具有多行阵列声栈的超声换能器探头及其超声成像系统技术方案

本发明专利技术属于超声成像技术领域，涉及一种具有多行阵列声栈的超声换能器探头及其超声成像系统。本发明专利技术的超声换能器探头包括中心声栈和两个侧边声栈，该中心声栈具有倒梯形形状的背衬，并且两个侧边声栈分别安装在中心声栈纵向方向的两侧，两侧边声栈相对于中心声栈具有向外倾斜的角度α，该角度α介于0到30度之间。通过该结构设置，当所有的声栈同时工作时，将创建一个具有扩大的横向宽度的声场，以利于针体的成像。基于该探头，本发明专利技术的超声成像系统能够更好的辅助医学手术中针体成像。能够更好的辅助医学手术中针体成像。能够更好的辅助医学手术中针体成像。

【技术实现步骤摘要】
具有多行阵列声栈的超声换能器探头及其超声成像系统


[0001]本专利技术涉及一种实时超声成像系统，尤其涉及一种具有多行阵列声栈的超声换能器探头 及其超声成像系统。

技术介绍

[0002]在组织活检和介入手术中，高频线阵探头或凸阵低频探头通常用于活检针和介入式针/线 血管及组织插入的超声引导。在中国和美国，许多临床医生不再使用探头上安装的活检引导 器来指导穿刺，而是取决于他们的经验-当针尖在组织内部移动时，手指对从针尖传递的力的 微妙感觉，并在屏幕上显示实时图像。他们通常用一只手将换能器固定在活检或介入手术组 织上方的皮肤表面顶部，用另一只手在实时超声监测下握住并操纵针头。该操作是如此困难， 以至于通常只有最有经验的超声医生才能做到。该过程所遇到的主要困难是，通常，医生在 手术过程中不容易找到针体或针尖。这是因为用于介入穿刺监控导引的最新超声换能器是工 作在中心频率较高(例如6-12Mhz)的高频线阵换能器，或者工作在2-5MHz附近的低频曲 线线性换能器，这些都具有较薄的超声声波有效声场，对于针头捕获不是那么友好。
[0003]有效声场，定义为在薄壁3D场中，强度比最大值低20dB的声场，纵向方向作为较薄的 方向。横向方向沿着声束移动的阵列的阵元排列方向，并且纵向方向垂直于横向方向。如在 活检或介入外科手术过程中，针通常平行于薄壁形状的超声波束或在有效声场外面，因此， 难以被声学区域捕获，在形成的超声图像中不可见。这就对手术医生提出了很高的技能要求。 对于没有经验的医生，这可能是一个大麻烦，特别是因为活检/介入手术过程本身非常严肃， 并且容易让人感到紧张。
[0004]在WO 2018/054969专利中给出了该技术的示例，其公开了一种超声成像系统，并且包 括超声换能器阵列，该超声换能器阵列包括多个超声换能器瓦片，每个所述瓦片具有独立可 调的取向，以顺应将超声发射传递到包括异物(例如起搏器，支架或介入工具)在内的身体 区域。使用异物的多个特征的已知空间布置，配准由超声换能器模块生成的各个超声图像， 以便生成合成图像，其中异物在各个图像中的位置和方向是叠加。可以使用对象识别算法或 使用由以介入工具在已知空间布置中布置的至少三个超声传感器提供的声学反馈信息来为每 个图像确定介入工具的位置和取向。但是，这样的超声成像系统依赖于其独立的可调节方向 的换能器片，这与固定安装阵列的换能器是不同的解决方案。另外，它需要超声成像系统与 安装有活检针的超声传感器配合才能有效地工作。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中难以有效捕获针体的不足，提供了一种具有多行阵列 声栈的超声换能器探头及相应超声成像系统。本专利技术通过对多行声栈的倾斜设置，使其倾斜 角度被控制在30度以内，使探头能够获得较大的有效声场，易于手术中捕获针
体。
[0007]进一步的目的，在于解决探头的内部结构排布问题，使其能够实施。本专利技术通过角度以 及空间结构的合理设置，使3个声栈能够以紧凑的体积被容置在探头内，提高了其实施的可 能性。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0010]本专利技术的一种具有多行阵列声栈的超声换能器探头，包括：
[0011]中心声栈，其用于中心阵元阵列，固定在支撑结构上；
[0012]侧边声栈，其用于侧边阵元阵列，以向外倾斜的角度α安装在中心声栈的纵向方向的两 侧部，其中角度α的范围为0至30度；中心声栈和侧边声栈用于发送和接收超声信号；
[0013]外壳，用于容纳所有的声栈和支撑结构。
[0014]进一步地，所述中心声栈具有倒梯形背衬，所述背衬的侧边有倾斜角度β，所述角度β 与角度α相配。
[0015]进一步地，所述的各声栈相连接并在相互之间留有间隙，用于使声栈的柔性电路板穿过。
[0016]进一步地，所述支撑结构包括支撑架和框架，所述框架设置在三个声栈的两端并固定在 支撑架的顶部，所述的三个声栈通过所述框架固定在一起。
[0017]进一步地，所述支撑架和声栈之间设置有间隙，以使所述柔性电路板穿过。
[0018]进一步地，所述壳体包括主体壳体和头部壳体，所述支撑架安装在主体壳体上，并且所 述头部壳体用于覆盖所有声栈。
[0019]进一步地，还包括透镜，该透镜至少被配置在所述中心声栈的顶部上。
