专利名称：超声扫描探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扫描装置，特别涉及一种医学超声扫描探头装置。
背景技术：
目前，机械扫描式B超仪中，扫描是由电机驱动压电换能器的往复旋转
实现的，机械探头中通常只有一片单元式的圆盘形压电换能器，并且由一驱 动机构使换能器绕某一轴线往返摆动或绕轴旋转。由此换能器所发射和接收
的超声波束按一定规则扫查过一个平面，使得B超仪显示截面的二维灰阶声 像图。但是，由于被探测组织和探头之间的多次反射回波，使超声成像中会 产生混响伪像，容易造成超声诊断、检测中的错误判断。混响伪像是由于超 声回波在换能器表面发生反射再次进入人体组织，而在第一个回波的整数倍 深度处产生新的回波，与深层组织的第一次回波幅值相当，难以直观区分， 产生重影，不能真实反映人体组织结构。在利用超声进行生物测量的场合， 尤其测量大界面组织中，这种混响伪像会干扰组织的真实回波，二者很难区 分，使得自动测量不能进行，或者误差过大而失去实用价值。
实用新型内容
本实用新型是针对现有超声成像存在混响伪像容易造成超声诊断、检测 中的错误判断问题，提出了一种超声扫描探头，能够克服现有的单换能器扫 描探头产生混响伪像的不足，进行二维超声扫描，而且能方便地消除多次反 射产生的伪像，改善超声生物测量的准确性以及超声成像的质量。此外在现 有探头的基础上增加一只电机还可进行三维扫描。
本实用新型的技术方案为 一种超声扫描探头，包括探头固定架、电机、
传动齿轮、转动轴、换能器座和超声换能器，电机固定在探头固定架上，电 机带动传动齿轮，传动齿轮通过转动轴驱动换能器座运动，超声换能器固定 在换能器座上，所述换能器座上安装两个固定在同一扫描平面上不同发射距 离的换能器，并分别配有两组独立的激励与接收电路。所述电机带动转动传 动齿轮，所述的两个换能器以所述换能器座的转动轴心为圆心，径向相差恒 定距离，角度相差为换能器步进角度的整数倍。所述电机带动直线传动齿轮， 所述的两个换能器在换能器座的移动方向上相差距离为换能器座步进距离的 整数倍，在扫描方向上相差恒定距离。
一种超声扫描探头，包括探头固定架、电机、传动齿轮、转动轴、换能 器座和超声换能器，电机固定在探头固定架上，电机带动传动齿轮，传动齿 轮通过转动轴驱动换能器座运动，超声换能器固定在换能器座上，其特征在 于所述换能器座上安装单个换能器，单个换能器上装有两块晶片，两块晶片 分别配有两组独立的激励与接收电路，发射距离上相差恒定距离，互相不接 触，构成分割式换能器。所述两块晶片为两独立同心的半圆晶片，分列两边， 构成一圆形换能器。所述两块晶片为两独立同心的圆形晶片，嵌套构成一圆 形换能器。
一种超声扫描探头，包括移动电机、齿轮、换能器座和超声换能器，移 动电机安装在换能器座上，电机带动齿轮，驱动超声换能器运动，换能器配 有两组独立的激励与接收电路。
本实用新型的有益效果在于本实用新型可以发挥机械扫描探头，其探 头机构体积小，扫描范围大的优点。同时能够有效地消除混响伪像，改善生
物测量的准确性以及超声成像的质量。
图1是本实用新型超声扫描探头中双换能器分别扫描同一待测器官的示意图; 图2是本实用新型超声扫描探头扫描波形及经过处理的射频信号示意图； 图3是本实用新型超声扫描探头的电路原理框图4是本实用新型超声扫描探头中扇形扫描探头实施例的结构示意图5是本实用新型超声扫描探头中扇形扫描探头实施例的侧面结构示意图6是本实用新型超声扫描探头中与扫描波形对应的扫描探头位置示意图7是本实用新型超声扫描探头中直线扫描探头实施例的结构示意图8是本实用新型超声扫描探头中只带一个超声换能器实施例的结构示意图9是本实用新型超声扫描探头中同心半圆超声扫描探头实施例的结构示意
图10是本实用新型超声扫描探头中同心超声扫描探头实施例的结构示意图； 图11是本实用新型超声扫描探头扫描波形及经过处理的波形原理图。
具体实施方式
图中附图标记为，l.换能器l， 2.换能器2， 3.待测器官，4.驱动电机， 5.探头固定架，6.接线电路板，7.电机驱动齿轮，8.传动齿轮，9.换能器齿 轮，10.换能器座，11.转动轴，12.换能器A的信号线，13.换能器B的信号 线，14.电机控制线，15.滑动槽，16.限位螺母，17.换能器移动电机，18.换 能器位移齿轮，19.晶片
