專利名稱：動態(tài)變化的探測方法、動態(tài)變化的探測裝置和超聲波診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于探測超聲波或通過介質(zhì)的類似傳播中動態(tài)變化的方法和裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有該動態(tài)變化探測裝置的超聲波診斷裝置。
在用于所謂的超聲波回聲探測的超聲波診斷裝置或類似裝置中，通常實際使用壓電材料例如具有代表性的PZT(鋯鈦酸鉛)作為超聲波傳感器部分(探頭)。


圖12A和12B示意性地示出了傳統(tǒng)探頭的結(jié)構(gòu)。圖12A是該探頭的整體透視圖，圖12B是包括在該探頭內(nèi)的排列振子的放大透視圖。
如圖12A所示，探頭301整體上呈一薄盒形，并具有一個細(xì)長矩形的探測面302。該探頭表面302可與人體相接觸，并發(fā)射超聲波，從而能夠接收來自身體各深度的超聲波回波反射。電纜307用于傳輸發(fā)射超聲波的驅(qū)動信號以及超聲波的探測信號，該電纜307連接到探頭301的上端。
梳形排列振子303嵌置在探測面302內(nèi)既作超聲波的發(fā)射器和又作超聲波的接收器。如圖12B所示，排列振子303設(shè)有許多縫隙306(具有一定的寬度，如0.1mm)在細(xì)條形的PZT片(具有一定的厚度，如0.2～0.3mm)內(nèi)，從而形成許多(如256個)梳齒形單個的振子305(具有如0.2mm的寬度和20mm的長度)。
在每一單個的振子305上都形成有一個電極，上述電極分別與其信號線連接。由樹脂材料如橡膠構(gòu)成的聲透鏡層或聲匹配層附著在排列振子303的表面一側(cè)(圖中為下側(cè))，背襯材料附著在上述表面的背側(cè)。上述聲透鏡層能使發(fā)射的超聲波有效地聚合。上述聲匹配層能夠提高超聲波的傳送效率。上述背襯材料具有支撐振子的功能，并使振子的振動更容易實現(xiàn)。
這樣的超聲波探頭和超聲波診斷裝置在Toyo出版公司出版的“超聲波觀測方法和診斷方法”或Ishiyaku出版公司出版的“超聲波機械基本原理”中進行了詳細(xì)的描述。
在超聲波診斷領(lǐng)域，為了獲取關(guān)于目標(biāo)體內(nèi)更為詳細(xì)的信息，需要收集三維數(shù)據(jù)。而為了滿足這樣的要求，需要將超聲波探測元件(超聲波傳感器)制成二維陣列。然而，在前述的PZT材料中，由于下述的原因，以目前的條件很難將所述裝置細(xì)小化和一體化。這是由于PZT材料(硅酸鹽)制造技術(shù)水平的局限性，并且隨著進一步的細(xì)小化會導(dǎo)致加工量急劇增加。而且，如果金屬導(dǎo)線數(shù)量增加，元件之間的電阻和元件之間的串話干擾將會增加。由此可見，以目前的技術(shù)水平采用PZT材料很難實現(xiàn)二維陣列的探頭。
另一方面，在日本專利申請公報JP-A-10-501893中公開了一種超聲波診斷裝置，其中包括一排垂直諧振腔的表面發(fā)射激光器(VCSEL)通過電激發(fā)(泵激)。每個激光器的諧振腔長度是通過從一目標(biāo)處傳播出來的聲場來調(diào)制的。因此，通過聲場的調(diào)頻可以獲得激光束。通過探測器頭可以將調(diào)制激光束轉(zhuǎn)換成調(diào)幅信號，據(jù)此可由電荷耦合裝置(CCD)的陣列探測到。接著，將信號的信息電傳輸?shù)叫盘柼幚硌b置中并進行處理。這表明該超聲波裝置能夠獲得高水平的寬頻探測，并具有較強的空間解析能力，并簡化了電配線。
而且，由詹姆斯D.哈密爾敦等人所著的題目為“使用活動光電探測器的高頻超聲波成像”的論文發(fā)表于《關(guān)于超聲波、鐵電體和頻率控制的電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)學(xué)報》1998年3月第3期第45卷，在該論文中公開了一種超聲波探測裝置包括激光器和具有一個由釹化玻璃制成的波導(dǎo)管的光學(xué)調(diào)制器。
然而，因為該探測系統(tǒng)對位移具有很高的敏感性，不具備環(huán)境變化如溫度變化補償?shù)某暡]有實用性，所以該探測系統(tǒng)利用激光諧振器的長度變化。在此種傳感器排列的情況下，由于變化將在各個激光元件上不可避免地產(chǎn)生頻率振動，這將使傳感器很難作為一個陣列在實際中使用，除非所用測量方法不受激光元件的頻率振動所產(chǎn)生的變化的影響。
