具有集成到超声换能器的密封膜的瞬时弹性成像探头
阅读说明：本技术 具有集成到超声换能器的密封膜的瞬时弹性成像探头 (Transient elastography probe with sealing membrane integrated to ultrasound transducer ) 是由 洛朗·桑德兰 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明的一个方面涉及一种瞬时弹性成像探头(100),包括：-探头本体(101)；-超声换能器(103),被配置为沿着轴线产生超声波束,超声波束从超声换能器(103)的面(107)产生；-振动器(102),位于探头本体(101)内部并且被布置成引起超声换能器(103)沿着预定轴线的移动；超声波换能器(103)安装在振动器(102)上,使得预定轴线和超声波束的轴线彼此重合,其特征在于,瞬时弹性成像探头包括环绕超声波换能器(103)的外轮廓的密封膜(104)。(One aspect of the invention relates to a transient elastography probe (100) comprising: -a probe body (101); -an ultrasound transducer (103) configured to generate an ultrasound beam along an axis, the ultrasound beam being generated from a face (107) of the ultrasound transducer (103); -a vibrator (102) located inside the probe body (101) and arranged to cause movement of the ultrasound transducer (103) along a predetermined axis; an ultrasonic transducer (103) is mounted on a vibrator (102) such that a predetermined axis and an axis of an ultrasonic beam coincide with each other, characterized in that the instantaneous elastography probe comprises a sealing film (104) surrounding an outer contour of the ultrasonic transducer (103).)
技术领域
本发明的技术领域是瞬时弹性成像探头，具体而言，是包括集成了密封膜的超声换能器的瞬时弹性成像探头。
本发明涉及一种可用于测量人或动物组织的粘弹性的瞬时弹性成像探头，并且具体地涉及一种包括设置有密封膜的超声换能器的瞬时弹性成像探头。
背景技术
几种肝病可以通过评估肝组织的粘弹性来诊断。慢性病毒性肝炎、酒精性和非酒精性的脂肪性肝炎、自身免疫性肝炎、病毒性肝炎、原发性胆汁性肝硬化都是造成肝硬化进行性变化的原因。在一些情况下，这种硬度的增加，也称为纤维化，可导致肝硬化和肝功能不全，对患者造成严重后果。
测量肝脏硬度的最可靠和有效的技术之一是瞬时弹性成像(例如参见G.Ferraioli等人在“Ultrasound in Med.and Biol.”，41，5，2015中发表的“WFUMBguidelines and recommendations for clinical use of ultrasound elastographypart 3:liver(WFUMB超声弹性成像临床使用指南和建议第3部分：肝脏)”)。
申请人已经开发并销售了一种称为的装置(例如参见专利文献EP1169636和EP1531733)，其使用由申请人开发的称为“振动受控瞬时弹性成像”(VCTE)的弹性成像技术来测量肝脏硬度。
在VCTE应用中，肝脏硬度的测量基于对所检查组织内的瞬时切变波的传播速度的测量。为了进行这种测量，已经开发了一种特定的探头。该探头包括至少一个振动器和至少一个超声换能器。
例如，在探头中，振动器使超声换能器移位并将其推向患者的身体。这种脉冲运动产生在肝脏内传播的瞬时切变波。然后通过将高频、短暂的超声脉冲发送到所研究的介质中来探测由切变波的传播引起的位移。
在检查期间，超声换能器于是直接与患者的身体接触或者与有利于超声传输的水基凝胶接触。因此，超声换能器必须是防水的，以防止其劣化，同时能够对患者进行有效且无痛的检查。
发明内容
本发明通过使得可以执行对于患者无痛并且没有所使用的探头劣化的风险的瞬时弹性成像检查，提供了针对上述问题的解决方案。
本发明的一个方面涉及一种瞬时弹性成像探头，包括：
-探头本体；
-超声换能器，被配置为沿着轴线产生超声波束，超声波束从超声换能器的面产生；
-振动器，位于探头本体内部并且被布置成引起超声换能器沿着预定轴线的移动；
