一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法及环阵探头与流程

本发明涉及环阵探头技术领域，特别涉及一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法及环阵探头。

背景技术：

环型探头可以到在波束方向上逐点聚焦并具有很高的灵敏度，从而依据上述特殊，环阵探头可以与机械扫描相结合，以用于生成体超声扫描的二维和/或三维成像。然而，由于超声临床应用以及环阵探头的加工工艺的限制，从而环阵探头的环阵阵元数量以及环阵阵元的最大外径受到限制，这使得致环阵在波束方向上不是所有采集点都具有良好聚焦，从而导致接收灵敏度及横向分辨率变差。因此，在满足环阵探头的环阵阵元数量以及环阵阵元的最大外径的限制条件下，如何在保证轴向分辨率不变的前提下，提高要求的声场范围的横向分辨率和接收灵敏度成了环阵探头制备的重大问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法及环阵探头。

本发明所采用的技术方案如下：

一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其包括：

确定所需制备的环阵探头的基本参数，并根据所述基本参数确定阵元类型门限值；

根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型，其中，所述阵元类型包括平面阵元和凹面阵元；

采用所述阵元类型的阵元，并按照基本参数制备环阵探头。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述确定所需制备的环阵探头的基本参数，并根据所述基本参数确定阵元类型门限值具体包括：

确定所需制备的环阵探头的基本参数，并提取预存的初始参数；

根据所述基本参数以及所述初始参数，并按照预设方式计算阵元类型门限值。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述基本参数包括压电体外径、阵元环数、声场覆盖范围以及工作频率。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述预设方式为：

阵元门限值＝(压电体外径/压电体外径阈值)*(阵元环数/阵元环数阈值)*(工作频率/工作频率阈值)*转换系数。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述转换系数为1.4-1.6中任一数值。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型具体包括：

将所述阵元类型门限值与预设阈值进行比较；

若所述阵元类型门限值小于等于预设阈值，则选取凹面阵元；

若所述环阵类型门限值大于预设阈值，则选取平面阵元。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述预设阈值为1。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述采用所述阵元类型的阵元，并按照基本参数制备环阵探头具体包括：

当所述阵元类型为凹面阵元后，根据基本参数确定选取凹面阵元的各环阵元晶片，其中，各环阵元晶体的环面的面积相等；

将各环阵晶体组装后转配于满足基本参数要求的压电体内，并在各环阵元晶体形成的环阵上装配匹配层，以环阵探头。

所述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，其中，所述环阵探头包括电子聚焦和自然聚焦两种聚焦方式；所述自然聚焦的焦距为大于基本参数中声场覆盖范围上限值的一半，且小于等于基本参数中声场覆盖范围上限值。

本发明还提供了一种双模态聚焦的环阵探头，所述环阵探头采用如上任一所述的双模态聚焦的环阵探头的制备方法制备而成

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法及环阵探头，所述方法包括：确定所需制备的环阵探头的基本参数，并根据所述基本参数确定阵元类型门限值；根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型；采用所述阵元类型的阵元，并按照基本参数制备环阵探头。本发明在环阵探头基本参数确定的前提下，通过所述基本参数确定用于确定阵元类型的门限值，并根据所述门限值来环阵探头的阵元为平面阵元或凹面阵元，这样根据不同的基本参数选取不同的类型的阵元，使得所述环阵探头可以具有电子聚焦和/或自然聚焦两个模态，从而在保证轴向分辨率不变的前提下，提高要求的声场范围的横向分辨率和接收灵敏度。

附图说明

图1为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法的流程图；

图2为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法中基本参数的例一的焦深30mm的仿真图；

图3为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法中基本参数的例一的焦深70mm的仿真图；

图4为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法中基本参数的例二的焦深70mm的仿真图；

图5为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法中基本参数的例三的焦深70mm的仿真图；

图6为本发明提供的双模态聚焦的环阵探头的制备方法中基本参数的例四的焦深70mm的仿真图；

图7为本发明提供的一种环阵探头的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法及环阵探头，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、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。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

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)，具有与本发明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。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