針對上述這些問題而完成了本發(fā)明。本發(fā)明的第一個發(fā)明目的是提供一種動態(tài)變化的探測方法和裝置，通過抵消環(huán)境變化的影響或多個激光元件之間的個體差異，用于穩(wěn)定地探測動態(tài)變化。本發(fā)明的第二個發(fā)明目的是提供一種采用上述動態(tài)變化探測裝置的超聲波診斷裝置，該裝置適于收集三維數(shù)據(jù)。
為了解決前面所述的問題，根據(jù)本發(fā)明所述的一種動態(tài)變化的探測方法包括以下步驟(a)發(fā)射激光束，通過將動態(tài)變換傳播到包括在激光諧振器內(nèi)的全反射鏡上從而導(dǎo)致全反射鏡的動態(tài)位移，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生調(diào)頻；(b)將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上；(c)促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換；(d)將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光，探測該干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；(e)解調(diào)該強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號；(f)根據(jù)建立在該解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得一信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明所述的一種動態(tài)變化的探測裝置包括一激光器，該激光器又包括具有一全反射鏡的激光諧振器，由于動態(tài)變化的傳播至全反射鏡上產(chǎn)生了動態(tài)的擾動，該激光器發(fā)射一激光束，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生了調(diào)頻；第一裝置用于將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上；第二裝置用于促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換；第三裝置用于將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光；一光電探測器用于探測上述干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；第四裝置用于解調(diào)上述強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號；第五裝置用于根據(jù)建立在上述解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得一信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明所述的超聲波診斷裝置包括有發(fā)射裝置用于發(fā)射超聲波；接收裝置用于接收超聲波的回波，并將該超聲波的回波轉(zhuǎn)換成電信號，該接收裝置包括一激光器，該激光器又包括具有一全反射鏡的激光諧振器，由于動態(tài)變化的傳播至全反射鏡上產(chǎn)生了動態(tài)的擾動，該激光器用于發(fā)射一激光束，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化將導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生調(diào)頻；用于將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上的裝置；用于促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換的裝置；用于將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光的裝置；一光電探測器用于探測上述干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；用于解調(diào)上述強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號的裝置；用于根據(jù)建立在上述解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得信號的裝置；成像處理和顯示裝置用于對應(yīng)于上述動態(tài)變化的信號的成像處理和以該信號為基礎(chǔ)的圖像的顯示。
