一種超聲容積測(cè)量探頭及其測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超聲容積測(cè)量探頭及其測(cè)量方法。該探頭包括專用聲頭；所述專用聲頭包括兩個(gè)以上陣列換能器；所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列。每個(gè)陣列換能器在信號(hào)采集控制電路的控制下分別掃描切面并獲得切面信息，得到球體的兩個(gè)以上切面的超聲波回波信息，通過(guò)信息處理系統(tǒng)，在所述回波信息中提取膀胱的邊界信息，并計(jì)算出膀胱內(nèi)尿液容積，完成對(duì)膀胱內(nèi)尿液容量的測(cè)量。避免了機(jī)械式探頭所帶來(lái)的缺陷；速度更快，測(cè)量精度更高；陣列換能器徑向交錯(cuò)的排列方式，使得在同樣數(shù)量的陣列換能器和同樣大小的探頭半徑的條件下，單個(gè)陣列換能器的面積是最大的，同樣的條件下，能獲得最好的超聲聚焦效果和最大的探測(cè)深度。
【專利說(shuō)明】一種超聲容積測(cè)量探頭及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲容積測(cè)量探頭及其測(cè)量方法，特別是涉及一種適用于醫(yī)學(xué)清潔導(dǎo)尿技術(shù)中對(duì)膀胱內(nèi)的，尿量容量進(jìn)行測(cè)量的膀胱掃描儀中的，超聲容積測(cè)量探頭及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“清潔導(dǎo)尿技術(shù)”已在歐盟和美國(guó)立法必須采用。在國(guó)內(nèi)也已逐步被泌尿醫(yī)學(xué)接受和采用?！扒鍧崒?dǎo)尿技術(shù)”的關(guān)鍵就是需要準(zhǔn)確測(cè)量膀胱內(nèi)的尿量。
[0003]測(cè)量膀胱內(nèi)的尿量的方法，目前主要由超聲回波法得到膀胱的邊界信息，通過(guò)邊界信息重建膀胱結(jié)構(gòu)，通過(guò)重建的膀胱結(jié)構(gòu)計(jì)算膀胱的容積。
[0004]目前，可用于自動(dòng)測(cè)定計(jì)算人體某區(qū)域組織的體積所用到的超聲探頭均為機(jī)械探頭。機(jī)械探頭操作難度大，測(cè)量結(jié)果偏差大，測(cè)量準(zhǔn)確度對(duì)操作者的手法、經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)，且誤差很大，掃描速度慢，壽命也不高。
[0005]機(jī)械方式的缺點(diǎn):
機(jī)械機(jī)構(gòu)存在機(jī)械誤差，測(cè)量精度低；
機(jī)械結(jié)構(gòu)響應(yīng)慢；
機(jī)械結(jié)構(gòu)存在噪音；
機(jī)械結(jié)構(gòu)存在振動(dòng)；
機(jī)械方式必然是外罩加液態(tài)透聲介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，且還存在液態(tài)透聲介質(zhì)泄漏導(dǎo)致探頭不能使用的問(wèn)題；
機(jī)械結(jié)構(gòu)存在磨損，增加機(jī)械誤差，進(jìn)一步降低精度；且磨損后產(chǎn)生的碎屑或微粒進(jìn)入液態(tài)透聲介質(zhì)，影響聲信號(hào)，還有可能改變透聲介質(zhì)的粘滯度，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)行；透聲介質(zhì)也充當(dāng)了潤(rùn)滑劑的角色，必然加速老化；這幾種情況都極大地限制了探頭的壽命。
[0006]陣列換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)在液性透聲介質(zhì)中產(chǎn)生氣泡，影響超聲信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種性價(jià)比更高的符合測(cè)量膀胱容積特定要求的測(cè)量探頭及其測(cè)量方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種膀胱容積測(cè)量探頭，其特征在于:包括專用聲頭；所述專用聲頭包括兩個(gè)以上陣列換能器；所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列。
[0009]作為優(yōu)選，所述探頭還包括與專用聲頭相連的超聲發(fā)射接收控制電路。
