改进的超声换能器制造技术

一种具有换能器的超声成像装置，所述换能器通过超声波电机以重复运动移动，所述超声成像装置包括换能器阵列，其中相邻的换能器之间的距离大于产生具有期望分辨率的超声图像所需要的相邻扫描线的最小间距，阵列的运动允许装置产生具有至少所期望的分辨率的超声图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及实时医学超声成像系统。具体地涉及采用电机驱动阵列的这样的系统的实施方式。
技术介绍
超声是用于产生体内器官的图像扫描的非侵入性技术。有许多类型的实时超声系统支持各式各样的超声换能器。这些系统可分成电子系统和机械系统，电子系统诸如充分利用电子技术来形成波束和引导超声波束的相控阵列换能器、曲线阵列换能器和线性阵列换能器；机械系统中，换能器或换能器阵列被机械地移动以引导波束。机械扫描仪是实时成像系统传统上最简单的和最便宜的类型。这些系统使用一个或多个压电晶体，所述压电晶体发射感应超声信号，并接收从成像主体返回的回声。为了使其有效，超声信号有显著的方向性并可被描述为超声波束。利用电磁电机以重复的方式移动晶体以便波束覆盖要被成像的区域。电机可以是任何类型，这取决于所需要的运动特征。已知有使用步进电机、DC电机和线性电机的装置。一般地，机械超声扫描仪采用两种技术中的一种来移动波束和产生图像。第一种技术是旋转轮换能器，其中一个或多个晶体旋转360°使得从晶体发射的波束扫出圆形。该圆的扇区组成要被成像的区域。只有当该扇区被扫过时才发射和接收超声信号。第二种类型的机械超声扫描仪采用振动换能器，其中单个晶体通过电磁电机来回移动使得由换能器发射的超声波束扫过感兴趣的区域。一百多年以前专利技术了电磁电机。这些电机仍然在工业中占据着重要的位置，但应该被视为到了技术发展的极限。在机械驱动的超声扫描仪中的性能改进不能期望于在这样的电机中的逐步改进。传统的电磁电机难以以非常小的尺寸制造出来，而这对于在便携式超声探测器中使用是非常期望的。电磁电机很难精确地控制且具有较低的位置分辨率。它们还具有高速和低转矩特征并具有较慢的响应。电磁电机中的各种局限性引起当前的单晶机械换能器的许多问题。这样的换能器易于受到配准伪影的影响，因为电机空转发生的虚假的明显的反射，因此产生于连续的扫描的图像帧可能不完全一致。这也可能导致使图像看起来令人疲劳的图像抖动。电机有噪音且将振动传递到与患者接触的超声探测器。这可使患者感到不安或不舒服。另外，由于电机中的摇晃和位置误差，任何形式的多普勒成像都是不可行的。不使用电机的电子系统包括相控阵列换能器、曲线换能器和线性换能器，它们克服了机械系统的许多问题，包括图像配准、执行多普勒成像的能力、振动和噪声。然而，电子系统具有其他缺点。它们制造起来更加昂贵，具有相对较高的功率消耗，以及它们相对较大，因为，为了实现令人满意的性能，它们包括大量换能器元件和相关的电子通道。本专利技术的公开内容在本专利技术的一种形式中，提出了一种类型的超声换能器探测单元，所述超声换能器探测单元包括主体部分以及用于发射和接收超声波信号的至少一个换能器，所述换能器以重复的运动相对于主体部分机械移动以声穿透区域，其中换能器的运动能够被控制以小于1毫米的误差返回到相对于主体部分的选定位置。超声波电机的运动非常精确，并能够被定位到纳米级精度。超声波电机具有极好的响应时间，因此能够迅速地移动和停止。在另一优选形式中，可以说本专利技术在于超声换能器探测单元，该超声换能器探测单元包括主体部分和至少一个用于发射和接收超声波信号的换能器，其中换能器通过超声波电机以重复的运动相对于主体部分移动。超声多普勒分析给出关于要素(通常是要成像的身体内的血液的运动)的信息。若换能器本身随着开动的电磁电机的振动而移动，则不能获取有用的信息。