根據(jù)本發(fā)明所述，分離的激光束分別經(jīng)過具有各自不同光路長度的光路，并使上述多個分離的激光束中的至少一個發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換，此后，將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光(即所謂的外差干擾)。因此，即使探測環(huán)境如激光諧振器中的溫度發(fā)生改變，上述溫度變化也不會對干涉光的強度造成影響，從而能夠穩(wěn)定地探測目標(biāo)的動態(tài)變化。另外，在這種情況下，激光諧振器被構(gòu)造成一陣列，即使各諧振器單元的振動頻率具有偏差，也能夠穩(wěn)定地探測到目標(biāo)的動態(tài)變化。
附圖1是一幅示意圖，示出了按照本發(fā)明第一實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置(超聲波探測裝置)；
附圖2一幅放大示意圖，示出了包含在圖1所示的動態(tài)變化的探測裝置中的激光諧振器一部分的位移；附圖3是一曲線圖，示出了包括在激光諧振器中由于超聲波傳播而產(chǎn)生振動的反射鏡的位移實施例。
附圖4是一曲線圖，示出了當(dāng)激光諧振器中的反射鏡具有如圖3所示的位移d(t)變化時，來自激光諧振器的激光束振動的振動頻率v(t)；附圖5是一曲線圖，示出了當(dāng)激光諧振器中的反射鏡具有如圖3所示的位移d(t)變化時，光電探測器中的拍頻信號的波形；附圖6是一曲線圖，示出了通過解調(diào)如圖5所示的拍頻信號而獲得的解調(diào)信號；附圖7是一曲線圖，示出了以圖6所示的解調(diào)信號為基礎(chǔ)再生的位于激光諧振器中的反射鏡的位移d(t)；附圖8是一幅示意圖，示出了按照本發(fā)明第二實施例所述的探測裝置(超聲波探測裝置)的動態(tài)變化；附圖9是一幅示意圖，示出了按照本發(fā)明第三實施例所述的探測裝置(超聲波探測裝置)的動態(tài)變化；附圖10是一幅示意圖，示出了按照本發(fā)明第四實施例所述的具有表面發(fā)射激光陣列的探測裝置(超聲波探測裝置)的動態(tài)變化；附圖11是一幅方框圖，示出了按照本發(fā)明一個實施例所述的超聲波診斷裝置；附圖12A和12B示意性地示出了傳統(tǒng)探頭的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將參照附圖具體描述本發(fā)明的實施例。同樣的附圖標(biāo)記指代同樣的部件，相同的部件的描述將被省略。
附圖1是一幅示意圖，示出了按照本發(fā)明第一實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置(超聲波探測裝置)。
該動態(tài)變化的探測裝置1包括一激光器7具有激光諧振器并在激光諧振器的全反射鏡21處接收在目標(biāo)3中傳播的超聲波5。由激光器7發(fā)射的激光L1與外差干擾的光學(xué)系統(tǒng)9相關(guān)聯(lián)，激光L1通過上述外差干擾的光學(xué)系統(tǒng)9后被光電探測器11探測到。由光電探測器11輸出的電信號在電信號處理單元13中被進行各種處理。
激光器7具有一全反射鏡21，一空腔23用于罩住激光介質(zhì)等，以及一個部分反射鏡25，它們在圖中從左到右依次安裝。這種激光器是通過電、燈、激光或類似物激發(fā)的。
一種在目標(biāo)3中傳播用于檢查(例如人體)的超聲波5從圖中的左側(cè)發(fā)出，并由全發(fā)射鏡21接收。一聲匹配層或密封層設(shè)置在全反射鏡21的表面上。在激光器7中，由于超聲波的傳播導(dǎo)致全反射鏡21的動態(tài)位移，從而導(dǎo)致由全反射鏡21和部分反射鏡25所形成的光學(xué)諧振器中出現(xiàn)擾動，所以從激光器7中發(fā)射出的激光L1是經(jīng)過調(diào)頻的。下面將參照附圖2對激光器7中與光相對應(yīng)的聲的具體調(diào)制過程進行描述。
在該實施例中，激光器7是外諧振器類型的激光器，其中所用的光學(xué)諧振器安裝在密封激光介質(zhì)等物質(zhì)的空腔的外側(cè)。在這種情況下，由超聲波的傳播所導(dǎo)致的擾動只能到達全反射鏡21。作為選擇，也可采用垂直類型的諧振器LD(表面發(fā)射激光)用于在與空腔23構(gòu)成方向正交的方向上發(fā)射激光。在這種情況下，能夠縮短光學(xué)諧振器的構(gòu)成包括空腔23。如果光學(xué)諧振器的長度等于或小于上述超聲波波長的1/2，那么整個光學(xué)諧振器將接收由超聲波引起的擾動，因此光學(xué)諧振器的長度被延長或縮短。