本实施例提供了一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法，如图1所示，所述方法包括：

s10、确定所需制备的环阵探头的基本参数，并根据所述基本参数确定阵元类型门限值；

s20、根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型，其中，所述阵元类型包括平面阵元和凹面阵元；

s30、采用所述阵元类型的阵元，并按照基本参数制备环阵探头。

本实施例提供的一种双模态聚焦的环阵探头的制备方法，在环阵探头基本参数确定的前提下，通过所述基本参数确定用于确定阵元类型的门限值，并人家所述门限值来环阵探头的阵元为平面阵元或凹面阵元，这样根据不同的基本参数选取不同的类型的阵元，使得所述环阵探头可以具有电子聚焦和/或自然聚焦两个模态，从而在保证轴向分辨率不变的前提下，提高要求的声场范围的横向分辨率和接收灵敏度。

进一步，在所述步骤s10中，所述基本参数预先根据待制备环阵探头确定，所述基本参数包括压电体外径、阵元环数、声场覆盖范围以及工作频率，也就是说，在环阵探头的压电体外径、阵元环数、声场覆盖范围以及工作频率限定的情况，确定环阵探头的阵元类型，并通过采用基本参数确定阵元类型的阵元提高要求的声场范围的横向分辨率和接收灵敏度。

此外，在确定基本参数后，需要根据基板参数计算阵元类型门限值，其中，所述阵元类型门限值是根据基本参数与初始参数的对应关系确定。由此，在本实施例的一个实现方式中，所述确定所需制备的环阵探头的基本参数，并根据所述基本参数确定阵元类型门限值具体包括：

s11、确定所需制备的环阵探头的基本参数，并提取预存的初始参数；

s12、根据所述基本参数以及所述初始参数，并按照预设方式计算阵元类型门限值。

具体地，所述初始参数为默认参数，所述初始参数用于作为基本参数的计算依据，即所述基板参数根据初始参数计算阵元类型门限值。其中，所述初始参数包括初始压电体外径、初始阵元环数以及初始工作频率。在本实施例中，所述初始阵元环数优选为5，初始工作频率优选为2mhz，并在初始工作频率为2mhz时，所述初始压电体外径优选为30mm。此外，所述预设方式为阵元门限值的计算公式，所述阵元门限值的计算公式可以为：阵元门限值＝(压电体外径/压电体外径阈值)*(阵元环数/阵元环数阈值)*(工作频率/工作频率阈值)*转换系数。

进一步，所述转换系数为所述(压电体外径/压电体外径阈值)*(阵元环数/阵元环数阈值)*(工作频率/工作频率阈值)的归一化转换系数，通过采用所述转换系系数对(压电体外径/压电体外径阈值)*(阵元环数/阵元环数阈值)*(工作频率/工作频率阈值)的计算结果进行归一化，以使得所述计算结果归一至预设阈值附近，这样可以提高预设阈值评价阵元门限值的准确性。在本实施例中，所述转换系数可以为1.4-1.6中任一数值，优选为1.43。

进一步，在所述步骤s20中，所述根据阵元类型包括平面阵元和凹面阵元，所述平面阵元支持电子聚焦，所述凹面阵元支持电子聚焦和自然聚焦。所述双模态包括仅支持电子聚焦的第一模态，和同时支持电子聚焦和自然聚焦的第二模态。也就是说，根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型是根据环阵门限值确定环阵探头的模态为第一模态还是第二模态。在本实施例中，所述根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型具体为将所述环阵门限值与预设阈值进行比较，根据比较结果确定阵元类型。相应的，所述根据所述环阵类型门限值确定所需制备的环阵探头的阵元类型具体包括：

