一種經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┮环N經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，包括壓電振子、金屬屏蔽殼體、電子調(diào)諧電路、同軸電纜、外殼、背襯、匹配層和聲透鏡，其中，壓電振子為包括一個(gè)以上按照同心圓呈環(huán)形分布的陣元環(huán)，各陣元采用獨(dú)立引線控制，各陣元的面積相等，且各陣元的路徑差相同，每一個(gè)獨(dú)立陣元采用特定的時(shí)間延時(shí)激勵(lì)，可獲得超聲波束傳播方向上的動(dòng)態(tài)聚焦。本發(fā)明申請(qǐng)利用平面環(huán)形相控陣列，通過在發(fā)射或接收時(shí)對(duì)各陣元進(jìn)行依次延時(shí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射聚焦或者接收聚焦，從而使得焦點(diǎn)連續(xù)可調(diào)，可將超聲波束進(jìn)行有效可控地收窄，景深長，具有可變孔徑、可變焦點(diǎn)、可變跡等優(yōu)點(diǎn)，能綜合提高系統(tǒng)的側(cè)向分辨率，有效提高信噪比。
【專利說明】一種經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明申請(qǐng)涉及一種焦距可調(diào)節(jié)的經(jīng)頡多普勒(TO), Transcranial Doppler)探頭結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種用于經(jīng)顱多普勒成像系統(tǒng)的平面多通道陣列式探頭，具有極佳的指向性，且焦距連續(xù)可調(diào)，屬于醫(yī)療診斷超聲系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)顱超聲多普勒(TCD)是用頻譜多普勒對(duì)顱底動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種無創(chuàng)性檢查方法。T⑶檢查適用于腦血管畸形、腦血管痙攣、顱內(nèi)壓增高、腦動(dòng)脈狹窄和閉塞、頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄和閉塞、偏頭疼、椎動(dòng)脈-基底動(dòng)脈供血不足、證實(shí)腦死亡、手術(shù)中及術(shù)后監(jiān)測(cè)腦動(dòng)脈、鎖骨下動(dòng)脈盜血綜合癥等，已廣泛地應(yīng)用于臨床。
[0003]經(jīng)顱多普勒儀包括經(jīng)顱多普勒主機(jī)和探頭(換能器)，經(jīng)顱多普勒探頭，主要是采用單陣元探頭，簡(jiǎn)稱單探頭，可進(jìn)一步分為兩類:脈沖波多普勒(pulsed wave Doppler, Pff)探頭和連續(xù)波多普勒(continuous wave Doppler, CW)探頭。連續(xù)多普勒探頭采用兩個(gè)換能器，一個(gè)換能器上的晶片連續(xù)不間斷地發(fā)射連續(xù)超聲波信號(hào)，另一個(gè)換能器上的晶片接收返回的連續(xù)波信號(hào)。脈沖多普勒探頭采用單個(gè)換能器，間隔一定時(shí)間規(guī)律間歇地發(fā)射和接收超聲波。臨床上常用的是2MHz左右頻率的脈沖波探頭，使超聲波穿透顱骨較薄的部分(透聲窗)，對(duì)顱底血管進(jìn)行掃描，部分超聲波被血管中的紅細(xì)胞反射，由于血流是流動(dòng)的，根據(jù)多普勒效應(yīng)，發(fā)射超聲波和接收回波之間會(huì)產(chǎn)生頻差，對(duì)頻差大小及方向的分析處理即可得到受檢血管的血流狀況和各種參數(shù)。全系列不同頻率的探頭，包括2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。探頭的頻率越低，超聲波的穿透能力越強(qiáng)，但是分辨率差，圖像粗糙，反之，探頭頻率越高，穿透力越弱，但分辨率高，圖像細(xì)膩。不同頻率的探頭，適用于不同的檢查部位:IMHz或1.6MHz脈沖波，適用于老年人顳窗閉合嚴(yán)重情形下的顱內(nèi)血管檢測(cè)；2MHz脈沖波，適用于顱內(nèi)血管檢測(cè)；4MHz連續(xù)波，適用于頸外段血管檢測(cè)；8MHz連續(xù)波適用于皮膚表層血管檢測(cè)；16MHz及20MHz脈沖波，適用于手術(shù)中及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過程淺表血管檢測(cè)。