由激光器7發(fā)射的激光L1與外差干擾的光學(xué)系統(tǒng)9相關(guān)聯(lián)。分光鏡31設(shè)置在外差干擾的光學(xué)系統(tǒng)9中距離激光器7最近的位置處。激光L1部分反射并部分通過分光鏡31。部分反射鏡33設(shè)置在分光鏡31的后面。部分反射鏡反射的光L2是激光L1的一部分。反射光12的一部分通過分光鏡31向圖中的下方反射。
頻移器35包括聲光組件(AOM)或類似物設(shè)置在部分反射鏡33的外側(cè)。該頻移器35輕微移動入射光L1的頻率。穿過了部分反射鏡33的激光L1是通過頻移器35改變頻率從而變成光L3。
反射棱鏡37設(shè)置在所述頻移器35的外側(cè)。該反射棱鏡37將改變了頻率的光L3反射到左側(cè)。
光L3的一部分穿過部分反射鏡33，并通過分光鏡31向圖中的下方反射。
光L2和光L3均通過分光鏡31向下反射，并通過透鏡39聚合在光電探測器11上，并且它們在光電探測器11上彼此結(jié)合因而又彼此干涉。該光電探測器將干涉光的強度(振幅)轉(zhuǎn)換成電信號。
上述由光電探測器11輸出的電信號被傳送到一電信號處理單元13處進行處理。
電信號處理單元13包括放大器41用于放大由光電探測器11輸出的電信號，一解調(diào)單元43用于解調(diào)上述放大信號，一積分處理單元45用于積分上述解調(diào)信號，一波形顯示單元47用于顯示作為波形的積分信號，還包括一波形存儲單元49用于存儲上述波形。
圖2是一幅放大的示意圖，圖中示出了包含在如圖1所示的動態(tài)變化的探測裝置中的激光諧振器部分的位移。在圖2中示出了激光器7中的全反射鏡21、激光介質(zhì)23和部分反射鏡33。超聲波5由全反射鏡21來接收，而全反射鏡21在圖中左右方向上振動。從而導(dǎo)致諧振器的長度L變化。此處諧振器的長度L的變化即該諧振器全反射鏡的位移應(yīng)為d(t)。
當(dāng)激光諧振器的全反射鏡由超聲波引起的移動用d(t)表示時，激光振動偏移的頻率v(t)和偏移Δv(t)表示如下Δv(t)=-vc.d(t)L---(1)]]>如圖1所示，激光L1的外部與外差干擾的光學(xué)系統(tǒng)9相關(guān)聯(lián)，光L2發(fā)射后穿過分光鏡31并經(jīng)部分反射鏡33反射后再從分光鏡31處反射，從而使其穿過透鏡39入射到光電探測器11上。因此，激光L2在超聲波被全反射鏡21接收并在其中產(chǎn)生動態(tài)變化的位置處所處的狀態(tài)可以表示如下f1(t)=cos{2πv(t)·t+φ1}……(2)式中φ1是指初始相位。
另一方面，已經(jīng)穿過了部分反射鏡33和頻移器35的光L3從反射棱鏡37處反射，接著再次經(jīng)傳輸穿過上述部分反射鏡33。然后，光L3經(jīng)分光器31反射后穿過透鏡39入射到光電探測器11上。假如Δx代表光L2和光L3之間不同的光通過長度，時間延遲Δt=Δx/c產(chǎn)生于光L2和光L3分別入射到光電探測器上的時間差。式中的“c”代表上述光的速度。因此，光L3可以表示如下f2(t)=cos{(ω0+2πv(t-Δt))·t+φ2}……(3)式中的ω0代表許多在由頻移器35引起的改變角頻率中的變換，φ2是指代初始相位。
假設(shè)Δv代表在“t”時刻的振動頻率v(t)與在(t-Δt)時刻的振動頻率v(t-Δt)之間的頻差，該頻差可以通過下面的表達式獲得。
Δv(t)=v(t)-v(t-Δt)……(4)結(jié)果，在(t-Δt)時刻的振動頻率v(t-Δt)可以表示如下v(t-Δt)=v(t)-Δv(t)……(5)因此，可將表達式(3)重寫為如下所示f2(t)=cos{(ω0+2πv(v(t)-Δv(t)))·t+φ2}……(6)由于光L2和光L3通過透鏡39相互結(jié)合(疊加)在光電探測器11上，光L2和光L3在光電探測器11上互相干涉。根據(jù)表達式(2)和(6)，這種疊加可以表示如下g(t)=f1(t)+f2(t)=2cos12{(ω0+2π(v(t)-Δ(t)))·t+φ2-(2πv(t)·t+φ1)}]]>·cos12{(ω0+2π(v(t)-Δv(t)))·t+φ2+(2πv(t)·t+φ1)}]]>=2cos12{(ω0-2πΔv(t))·t+φ2-φ1}·cos12{(ω0+2π(2v(t)-Δv(t)))·t+φ2+φ1}---(7)]]>結(jié)果，由光L2和光L3疊加產(chǎn)生的振幅變化A(t)表示如下A(t)=2cos12{((ω0-2πΔv(t))·t+φ2-φ1}---(8)]]>現(xiàn)在，為了簡化，假設(shè)超聲波的波形為三角形波，由超聲波引起的激光諧振器21的全反射鏡的位移d(t)如圖3所示。