CN103750863B

CN103750863B - 一种超声容积测量探头及其测量方法

Info

Publication number: CN103750863B
Application number: CN201410006242.1A
Authority: CN
Inventors: 高小明; 曾文彤; 邓国勤; 彭勇; 吴世彬; 崔佳亮; 董万利
Original assignee: MIANYANG MEIKE ELECTRONIC EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: MIANYANG MEIKE ELECTRONIC EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: CN103750863A

Abstract

本发明提供了一种超声容积测量探头及其测量方法。该探头包括专用声头；所述专用声头包括两个以上阵列换能器；所述阵列换能器固定于探头内，在一个平面内沿径向交错排列。每个阵列换能器在信号采集控制电路的控制下分别扫描切面并获得切面信息，得到球体的两个以上切面的超声波回波信息，通过信息处理系统，在所述回波信息中提取膀胱的边界信息，并计算出膀胱内尿液容积，完成对膀胱内尿液容量的测量。避免了机械式探头所带来的缺陷；速度更快，测量精度更高；阵列换能器径向交错的排列方式，使得在同样数量的阵列换能器和同样大小的探头半径的条件下，单个阵列换能器的面积是最大的，同样的条件下，能获得最好的超声聚焦效果和最大的探测深度。

Description

一种超声容积测量探头及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种超声容积测量探头及其测量方法，特别是涉及一种适用于医学清洁导尿技术中对膀胱内的，尿量容量进行测量的膀胱扫描仪中的，超声容积测量探头及其测量方法。

背景技术

“清洁导尿技术”已在欧盟和美国立法必须采用。在国内也已逐步被泌尿医学接受和采用。“清洁导尿技术”的关键就是需要准确测量膀胱内的尿量。

测量膀胱内的尿量的方法，目前主要由超声回波法得到膀胱的边界信息，通过边界信息重建膀胱结构，通过重建的膀胱结构计算膀胱的容积。

目前，可用于自动测定计算人体某区域组织的体积所用到的超声探头均为机械探头。机械探头操作难度大，测量结果偏差大，测量准确度对操作者的手法、经验依赖性很强，且误差很大，扫描速度慢，寿命也不高。

机械方式的缺点：

机械机构存在机械误差，测量精度低；

机械结构响应慢；

机械结构存在噪音；

机械结构存在振动；

机械方式必然是外罩加液态透声介质的结构，且还存在液态透声介质泄漏导致探头不能使用的问题；

机械结构存在磨损，增加机械误差，进一步降低精度；且磨损后产生的碎屑或微粒进入液态透声介质，影响声信号，还有可能改变透声介质的粘滞度，影响机构运行；透声介质也充当了润滑剂的角色，必然加速老化；这几种情况都极大地限制了探头的寿命。

阵列换能器的转动，会在液性透声介质中产生气泡，影响超声信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性价比更高的符合测量膀胱容积特定要求的测量探头及其测量方法。

本发明采用的技术方案如下：一种膀胱容积测量探头，其特征在于：包括专用声头；所述专用声头包括两个以上阵列换能器；所述阵列换能器固定于探头内，在一个平面内沿径向交错排列。

作为优选，所述探头还包括与专用声头相连的超声发射接收控制电路。

作为优选，所述阵列换能器固定于探头内，由固态透声介质进行超声传导。

作为优选，所述每个阵列换能器在声学上相互独立。

作为优选，所述每个阵列换能器不相互交叉。

作为优选，所述阵列换能器为独立的凸阵、平面阵或相控阵。

作为优选，所述专用声头由N个阵列换能器在一个平面内沿径向交错排列，设径向轴为OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一阵列换能器摆放在OA上圆心O的左侧，第二阵列换能器摆放在OB上圆心O的右侧，第三阵列换能器摆放在OC上圆心O的左侧，第四阵列换能器摆放在OD上圆心O的右侧……，以此类推，最后一个阵列换能器摆放在换能器1、2、3、4……N-1构成的中间空的圆心上。

作为优选，所述N个阵列换能器为6个阵列换能器。

作为优选，所述6个阵列换能器为同样形状结构的阵列换能器。

作为优选，所述6个阵列换能器中，其中5个阵列换能器沿径向交错排列，都不在同一条直径上，且沿圆心向外的外边缘紧靠专用声头的外边缘，另外一个阵列换能器的中心位于圆心。

