CN212996491U - 一种4d超声阵列探头及超声设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声探头技术领域，具体公开了一种4D超声阵列探头，其中，包括：透声罩、换能器阵列、导流罩、驱动机构、FPC带缆、电路板和位置传感器，透声罩内部形成油腔，导流罩位于油腔内，换能器阵列设置在导流罩上，且换能器阵列浸泡在油腔里，换能器阵列通过FPC带缆与电路板电连接，换能器阵列与驱动机构连接，电路板设置在驱动机构上，位置传感器、电路板和驱动机构均能够与超声主机电连接；驱动机构能够带动换能器阵列和导流罩绕Z轴旋转摆动；位置传感器能够采集同步信号，并将同步信号发送至超声主机。本实用新型还公开了一种超声设备。本实用新型提供的4D超声阵列探头结构简单，可以方便实现180度X轴向，360度Z轴向3D成像。

Description

一种4D超声阵列探头及超声设备

技术领域

本实用新型涉及超声探头技术领域，尤其涉及一种4D超声阵列探头及包括该4D超声阵列探头的超声设备。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，超声成像在医疗领域的应用不断外延，各类新的成像设备对于医生提供更多的视角，使病情的分析有着明显的提高，方便医生快速及时的得知病情，并给患者制定较好的治疗方案。

利用超声产生的波在人体内传播时，通过屏幕显示体内各种器官和组织对超声的反射和减弱规律来诊断疾病的一种方法。超声波具有良好的方向性，当在人体内传播过程中，遇到密度不同的组织和器官，即有反射、折射和吸收等现象产生。根据示波屏上显示的回波的距离、弱强和多少，以及衰减是否明显，可以显示体内某些脏器的相对位置和形状，实时的活动功能，能确切地鉴别出组织器官是否含有液体或气体，或为实质性组织。

通常情况下，超声波垂直发射阵面传播（Z轴传播），按超声束回波的时间序列得到纵向（Z轴向）的超声影像图，发射阵列在沿X轴方向通过电子开关进行切换，可以方便的进行全程动态聚焦，得到精细的横向（X向）的图像。对于垂直于阵列切换方向的Y向，一般是通过简单的几何聚焦方式，只有单一焦点，得到的是切片厚度内的平均反映。因此传统的B超，得到的是一个纵切面图。对于平行于体表的组织或结构，传统的2D超声无法完整进行显示，必须借助于计算机技术对多幅2D图像进行3D重建。实时重建的3D图像称为4D成像技术。

现有的4D探头是一个安装在可以绕X轴旋转的阵列探头，其Y向的扫描是通过电机驱动阵列绕X轴摆动得到的。现有技术的缺点是Y向的成像分辨率远比X，Z向差，电机驱动的机械结构复杂，对于大角度扫描更加困难。

发明内容

本实用新型提供了一种4D超声阵列探头及包括该4D超声阵列探头的超声设备，解决相关技术中存在的4D探头Y向的成像分辨率远比X，Z向差，电机驱动的机械结构复杂，对于大角度扫描更加困难的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种4D超声阵列探头，其中，包括：透声罩、换能器阵列、导流罩、驱动机构、FPC带缆、电路板和位置传感器，所述透声罩内部形成油腔，所述导流罩位于所述油腔内，所述换能器阵列设置在所述导流罩上，且所述换能器阵列浸泡在所述油腔里，所述换能器阵列通过所述FPC带缆与所述电路板电连接，所述换能器阵列与所述驱动机构连接，所述电路板设置在所述驱动机构上，所述位置传感器与所述驱动机构电连接，所述位置传感器、所述电路板和所述驱动机构均能够与超声主机电连接；

所述驱动机构能够带动所述换能器阵列和所述导流罩绕Z轴旋转摆动；

所述位置传感器能够采集所述换能器阵列绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，并将所述同步信号发送至所述超声主机。

进一步地，所述FPC带缆的一端与所述电路板固定连接，另一端与所述驱动机构的转轴固定连接，所述FPC带缆在所述驱动机构转动时能够自然转折且保持U型状态。

进一步地，所述位置传感器包括设置在所述油腔外的霍尔传感器和设置在所述导流罩或所述驱动机构的转轴上的磁性件，所述磁性件能够跟随所述驱动机构旋转，在所述磁性件经过所述霍尔传感器时所述霍尔传感器能够生成同步信号。

进一步地，所述驱动机构包括步进电机。

进一步地，所述位置传感器包括设置在所述驱动机构的转轴上的光学挡片和设置在所述驱动机构的支架上的光耦器件，所述光学挡片能够跟随所述驱动机构旋转，在所述光学挡片经过所述光耦器件时所述光耦器件能够生成同步信号。

进一步地，所述驱动机构包括步进电机。

进一步地，所述驱动机构能够带动所述换能器阵列和所述导流罩绕Z轴旋转摆动的角度包括180度°。

作为本实用新型的另一个方面，提供一种超声设备，其中，包括超声主机和前文所述的4D超声阵列探头，所述4D超声阵列探头与所述超声主机电连接，所述超声主机能够通过所述4D超声阵列探头中的位置传感器获取所述换能器阵列绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，根据所述同步信号向所述4D超声阵列探头的驱动机构发出驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述换能器阵列和所述导流罩旋转，并采集所述换能器阵列旋转时的图像，以及根据采集到的图像进行3D重建。

