本发明专利技术公开一种用于三维超声成像的二维环型相控阵超声换能器结构，换能器结构包括一个以上按照同心圆呈环形分布的阵元环，每个阵元环包括两个以上的阵元，各个阵元的面积相同。本发明专利技术既避免二维面阵换能器技术工艺难度大、阵元尺寸太小导致信噪比较低的缺点，同时克服一维线阵和相控阵几何聚焦固定，波束无法有效收窄的限制，本发明专利技术综合提高侧向分辨率，有效提高信噪比，通过电子相控扫描实现实时三维超声成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开ー种医疗诊断超声系统，特别是ー种用于三维超声成像的ニ维环型相控阵超声换能器结构。
技术介绍
随着超声波成像技术的不断发展，超声波成像系统在医疗诊断中的应用也越来越多，人们最常见的为B超。通常的超声成像系统包括ー个超声换能器阵列，该换能器阵列用于发射超声波束，然后接收反射的超声波、进行波束合成、显示处理进而得到B超图像。目前广泛应用于临床的超声换能器大部分是ー维线阵或ー维相控阵超声换能器，各阵元延ー个方向线性排列，通过电子或机械扫描方式获得ニ维超声图像。请參看附图1，如图I所示的ー维线阵换能器，在短轴方向(Y方向)采用几何聚焦方式，长轴方向(X方向) 采用电子聚焦方式，由于几何聚焦的焦距是固定的，在測量一定深度的组织时，短轴方向的侧向分辨率会比长轴方向的低很多，从而导致超声波束无法尽可能地收窄，这势必会影响成像的质量。而通过一维阵列探头仅能获得ニ维图像，必须经过后续三维重建，方可获得三维图像。ニ维面阵换能器是能够实现实时三维超声成像的基础，它能够提供声束的三维动态聚焦和偏转，从而能够实现三维数据的实时采集。该换能器是在ー个平面或曲面上分布大量阵元，比如128 X 128阵元的ニ维面阵，ニ维面阵换能器的阵元多、密度大、制作难度很高，并且成本高，因而面阵换能器的研制挑战性很高。与ー维线阵换能器类似，ニ维面阵换能器同样是采用脉冲回波相控阵电子扫描来完成声束的发射和接收，不同的是ニ维面阵换能器可以在仰角方向和方位角两个方向上进行相控电子扫描，请參看附图2，如图2所示，在一定激励角度范围内，ニ维面阵换能器可以形成金字塔形扫描区域，该区域在X和Y方向有相同的侧向分辨率，从而提高成像质量。但是就目前的探头制作エ艺水平而言，ニ维面阵超声换能器的阵元面积小、阵元数量多，其制作エ艺难度很高，成品率较低。在设计和制作过程中，主要面临以下几个难题 (I)阵元引线难ニ维面阵超声换能器通常有上千个或者几千个阵元组成，每个阵元与系统的发射/接收通道的有效连接和屏蔽是ニ维面阵设计的难点。(2)阵元数目与系统的发射/接收通道的电路匹配难，电路发热严重。例如，当前128个阵元的一维线阵能够获得较好的成像质量，而在实时三维成像系统中，如果要得相同质量的B超图像，ニ维面阵必须包括128 X 128=16384个阵元，以及与这16384个阵元相匹配的独立的发射/接收通道。以现有技术来说，含有如此庞大数量的阵元的和通道数的换能器制造，困难大、成本高。(3)阵元信噪比低由于ニ维面阵的阵元很小，具有很高的电阻抗，信噪比低
技术实现思路
针对上述提到的现有技术中的医疗诊断超声系统中二维面阵阵元引线难、阵元信噪比低，一维线阵几何聚焦固定等缺点，本专利技术提供一种新的ニ维环型相控阵超声换能器结构，其将环型相控阵按一定的角度沿径向分割，形成ー种ニ维环型相控阵列，既保留了一维环型相控阵孔径可调、轴线方向上景深可调、聚焦区域侧向分辨率一致的特点，又克服了一维环型相控阵无法在非轴向方向聚焦，获得波束偏转的缺点，对比ニ维矩形面阵，ニ维环型相控阵超声换能器所需阵元数较少，阵元面积较大，而且阵元的间距不受；1/2的尺寸限制。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是ー种ニ维环型相控阵超声换能器结构，换能器结构包括ー个以上按照同心圆呈环形分布的阵元环，每个阵元环包括两个以上的阵元，各个阵元的面积相同。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案进ー步还包括 进ー步的，所述的每个阵元环包括两个以上扇形或扇面形的阵元，最内层阵元环的阵元呈扇形，其他阵元环中的阵元呈扇面形。 进ー步的，所述的阵元环包括5 8个。