超声扫描探头工作原理在探头固定架上，电机通过齿轮，驱动换能器 座，换能器座的两臂上各固定一个超声换能器，换能器2的焦距比换能器1 的焦距大h/2，其余特性一致，两个换能器在同一扫描平面上，但不同的距离
上，作同步扫描运动。两换能器分别引线，由两组独立的电路进行激励与回 波接收，得到扫描平面的图像。在扫描过程中，不同距离上的两个换能器， 如图1所示两换能器分别扫描同一待测器官的示意图，换能器1与换能器2
相差h/2的距离，分别扫描同一待测器官，得到两组回波。由于混响伪像是
由于超声回波在换能器表面反射再次进入人体组织，在第一次回波，即反映
目标真实位置信息的回波的整数倍深度处产生新的回波。图2为超声回波的 时间一幅度坐标。设超声的传播速度为c，如图2(a)所示，换能器l在发射 后的d/c时间处产生第一次回波，在第一次回波后d/c时间处产生第二次回 波，即伪像。如图2(b)所示，换能器2在发射后的(d+h)/c时间处产生第一 次回波，在第一次回波后(d+h) /c时间处产生第二次回波，即伪像。对A、 B两组回波作后期处理，如图2(c)所示，将换能器1得到的回波延时h/c时 间，这样换能器l、 2得到的第一次回波能够在时间轴上对齐，它们的二次回 波将会由于h/c的时间差而错开。因此将延时后换能器1得到的回波与换能 器2得到的回波作处理后，如图2(d)所示， 一次回波得到增强，而二次回波 得到削弱，达到消除混响伪像的目的。
在图3所示超声扫描探头的电路原理框图中，整个超声扫描电路由电机 控制部分，超声换能器l的发射部分Tx-A、接收部分Rx-A，超声换能器2的 发射部分Tx-A、接收部分Rx-B，后期信号处理部分组成。电机控制部分，驱 动电机4转动，换能器座10每转过一步，换能器l、换能器2分别由驱动电 路作一次发射脉冲与接收回波，直至电机完成一次扫描周期，得到换能器l、 换能器2两组波形。然后将两组波形作后期信号处理，以消除混响伪像。
如图4、图5所示的实施例，超声探头作扇形扫描，固定在探头架5上的
电机4，通过齿轮组7、 8、 9驱动，换能器座10围绕转动轴11作90°的扇形 往复摆动，安装在换能器座10上的换能器1和换能器2作同步扇形扫描，连 接两换能器的信号传输线12、 13，用来传输发射脉冲与回波信号。两换能器 角度的差值a为换能器步进角度的整数倍。如图6(a)所示，当换能器座10转 到a位置时，两换能器得到la、 2a波形，如图6(b)所示，当换能器座10转到 b位置时，两换能器得到lb、 2b波形。如图6(c)所示，由于波形lb、厶是在同 一方向上不同距离上所采集的波形，根据两换能器的角度差值a，将相应的 波形lb、 2a归为一组，进行延时与处理，以消除这一方向上的混响伪像。
如图7所示的实施例，超声探头作直线扫描，由电机4驱动的换能器齿 轮9，带动换能器座10在滑动槽上由限位螺母16限制作直线运动，安装在换 能器座10上的换能器1和换能器2作同步水平扫描。两换能器在换能器座移 动方向上距离相差a，为换能器步进距离的整数倍，垂直距离相差h/2。将两 换能器得到的波形根据水平距离差值a作相应的平移，使得不同发射距离对 于同一目标点所得到的波形对齐成组，然后将成组的波形根据垂直距离h/2 作延时，进行处理，以消除混响伪像。
如图8所示的实施例，以一个超声换能器完成两个不同扫描距离换能器 的扫描。在超声探头扫描过程中，换能器座10每步进一步，换能器l由驱动 电路发射脉冲信号并接收回波信号，然后由换能器移动电机17驱动，带动齿 轮18将换能器沿着扫描方向移动h/2，再由驱动电路驱动发射脉冲信号并接 收回波信号，接着电机驱动换能器沿着扫描方向位移h/2，恢复至初始状态位 置，最后换能器座10步进至下一个扫描点。这样在同一个扫描点上，能够得 到两组不同发射距离的回波。经过后期信号处理，能够消除混响伪像。
如图9所示的同心半圆超声扫描探头实施例，改造单换能器结构以达到 双换能器扫描功能。单换能器上两块独立的晶片的换能器装在同一个换能器
座10上，两块同心的晶片19，分列两边，高度相差h/2。当换能器座10每 步进一步，两半圆晶片分别由驱动电路驱动发射脉冲信号并接收回波信号， 以扫査过一个平面。得到两组不同发射距离的回波。经过后期信号处理，能 够消除混响伪像。
