CN113100831A - 多模式超声系统 - Google Patents

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徐杰
邵维维
崔崤峣
韩志乐
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Abstract

本发明公开了一种多模式超声系统，包括：导管，其用于介入组织内部；换能器，其为发射功率可调的多频超声换能器，所述换能器设置在所述导管内；旋转手柄，其用于带动所述导管和换能器进行360°旋转；超声前端设备，其与所述换能器连接，所述超声前端设备控制所述换能器以不同模式发射超声波、进行回波接收以及控制所述旋转手柄的转动；以及计算机，其与超声前端设备连接，所述计算机用于超声成像数据的存储和图像显示。本发明的多模式超声系统通过一套发射接收系统能够实现多种不同的换能器超声波发射模式，从而能够实现不同的超声工作模式；本发明通过高低频融合超声成像模式，可以有效的实现检测深度和检测分辨率的兼容。

Description

多模式超声系统
技术领域
本发明涉及超声医疗设备领域，特别涉及一种多模式超声系统。
背景技术
目前常见的超声内窥和血管内超声成像设备在换能器激励模式中多为单一激励模式，基本使用高频或超高频脉冲激励换能器实现检测组织或血管等。由于超声频率越高，衰减越快，成像深度越浅，所以这些设备只能检测表面和浅表信息，对于较深的组织和其他结构信息则无法显示。而对于一些需要浅表图像分辨率高，同时需要看到周边深层组织信息的操作则无法满足。为满足上述需求，常见的想法和做法是将一个高频的换能器或者低频的换能器组合，高频换能器后面一套发射接收系统，低频换能器一套发射接收系统。但是此种方法使得探头部分体积变大(需要两个换能器)，而对于一些需要探头体积很小超声设备，如超声支气管窥镜(EBUS)，血管内超声(IVUS)等，对于探头的尺寸和体积要求非常严苛，对于这些设备上述做法和方案则不是一个很好的选择；另外两套发射接收系统也使得硬件系统尺寸变大，成本增加。
所以现在需要一种更可靠的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多模式超声系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多模式超声系统，包括：
导管，其用于介入组织内部；
换能器，其为发射功率可调的多频超声换能器，所述换能器设置在所述导管内；
旋转手柄，其用于带动所述导管和换能器进行360°旋转；
超声前端设备，其与所述换能器连接，所述超声前端设备控制所述换能器以不同模式发射超声波、进行回波接收以及控制所述旋转手柄的转动；
以及计算机，其与超声前端设备连接，所述计算机用于超声成像数据的存储和图像显示。
优选的是，所述换能器发射超声波的模式至少包括单独高频脉冲发射、单独低频脉冲发射、高低频融合交替发射、单脉冲发射以及治疗超声波发射，所述旋转手柄带动所述换能器进行360°旋转的过程中，所述换能器发射超声波的模式可切换。
优选的是，所述高低频融合交替发射的模式具体为：所述旋转手柄带动所述换能器进行360°旋转的过程中，所述换能器交替进行低频脉冲发射和高频脉冲发射。
优选的是，所述治疗超声波发射的模式具体为：所述换能器进行连续脉冲发射或发出特定波形的超声波或是以特定功率发出超声波，以实现对组织的治疗。
优选的是，所述超声前端设备包括发射模块、接收模块、旋转手柄控制模块以及控制芯片。
优选的是，所述多模式超声系统的工作模式至少包括：高频超声成像模式、低频超声成像模式、高低频融合超声成像模式、以及治疗与成像融合模式。
优选的是，所述多模式超声系统以高低频融合超声成像模式工作时，所述换能器以高低频融合交替发射模式进行超声波发射。
优选的是，所述多模式超声系统以治疗与成像融合模式工作时，所述换能器在360°旋转的过程中，交替以单脉冲发射模式和治疗超声波发射模式进行工作。
优选的是，所述换能器发出的超声波范围至少包括3-3.5MHz、8-9MHz、32-33MHz。
