_)进 入膀胱部位。所述回撤/驱动装置先由导丝将超声导管送至膀胱部位，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膀胱横断面图像和三 维图像，辅助临床医生对膀胱内病变进行诊断，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。
[0014] 本实用新型将超声换能器经尿道送入膀胱部位，缩短了检测距离，降低了膀胱成 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，进而提高超声膀胱检测图像的分辨 率，使临床检测更准确。
[0015] 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：
[0017] 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。
[0018] 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(久釣和分别为发射 和接收的指向角因子，其原理如图3所示。
[0019] 不难看出，减小指向角因子bP,皆):和，将直接提高成像检测的分辨率。本实 用新型的膀胱内超声换能器比现有的经直肠的超声换能器工作频率高，随着仪器的工作频 率的提高，指向角因子b(6?,列和b'(&灼变小，从而提高了成像检测的分辨率。
[0020] 较佳地，所述膀胱内超声换能器为圆柱型阵列超声换能器；所述膀胱内超声换能 器包括多个沿圆柱面360度分布的超声换能单元，无需旋转。圆柱型阵列超声换能器由多 个沿圆柱的圆周边沿阵列形成的多波束换能器，圆柱型换能器的中心是背衬材料和适当的 电子器件，条状的各个单元按一定的声学要求分布在圆柱面上。
[0021] 较佳地，所述膀胱内超声换能器为膀胱内超声聚焦换能器，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。当膀胱 内超声换能器具有聚焦功能时，不仅减小了指向角因子和V熟梦)，提高了成像检测 的分辨率；同时也减小了散射体积dv，进一步降低了膀胱内环境的散射强度，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。
[0022] 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。
[0023] 较佳地，所述膀胱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：
[0024] 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。
[0025] 较佳地，所述膀胱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：
[0026] 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。
[0027] 较佳地，所述声透镜为平凸或平凹透镜。
[0028] 较佳地，所述膀胱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：
[0029] 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。
[0030] 本实用新型还提供一种膀胱内超声换能器，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：
[0031] 所述超声换能单元的中心频率为5MHz~20MHz ;
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 较佳地，所述超声换能单元包括多个；
[0037] 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。
[0038] 相较于现有技术，本实用新型具有以下优点：
[0039] (1)本实用新型提供的一种经尿道的膀胱超声诊断仪及换能器，将超声换能器经 尿道送入膀胱内，减小了超声换能器和膀胱的距离，可以将工作频率提高到5MHz~20MHz ; 从而提高了轴向分辨率和横向分辨率，进而有效提高超声膀胱检测图像的分辨率和临床检 测的准确性；
[0040] (2)本实用新型的经尿道的膀胱超声诊断仪及换能器，有效地减小了检测距离，进 而降低了膀胱成像环境的散射强度，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，同时提高了诊断仪的探测范围；
[0041] (3)本实用新型的经尿道的膀胱超声换能器具有聚焦功能时，可进一步降低膀胱 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。
[0042] 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】
[0043] 下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明：
[0044] 图1为本实用新型的实施例1的圆柱型阵列换能器的示意图；
[0045] 图2为本实用新型的实施例1的圆柱型阵列超声换能器的横截面图；
[0046] 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；
[0047] 图4为本实用新型的采用整体声学结构聚焦的超声换能单元的示意图；
[0048] 图5为本实用新型的采用声学聚焦的超声换能单元的示意图；
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