如图IO所示的同心超声扫描探头实施例，是改造单换能器结构以达到双 换能器扫描功能的又一实施例。单换能器上两块独立的晶片装在同一个换能 器座10上，两块同心的晶片19, 一块晶片套于另一块晶片之中，互不接触， 高度相差h/2。当换能器座10每步进一步，两块同心的晶片分别由驱动电路 驱动发射脉冲信号并接收回波信号，以扫查过一个平面以得到两组不同发射 距离的回波。经过后期信号处理，能够消除混响伪像。
图ll所示超声扫描探头扫描波形及经过处理的波形原理图，是得到两组 不同发射距离的回波后，信号处理的方法。如图ll(a)、 ll(b)所示，将换能 器1和换能器2对同一目标点扫描得到的两组波形，取包络并且通过阈值判 断，得到二值化后的回波信号。如图ll(c)所示，根据换能器1和换能器2扫 描距离的差值h/2，以及超声信号来回程相等的特点，对换能器A所得到的回 波作h/c的延时，使得两换能器所得到信号中的第一次回波对齐，但二次回 波即混响伪像由于扫描距离差的存在而错开。将两波形作"与"操作，如图11 (d) 所示，可以有效地消除二次回波，得到扫描对象界面的真实位置信息，以保 证超声生物测量的准确度。
图2所示，是信号后期处理的实例。将换能器1和换能器2对同一目标
点扫描得到的两组波形，取其射频信号。对换能器1所得到的回波作h/c的延 时，使得两换能器所得到信号中的第一次回波对齐，但二次回波即混响伪像 由于扫描距离差的存在而错开。将两波形作相乘运算可以抑制混响伪像，以 保证超声生物测量的准确度。
权利要求1、一种超声扫描探头，包括探头固定架、电机、传动齿轮、转动轴、换能器座和超声换能器，电机固定在探头固定架上，电机带动传动齿轮，传动齿轮通过转动轴驱动换能器座运动，超声换能器固定在换能器座上，其特征在于所述换能器座上安装两个固定在同一扫描平面上不同发射距离的换能器，并分别配有两组独立的激励与接收电路。
2、 根据权利要求1所述的超声扫描探头，其特征在于所述电机带动转动传动齿轮，所述的两个换能器以所述换能器座的转动轴心为圆心，径向相差恒定 距离，角度相差为换能器步进角度的整数倍。
3、 根据权利要求l所述的超声扫描探头，其特征在于所述电机带动直线传动 齿轮，所述的两个换能器在换能器座的移动方向上相差距离为换能器座步进 距离的整数倍，在扫描方向上相差恒定距离。
4、 一种超声扫描探头，包括探头固定架、电机、传动齿轮、转动轴、换能器 座和超声换能器，电机固定在探头固定架上，电机带动传动齿轮，传动齿轮 通过转动轴驱动换能器座运动，超声换能器固定在换能器座上，其特征在于 所述换能器座上安装单个换能器，单个换能器上装有两块晶片，两块晶片分 别配有两组独立的激励与接收电路，发射距离上相差恒定距离，互相不接触， 构成分割式换能器。
5、 根据权利要求4所述的超声扫描探头，其特征在于所述两块晶片为两独立 同心的半圆晶片，分列两边，构成一圆形换能器。
6、 根据权利要求4所述的超声扫描探头，其特征在于所述两块晶片为两独立 同心的圆形晶片，嵌套构成一圆形换能器。
7、 一种超声扫描探头，包括移动电机、齿轮、换能器座和超声换能器，其特 征在于移动电机安装在换能器座上，电机带动齿轮，驱动超声换能器运动， 换能器配有两组独立的激励与接收电路。
专利摘要一种超声扫描探头，包括探头固定架、电机、传动齿轮、转动轴、换能器座和超声换能器，电机固定在探头固定架上，电机带动传动齿轮，传动齿轮通过转动轴驱动换能器座运动，超声换能器固定在换能器座上，其特征在于所述换能器座上安装两个固定在同一扫描平面上不同发射距离的换能器，并分别配有两组独立的激励与接收电路。两个换能器在同一扫描平面上，在不同距离的发射点，进行发射脉冲并接收回波，由此得到的两组回波可通过波形平移，延时与相乘处理，消除多次反射造成的混响伪像，以改善二维或三维超声生物测量的准确性以及超声成像的质量。
文档编号A61B8/14GK201200425SQ200820058410
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者柳 杨, 政 郑, 黄云开 申请人:上海理工大学;上海瑞影医疗科技有限公司