激光振動頻率的偏移v(t)變得與上述位移d(t)相反的形式，如圖4所示。當(dāng)其振動頻率如圖4所示隨時間偏移的光束入射到如圖1所示的外差干擾光學(xué)系統(tǒng)上時，產(chǎn)生一個具有頻率F(t)的調(diào)幅。當(dāng)振動頻率如圖5所示的那樣保持恒定時，參照外差擾動信號的初始頻率ω0/4π作為中心頻率，由光路差異引起的許多對應(yīng)時間延遲的振動頻率的變化使得上述頻率F(t)被改變。此處的F(t)可以表示如下F(t)=ω0/2π±Δv(t)2]]>通過探測上述光束，可獲得對應(yīng)于上述光強度的強度信號，也就是受到頻率調(diào)制的拍頻信號。而且，通過在解調(diào)單元內(nèi)解調(diào)上述拍頻信號，能夠獲得如圖6所示的解調(diào)信號。該解調(diào)信號最初代表振動頻率對應(yīng)時間延遲的變化，以及由此產(chǎn)生的全反射鏡21的位移d(t)，該移位d(t)如圖7所示，也就是說，超聲波的波形能夠通過對解調(diào)信號進行積分處理得以再此形成。
通過在顯示單元47上進行積分處理可以顯示所獲得的波形，從而能夠探測到由各種物質(zhì)能量包括超聲波產(chǎn)生的動態(tài)變化。而且，可以將通過這種處理而獲得的波形儲存在存儲單元49中。
在電信號處理單元13中的關(guān)于一般信號處理的內(nèi)容，可以參照Toyo出版公司出版的“超聲波觀測方法和診斷方法”或Ishiyaku出版公司出版的“超聲波機械基本原理”。
下面將參照附圖8描述按照本發(fā)明第二實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置(超聲波探測裝置)。圖8示意性地示出了該裝置。
如圖8中所示，激光器7與圖1中的類似，位于圖中的左端部。由激光器7發(fā)射的光穿過透鏡26入射到光纖51上。
上述光纖51通過光學(xué)耦合器53延伸到圖8中的右側(cè)。用于光纖的布喇格(Bragg)光柵55與光纖51的一端相連接，該光柵55將入射光L1分裂成光L2和光L3，與圖1中的部分反射鏡33的功能相類似。頻移器59連接在光柵55的前面。該頻移器59是通過將光纖57纏繞在壓電元件60的周圍而構(gòu)成的，該頻移器根據(jù)壓電元件直徑的變化來改變經(jīng)過光纖57的所述光的頻率。全反射鏡61設(shè)置在頻移器59的前面。
由光柵55反射的光L2和由全反射鏡反射的光L3通過光學(xué)耦合器53相互疊加在一起，并入射到光纖63上。而且，上述疊加的光L2和L3入射到光電探測器11上并被轉(zhuǎn)換成電信號。隨后進行的電信號的處理與圖1中所述裝置中的處理相類似。
下面將參照附圖9描述按照本發(fā)明第三實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置(超聲波探測裝置)。圖9示意性地示出了該裝置。
在該動態(tài)變化的探測裝置中，一全反射鏡64設(shè)置在光纖63的一端用于替代圖8所示裝置中的布喇格光纖光柵55。光L2是由激光器7發(fā)射的光L1的一部分并穿過了光纖51，在光學(xué)耦合器53處，光L2入射到光纖63上，而光L3是光L1的另一部分，實際上它在光纖51內(nèi)傳導(dǎo)。光L2經(jīng)由全反射鏡64反射，而另一方面，光L3經(jīng)由全反射鏡61反射，并通過頻移器59調(diào)頻。這些光L2和L3在光學(xué)耦合器53內(nèi)疊加在一起并被傳輸?shù)焦饫w63內(nèi)，然后入射到光電探測器11上。該裝置的其他部件與圖1所示的裝置相類似。
下面將參照附圖10描述按照本發(fā)明第四實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置(超聲波探測裝置)。圖10是一幅示意圖，圖中示出了按照該實施例所述的動態(tài)變化的探測裝置。
在該動態(tài)變化的探測裝置中，動態(tài)變化的探測系統(tǒng)，其中的一種如圖8所示其構(gòu)成形成一陣列。這種動態(tài)變化的探測裝置具有表面發(fā)射激光的陣列73，其中許多激光反射鏡71被安裝在一矩陣形狀內(nèi)。外差干擾光學(xué)系統(tǒng)70與圖8所示的動態(tài)變化探測裝置中的該系統(tǒng)相類似，并分別與每個激光反射鏡71相連接。各干擾系統(tǒng)70的干涉光通過光纖63被傳輸?shù)揭还怆娞綔y器陣列75上，并分別被探測到。由光電探測器陣列75產(chǎn)生的電信號被傳輸?shù)叫盘柼幚黻嚵?7上并被處理。