[0020]进一步地，所述透镜固定在所述头部壳体上，并被配置在所有声栈的顶部。
[0021]进一步地，所述中心声栈包括依次设置的第一匹配层、第二匹配层和压电层，压电层的 底面被敷以金属以形成连接柔性电路板的接地电极和信号电极。
[0022]进一步地，在所述压电层和柔性电路板的下方设置有声背衬层，并且所述柔性电路板沿 着所述声背衬层的两侧向下延伸。
[0023]进一步地，每个所述侧边声栈包括依次设置的第一匹配层，第二匹配层和压电层，压电 层的底面被敷以金属以形成连接柔性电路板的接地电极和信号电极。
[0024]进一步地，在所述压电层和柔性电路板的下方放置有声背衬层，并且所述柔性电路板沿 着所述声背衬层的两侧向下延伸。
[0025]进一步地，所述中心声栈的声背衬层的下端形成倒梯形形状，所述侧边声栈的声背衬层 被布置成与中心声栈的声背衬层相匹配。
[0026]进一步地，每个侧边声栈具有与中心声栈相同数量的阵列阵元；
[0027]或：
[0028]每个侧边声栈具有与中心声栈相同的阵列阵元高度；
[0029]或：
[0030]每个侧边声栈设置有独立的控制电路，所述主体外壳上设有用于所述控制电路的一至两 个控制按钮。
[0031]进一步地，两个或多个侧边声栈安装在所述中心声栈的纵向方向的侧部。
支撑架；201、支撑脚；202、横杆；21、螺栓；22、螺母；30、框架；31、螺栓；41、中心 声栈；411、第一匹配层；412、第二匹配层；413、压电层；414、声背衬层；42/43、侧边声 栈；430、声背衬层；44/45/46、柔性电路板；50、透镜；60、探针；701/702/703、声场；704、 声场。
具体实施方式
[0060]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。
[0061]本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供 熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实 质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效 及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说 明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用 以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本发 明可实施的范畴。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多行阵列声栈的超声换能器探头，其特征在于：包括：中心声栈(41)，其用于中心阵元阵列，固定在支撑结构上；侧边声栈(42/43)，其用于侧边阵元阵列，以向外倾斜的角度α安装在中心声栈(41)的纵向方向的两侧部，其中角度α的范围为0至30度；中心声栈(41)和侧边声栈(42/43)用于发送和接收超声信号；外壳，用于容纳所有的声栈和支撑结构。2.根据权利要求1所述的超声换能器探头，其特征在于：所述中心声栈(41)具有倒梯形背衬，所述背衬的侧边有倾斜角度β，所述角度β与角度α相配。3.根据权利要求2所述的超声换能器探头，其特征在于：所述的各声栈相连接并在相互之间留有间隙，用于使声栈的柔性电路板(44/45/46)穿过。4.根据权利要求3所述的超声换能器探头，其特征在于：所述支撑结构包括支撑架(20)和框架(30)，所述框架(30)设置在三个声栈的两端并固定在支撑架(20)的顶部，所述的三个声栈通过所述框架(30)固定在一起。5.根据权利要求4所述的超声换能器探头，其特征在于：所述支撑架(20)和声栈之间设置有间隙，以使所述柔性电路板(44/45/46)穿过。6.根据权利要求4或5所述的超声换能器探头，其特征在于：所述壳体包括主体壳体(11)和头部壳体(12)，所述支撑架(20)安装在主体壳体(11)上，并且所述头部壳体(12)用于覆盖所有声栈。7.根据权利要求1所述的超声换能器探头，其特征在于：还包括透镜(50)，该透镜(50)至少被配置在所述中心声栈(41)的顶部上。8.根据权利要求7所述的超声换能器探头，其特征在于：所述透镜(50)固定在所述头部壳体(12)上，并被配置在所有声栈的顶部。9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声换能器探头，其特征在于：所述中心声栈(41)包括依次设置的第一匹配层(411)、第二匹配层(412)和压电层(413)，压电层(413)的底面敷以金属层以形成连接柔性电路板(44)的接地电极和信号电极。10.根据权利要求9所述的超声换能器探头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓辉，
申请(专利权)人：泽朴医疗技术苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：