从多条扫描线中提取多普勒信息。因此，能够精确地从身体的相同区域获取重复的扫描线是必要的。优选地，所述探测单元适于产生适合处理的扫描线数据，以允许显示门控多普勒、功率多普勒、脉冲波多普勒、彩色多普勒和双工多普勒信息中的至少一个。在线性阵列换能器超声探测器中，为了提供较高分辨率的图像而不牺牲图像的覆盖范围；或为了提供较宽的图像覆盖范围而不牺牲分辨率，需要更多的扫描线并因此需要更多的换能器元件。提供附加的元件是昂贵的。较大的换能器本身就比较昂贵，而且接入和控制附加元件所需要的附加的配线和电子器件(通常称为通道)也是昂贵的。具有较少的、相对较远地分开设置的元件的阵列换能器用较少的成本提供良好的图像宽度，但牺牲了图像中的扫描线的数量并因此牺牲了横向分辨率。在另一形式中，可以说本专利技术在于包括换能器的阵列的超声成像装置，其中相邻的换能器之间的距离大于产生具有选定分辨率的超声图像所需要的相邻扫描线的最小间距，该装置适于产生至少具有所选定的分辨率的超声图像。不管换能器阵列的稀疏性质，提供所期望的分辨率的能力通过换能器阵列的机械运动来实现。在另一优选形式中，可以说本专利技术在于包括具有换能器阵列的超声换能器单元的超声换能器探测单元，其中换能器单元适于以往复运动沿着线性轴移动选定的线性距离，在沿着线性轴的换能器之间的线性间距具有与所述线性距离类似的大小，所述换能器单元适于操作以在每一往复运动期间获取多条扫描线。优选地，往复运动由多个分离的步骤组成，只有当所述换能器静止时才获取扫描线。优选地，换能器的运动由线性超声波电机驱动。可选地，换能器的运动由旋转超声波电机驱动。在另一形式中，可以说本专利技术在于超声扫描的方法，其中提供了具有至少一个超声换能器的阵列，该换能器通过超声波电机以重复的运动相对要成像的身体移动，产生用于显示的超声图像，该图像包括通过换能器在沿着该运动的路径上的连续点处所获取的扫描线，每一换能器向图像提供多条扫描线。优选地，所述方法还包括以下步骤：用户选择作为多普勒窗口的图像区域；移动换能器并获取图像扫描线，控制换能器在停止位置停止使得由换能器获取的扫描线将落入多普勒窗口，换能器在停止位置获取用于多普勒和光谱处理的多条扫描线，再次移动换能器并获取扫描线，换能器返回到停止位置并获取用于多普勒和双工处理的另外的多条扫描线，以足以允许继续多普勒成像的精度来使换能器返回到停止位置，处理扫描线以向用户提供具有多普勒信息的超声图像的显示。附图的简要描述图1a示出现有技术的换能器。图1b示出在图1a中示出的现有技术类型的换能器的超声场的示意图。图2a示出现有技术的线性分段阵列换能器的示意图。图2b示出在图2a中示出的现有技术类型的换能器的超声场的示意图。图3示出包含本专利技术的超声扫描设备。图4示出图3的扫描头的换能器滑动器。图5a示出根据本专利技术的超声换能器阵列的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.06.23 AU 20099028861.一种超声换能器探测单元，其包括主体部分以及用于发射和接收
超声波信号的至少一个换能器，其中所述换能器通过超声波电机以重复的
运动相对于所述主体部分移动。
2.如权利要求1所述的探测单元，其中具有被布置成阵列的多个换
能器。
3.如权利要求2所述的探测单元，其中所述换能器的阵列以往复运
动沿着线性轴移动选定的线性距离，在沿着所述线性轴的所述阵列的所述
换能器之间的线性间距具有与所述线性距离近似相同的大小，所述探测单
元被操作以在每一往复运动期间获取多条扫描线。
4.如权利要求2所述的探测单元，其中所述电机适于周期性地将所
述换能器的运动停止在至少一个停止位置，当所述换能器停止在所述停止