[0010]作為優(yōu)選，所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，由固態(tài)透聲介質(zhì)進(jìn)行超聲傳導(dǎo)。
[0011] 作為優(yōu)選，所述每個(gè)陣列換能器在聲學(xué)上相互獨(dú)立。
[0012]作為優(yōu)選，所述每個(gè)陣列換能器不相互交叉。
[0013]作為優(yōu)選，所述陣列換能器為獨(dú)立的凸陣、平面陣或相控陣。[0014]作為優(yōu)選，所述專用聲頭由N個(gè)陣列換能器在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列，設(shè)徑向軸為OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一陣列換能器擺放在OA上圓心O的左側(cè)，第二陣列換能器擺放在OB上圓心O的右側(cè)，第三陣列換能器擺放在OC上圓心O的左側(cè)，第四陣列換能器擺放在OD上圓心O的右側(cè)……，以此類推，最后一個(gè)陣列換能器擺放在換能器1、2、3、4......N-1構(gòu)成的中間空的圓心上。
[0015]作為優(yōu)選，所述N個(gè)陣列換能器為6個(gè)陣列換能器。
[0016]作為優(yōu)選，所述6個(gè)陣列換能器為同樣形狀結(jié)構(gòu)的陣列換能器。
[0017]作為優(yōu)選，所述6個(gè)陣列換能器中，其中5個(gè)陣列換能器沿徑向交錯(cuò)排列，都不在同一條直徑上，且沿圓心向外的外邊緣緊靠專用聲頭的外邊緣，另外一個(gè)陣列換能器的中心位于圓心。
[0018]基于上述膀胱容積測(cè)量探頭的測(cè)量方法為:每個(gè)陣列換能器在信號(hào)采集控制電路的控制下分別掃描切面并獲得切面信息，得到三維體的兩個(gè)以上切面的超聲波回波信息，通過(guò)信息處理系統(tǒng)，在所述回波信息中提取膀胱的邊界信息，并計(jì)算出膀胱內(nèi)尿液容積，完成對(duì)膀胱內(nèi)尿液容量的測(cè)量。
[0019]作為優(yōu)選，所述每個(gè)陣列換能器依次完成對(duì)切面的掃描。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:避免了機(jī)械式探頭所帶來(lái)的缺陷；測(cè)量精度更高，速度更快；陣列換能器徑向交錯(cuò)的排列方式，使得在同樣數(shù)量的陣列換能器和同樣大小的探頭半徑的條件下，該方案中的單個(gè)陣列換能器的面積是最大的。同樣的條件下，就能獲得最好的聚焦效果和最大的探測(cè)深度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明其中一實(shí)施例的探頭外形及結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為圖1所示實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0028]圖8為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0029]圖9為本發(fā)明其中一實(shí)施例陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及排列方式示意圖。
[0030]圖10為單個(gè)陣列換能器掃描示意圖。
[0031]圖11為本發(fā)明其中一具體實(shí)施例中得到的球體N個(gè)掃描切面的超聲回波信息示意圖。
[0032]圖12為本發(fā)明其中一具體實(shí)施例的超聲回波信息處理流程框圖。 【具體實(shí)施方式】
[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0034]本說(shuō)明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0035]如圖1所示，一種超聲容積測(cè)量探頭，包括專用聲頭；所述專用聲頭包括兩個(gè)以上陣列換能器；所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列。
[0036]所述探頭還包括與專用聲頭相連的超聲發(fā)射接收控制電路，所述超聲發(fā)射接收控制電路也可以獨(dú)立于探頭之外與專用聲頭相連。
[0037]如圖2所示，所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，由固態(tài)透聲介質(zhì)傳導(dǎo)超聲，避免了機(jī)械探頭用液態(tài)透聲介質(zhì)所帶來(lái)的缺陷。
[0038]所述每個(gè)陣列換能器在聲學(xué)上相互獨(dú)立，避免聲波干擾。