通過部署該動態(tài)變化的探測系統(tǒng)，能夠動態(tài)地、同時并排地進行掃描、偏移或轉(zhuǎn)換超聲波。從而使收集三維數(shù)據(jù)變得更加容易。在該動態(tài)變化的探測裝置中，由于是通過使用細(xì)光纖來得到信號，因此探測陣列能夠?qū)崿F(xiàn)很高的集成度。而且，由于采用光作為信號，因此信號傳輸?shù)淖杩共粫黾?。所以，通過部署如圖9所示的動態(tài)變化的探測系統(tǒng)，可以使這樣的探測裝置得以實現(xiàn)。
下面將參照附圖11描述按照本發(fā)明一實施例所述的超聲波診斷裝置。圖10是一方框圖，圖中示意性地示出了按照該超聲波診斷裝置。
這種超聲波診斷裝置包括一發(fā)射單元201，一探頭209，一接收單元211，一電視掃描轉(zhuǎn)換單元213和一顯示單元(電視顯示器)215。
所述發(fā)射單元201發(fā)射一脈沖類型的超聲波驅(qū)動信號到達超聲波發(fā)射換能器203包括鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)或類似物。該換能器203發(fā)射一超聲波并使該超聲波進入目標(biāo)體206內(nèi)傳播，一超聲波部分反射鏡205(由樹脂或類似物制成的板)安裝在圖中換能器203的下側(cè)。在目標(biāo)體206中，超聲波的回波207從目標(biāo)體206內(nèi)的深度216處向上反射，經(jīng)過部分反射鏡205后被反射到探頭209內(nèi)的右側(cè)，并入射到二維陣列類型的探測單元208上。該超聲波探測單元208將超聲波轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號并將該光學(xué)信號發(fā)射到接收單元211處。該接收單元211將來自超聲波探測單元208的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號。電視掃描轉(zhuǎn)換單元213對來自接收單元211的電信號進行放大或其他處理，從而完成成像處理。將完成成像處理的信號發(fā)射到顯示單元(電視顯示器)215并進行顯示。
按照該實施例所述，環(huán)境變化的影響或多個激光元件之間的個體差異能夠被抵消，從而提供了一種能夠進行穩(wěn)定地探測動態(tài)變化的探測裝置。因此，一種適于收集三維數(shù)據(jù)的超聲波診斷裝置得以實現(xiàn)。通過使用這樣的超聲波診斷裝置，能夠獲目標(biāo)體內(nèi)的得高分辨率的圖像。
雖然以上參照附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述實施例，并且可做各種附加或修改。在上述實施例中，已經(jīng)描述了當(dāng)超聲波在作為例子的一目標(biāo)內(nèi)傳播時，所述動態(tài)變化能被探測到。然而，按照本發(fā)明所述，該裝置同樣有可能探測到聲波、加速度、變形、溫度、位移或其它現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1．一種動態(tài)變化的探測方法，其特征在于包括以下步驟(a)發(fā)射激光束，通過將動態(tài)變換傳播至包含在激光諧振器內(nèi)的全反射鏡上從而導(dǎo)致全反射鏡的動態(tài)位移，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生調(diào)頻；(b)將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上；(c)促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率改變；(d)將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光，探測該干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；(e)解調(diào)該強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號；(f)根據(jù)建立在該解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得一信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于步驟(b)包括通過使用部分反射鏡將上述激光束分離成多個分裂光束；步驟(d)包括通過使用透鏡將多個分裂光束聚合在一起。