本实用新型提供的4D超声阵列探头，采用驱动机构带动换能器阵列绕Z轴旋转摆动，且通过位置传感器采集换能器阵列旋转摆动的位置，从而能够使得超声主机根据位置信息采集图像信息，实现3D重建。本实用新型实施例的4D超声阵列探头传统的4D探头相比，可以提高帧频（电子开关选取阵列端，兼顾分辨率和帧频），提高侧向分辨率（任何一个扫描面均可实现电子聚焦），结构简单，单阵列扫面大角度（大于120度）可以实现，可以方便实现180度X轴向， 360度Z轴向3D成像。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的4D超声阵列探的结构示意图。

图2为本实用新型提供的驱动机构转动起始位置时FPC带缆的位置示意图。

图3为本实用新型提供的驱动机构转动180°后的FPC带缆的位置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种4D超声阵列探头，图1是根据本实用新型实施例提供的4D超声阵列探头的结构示意图，如图1所示，包括：透声罩1、换能器阵列3、导流罩4、驱动机构7、FPC带缆5、电路板6和位置传感器，所述透声罩1内部形成油腔2，所述导流罩4位于所述油腔2内，所述换能器阵列3设置在所述导流罩4上，且所述换能器阵列3浸泡在所述油腔2里，所述换能器阵列3通过所述FPC带缆5与所述电路板6电连接，所述换能器阵列与所述驱动机构连接，所述电路板6设置在所述驱动机构7上，所述位置传感器与所述驱动机构7电连接，所述位置传感器、所述电路板6和所述驱动机构7均能够与超声主机电连接；

所述驱动机构7能够带动所述换能器阵列3和所述导流罩4绕Z轴旋转摆动；

所述位置传感器能够采集所述换能器阵列3绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，并将所述同步信号发送至所述超声主机。

本实用新型实施例提供的4D超声阵列探头，采用驱动机构带动换能器阵列绕Z轴旋转摆动，且通过位置传感器采集换能器阵列旋转摆动的位置，从而能够使得超声主机根据位置信息采集图像信息，实现3D重建。本实用新型实施例的4D超声阵列探头传统的4D探头相比，可以提高帧频（电子开关选取阵列端，兼顾分辨率和帧频），提高侧向分辨率（任何一个扫描面均可实现电子聚焦），结构简单，单阵列扫面大角度（大于120度）可以实现，可以方便实现180度X轴向， 360度Z轴向3D成像。

需要说明的是，所述特定位置表示的是三维重建时的扫描起始位置，一般可以在整个扫描区域的中间或任意一头。

优选地，所述FPC带缆5的一端与所述电路板6固定连接，另一端与所述驱动机构7的转轴固定连接，所述FPC带缆5在所述驱动机构7转动时能够自然转折且保持U型状态。

如图1所示，固定点A和固定点D表示所述FPC带缆5的固定点，B和C表示所述FPC带缆5转动时的接触点，即点B和点C能够自然转折，从而可以使得FPC带缆在转动时保持U型状态，这样有效避免FPC带缆5固定点扭折引起带缆断裂。

可以理解的是，U型的FPC带缆连接一根较细的圆形转轴和较大的圆形外壁， U型的FPC带缆在转轴和外壁连接处都是以切线方向固定的，固定点远离U型底部的转折点。U型的FPC带缆在转动时，各段弯曲圆弧半径均一直保持为r，（R-r）/2和R，U型底部沿柱面油腔中心线前后移动U型带缆底部转折点位置随转动角度不同而时刻改变，有效避免带缆固定点扭折引起带缆断裂。

如图2和图3所示，为本实用新型实施例提供的U型的FPC带缆转动时的轨迹示意图。其中，图2为驱动机构转动起始位置时FPC带缆的位置示意，图3为驱动机构转动180°后的FPC带缆的位置示意。图2中，alpha=0，theta=0；图3中，alpha=r* theta/（r*2+R）。

表1 转轴/外壁与转动角的关系表

具体地，所述位置传感器包括设置在所述油腔2外的霍尔传感器和设置在所述导流罩4或所述驱动机构7的转轴上的磁性件，所述磁性件能够跟随所述驱动机构旋转，在所述磁性件经过所述霍尔传感器时所述霍尔传感器能够生成同步信号。

优选地，所述磁性件包括磁铁。

优选地，所述电路板6包括PCB板。

优选地，所述驱动机构7包括步进电机。

优选地，所述位置传感器6包括设置在所述驱动机构7的转轴上的光学挡片和设置在所述驱动机构的支架上的光耦器件，所述光学挡片能够跟随所述驱动机构7旋转，在所述光学挡片经过所述光耦器件时所述光耦器件能够生成同步信号。