进ー步的，所述的各独立阵元施加不同延时的激励信号，采用不同的延时时间的激励信号，根据实际聚焦范围来调整不同圆环上各阵元的电脉冲时延量，从而使各环先后发出的声脉冲，在声场中形成会聚的波阵面，使得换能器能够在空间中指定点处实现声束聚焦。进ー步的，所述的换能器结构为通过分割线分割成的N等分同心圆环形成相控阵，N为大于2的整数。进ー步的，所述的阵元采用压电材料，阵元之间的间隙采用具有声学特性的声学材料填充。进ー步的，所述的具有声学特性的声学材料为环氧树脂。进ー步的，所述的N等于8，分隔处为2°扇形角。本专利技术的有益效果是本专利技术既避免ニ维面阵换能器技术エ艺难度大、阵元尺寸太小导致信噪比较低的缺点，同时克服一维线阵和相控阵几何聚焦固定，波束无法有效收窄的限制，本专利技术综合提高侧向分辨率，有效提高信噪比，通过电子相控扫描实现实时三维超声成像。下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术做进ー步说明。附图说明图I为ー维线阵波束图。图2为ニ维面阵金字塔形扫描声束示意图。图3为本专利技术中二维环型相控阵结构示意图。图4为本专利技术中二维环型相控阵仿真结构设计示意图。图5为本专利技术中待观察的焦点以及两个平面(B面和C面)的示意图。图6为图5中B平面观察到的声场分布结果示意图。图7为图5中C平面观察到的声场分布结果示意图。图8为ー维环形相控阵的基本工作原理图。图9为ー维环形相控阵中路径差计算示意图。图10为ー维环形相控阵中路径差计算原理示意图。图11为ー维环形相控阵成像聚焦原理图。图12为本专利技术中有限元仿真流程图。具体实施例方式本实施例为本专利技术优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本专利技术保护范围之内。本专利技术主要包括ー个以上同心分布的阵元环，每个阵元环包括两个以上的阵元，各个阵元的面积相同，每个阵元环包括两个以上扇形或扇面形的阵元，最内层阵元环的阵 元呈扇形，其他阵元环中的阵元呈扇面形。即换能器结构为通过分割线分割成的N等分同心圆环形成相控阵，N为大于2的整数。分割线为本专利技术中的定义概念，实际分割线为相邻阵元之间的间距。阵元采用压电材料(通常是压电陶瓷，压电复合材料，压电单晶或是其它压电材料)，阵元之间的间隙采用具有声学特性的声学材料，优选为具有声学特性的环氧树月旨。从形式上看，本专利技术类似于将现有的一维环型相控阵按一定的角度沿径向分割，即沿着一维环型相控阵的直径方向将其等分为若干份，每ー份即为ー个独立阵元，从而形成ー种ニ维环型相控阵列，本专利技术中通过对各独立阵元施加不同延时的激励信号，使得换能器能够在空间中某点处实现声束聚焦。本实施例中，采用不同的延时时间的激励信号，使加载到外圆环上的电脉冲时延量最少，内圆环上的电脉冲时延逐级增加，其聚焦在换能器轴线上，具体实施时，可根据实际聚焦范围来调整不同圆环上各阵元的电脉冲时延量，从而使各环先后发出的声脉冲，在声场中形成会聚的波阵面，达到电子控制声学聚焦的效果。改变延时的时间量，可以使焦点位置移动，因此可做到在整个观察距离内(不同时段)的波束狭窄。这种设计思路既保留了一维环型相控阵孔径可调、轴线方向上景深可调、聚焦区域侧向分辨率一致的特点，又克服了一维环型相控阵无法在非轴向方向聚焦，获得波束偏转的缺点，对比ニ维矩形面阵，ニ维环型相控阵超声换能器所需阵元数较少，阵元面积较大，而且阵元的间距不受义/2 (即1/2超声波波长)的尺寸限制。本专利技术中，可以设计成任意数量的阵元环，阵元环的数目，參照下述ー维环形相控阵中的求解公式。从环型相控阵的辐射场特性来看，当不考虑横向耦合的影响时，阵元数越多越能获得理想的球凹面聚焦效果，但是环形阵元由于采用的是等面积法，阵元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二维环型相控阵超声换能器结构，其特征是：所述的换能器结构包括一个以上按照同心圆呈环形分布的阵元环，每个阵元环包括两个以上的阵元，各个阵元的面积相同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭钰，陈思平，汪天富，唐浒，崔阳，胡振华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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