基于上述膀胱容积测量探头的测量方法为：每个阵列换能器在信号采集控制电路的控制下分别扫描切面并获得切面信息，得到三维体的两个以上切面的超声波回波信息，通过信息处理系统，在所述回波信息中提取膀胱的边界信息，并计算出膀胱内尿液容积，完成对膀胱内尿液容量的测量。

作为优选，所述每个阵列换能器依次完成对切面的扫描。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：避免了机械式探头所带来的缺陷；测量精度更高，速度更快；阵列换能器径向交错的排列方式，使得在同样数量的阵列换能器和同样大小的探头半径的条件下，该方案中的单个阵列换能器的面积是最大的。同样的条件下，就能获得最好的聚焦效果和最大的探测深度。

附图说明

图1为本发明其中一实施例的探头外形及结构示意图。

图2为图1所示实施例中的结构剖面示意图。

图3为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图4为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图5为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图6为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图7为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图8为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图9为本发明其中一实施例阵列换能器形状结构及排列方式示意图。

图10为单个阵列换能器扫描示意图。

图11为本发明其中一具体实施例中得到的球体N个扫描切面的超声回波信息示意图。

图12为本发明其中一具体实施例的超声回波信息处理流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，一种超声容积测量探头，包括专用声头；所述专用声头包括两个以上阵列换能器；所述阵列换能器固定于探头内，在一个平面内沿径向交错排列。

所述探头还包括与专用声头相连的超声发射接收控制电路，所述超声发射接收控制电路也可以独立于探头之外与专用声头相连。

如图2所示，所述阵列换能器固定于探头内，由固态透声介质传导超声，避免了机械探头用液态透声介质所带来的缺陷。

所述每个阵列换能器在声学上相互独立，避免声波干扰。

如3图到图9所示，所述每个阵列换能器不相互交叉，最大限度节省阵列换能器。

所述阵列换能器为独立的凸阵、平面阵或相控阵，所有阵列换能器排列为沿径向交错排列，作为阵列换能器排列的最优结构。

所述每个阵列换能器沿径向交错排列。用于人体扫查的超声波束必须聚焦和具有一定的扫查深度（一般16cm）才能有效的探测到人体的有效信息。而聚焦性能和扫查深度与换能器的大小直接相关。阵列换能器太小，超声不能有效的聚焦，也达不到探测人体的深度。一味地增大阵列换能器的面积，探头前端的半径R（如图3）就会增大，在使用中会使探头前端与人体耦合效果差，超声就不能有效的进入人体，这个区域就不能获得有效的超声信息。

阵列换能器沿径向交错排列的方式，不仅解决了固定的多阵列换能器一样能实现对探测体的三维扫描，同时交错排列的方式，使得在同样数量的阵列换能器和同样大小的探头半径（图3中的R）的条件下，该方案中的单个阵列换能器的面积是最大的。同样的条件下，就能获得最好的聚焦效果和最大的探测深度。

如图3所示，所述专用声头由N个阵列换能器在一个平面内沿径向交错排列，设径向轴为OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一阵列换能器摆放在OA上圆心O的左侧，第二阵列换能器摆放在OB上圆心O的右侧，第三阵列换能器摆放在OC上圆心O的左侧，第四阵列换能器摆放在OD上圆心O的右侧……，以此类推，最后一个阵列换能器摆放在换能器1、2、3、4……N-1构成的中间空的圆心上。

如图4所示，也可以N个阵列换能器都围绕圆心排列。

如图5所示，也可以N个阵列换能器中，其中N-1个围绕圆心排列，且其中心在同一个圆环上；另外1个覆盖在圆心上，但其中心不在圆心上。

如图6所示，也可以N个阵列换能器中，1个覆盖在圆心上，但其中心不在圆心上；另外N-1个围绕圆心排列，但其中心不在同一个圆环上。

还可以如图7所示阵列换能器形状结构及其排列方式，1个覆盖在圆心上，且其中心在圆心上；另外N-1个围绕圆心排列，但其中心都不在同一个圆环上。

还可以如图8所示阵列换能器的形状结构及其排列方式。

其中典型的阵列换能器排列方式如图9所示，所述N个阵列换能器为6个阵列换能器。6个阵列换能器为同样形状结构的换能器，其中5个阵列换能器沿径向交错排列，都不在同一条直径上，且沿圆心向外的外边缘紧靠专用声头的外边缘，另外一个阵列换能器的中心位于圆心。