s21、将所述阵元类型门限值与预设阈值进行比较；

s22、若所述阵元类型门限值小于等于预设阈值，则选取凹面阵元。

具体地，所述预设阈值为预先设定，由于所述阵元类型门限值采用转换系数进行归一化处理，从而在本实施例中，所述预设阈值优选为1。相应的，所述将所述阵元类型门限值与预设阈值进行比较为将所述阵元类型门限值与1进行比较，并根据比较结果确定阵元类型。具体地，当所述阵元类型门限值小于等于1时，则选取凹面阵元，即选取具有电子聚焦和自然聚焦的第二模态，这是由于当阵元类型门限值小于等于1时，仅采用电子聚焦，在波束方向中会存在不聚焦的点，从而影响环阵探头的灵敏度以及横向分辨率，这时采用具有电子聚焦和自然聚焦的第二模态，可以通过自然聚焦弥补采用电子聚焦在波束方向中会存在不聚焦的点的问题，从而可以提高环阵探头的灵敏度以及横向分辨率，此外，当所述阵元类型门限值小于1时，则可以选取平面阵元，即选取具有电子聚焦第一模态。

进一步，为了进一步说明环阵类型选取准确性，下面给出例子加以说明。

例一、如图2所示的环阵探头的工作频率为2.0mhz、环数为5环以及压电体外径为18mm外径的平面环阵，焦深为30mm时辐射声压仿真图可以得出：

在例一中当焦深为70mm时，如图3所示辐射声压仿真图可以得出：

例二、如图4所示的环阵探头的工作频率为4.0mhz、环数为5环以及压电体外径为18mm外径的平面环阵，焦深为70mm时辐射声压仿真图可以得出：

例三、如图5所示的环阵探头的工作频率为2.0mhz、环数为5环以及压电体外径为30mm外径的平面环阵，焦深为70mm时辐射声压仿真图可以得出：

例四、如图6所示的环阵探头的工作频率为2.0mhz、环数为3环以及压电体外径为30mm外径的平面环阵，焦深为70mm时辐射声压仿真图可以得出：

当然，值得说明的，在图2-6中，横轴为从环能器辐射端面的几何中心开始到垂直于环能器表面方向的声场坐标，单位为mm，或简称为轴向距离；纵轴为从环能器辐射端面几何中心开始到平行于此表面的声场方向分布坐标，单位为mm，或简称为侧向距离。此外，在各图示的实施例中，环阵环能器辐射端面中心点安放于坐标(0，50mm)的位置，且声场沿右侧传播，然后以上下方向作扩散(即声束发散)。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，所述步骤s30、所述采用所述阵元类型的阵元，并按照基本参数制备环阵探头具体包括：

s31、当所述阵元类型为凹面阵元后，根据基本参数确定选取凹面阵元的各环阵元晶片，其中，各环阵元晶体的环面的面积相等；

s32、将各环阵晶体组装后转配于满足基本参数要求的压电体内，并在各环阵元晶体形成的环阵上装配匹配层，以环阵探头。

具体地，所述阵元类型为凹面阵元时，所述环阵探头的阵元采用凹面阵元，所述凹面阵元的环数为基础参数中的环数m，并且各凹面阵元中各阵元的环面的面积相等，所述环阵探头的压电体外径为基础参数中的压电体外径d，所述环阵探头的中心频率为基础参数中的工作频率fr0，所述环阵探头的聚焦控制方式为自然聚焦+电子聚焦，其中，所述自然聚焦的焦距优选为声场覆盖范围的上限值或者声场覆盖上限值的三分之二等。此外，所述凹面阵元的凹面半径可以根据压电体外径计算得到，例如，当所述压电体外径为18mm时，所述凹面半径为70mm。

进一步，所述阵元类型为平面阵元时，所述平面阵元的环数为基础参数中的环数m，并且各凹面阵元中各阵元的环面的面积相等，所述环阵探头的压电体外径为基础参数中的压电体外径d，所述环阵探头的中心频率为基础参数中的工作频率fr0，所述环阵探头的聚焦控制方式为电子聚焦。

基于上述双模态聚焦的环阵探头的制备方法，本发明还提供了一种环阵探头，如图7所示，所述环阵探头包括压电体4、匹配层1、阵元2以及吸附体3，所述阵元2通过吸附体3装配于所述压电体4内，所述匹配层1位于所述阵元2上方并与所述压电体4相连接。其中，所述阵元1的阵元类型根据上述实施例的方法确定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。