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于步驟(b)包括通過使上述激光束進入第一光纖的一端，并傳輸上述入射光的一部分使其穿過形成在所述第一光纖另一端的用于光纖的布喇格光柵，而在所述用于光纖的布喇格光柵處使入射光的另一部分反射，從而將激光束分離成第一和第二分裂光束；步驟(c)包括使第一分裂光束進入第二光纖，而該第二光纖通過位于中間的所述布喇格光纖光柵與所述的第一光纖相連接，并且為適應(yīng)所述第二光纖所纏繞的壓電元件直徑的變化而改變穿過所述第二光纖的第一分裂光束的頻率；步驟(d)包括通過使用光學(xué)耦合器將第一和第二分裂光束彼此結(jié)合在一起。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于步驟(b)包括通過使上述激光束進入第一光纖的一端，其中一全反射鏡形成在該第一光纖的一端，并且通過采用光學(xué)耦合器使上述激光束的一部分穿過所述第一光纖進入第二光纖，其中一全反射鏡形成在該第二光纖的一端從而將激光束分離成第一和第二分裂光束；步驟(c)包括根據(jù)所述第一光纖所纏繞的壓電元件直徑的變化而改變穿過所述第一光纖的第一分裂光束的頻率；步驟(d)包括通過使用所述光學(xué)耦合器將第一和第二分裂光束分別從形成于所述第一和第二光纖端部的全反射鏡處返回后彼此結(jié)合在一起。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于所述步驟(f)包括對所述的解調(diào)信號進行積分處理。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于所述的激光器包括一外諧振器類型的激光器。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于所述的激光器包括一垂直諧振器LD。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于步驟(a)包括將一個目標(biāo)的動態(tài)變化傳播到全反射鏡上，上述全反射鏡由一維陣列和二維陣列的其中之一構(gòu)成。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)變化的探測方法，其特征在于所述的動態(tài)變化包括在一目標(biāo)體內(nèi)傳播的用于檢查的超聲波。
10．一種動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于包括一激光器包括具有一全反射鏡的激光諧振器，由于動態(tài)變化的傳播至全反射鏡上會使其產(chǎn)生動態(tài)的擾動，該激光器發(fā)射一激光束，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生調(diào)頻；第一裝置用于將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上；第二裝置用于促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率改變；第三裝置用于將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光；一光電探測器用于探測上述干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；第四裝置用于解調(diào)上述強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號；第五裝置用于根據(jù)建立在上述解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得一信號。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述的第一裝置包括部分反射鏡用于將上述激光束分離成多個分離束；所述的第三裝置包括透鏡用于將所述的多個分裂光束彼此聚合在一起。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述的第一裝置包括第一光纖，由激光發(fā)射器發(fā)射的激光束入射到該第一光纖的一端，用于光纖的布喇格光柵形成在所述第一光纖的另一端，而第二光纖通過位于中間的所述用于光纖的布喇格光柵與所述的第一光纖相連接；所述的第二裝置包括一壓電元件，所述的第二光纖纏繞在該壓電元件上，用于根據(jù)所述第二光纖所纏繞的壓電元件直徑的變化來改變經(jīng)過所述第二光纖的光的頻率；所述的第三裝置包括一光學(xué)耦合器和第三光纖，通過該光學(xué)耦合器可以將發(fā)射的激光束彼此結(jié)合在一起。