超声波换能器安装在振动器上，使得预定轴线和超声波束的轴线彼此重合，其特征在于，瞬时弹性成像探头包括环绕超声波换能器的外轮廓的密封膜。
得益于本发明，超声换能器由使探头防水的膜包围，从而避免在检查期间对其的损坏。膜还使得可以覆盖超声换能器的面上的角点，以便使检查对于患者无痛。最后，膜简化了获得足够的介电绝缘，以确保探头符合有关现行规定的要求。
除了在前面段落中已经提到的特征之外，根据本发明的一个方面的探头可以具有以下特征中的一个或多个补充特征，这些特征可被单独考虑或根据其所有技术上可能的组合来考虑。
有利地，超声换能器和膜组件构成可拆卸的端件(end piece)。
因此，所使用的超声换能器可以适用于患者，与患者接触的探头部分的直径根据患者的形态而不同。
有利地，超声换能器具有与超声波束的轴线相对应的对称轴线。
有利地，超声换能器通过膜连接到探头本体。
有利地，膜由弹性体制成。
因此，膜是柔性的并且当超声换能器移动时变形。
有利地，膜由硅树脂型弹性体制成。
有利地，膜的与超声换能器的面接触的部分形成被配置为聚焦超声波束的声学透镜。
因此，超声波束被更好地聚焦，这使得可以获得更精确的测量。在这种情况下，取决于超声在透镜中的传播速度是小于还是大于超声在水中的传播速度，膜的位于超声换能器的面的前面的部分将是凸形的或凹形的。
有利地，膜的与超声换能器的面接触的部分是凸形的。
有利地，膜的与超声换能器的面接触的部分是凹形的。
有利地，膜由电绝缘材料制成。
因此，膜使得探头能够更好地介电绝缘。实际上，在现有的配置中，实现介电绝缘更为困难，因为超声换能器设置有仅覆盖超声换能器的面的膜。而且，在膜的周边上可能发生电介质泄漏。
有利地，膜粘结到超声换能器。
有利地，膜的在超声换能器和探头本体之间的部分是可变形的。
因此，当超声换能器在位于探头本体中的振动器的作用下移位时，膜发生变形。
有利地，膜的与超声换能器的面接触的部分的外径在3mm和25mm之间。
有利地，膜的与超声换能器的面接触的部分的厚度在50μm和5mm之间。
有利地，超声换能器的全部或部分具有截头圆锥形状，超声换能器的面对应于最小面积的截头圆锥的基部。
因此，与患者接触的表面不太宽，这使得可以更容易地将超声换能器的面容纳在患者的肋间空间中，同时在较宽的背面的层面处布置空间以容纳电子部件。
通过阅读下面的说明书并通过检查随附其的附图，将更好地理解本发明及其不同的应用。
附图说明
附图是为了指示的目的而呈现的，并且并非限制本发明。
图1A示出了根据本发明的第一方面的瞬时弹性成像探头的示意图。
图1B示出了根据本发明的第一方面的瞬时弹性成像探头的示意图，从该探头上拆下了由覆盖有密封膜的超声换能器构成的端件。
图2A示出了圆锥形的超声换能器和圆形的膜的示意图。
图2B示出了图2A中所示的超声换能器的示意图，该超声换能器覆盖有构成可拆卸的端件的图2A中所示的膜。
图3A示出了在没有膜的情况下由超声换能器发射的超声波的示意图，并且更具体地示出了在位于距超声换能器距离d处的点F上反射的超声波的示意图。
图3B示出了由覆盖有构成声学透镜的膜的超声换能器发射的超声波的示意图，并且更具体地示出了在位于距超声换能器距离d处并且构成声学透镜的焦点的点F上反射的超声波的示意图。
图3C示出了当超声换能器没有设置膜时以及当超声换能器设置有膜时在图3A和3B的点F处的衍射脉冲响应。
具体实施方式
除非另有说明，否则出现在不同附图中的相同元件具有单一附图标记。
本发明的第一方面涉及一种瞬时弹性成像探头。
“瞬时弹性成像探头”是指能够实现VCTE(振动受控瞬时弹性成像)技术的探头，即，可以利用超高频超声波测量介质在切变波通过期间的局部位移来估计低频切变波在被研究介质中的传播速度的探头。传播速度使得可以估计介质的粘弹性参数。
在说明书的其余部分中，将无区别地使用术语“探头”和“瞬时弹性成像探头”。
在图1A中示出根据本发明第一方面的探头100。
探头100包括：
-探头本体101；
-振动器102；
-超声换能器103；以及
-膜104。
超声换能器103被配置为产生超声波束。在超声换能器103的面107的水平处产生超声波束。
例如，超声换能器103具有对称轴线A。超声束的传播轴线平行于对称轴线A。
例如，超声换能器103具有如图2A中所示的截头圆锥形状或圆柱形状，并且圆锥的轴线或圆柱的轴线是对称轴线A。
超声换能器具有例如大于10mm的长度。
在图2A中，面107对应于圆锥形超声换能器103的小基部或最小面积基部。实际上，截头圆锥具有位于平行平面中的两个基部，称为小基部和大基部，小基部的面积小于大基部的面积。
在图1A中，面107对应于不与振动器102接触的圆柱形超声换能器103的基部。
探头本体101具有在瞬时弹性成像检查期间使探头100能够被握在操作者的手中的形状。例如，探头本体101具有旋转实体的形状，其具有与超声换能器103的对称轴线A相同的轴线，具体而言，探头本体101具有圆柱形状，超声换能器103的对称轴线A是圆柱的轴线。探头本体101包括圆形的外端108。