如图10所示，单个阵列换能器扫描由多个单独的阵元组成，构成一个阵列换能器，通过控制电路完成一个切面的扫描。

如图11所示，膀胱容积测量探头的测量方法为：每个阵列换能器在信号采集控制电路的控制下分别扫描切面并获得切面信息，得到三维体（在本具体实施例中为球体）的两个以上切面的超声波回波信息。

如图12所示，超声回波信息通过信息处理系统，在所述回波信息中提取膀胱的边界信息，并计算出膀胱内尿液容积，完成对膀胱内尿液容量的测量。在本具体实施例中，每个信号控制电路对应一个阵列换能器，当然也可以对信号控制电路进行集成切换控制，或对信号控制电路进行排列组合实现电路的简化。

所述每个阵列换能器依次完成对切面的扫描。在本具体实施例中，多个换能器，每个依次处于切面扫描工作状态，一个阵列换能器完成切面扫描后，第二个阵列换能器再进行切面扫描，然后是第三个、第四个，直到最后一个完成切面扫描，以求实现声学上的完全独立，不受声波干扰。相对于机械扫描，可以缩短扫描时间，为临床快捷方便地准确测量膀胱内尿液容量带来质的飞跃。

当然，在实际情况允许的情况下，阵列换能器数量越多，得到的切面信息越多，最终测量的数据越精确。

另外，在现有技术中，电子面阵阵元分布为二维结构，生产成本及制造价格高，信号检测控制方式复杂、难度大，且在行业中应用很不成熟，增加了成本及设计制造难度，在“测量人体内某一具有声学特性一致性的区域的体积”的任务下使用电子面阵显得十分浪费。而固定的多阵列换能器恰好弥补了此缺陷。

Claims

1.一种超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：测量探头包括专用声头；所述专用声头包括两个以上阵列换能器；所述阵列换能器固定于探头内，在一个平面内沿径向交错排列；所述专用声头由N个阵列换能器在一个平面内沿径向交错排列，设径向轴为OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一阵列换能器摆放在OA上圆心O的左侧，第二阵列换能器摆放在OB上圆心O的右侧，第三阵列换能器摆放在OC上圆心O的左侧，第四阵列换能器摆放在OD上圆心O的右侧……，以此类推，最后一个阵列换能器摆放在换能器1、2、3、4……N-1构成的中间空的圆心上；

具体测量方法为：每个阵列换能器在信号采集控制电路的控制下分别扫描切面并获得切面信息，得到三维体的两个以上切面的超声波回波信息，通过信息处理系统，在所述回波信息中提取膀胱的边界信息，并计算出膀胱内尿液容积，完成对膀胱内尿液容量的测量。

2.根据权利要求1所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述探头还包括与专用声头相连的超声发射接收控制电路。

3.根据权利要求1或2所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述阵列换能器固定于探头内，由固态透声介质进行超声传导。

4.根据权利要求3所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述每个阵列换能器在声学上相互独立。

5.根据权利要求3所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述每个阵列换能器不相互交叉。

6.根据权利要求4或5所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述阵列换能器为独立的凸阵、平面阵或相控阵。

7.根据权利要求6所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述N个阵列换能器为6个阵列换能器。

8.根据权利要求7所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述6个阵列换能器为同样形状结构的阵列换能器。

9.根据权利要求7或8所述的超声容积测量探头的测量方法，其特征在于：所述6个阵列换能器中，其中5个阵列换能器沿径向交错排列，都不在同一条直径上，且沿圆心向外的外边缘紧靠专用声头的外边缘，另外一个阵列换能器的中心位于圆心。

10.根据权利要求1所述的超声容积测量探头的测量方法，所述每个阵列换能器依次完成对切面的扫描。