一种平面曲形轨道扫描的超声探测成像装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于平面曲形轨道扫描的超声探测成像装置，包括交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、超声探头阵列、马达、曲形轨道盘和电源。所述方法包括以下步骤：（1）选择平面曲形轨道；（2）交互单元通过控制单元控制各模块工作；（3）处理单元确定超声探头阵列的全区域成像位置信息，并计算收发超声信号的时间间隔；（4）马达带动超声探头阵列沿着平面曲形轨道收发超声信号，且超声收发单元处理回波信号得到数字回波信号；（5）处理单元对数字回波信号进行成像，并根据全区域成像位置信息进行整体探测图像的拼接合成；（6）显示单元显示图像。该装置具有结构简单、探测灵活、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种平面曲形轨道扫描的超声探测成像装置与方法
本专利技术属于超声探测领域，特别涉及一种基于平面曲形轨道扫描的灵活的超声探测成像装置与方法。
技术介绍
超声探测技术以其无害性在工业、医疗、安全以及科研等领域获得了重要的应用。但是目前对于高精度、高分辨率、低成本、探测区域灵活可控的超声探测技术的需求还是相当迫切，特别是成本的降低将有助于超声探测技术的推广应用。超声探测技术从控制探测的方式上可分为手动探测和自动探测。手动探测通过手工控制探头的探测区域，如医院的B超检测。手动探测的探测区域灵活可控，但是由于无法精确确定超声探头的位置，所以对探测数据的后期成像处理上操作麻烦，图像合成算法复杂，探测性能严重依赖使用者的经验。自动探测虽然超声探头的位置确定，探测后图像的合成问题容易处理，但是这种探测的区域一般是固定的，缺少灵活性；而且自动探测一般需要的探头个数多，由于应用中需要对每个探头的信号进行放大等处理，由此带来后端电路复杂等不足。为提高超声探测的精度，目前主要从硬件和软件两方面着手提高探测成像的分辨率。硬件上，为提高成像分辨率，多采用密集的超声探头阵列，由于应用中需要为每个超声探头的信号提供放大等处理，因此带来了电路设计上的复杂性和成本的增加。在软件上提高分辨率主要是通过采用插值算法对实际的探测图像插入估计值来提高分辨率，但基于插值成像的方法会带来整体成像上的失真，探测精度不高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于平面曲形轨道扫描的超声探测成像方法，该方法的超声探头阵列固定于马达的转轴上，平面曲形轨道实现器件上沿平面曲形轨道开有齿状槽，该齿状槽与马达转轴上的齿轮咬合；通过转轴转动，齿轮和齿状槽咬合，使得马达沿着平面曲形轨道运动，进而带动超声探头阵列沿着平面曲形轨道进行扫描，扫描轨道即为平面曲形轨道。超声探头阵列按照一定的时间间隔在扫描轨道各成像位置处发射超声波信号，且接收成像位置处的回波信号进行成像，最后通过超声探头阵列的全区域成像位置信息实现整体探测图像的拼接合成。本专利技术的另一目的是提供一种实现该超声探测成像方法的装置，该装置的超声探头阵列固定于马达转轴的末端，与马达的位置固定。马达通过转轴上的固定齿轮与曲形轨道盘上的齿状槽咬合，曲形轨道盘为平面曲形轨道的实现器件；通过马达运动带动超声探头阵列沿着平面曲形轨道进行扫描。齿轮咬合的运动方式类似于机械手表的运动，可精确定位超声探头阵列的成像位置，有利于整体探测图像的拼接合成，且电路结构简单，控制方便。用于上述超声探测的装置具体包括交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、超声探头阵列、马达、曲形轨道盘、电源。交互单元的主要功能是实现人机交互，根据使用者的设置发送不同的命令参数到控制单元。使用者根据不同的应用环境，设置系统以不同的工作方式进行探测成像，如设置发送超声波的幅频特性、马达转动的速度和方向，显示单元以何种方式对探测图像进行显示等。控制单元根据交互单元发送的命令参数控制显示单元、处理单元、超声收发单元、马达等统一协调工作。