[0004]目前的經(jīng)顱多普勒探頭，主要是采用單陣元探頭，簡(jiǎn)稱單探頭。所謂單探頭，即壓電振子為一片壓電晶片，壓電晶片具有壓電效應(yīng)；而當(dāng)壓電晶片受電脈沖激勵(lì)后會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出超聲波。從材料的角度講，可以是壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物、壓電復(fù)合材料等。匹配層可以是單層匹配，也有雙層匹配或是三層及三層以上匹配。為提高系統(tǒng)的側(cè)向分辨率，往往在輻射面的最前方用軟性的聲透鏡來實(shí)現(xiàn)超聲波束聚焦，或者直接將壓電振子做成球殼的形狀，實(shí)現(xiàn)自聚焦。由于這種聚焦方式，是采用幾何聚焦的原理，焦點(diǎn)固定且唯一，由聲透鏡或者球殼狀壓電振子的曲率半徑以`及超聲在人體組織中的傳播聲速?zèng)Q定，且焦距深度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有TCD單元探頭焦點(diǎn)固定的問題，本發(fā)明申請(qǐng)利用平面環(huán)形相控陣列，通過在發(fā)射或接收時(shí)對(duì)各陣元進(jìn)行依次延時(shí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射聚焦或者接收聚焦，從而使得焦點(diǎn)連續(xù)可調(diào)，可將超聲波束進(jìn)行有效可控地收窄，景深長，綜合提高側(cè)向分辨率，有效提高信噪比。同時(shí)，醫(yī)生可以在操作過程中通過陣元延時(shí)量的微調(diào)，精確定位所需觀察的流速最快區(qū)域，并作進(jìn)一步的詳細(xì)檢查。
[0006]具體來說，本發(fā)明申請(qǐng)所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，包括壓電振子、金屬屏蔽殼體、電子調(diào)諧電路、同軸電纜、外殼、背襯、匹配層和聲透鏡，其中，壓電振子為包括一個(gè)以上按照同心圓呈環(huán)形分布的陣元環(huán)，各陣元采用獨(dú)立引線控制，各陣元的面積相等，且各陣元的路徑差相同，每一個(gè)獨(dú)立陣元采用特定的時(shí)間延時(shí)激勵(lì)，可獲得超聲波束傳播方向上的動(dòng)態(tài)聚焦。
[0007]進(jìn)一步的，所述的陣元環(huán)，對(duì)各個(gè)獨(dú)立的陣元施加不同的延時(shí)激勵(lì)信號(hào)，使加載在外環(huán)上的電脈沖時(shí)延量最少，內(nèi)圓環(huán)上的電脈沖時(shí)延逐級(jí)增加，從而使各環(huán)先后發(fā)出聲脈沖，在聲場(chǎng)中形成會(huì)聚的波陣面，使得經(jīng)顱多普勒探頭能夠在軸線上指定點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)聲束聚焦，接收回波信號(hào)同樣采取延時(shí)聚焦的方式。
[0008]進(jìn)一步的，所述環(huán)形相控陣的設(shè)計(jì)尺寸由以下公式推導(dǎo):
【權(quán)利要求】
1.一種經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，其特征在于:包括壓電振子、金屬屏蔽殼體、電子調(diào)諧電路、同軸電纜、外殼、背襯、匹配層和聲透鏡，壓電振子為包括一個(gè)以上按照同心圓呈環(huán)形分布的陣元環(huán)，各陣元采用獨(dú)立引線控制，各陣元的面積相等，且各陣元的路徑差相同，每一個(gè)獨(dú)立陣元采用特定的時(shí)間延時(shí)激勵(lì)，可獲得超聲波束傳播方向上的動(dòng)態(tài)聚焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，其特征在于:所述的陣元環(huán)，對(duì)各個(gè)獨(dú)立的陣兀施加不同的延時(shí)激勵(lì)信號(hào)，使加載在外環(huán)上的電脈沖時(shí)延量最少，內(nèi)圓環(huán)上的電脈沖時(shí)延逐級(jí)增加，從而使各環(huán)先后發(fā)出聲脈沖，在聲場(chǎng)中形成會(huì)聚的波陣面，使得經(jīng)顱多普勒探頭能夠在軸線上指定點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)聲束聚焦，接收回波信號(hào)同樣采取延時(shí)聚焦的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，其特征在于，所述環(huán)形相控陣的設(shè)計(jì)尺寸由以下公式推導(dǎo):
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，其特征在于:所述壓電振子包括壓電陶瓷、壓電單晶或者壓電復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭，其特征在于:所述的經(jīng)顱多普勒平面環(huán)形相控陣探頭包括5~8個(gè)或以上的陣元環(huán)。
【文檔編號(hào)】A61B8/06GK103549977SQ201310540875
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】彭玨, 陳思平, 汪天富, 張新宇, 陳昕 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)