位置时，至少一个换能器发射和接收适合于提供多普勒信息的超声波信
号。
5.如权利要求1所述的探测单元，其中所述探测单元适于产生适合
于处理的扫描线数据，以允许显示门控多普勒、功率多普勒、脉冲波多普
勒、彩色多普勒和双工多普勒信息中的至少一个。
6.如权利要求1所述的探测单元，其中所述探测单元的重量小于500
克。
7.如权利要求1所述的探测单元，其中所述探测单元的重量小于200
克。
8.如权利要求1所述的探测单元，其中所述探测单元具有方便手持的
大小。
9.如权利要求8所述的探测单元，其中所述探测单元具有15厘米的
最大线性尺寸。
10.如权利要求8所述的探测单元，其中所述探测单元具有12厘米的
最大线性尺寸。
11.一种超声换能器探测单元，其包括具有换能器的阵列的超声换能
器单元，其中所述换能器单元以往复运动沿着线性轴移动选定的线性距
离，在沿着所述线性轴的所述换能器单元的所述换能器之间的线性间距具
有与所述线性距离近似相同的大小，所述探测单元被操作以在每一往复运
动期间获取多条扫描线。
12.如权利要求5所述的探测单元，其中所述往复运动由多个分离的
步骤组成，只有当所述换能器静止时才获取扫描线。
13.如权利要求5或权利要求12所述的探测单元，其中所述换能器的
运动由旋转电机驱动。
14.如权利要求5或权利要求12所述的探测单元，其中所述换能器的
运动由线性电机驱动。
15.如权利要求13或14所述的探测单元，其中所述电机是超声波电
机。
16.一种超声换能器探测单元，其包括主体部分以及用于发射和接收
超声波信号的至少一个换能器、适于以重复运动相对所述主体部分机械地
移动所述换能器以声穿透要成像的身体区域的电机组件，所述电机组件适
于周期性地将所述换能器的运动停止在多个停止位置，
其中所述换能器的运动能够被控制以小于1毫米的误差返回到相对于
所述主体部分的选定的停止位置。
17.如权利要求16所述的探测单元，其中所述换能器的运动能够被控
制以小于500纳米的误差返回到相对于所述主体部分的选定的停止位置。
18.如权利要求16所述的探测单元，其中所述换能器的运动能够被控
制以小于100纳米的误差返回到相对于所述主体部分的选定的停止位置。
19.一种超声扫描方法，其中提供具有至少一个超声换能器的阵列，
所述换能器通过超声波电机以重复的运动相对于要成像的身体移动，产生
用于显示的超声图像，所述图像包括由所述换能器在沿着所述运动的路径
的连续点上获取的扫描线，每一换能器为所述图像提供多条扫描线。
20.如权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：用户选择作为多普
勒窗口的所述图像的区域；所述换能器被移动并获取图像扫描线，所述换
能器被控制以停止在停止位置使得由所述换能器获取的扫描线落入所述
多普勒窗口内，所述换能器在所述停止位置获取多条扫描线用于多普勒处
理，所述换能器被再一次移动并获取扫描线，所述换能器返回到所述停止
位置并获取用于多普勒处理的另外多条扫描线，返回到所述停止位置具有
足以允许连续的多普勒成像的精度，所述扫描线被处理以向用户提供带有
多普勒信息的超声图像的显示。
21.如权利要求20所述的方法，其中有多个停止位置。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述超声扫描功...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾萨·艾尔阿克卢克，斯图尔特·巴特利特，约翰·帕克，
申请(专利权)人：西格诺斯蒂克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：