显示单元可根据使用者的设置，将处理单元得到的探测图像以相应的方式显示出来，如按照幅度调制、辉度调制的方式进行成像显示。处理单元包括数字信号处理模块和信号发生模块，主要功能包括产生一定幅频特性的数字超声信号，该信号送到超声收发单元进行数模转换和功率放大后通过发射探头发射出去；并对超声收发单元得到的数字回波信号进行成像，根据超声探头阵列的全区域成像位置信息进行整体探测图像的拼接合成。超声收发单元包括数模转换器(D/A)、功率放大器、低噪声放大器和模数转换器(A/D)等。主要的功能包括：对处理单元产生的数字超声信号进行数模转换和功率放大后由超声发射探头发射出去；对超声接收探头在扫描曲线各成像位置处获得的回波信号进行数字化处理，得到数字回波信号。超声探头阵列包括超声发射探头和超声接收探头，超声收发探头组成的探头阵列可有多种组合形式。为提高探测精度，发射探头需采用点发射以实现“聚焦”效果，但由于信号的发射功率与发射面面积成正比，因此点发射信号的功率比较小，本专利技术的发射探头采用“伞形探头”以提高探测性能。伞形探头的下表面面积小，可近似实现点发射，而上表面面积大可为发射信号提供较大的发射功率，探头上下表面之间采用伞形的曲面过渡，同时实现了大功率发射和点发射，提高了探测性能。接收探头围绕发射探头进行排列，本专利技术的接收探头靠近发射探头布置，实现小口径接收，可提高接收灵敏度和探测精度。马达的功能为带动超声探头阵列沿着平面曲形轨道进行扫描。超声探头阵列固定于马达转轴末端，马达转轴上的固定齿轮与曲形轨道盘上的齿状槽咬合，通过马达运动带动超声探头阵列沿着曲形轨道运动，同时超声探头阵列发射超声信号进行探测。曲形轨道盘的主要功能是为马达提供运动路径；曲形轨道盘为平面曲形轨道的实现器件，曲形轨道盘上沿平面曲形轨道开有齿状槽，根据不同的应用环境可选用不同形状不同大小轮齿的曲形轨道盘。电源的主要功能是为系统的工作供电。交互单元和控制单元连接，交互单元将使用者的设置转换为参数传送给控制单元；控制单元和显示单元、处理单元、超声收发单元、马达连接，按照交互单元传送的参数，分别控制各单元进行统一协调的工作；超声收发单元和超声探头阵列连接，超声收发单元对处理单元产生的数字超声信号进行发射前的数模转换和功率放大，再通过超声探头阵列的发射探头发射出去，接收探头接收的回波信号传输到超声收发单元进行数字化处理，得到数字回波信号；处理单元和超声收发单元连接，处理单元生成一定幅频特性的数字超声信号，传输给超声收发单元，同时超声收发单元将数字回波信号传输到处理单元进行成像；显示单元和处理单元连接，将处理单元得到的探测图像按照使用者的设置进行显示。电源和交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、马达连接。本专利技术的装置包括有线连接和无线连接两种工作方式，若是采用无线连接方式，则该装置需要在相应的模块之间添加无线收发模块，如控制单元和显示单元、处理单元、超声收发单元、马达之间若采用无线连接方式，则需要在控制单元和显示单元、处理单元、超声收发单元、马达之间增加无线收发模块。实现本专利技术的超声探测方法的具体步骤如下：(1)根据应用环境选择适当的平面曲形轨道。(2)交互单元发送命令，通过控制单元控制显示单元、处理单元、超声收发单元、马达等模块统一协调工作。(3)处理单元根据选择的平面曲形轨道确定超声探头阵列的全区域成像位置信息，并计算超声探头阵列收发超声信号的时间间隔。(4)马达带动超声探头阵列沿着平面曲形轨道扫描，同时超声收发单元控制发射探头发射超声信号；接收探头在扫描曲线各成像位置处接收回波信号传给超声收发单元，超声收发单元对回波信号进行数字化处理得到数字回波信号。(5)处理单元对数字回波信号进行成像，并根据探头阵列的全区域成像位置信息进行整体探测图像的拼接合成。(6)显示单元将探测得到的图像显示出来。在步骤(1)中平面曲形轨道可为螺旋线轨道、C形轨道、S形轨道、O形轨道等。对于螺旋线，定义它是动点以原点为圆心做圆周运动，同时以均匀的速度做远离原点的直线运动形成的轨迹。