[0039]如3圖到圖9所示，所述每個(gè)陣列換能器不相互交叉，最大限度節(jié)省陣列換能器。
[0040]所述陣列換能器為獨(dú)立的凸陣、平面陣或相控陣，所有陣列換能器排列為沿徑向交錯(cuò)排列，作為陣列換能器排列的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
[0041]所述每個(gè)陣列換能器沿徑向交錯(cuò)排列。用于人體掃查的超聲波束必須聚焦和具有一定的掃查深度(一般16cm)才能有效的探測(cè)到人體的有效信息。而聚焦性能和掃查深度與換能器的大小直接相關(guān)。陣列換能器太小，超聲不能有效的聚焦，也達(dá)不到探測(cè)人體的深度。一味地增大陣列換能器的面積，探頭前端的半徑R (如圖3)就會(huì)增大，在使用中會(huì)使探頭前端與人體耦合效果差，超聲就不能有效的進(jìn)入人體，這個(gè)區(qū)域就不能獲得有效的超聲信息。
[0042]陣列換能器沿徑向交錯(cuò)排列的方式，不僅解決了固定的多陣列換能器一樣能實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)體的三維掃描，同時(shí)交錯(cuò)排列的方式，使得在同樣數(shù)量的陣列換能器和同樣大小的探頭半徑(圖3中的R)的條件下，該方案中的單個(gè)陣列換能器的面積是最大的。同樣的條件下，就能獲得最好的聚焦效果和`最大的探測(cè)深度。
[0043]如圖3所示，所述專用聲頭由N個(gè)陣列換能器在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列，設(shè)徑向軸為OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一陣列換能器擺放在OA上圓心O的左側(cè)，第二陣列換能器擺放在OB上圓心O的右側(cè)，第三陣列換能器擺放在OC上圓心O的左側(cè)，第四陣列換能器擺放在OD上圓心O的右側(cè)……，以此類推，最后一個(gè)陣列換能器擺放在換能器1、2、3、4......N-1構(gòu)成的中間空的圓心上。
[0044]如圖4所示，也可以N個(gè)陣列換能器都圍繞圓心排列。
[0045]如圖5所示，也可以N個(gè)陣列換能器中，其中N-1個(gè)圍繞圓心排列，且其中心在同一個(gè)圓環(huán)上；另外I個(gè)覆蓋在圓心上，但其中心不在圓心上。
[0046]如圖6所示，也可以N個(gè)陣列換能器中，I個(gè)覆蓋在圓心上，但其中心不在圓心上；另外N-1個(gè)圍繞圓心排列,但其中心不在同一個(gè)圓環(huán)上。
[0047]還可以如圖7所示陣列換能器形狀結(jié)構(gòu)及其排列方式，I個(gè)覆蓋在圓心上，且其中心在圓心上；另外N-1個(gè)圍繞圓心排列，但其中心都不在同一個(gè)圓環(huán)上。
[0048]還可以如圖8所示陣列換能器的形狀結(jié)構(gòu)及其排列方式。
[0049]其中典型的陣列換能器排列方式如圖9所示，所述N個(gè)陣列換能器為6個(gè)陣列換能器。6個(gè)陣列換能器為同樣形狀結(jié)構(gòu)的換能器，其中5個(gè)陣列換能器沿徑向交錯(cuò)排列，都不在同一條直徑上，且沿圓心向外的外邊緣緊靠專用聲頭的外邊緣，另外一個(gè)陣列換能器的中心位于圓心。
[0050]如圖10所示，單個(gè)陣列換能器掃描由多個(gè)單獨(dú)的陣元組成，構(gòu)成一個(gè)陣列換能器，通過(guò)控制電路完成一個(gè)切面的掃描。
[0051]如圖11所示，膀胱容積測(cè)量探頭的測(cè)量方法為:每個(gè)陣列換能器在信號(hào)采集控制電路的控制下分別掃描切面并獲得切面信息，得到三維體(在本具體實(shí)施例中為球體)的兩個(gè)以上切面的超聲波回波信息。
[0052]如圖12所示，超聲回波信息通過(guò)信息處理系統(tǒng)，在所述回波信息中提取膀胱的邊界信息，并計(jì)算出膀胱內(nèi)尿液容積，完成對(duì)膀胱內(nèi)尿液容量的測(cè)量。在本具體實(shí)施例中，每個(gè)信號(hào)控制電路對(duì)應(yīng)一個(gè)陣列換能器，當(dāng)然也可以對(duì)信號(hào)控制電路進(jìn)行集成切換控制，或?qū)π盘?hào)控制電路進(jìn)行排列組合實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
[0053]所述每個(gè)陣列換能器依次完成對(duì)切面的掃描。在本具體實(shí)施例中，多個(gè)換能器，每個(gè)依次處于切面掃描工作狀態(tài)，一個(gè)陣列換能器完成切面掃描后，第二個(gè)陣列換能器再進(jìn)行切面掃描，然后是第三個(gè)、第四個(gè)，直到最后一個(gè)完成切面掃描，以求實(shí)現(xiàn)聲學(xué)上的完全獨(dú)立，不受聲波干擾。相對(duì)于機(jī)械掃描，可以縮短掃描時(shí)間，為臨床快捷方便地準(zhǔn)確測(cè)量膀胱內(nèi)尿液容量帶來(lái)質(zhì)的飛躍。