优选地，所述驱动机构7包括步进电机。

优选地，所述驱动机构7能够带动所述换能器阵列3和所述导流罩4绕Z轴旋转摆动的角度包括180度°。

本实用新型实施例提供的4D超声阵列探头包括透声罩1、油腔2、导流罩4、换能器阵列3、FPC带缆5、驱动机构7、位置传感器和电路板6构成。所述油腔2包含在透声罩1里面，所述的换能器阵列3安装在导流罩4上，浸泡在透声罩的油腔2里；所述换能器阵列3通过U型结构的FPC带缆5与电路板6相连接；所述驱动机构7的转轴与换能器阵列3相连；所述位置传感器与驱动机构7转轴相连；所述电路板6，位置传感器，驱动机构7均通过电缆与超声主机相连。

超声主机通过位置传感器感知换能器阵列3的位置，采集单帧图像信息；通过驱动电机转过一个角度，相对应的换能器阵列连同导流罩一起在油腔内转动，FPC带缆随之拖动，超声主机开始采集另一帧图像；直到转过180度，所有图像采集完成，电机返回原点。超声主机对采集到的图像进行3D重建，并进行显示。

综上，本实用新型实施例提供的4D超声阵列探头，旋转过程中，每端圆弧的曲率半径保持恒定，避免过度挠折FPC的情形发生；每个不同的位置对应的FPC的转折点都不同，长期工作不易引起某些特定部位疲劳断裂；与单阵元机扫相比，可以提高分辨率（阵列扫描，电子聚焦引起），提高了帧频。

作为本实用新型的另一实施例，提供一种超声设备，其中，包括超声主机和前文所述的4D超声阵列探头，所述4D超声阵列探头与所述超声主机电连接，所述超声主机能够通过所述4D超声阵列探头中的位置传感器获取所述换能器阵列绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，根据所述同步信号向所述4D超声阵列探头的驱动机构发出驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述换能器阵列和所述导流罩旋转，并采集所述换能器阵列旋转时的图像，以及根据采集到的图像进行3D重建。

本实用新型实施例提供的超声设备，由于采用了前文的4D超声阵列探头，采用驱动机构带动换能器阵列绕Z轴旋转摆动，且通过位置传感器采集换能器阵列旋转摆动的位置，从而能够使得超声主机根据位置信息采集图像信息，实现3D重建。本实用新型实施例的4D超声阵列探头传统的4D探头相比，可以提高帧频（电子开关选取阵列端，兼顾分辨率和帧频），提高侧向分辨率（任何一个扫描面均可实现电子聚焦），结构简单，单阵列扫面大角度（大于120度）可以实现，可以方便实现180度X轴向， 360度Z轴向3D成像。

关于本实用新型的超声设备的具体工作原理可以参照前文的4D超声阵列探头的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种4D超声阵列探头，其特征在于，包括：透声罩、换能器阵列、导流罩、驱动机构、FPC带缆、电路板和位置传感器，所述透声罩内部形成油腔，所述导流罩位于所述油腔内，所述换能器阵列设置在所述导流罩上，且所述换能器阵列浸泡在所述油腔里，所述换能器阵列通过所述FPC带缆与所述电路板电连接，所述换能器阵列与所述驱动机构连接，所述电路板设置在所述驱动机构上，所述位置传感器与所述驱动机构电连接，所述位置传感器、所述电路板和所述驱动机构均能够与超声主机电连接；

所述驱动机构能够带动所述换能器阵列和所述导流罩绕Z轴旋转摆动；

所述位置传感器能够采集所述换能器阵列绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，并将所述同步信号发送至所述超声主机。

2.根据权利要求1所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述FPC带缆的一端与所述电路板固定连接，另一端与所述驱动机构的转轴固定连接，所述FPC带缆在所述驱动机构转动时能够自然转折且保持U型状态。

3.根据权利要求1或2所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述位置传感器包括设置在所述油腔外的霍尔传感器和设置在所述导流罩或所述驱动机构的转轴上的磁性件，所述磁性件能够跟随所述驱动机构旋转，在所述磁性件经过所述霍尔传感器时所述霍尔传感器能够生成同步信号。

4.根据权利要求3所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机。

5.根据权利要求1或2所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述位置传感器包括设置在所述驱动机构的转轴上的光学挡片和设置在所述驱动机构的支架上的光耦器件，所述光学挡片能够跟随所述驱动机构旋转，在所述光学挡片经过所述光耦器件时所述光耦器件能够生成同步信号。

6.根据权利要求5所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机。

7.根据权利要求1所述的4D超声阵列探头，其特征在于，所述驱动机构能够带动所述换能器阵列和所述导流罩绕Z轴旋转摆动的角度包括180度°。

8.一种超声设备，其特征在于，包括超声主机和权利要求1至7中任意一项所述的4D超声阵列探头，所述4D超声阵列探头与所述超声主机电连接，所述超声主机能够通过所述4D超声阵列探头中的位置传感器获取所述换能器阵列绕Z轴旋转摆动时到达特定位置时的同步信号，根据所述同步信号向所述4D超声阵列探头的驱动机构发出驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述换能器阵列和所述导流罩旋转，并采集所述换能器阵列旋转时的图像，以及根据采集到的图像进行3D重建。

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