本发明的有益效果是：本发明的多模式超声系统通过一套发射接收系统能够实现多种不同的换能器超声波发射模式，从而能够实现不同的超声工作模式；本发明通过高低频融合超声成像模式，借助低频超声探测较远的组织结构可弥补高频超声衰减大的影响、高频超声判断较近区域的组织结构可弥补低频超声近场盲区不能精准探测的缺点的特点，将高频和低频超声融合工作，可以有效的实现检测深度和检测分辨率的兼容；本发明通过治疗与成像融合模式工作，能够实现检测和治疗交替进行，并且可实时检测治疗效果。本发明利用一套系统通过不同超声波发射模式的组合，可以有效超声系统的应用范围，且简了化超声硬件电路，降低了成本。
实现检测和治疗交替进行，并且可实时检测治疗效果，从而拓宽了系统的应用范围，提高设备的使用率。
附图说明
图1为本发明的多模式超声系统的原理结构示意图；
图2为本发明的超声前端设备的原理框图；
图3为本发明的一种实施例中的换能器以高低频融合交替发射模式工作的原理图；
图4为本发明的一种实施例中的换能器的性能测试结果。
附图标记说明：
1—导管；2—换能器；3—旋转手柄；4—超声前端设备；5—计算机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示，本实施例的一种多模式超声系统，包括：
导管1，其用于介入组织内部；
换能器2，其为发射功率可调的多频超声换能器，换能器2设置在导管1内；
旋转手柄3，其用于带动导管1和换能器2进行360°旋转，以形成360°横断面图像；
超声前端设备4，其与换能器2连接，超声前端设备4控制换能器2以不同模式发射超声波、进行回波接收以及控制旋转手柄3的转动；
以及计算机5，其与超声前端设备4连接，计算机5用于超声成像数据的存储和图像显示。
在一种优选的实施例中，换能器2发射超声波的模式至少包括单独高频脉冲发射、单独低频脉冲发射、高低频融合交替发射、单脉冲发射以及治疗超声波发射，旋转手柄3带动换能器2进行360°旋转的过程中，换能器2发射超声波的模式可切换。参照图3，即换能器2在360°旋转的过程中，在不同角度时采用不同的模式进行工作，角度1范围内(0-0.36°)，以模式1工作；角度2范围内(0.36°-0.72°)，以模式2工作，...，在整个360°旋转过程中，多种模式交替组合工作，以实现不同的超声功能。
其中，高低频融合交替发射的模式具体为：旋转手柄3带动换能器2进行360°旋转的过程中，换能器2交替进行低频脉冲发射和高频脉冲发射。
其中，治疗超声波发射的模式具体为：换能器2进行连续脉冲发射或发出特定波形的超声波或是以特定功率发出超声波(如通过高功率超声波能起到治疗作用)，以实现对组织的治疗。
在一种优选的实施例中，超声前端设备4包括发射模块、接收模块、旋转手柄控制模块、控制芯片以及T/R电路。发射模块和接收模块均与换能器2连接；控制芯片具体为FPGA，控制芯片对发射模块、接收模块、旋转手柄控制模块进行控制，通过发射模块可实现不同频率和功率的超声波发射；旋转手柄控制模块对旋转手柄3进行控制，以实现360°旋转扫描探测；发射模块发射脉冲，接收模块用于接收回波信号，并进行放大、滤波、实时增益后送入FPGA处理，最终在计算机5中处理得到360°横断面图像。
在一种优选的实施例中，换能器2发出的超声波范围至少包括3-3.5MHz、8-9MHz、32-33MHz。参照图4，本实施例的换能器2在3-3.5MHz、8-9MHz、32-33MHz都有很好的响应。
在一种优选的实施例中，多模式超声系统的工作模式至少包括：高频超声成像模式、低频超声成像模式、高低频融合超声成像模式、以及治疗与成像融合模式。
其中，高频超声成像模式即：在旋转过程中，换能器2以单独高频脉冲发射模式工作，例如以32-33MHz的高频超声波工作，进行高频成像，能探测较近区域的组织结构。
低频超声成像模式即：在旋转过程中，换能器2以单独低频脉冲发射模式工作，例如以3-3.5MHz的低频超声波工作，进行低频成像，能探测较远的组织结构。
