[发明专利]四维超声探头驱动方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声成像控制技术，尤其是涉及一种四维超声探头驱动方法和装置。

背景技术

在超声成像系统中，普通探头得到的图像是二维的图像，如果要得到四维图像，就需要使用特殊的超声探头一四维超声探头(以下又简称为四维探头)。四维超声探头是由普通的超声换能器加上步进电机以及传动装置构成的。当电机驱动传动装置使超声换能器围绕一个轴产生摆动，在超声换能器摆动的过程中，发射模块向超声换能器施加发射电压，使之发出超声波，该超声波在人体内传播时，会在体内组织间的不均匀面上产生反射，通过接收这些反射回波信号可以探测人体内不均匀组织的分布情况。通过这些回波信号，超声成像系统可以构建出探测部位的实时三维图像，即四维图像。显然，为了得到准确的四维图像，必须准确地知道超声换能器发射和接收超声波信号时，超声换能器所处的位置或者说超声换能器所偏移的角度。在这种情况下，步进电机是一个很好的选择，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，非常适合于需要进行电机速度、位置控制的四维超声探头使用。

但是，不同厂家在置于探头内部的步进电机的齿数、变速比及需要驱动电机的功率会有所不同；另外，不同厂家的四维探头会有一套驱动装置(电路)及相应的接口，超声系统需要修改相应的软硬才能适应，因此，对选用多种四维探头特别是不同厂家的四维探头是一种障碍。

发明内容

为适用不同厂家的四维探头，本发明提出一种四维超声探头驱动方法和装置，依据不同种类的四维探头下发参数即可达到适用不同厂家探头的目的。

本发明采用如下技术方案实现：一种四维超声探头驱动方法，其包括步骤：

四维超声探头通过探头连接器连接超声成像系统的系统主机，且系统主机通过驱动装置驱动四维超声探头运动；

依据不同种类的四维超声探头的变速比及转速要求，由系统主机通过总线向驱动装置中控制器的计数器下发初值D1，通过系统主机改变计数器的初值D1使驱动装置向四维超声探头内的步进电机输出相应的输出脉冲频率，从而控制步进电机的转速以驱动四维超声探头。

其中，所述系统主机改变计数器的初值D1的步骤包括：

根据四维超声探头的内变速比GR、细分值2^M，确定四维超声探头摆动1度需要脉冲个数＝2^M*GR/1.8；

根据步进电机在加速、减速分别转过的角度A，匀速转过的角度B，从左到右摆动时间T，计算每秒钟向步进电机输出脉冲频率在加速、减速分别转过的角度A时步进电机需要的输出步数

确定步进电机从零速度加速到匀速转动，每步需增加频率Af，或步进电机从匀速减速到零速度转动，每步需减少频率Af：

系统主机计算获取计数器的初值D1：

其中，f₀为控制器的时钟频率，N为计数器的数据位宽，n表示步进电机的当前步进数，1≤n≤Sn，M值为正整数。

其中，在控制器的存储器中建立细分值表格，按2^J间隔读取细分值表格获得不同的细分值，以满足不同种类的四维超声探头的细分控制，其中间隔值J＝0或小于M的自然数。

另外，本发明提出一种四维超声探头驱动装置，其使用了所述四维超声探头驱动方法。

其中，所述驱动装置还包括：包括依次连接在控制器与探头连接器之间的隔离电路、D/A转换器、电机驱动电路和放大电路，所述控制器连接在系统主机与所述间隔电路之间。

其中，所述控制器为FPGA芯片或单片机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中带动四维超声探头运动的步进电机采用细分控制，细分值可以通过读取细分值表格的间隔值来设定，依据不同探头可以设定不同的细分值，方便了选用及随系统需求进行细分设定；输出功率调节可以通过修改D/A转换电路的参考电压值来设定，对不同探头或摆动速率调整时需增加输出功率时进行调整。综上，本发明针对不同探头及转速可以通来系统总线下传参数方式进行设定及控制，即可达到适用不同厂家探头的目的，具有控制方式简单、有效的特点。

附图说明

图1是超声系统的结构示意图。

图2是两相步进电机8细分工作原理示意图。

图3是换能器摆动运动的示意图。