13．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述第一裝置包括第一光纖，由所述激光器發(fā)射的激光入射到該第一光纖上，其中一全反射鏡形成在該第一光纖的一端，還包括第二光纖，其中一全反射鏡形成在該第二光纖的一端；所述第一和第三裝置包括一光學(xué)耦合器用于通過使上述激光束的一部分穿過所述第一光纖進入所述的第二光纖，從而將激光束分離成多個分裂光束，并且使上述的多個分裂光束從分別形成于第一和第三光纖端部的全反射鏡處反射并返回后結(jié)合在一起；所述的第二裝置包括所述的第二光纖纏繞在該壓電元件上，用于根據(jù)所述第二光纖所纏繞的壓電元件直徑的變化來改變經(jīng)過所述第二光纖的光的頻率。
14．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述第五裝置對所述的解調(diào)信號進行積分處理。
15．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述的激光器包括一外諧振器類型的激光器。
16．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述的激光器包括一垂直諧振器LD。
17．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述激光器包括多個全反射鏡，上述全反射鏡由一維陣列和二維陣列的其中之一構(gòu)成。
18．根據(jù)權(quán)利要求10所述的動態(tài)變化的探測裝置，其特征在于所述的動態(tài)變化包括在一目標(biāo)體內(nèi)傳播的用于檢查的超聲波。
19．一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括發(fā)射裝置用于發(fā)射超聲波；接收裝置用于接收超聲波的回波，并將該超聲波的回波轉(zhuǎn)換成電信號，所述接收裝置包括一激光器，該激光器又包括具有一全反射鏡的激光諧振器，由于動態(tài)變化的傳播至全反射鏡上會使其產(chǎn)生動態(tài)的擾動，該激光器用于發(fā)射一激光束，而根據(jù)激光諧振器尺寸的變化將導(dǎo)致所述激光束產(chǎn)生調(diào)頻；用于將上述激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上的裝置；用于促使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率改變的裝置；用于將多個分裂光束彼此結(jié)合在一起從而獲得干涉光的裝置；一光電探測器用于探測上述干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號；用于解調(diào)上述強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號的裝置；用于根據(jù)建立在上述解調(diào)信號基礎(chǔ)上的動態(tài)變化而獲得信號的裝置；成像處理和顯示裝置用于對應(yīng)于上述動態(tài)變化的信號的成像處理和以該信號為基礎(chǔ)的圖像的顯示。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述的激光器包括多個全反射鏡，上述全反射鏡由一維陣列和二維陣列的其中之一構(gòu)成。
全文摘要
一種動態(tài)變化的探測裝置允許抵消環(huán)境變化或多個激光元件之間個體差異所造成的影響,從而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定地探測。該裝置具有一激光器,包括一激光諧振器,用于發(fā)射激光而又可根據(jù)根據(jù)激光諧振器的尺寸變化來引發(fā)所述激光束頻率的調(diào)整,一個部分反射鏡用于將由激光器發(fā)射的激光束分離成多個分裂光束并將上述多個分裂光束分別引導(dǎo)至多個具有彼此不同光路長度的光路上;一個頻移器用于使多個分裂光束中的至少一個發(fā)生頻率改變;一透鏡用于將多個分裂光束彼此聚合在一起從而獲得干涉光;一光電探測器用于探測上述干涉光并根據(jù)干涉光的強度而獲得一強度信號;一解調(diào)單元用于解調(diào)上述強度信號從而產(chǎn)生一解調(diào)信號;一積分處理單元用于根據(jù)建立在上述解調(diào)信號基礎(chǔ)的動態(tài)變化而獲得一信號。
文檔編號A61B8/00GK1325027SQ01115919
公開日2001年12月5日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者戶井田昌宏 申請人:富士膠片株式會社