[0054]當(dāng)然，在實(shí)際情況允許的情況下，陣列換能器數(shù)量越多，得到的切面信息越多，最終測(cè)量的數(shù)據(jù)越精確。
[0055]另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，電子面陣陣元分布為二維結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成本及制造價(jià)格高，信號(hào)檢測(cè)控制方式復(fù)雜、難度大，且在行業(yè)中應(yīng)用很不成熟，增加了成本及設(shè)計(jì)制造難度，在“測(cè)量人體內(nèi)某一具有聲學(xué)特性一致性的區(qū)域的體積”的任務(wù)下使用電子面陣顯得十分浪費(fèi)。而固定的多陣列換能器恰好彌補(bǔ)了此缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:包括專用聲頭；所述專用聲頭包括兩個(gè)以上陣列換能器；所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述探頭還包括與專用聲頭相連的超聲發(fā)射接收控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述陣列換能器固定于探頭內(nèi)，由固態(tài)透聲介質(zhì)進(jìn)行超聲傳導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述每個(gè)陣列換能器在聲學(xué)上相互獨(dú)立。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述每個(gè)陣列換能器不相互交叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述陣列換能器為獨(dú)立的凸陣、平面陣或相控陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述專用聲頭由N個(gè)陣列換能器在一個(gè)平面內(nèi)沿徑向交錯(cuò)排列，設(shè)徑向軸為OA、OB、OC、OD、OE、OF……，第一陣列換能器擺放在OA上圓心O的左側(cè)，第二陣列換能器擺放在OB上圓心O的右側(cè)，第三陣列換能器擺放在OC上圓心O的左側(cè)，第四陣列換能器擺放在OD上圓心O的右側(cè)……，以此類推，最后一個(gè)陣列換能器擺放在換能器1、2、3、4......N-1構(gòu)成的中間空的圓心上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述N個(gè)陣列換能器為6個(gè)陣列換能器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述6個(gè)陣列換能器為同樣形狀結(jié)構(gòu)的陣列換能器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的超聲容積測(cè)量探頭，其特征在于:所述6個(gè)陣列換能器中，其中5個(gè)陣列換能器沿徑向交錯(cuò)排列，都不在同一條直徑上，且沿圓心向外的外邊緣緊靠專用聲頭的外邊緣，另外一個(gè)陣列換能器的中心位于圓心。
11.基于權(quán)利要求1所述的超聲容積測(cè)量探頭的測(cè)量方法為:每個(gè)陣列換能器在信號(hào)采集控制電路的控制下分別掃描切面并獲得切面信息，得到三維體的兩個(gè)以上切面的超聲波回波信息，通過(guò)信息處理系統(tǒng)，在所述回波信息中提取膀胱的邊界信息，并計(jì)算出膀胱內(nèi)尿液容積，完成對(duì)膀胱內(nèi)尿液容量的測(cè)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲容積測(cè)量探頭的測(cè)量方法，所述每個(gè)陣列換能器依次完成對(duì)切面的掃描。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK103750863SQ201410006242
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】高小明, 曾文彤, 鄧國(guó)勤, 彭勇, 吳世彬, 崔佳亮, 董萬(wàn)利 申請(qǐng)人:綿陽(yáng)美科電子設(shè)備有限責(zé)任公司