探头本体101的尺寸被选择为以使操作者能够将探头100握在手中。例如，在探头本体101为圆柱形的情况下，探头本体101的外径在20mm和80mm之间。
振动器102位于探头本体101内部，并且超声换能器103安装在振动器102上。
振动器102被配置为引起超声换能器103沿着与超声换能器103的对称轴线A重合的预定轴线的移动。该移动使得可以在瞬时弹性成像检查期间将超声换能器103推向患者身体上并因此产生低频切变波。
超声换能器103在其面107处与患者的身体接触。
如图2A所示，圆锥形超声换能器103在截头圆锥的小基部处与患者接触意味着面107具有比对应于截头圆锥的大基部的背面更小的表面，这便于将探头100定位在患者的肋间空间中，同时留出足够的空间以在背面处容纳电子部件。
超声换能器103覆盖有膜104，膜104环绕超声换能器103的外轮廓并确保超声换能器103的密封。例如，膜104被粘结到超声换能器103。膜104也可以包覆成型在超声换能器103上。
膜104覆盖整个超声换能器103使得可以避免当膜104仅覆盖超声换能器103的面107时发生的电介质泄漏。
膜104的一部分105覆盖超声换能器103的面107。
膜104使得可以覆盖超声换能器103的面107上的角点，以使得检查对于患者来说无痛。
例如，膜104的在探头本体101和超声换能器103之间的部分，并且特别是膜104的旨在与患者接触的部分是可变形的。因此，当超声换能器103在位于探头本体101中的振动器102的作用下移位时，膜104发生变形。
例如，膜104由弹性材料制成，从而赋予膜104弹性特性。具体而言，膜104由硅树脂制成。
例如，膜104由绝缘材料制成，以确保探头100的更好的介电绝缘。
根据图1A中所示的实施例，超声换能器103借助于膜104连接到探头本体101。
例如，膜104具有圆形形状，并且膜104的轮廓被布置在探头本体101的端部108的周边上。探头本体101的端部108包括例如凹槽，使得可以插入膜104的轮廓。膜104可以例如进一步粘结或夹在探头本体101上。
因此，超声换能器103和膜104组件可容易地更换，并构成如图1B或图2B所示的可拆卸的端件106。
然后，可以使用不同尺寸的端件106，以使所发射的超声波的特性适用于患者的形态。例如，端件106可以包括选自以下超声换能器中的超声换能器103：
-具有8MHz中心频率和3mm直径的超声换能器103；
-具有5MHz中心频率和5mm直径的超声换能器103，配备有这种类型的超声换能器的端件106适于测量儿童或小体型的成人的肝脏的弹性；
-具有3.5MHz中心频率和7mm直径的超声换能器103，配备有这种类型的超声换能器的端件106适于测量成人的肝脏的弹性；
-具有2.5MHz中心频率和10mm直径的超声换能器103，配备有这种类型的超声换能器的端件106适于测量肥胖成人的肝脏的弹性；
-具有1.5MHz中心频率和12mm直径的超声换能器103。
实际上，超声换能器103的直径越小，由超声换能器103所发射的超声波在介质中行进的距离就越小。因此，在肥胖患者的情况下，皮肤和肝脏之间的脂肪组织层比非肥胖患者大，因此超声换能器103的直径必须更大，以便在肝脏中而不是在脂肪组织中进行测量。
端件106例如可以拧到或夹到探头本体101上。
例如，端件106可包含LED型二极管。
膜104的与超声换能器103的面107接触的部分105的外径例如在3mm和25mm之间。
膜104的与超声换能器103的面107接触的部分105具有例如50μm和5mm之间的厚度。
如图3B所示，膜104的部分105可以构成能够聚焦超声波束的声学透镜。
为了清楚起见，在图3B中，膜104的部分105被表示为独立于超声换能器103，但实际上，膜104的部分105与超声换能器103的面107接触。
在图3A和3B中，超声换能器103发射超声波束，其传播方向平行于超声换能器103的对称轴线A。
在图3B中，超声波束被声学透镜聚焦在位于与膜104的部分105相距距离d处的点F处，点F构成声学透镜的焦点。所有射线在同一时刻到达焦点F，这在系统的衍射脉冲响应的持续时间方面是有利的。
在图3A中，在没有膜104的部分105的情况下，超声波束的路径不偏离。焦点F由活塞型超声换能器103的“自然”聚焦限定，缺点是衍射脉冲响应的持续时间大于使用声学透镜聚焦的情况。
在图3C中示出了在超声波束没有聚焦的情况下以及在超声波束被构成声学透镜的膜104的部分105聚焦在点F的情况下在点F处的衍射脉冲响应。V是超声波在所考虑的介质中的传播速度。
可以注意到，在利用透镜聚焦的情况下，在接近等于d/V时刻的时刻处的衍射脉冲响应较短，这对于获得探头100的良好轴向和横向分辨率更有利。
在存在声学透镜的情况下，由点F反射的信号的强度也大于没有声学透镜的情况，因为射线在焦点F处相干相加。
与存在声学透镜的情况相比，点F处的衍射脉冲响应在没有声学透镜的情况下在时间上更分散，因为由于超声射线行进更大或更小的距离后到达焦点F，所以超声射线没有完美地相干相加。
声学透镜可以是凹形的或凸形的，这取决于超声在透镜中的传播速度是小于还是大于超声在水中的传播速度。