定义动点直线运动与圆周运动之间的比例关系称为旋进比，即动点运动一周相应的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平面曲形轨道扫描的超声探测成像装置，其特征在于包括：交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、超声探头阵列、马达、曲形轨道盘、电源，所述曲形轨道盘上沿平面曲形轨道开有齿状槽；所述马达转轴上有固定齿轮与曲形轨道盘的齿状槽咬合连接，通过马达转轴转动，马达沿平面曲形轨道运动；所述超声探头阵列固定于马达转轴，随着马达运动，超声探头阵列也沿着曲形轨道运动，同时超声探头阵列进行超声信号的收发。所述交互单元和控制单元连接，交互单元将使用者的设置转换为参数传送给控制单元；所述控制单元和显示单元、处理单元、超声收发单元、马达连接，按照交互单元传送的参数，分别控制各单元进行统一协调的工作；所述超声探头阵列包括发射探头和接收探头；所述超声收发单元和超声探头阵列连接，超声收发单元对处理单元产生的数字超声信号进行发射前的数模转换和功率放大，再通过超声探头阵列的发射探头发射出去，接收探头接收的回波信号传输到超声收发单元进行数字化处理，得到数字回波信号；所述处理单元和超声收发单元连接，处理单元生成一定幅频特性的数字超声信号，传输给超声收发单元，同时超声收发单元将数字回波信号传输到处理单元进行成像；所述显示单元和处理单元连接，将处理单元得到的探测图像按照使用者的设置进行显示。所述交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、马达和电源连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于平面曲形轨道扫描的超声探测成像装置，其特征在于包括：交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、超声探头阵列、马达、曲形轨道盘、电源，所述曲形轨道盘上沿平面曲形轨道开有齿状槽；所述马达转轴上有固定齿轮与曲形轨道盘的齿状槽咬合连接，通过马达转轴转动，马达沿平面曲形轨道运动；所述超声探头阵列固定于马达转轴，随着马达运动，超声探头阵列也沿着曲形轨道运动，同时超声探头阵列进行超声信号的收发；所述交互单元和控制单元连接，交互单元将使用者的设置转换为参数传送给控制单元；所述控制单元和显示单元、处理单元、超声收发单元、马达连接，按照交互单元传送的参数，分别控制各单元进行统一协调的工作；所述超声探头阵列包括发射探头和接收探头；所述超声收发单元和超声探头阵列连接，超声收发单元对处理单元产生的数字超声信号进行发射前的数模转换和功率放大，再通过超声探头阵列的发射探头发射出去，接收探头接收的回波信号传输到超声收发单元进行数字化处理，得到数字回波信号；所述处理单元和超声收发单元连接，处理单元生成一定幅频特性的数字超声信号，传输给超声收发单元，同时超声收发单元将数字回波信号传输到处理单元进行成像；所述显示单元和处理单元连接，将处理单元得到的探测图像按照使用者的设置进行显示；所述交互单元、控制单元、显示单元、处理单元、超声收发单元、马达和电源连接；超声探头阵列的发射探头采用的是伞形探头；所述伞形探头的上表面面积大，可增大信号的发射功率，下表面面积小，可实现点发射，上下表面之间采用伞形曲面过渡，可实现超声信号的大功率发射和点发射。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于以无线方式工作时该装置需要在相应的模块之间添加无线收发模块。3.一种基于平面曲形轨道扫描的超声探测成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据应用环境选择适当的平面曲形轨道；(2)交互单元发送命令，通过控制单元控制显示单元、处理单元、超声收发单元、马达等模块统一...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岗，郑尚镇，曹燕，
申请(专利权)人：广州丰谱信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44