一种1.5 d腔内超声微探头及成像方法
阅读说明：本技术 一种1.5 d腔内超声微探头及成像方法 (1.5D intracavity ultrasonic microprobe and imaging method ) 是由 简小华 徐杰 于 2021-02-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及1.5 D腔内超声微探头及成像方法,该探头包括声透镜、匹配层、压电层、背衬、柔性电路板、及连接线缆,其中压电层、背衬、柔性电路板形成阵列成像,阵列成像具有多组相隔开的阵元,每组阵元包括中心阵元N、阵元N-1和阵元N-2,其中阵元N-1和阵元N-2之间并联连接,中心阵元N通过电容与并联的阵元N-1和阵元N-2并联连通,且每组阵元仅需一根同轴线。本发明在不增加探头尺寸和传输线缆数的情况下,通过电容和仅需一根同轴线的连线方式,实现阵元N与并联的N-1和N-2所激发超声波的相位/时间延迟,进而改进其在空间的声场分布,改善成像质量,实现1.5D超声内窥镜探头的高性能超声成像,结构简单,成本低。(The invention relates to a 1.5D intracavity ultrasonic microprobe and an imaging method, the microprobe comprises an acoustic lens, a matching layer, a piezoelectric layer, a backing, a flexible circuit board and a connecting cable, wherein the piezoelectric layer, the backing and the flexible circuit board form array imaging, the array imaging is provided with a plurality of groups of array elements which are separated from each other, each group of array elements comprises a central array element N, an array element N-1 and an array element N-2, the array element N-1 and the array element N-2 are connected in parallel, the central array element N is connected with the array element N-1 and the array element N-2 which are connected in parallel through a capacitor, and each group of array elements only needs one coaxial line. Under the condition of not increasing the size of the probe and the number of transmission cables, the phase/time delay of ultrasonic waves excited by the array element N and the N-1 and N-2 connected in parallel is realized by a connection mode of a capacitor and only one coaxial line, so that the sound field distribution of the ultrasonic endoscope probe in space is improved, the imaging quality is improved, the high-performance ultrasonic imaging of the 1.5D ultrasonic endoscope probe is realized, the structure is simple, and the cost is low.)
技术领域
本发明属于临床医疗技术领域，具体涉一种1.5 D腔内超声微探头，同时还涉及采用1.5 D腔内超声微探头的成像方法。
背景技术
超声内窥镜是将超声波用于人体内腔道成像检查的一种技术，其将小尺寸的超声探头安置在介入导管前端，插入食道、胃肠、支气管等，进行实时扫描成像，辅助诊疗等。
现有腔内超声探头受限于腔道体积大小有限，多为1维线阵、凸阵或相控阵探头，导致其在厚度切片方向上的分辨率不足。而且多阵元腔内超声探头的一个很重要的用途就是体内超声的引导穿刺或者治疗，目前探头技术导致腔内超声诊疗精度受限。
同时，传统腔内探头一般每个阵元都连接正负极，其中负极一般都是共地，需要一根同轴线。传统1.5D探头的连接方式是上下两个阵元和中间阵元是单独连线的，即需要两根同轴线。因此，市场上亟需一种在不增加探头尺寸和传输线缆数的情况下，实现高性能超声成像的1.5D超声内窥镜探头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的1.5 D腔内超声微探头。
同时本发明还涉及一种采用1.5 D腔内超声微探头的成像方法。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种1.5 D腔内超声微探头，其包括声透镜、匹配层、压电层、背衬、柔性电路板、及连接线缆，其中压电层、背衬、柔性电路板形成阵列成像，阵列成像具有多组相隔开的阵元，每组所述阵元包括中心阵元N、以及与中心阵元N两端部隔开的阵元N-1和阵元N-2，其中阵元N-1和所述阵元N-2之间并联连接，中心阵元N通过电容与并联的阵元N-1和阵元N-2并联连通，且每组阵元仅需一根同轴线。