在一种优选的实施例中，多模式超声系统以高低频融合超声成像模式工作时，换能器2以高低频融合交替发射模式进行超声波发射。例如，通过超声前端设备4的控制，换能器2在360°旋转过程中具体工作方法为：在0-w1角度范围内，以32-33MHz高频模式工作；w1-w2角度范围内，3-3.5MHz低频模式工作；w2-w3角度范围内，以32-33MHz高频模式工作；...；wn-360°角度范围内，3-3.5MHz低频模式工作。通过低频超声探测较远的组织结构，弥补高频超声衰减大的影响；通过高频超声判断较近区域的组织结构，弥补低频超声近场盲区不能精准探测的缺点，从而通过高频和低频融合交替工作，可以有效的实现检测深度和检测分辨率的兼容。
在一种优选的实施例中，多模式超声系统以治疗与成像融合模式工作时，换能器2在360°旋转的过程中，交替以单脉冲发射模式和治疗超声波发射模式进行工作。例如，通过超声前端设备4的控制，换能器2在360°旋转过程中具体工作方法为：在0-w1角度范围内，以治疗超声波发射模式进行工作(换能器2进行连续脉冲发射或发出特定波形的超声波用于治疗)，回波信号不处理；w1-w2角度范围内，以单脉冲发射模式工作，接收处理回波信号用于成像；...；wn-360°角度范围内，以治疗超声波发射模式进行工作；从而实现检测和治疗交替进行。进一步的，在第二个360°旋转过程中，在于第一个360°旋转过程对应的角度范围中，换能器2的治疗超声波发射模式与单脉冲发射模式进行对调，即：在0-w1角度范围内，以单脉冲发射模式工作，接收处理回波信号用于成像；w1-w2角度范围内，以治疗超声波发射模式进行工作(换能器2进行连续脉冲发射或发出特定波形的超声波用于治疗)，回波信号不处理；...；wn-360°角度范围内，以单脉冲发射模式工作。从而能对第一个360°旋转过程中进行治疗的部位进行成像，可实时检测治疗效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种多模式超声系统，其特征在于，包括：
导管，其用于介入组织内部；
换能器，其为发射功率可调的多频超声换能器，所述换能器设置在所述导管内；
旋转手柄，其用于带动所述导管和换能器进行360°旋转；
超声前端设备，其与所述换能器连接，所述超声前端设备控制所述换能器以不同模式发射超声波、进行回波接收以及控制所述旋转手柄的转动；
以及计算机，其与超声前端设备连接，所述计算机用于超声成像数据的存储和图像显示。
2.根据权利要求1所述的多模式超声系统，其特征在于，所述换能器发射超声波的模式至少包括单独高频脉冲发射、单独低频脉冲发射、高低频融合交替发射、单脉冲发射以及治疗超声波发射，所述旋转手柄带动所述换能器进行360°旋转的过程中，所述换能器发射超声波的模式可切换。
3.根据权利要求2所述的多模式超声系统，其特征在于，所述高低频融合交替发射的模式具体为：所述旋转手柄带动所述换能器进行360°旋转的过程中，所述换能器交替进行低频脉冲发射和高频脉冲发射。
4.根据权利要求3所述的多模式超声系统，其特征在于，所述治疗超声波发射的模式具体为：所述换能器进行连续脉冲发射或发出特定波形的超声波或是以特定功率发出超声波，以实现对组织的治疗。
5.根据权利要求1所述的多模式超声系统，其特征在于，所述超声前端设备包括发射模块、接收模块、旋转手柄控制模块以及控制芯片。
6.根据权利要求4所述的多模式超声系统，其特征在于，所述多模式超声系统的工作模式至少包括：高频超声成像模式、低频超声成像模式、高低频融合超声成像模式、以及治疗与成像融合模式。
7.根据权利要求5所述的多模式超声系统，其特征在于，所述多模式超声系统以高低频融合超声成像模式工作时，所述换能器以高低频融合交替发射模式进行超声波发射。
8.根据权利要求5所述的多模式超声系统，其特征在于，所述多模式超声系统以治疗与成像融合模式工作时，所述换能器在360°旋转的过程中，交替以单脉冲发射模式和治疗超声波发射模式进行工作。
9.根据权利要求1所述的多模式超声系统，其特征在于，所述换能器发出的超声波范围至少包括3-3.5MHz、8-9MHz、32-33MHz。
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