优选地，每组阵元中各个阵元的宽度相等。利于后续声场的调控，并便于批量切割加工和处理。
根据本发明的一个具体实施和优选方面，每组阵元中的中心阵元N、阵元N-1、阵元N-2的长度比为2：1：1。最佳实现阵元N与并联的N-1和N-2所激发超声波的相位延迟，进而改进其在空间的声场分布，改善成像质量。
优选地，阵元N-1和阵元N-2分别与中心阵元N之间的间隔距离相等。对称结构更有利于调整探头在空间的声场分布。
优选地，每相邻两组阵元之间形成空白缝隙，且在空白缝隙填充高分子聚合物。可有效确保探头阵元结构，避免弯折、冲撞、氧化对结构的破坏。
进一步的，高分子聚合物为环氧树脂或橡胶。性能稳定、可靠，操作便捷，价格便宜。
根据本发明的又一个具体实施和优选方面，每组阵元通过导电的匹配层或者粘接导线与负极共地连接。本例中，采用导电的匹配层进行阵元的负极共地连接，更加方便实施，而且能够简化结构。
优选地，背衬为导电材料制成，且背衬位于柔性电路板和压电层之间。这样一来，通过背衬能够将柔性电路板和压电层导通。
或者，背衬为不导电材料制成，且背衬位于柔性电路板的底部。
此外，柔性电路板上还形成有接引线和焊盘。这样一来，进而方便各每组阵元的电路导通。
本发明的另一技术方案是：一种超声成像方法，其采用了上述1.5 D腔内超声微探头，且包括如下步骤：
1）、根据测量要求，设定阵元N-1和阵元N-2需要的延时为ΔT,则并联在电路中的电容C的大小可由下式决定：
C=-R×ln（（E-V）/E）/ΔT 式（1）
式（1）中，R为探头阵元的阻抗，E为激励的电压，V为电容充放电电压，同时，根据式（1）先确定各个阵元需并联的电容值，完成内窥探头的制作和封装；
2）、依次激励各个探头，然后接收回波信号，进行波束成型和后续处理，其中接收到的回波信号经过电路也有延迟，
T=-R×C×ln(V/U) 式（2）
式（2）中T为具体的延迟时间，R为探头阵元的阻抗，C为电容值，V为电容充放电电压，U为信号强度，同时，在回波处理的过程中，由于探头电路产生的延迟，并结合式（2）的计算结果，对阵元的回波进行时间补偿。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明在不增加探头尺寸和传输线缆数的情况下，通过电容和仅需一根同轴线的连线方式，实现阵元N与并联的N-1和N-2所激发超声波的相位/时间延迟，进而改进其在空间的声场分布，改善成像质量，实现1.5D超声内窥镜探头的高性能超声成像，同时，结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的1.5 D腔内超声微探头的主视示意图；
图2为图1中阵元的俯视示意图；
图3为图1中探头的连线方式示意图；
其中：1、声透镜；2、匹配层；3、压电层；4、背衬；5、柔性电路板；C、电容；N、中心阵元；N-1，N-2、阵元。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图与具体实施方式对本发明做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1所示，按照本实施例的1.5 D腔内超声微探头，其包括声透镜1、匹配层2、压电层3、背衬4、柔性电路板5、及连接线缆。
具体的，压电层3、背衬4、柔性电路板5形成阵列成像，该阵列成像具有多组相隔开的阵元，每组阵元包括中心阵元N、以及与中心阵元N两端部隔开的阵元N-1和阵元N-2。
结合图2所示，每组阵元中各个阵元的宽度相等。
每组阵元中的中心阵元N、阵元N-1、阵元N-2的长度比为2：1：1。最佳实现阵元N与并联的N-1和N-2所激发超声波的相位延迟，进而改进其在空间的声场分布，改善成像质量。
本例中，阵元N-1和阵元N-2分别与中心阵元N之间的间隔距离相等。
每相邻两组阵元之间形成空白缝隙，且在空白缝隙填充高分子聚合物。可有效确保探头阵元结构，避免弯折、冲撞、氧化对结构的破坏。
具体的，高分子聚合物为环氧树脂或橡胶。性能稳定、可靠，操作便捷，价格便宜。
结合图3所示，阵元N-1和所述阵元N-2之间并联连接，中心阵元N通过电容C与并联的阵元N-1和阵元N-2并联连通，且每组阵元仅需一根同轴线。
每组阵元通过导电的匹配层2或者粘接导线与负极共地连接。本例中，采用导电的匹配层2进行阵元的负极共地连接，更加方便实施，而且能够简化结构。
背衬4为导电材料制成，且背衬4位于柔性电路板5和压电层3之间。这样一来，通过背衬能够将柔性电路板和压电层导通。
此外，柔性电路板上还形成有接引线和焊盘。这样一来，进而方便各每组阵元的电路导通。
综上，本实施例的超声成像方法如下：
1）、根据测量要求，设定阵元N-1和阵元N-2需要的延时为ΔT,则并联在电路中的电容C的大小可由下式决定：
C=-R×ln（（E-V）/E）/ΔT 式（1）
式（1）中，R为探头阵元的阻抗，E为激励的电压，V为电容充放电电压，同时，根据式（1）先确定各个阵元需并联的电容值，完成内窥探头的制作和封装；
2）、依次激励各个探头，然后接收回波信号，进行波束成型和后续处理，其中接收到的回波信号经过电路也有延迟，
T=-R×C×ln(V/U) 式（2）
式（2）中T为具体的延迟时间，R为探头阵元的阻抗，C为电容值，V为电容充放电电压，U为信号强度，同时，在回波处理的过程中，由于探头电路产生的延迟，并结合式（2）的计算结果，对阵元的回波进行时间补偿。
因此，本实施例在不增加探头尺寸和传输线缆数的情况下，通过电容和仅需一根同轴线的连线方式，实现阵元N与并联的N-1和N-2所激发超声波的相位/时间延迟，进而改进其在空间的声场分布，改善成像质量，实现1.5D超声内窥镜探头的高性能超声成像，同时，结构简单，成本低。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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