[发明专利]物理调焦软耦合自动扫描超声探测成像装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于医学超声探测领域，具体涉及一种物理调焦软耦合自动扫描超声探测成像装置与方法。

背景技术

医学超声探测是指将超声探测技术应用于人体，对人体组织进行探测和成像，属于医学影像检查技术。医学影像检查技术有X射线、CT检查、超声探测检查、核磁共振等几种，但是X射线、CT检查都对人体有害，不适合用于进行经常性体检；核磁共振检查对人体无害，但是仪器庞大、成本较高，不适合推广至普通体检中。医学超声探测检查对人体无害，成本较低，且可以检查和帮助诊断大约30%的疾病，因此具有重要的应用价值。

超声探测技术为向人体发送超声波，超声波遇到介质不同的界面，比如从皮肤进入脂肪、从脂肪进入骨骼等具有不同声阻抗的介质的界面时，会发生反射，提取发送超声信号和反射超声信号的参数进行处理并成像，即可以得到超声探测影像。然而，虽然超声检测应用非常广泛，但是现在医学超声探测图像不清晰，只有有经验并有一定专业知识的医生才能读懂超声影像。归纳起来，主要有以下一些问题：

第一，现有的超声探测系统轴向探测精度尚可，但侧向（横向）探测精度低。超声探测的侧向分辨率是指超声波能测出的横向上两个界面的最小距离。侧向分辨率与波束宽度有关，因此，直接与发送探头和接收探头的面积有关。减小接收探头的接收面积，可以提高分辨率，但是却会降低接收功率，使信号变得微弱。

第二，现有的超声探测系统可通过相控阵技术实现聚焦，实现系统较为复杂。相控阵探头上有许多换能器晶片，可通过计算机给每一个换能器晶片独立施加不同的延时激发，多路超声信号相干，使得在焦点处附近产生的超声信号最强，通过软件控制产生波束的角度、聚焦位置和焦点尺寸。但是硬件上需要多个换能器晶片形成阵列，比如排列成线阵、圆阵等，并对多个晶片进行精确地激发。另外，相控阵的聚焦能力与晶片数量有关，能激发的晶片数越多，聚焦能力越强、范围越大，换能器晶片阵列固化之后，聚焦能力固定。

第三，现有超声探测系统图像拼接反演效果较差。现在的超声探头是医生手动控制，探头在人体皮肤表面朝着目标器官一侧移动，获取一系列二维切面图像，再通过软件算法进行配准和拼接，得到反映组织或者器官结构的全景图像。在对探测得到的图像进行拼接时，由于超声探头的位置随机，且没有确定的先验坐标信息，因此拼接精度不高。

第四，现有的超声探测系统存在近场盲区。现有的超声探测系统发送脉冲信号，为了避免发送信号对接收信号的干扰，发送的同时不接收，等待脉冲信号发送完毕后才转为接收模式，因此在发送脉冲持续时间内的反射界面反射的回波信号会丢失，也就是说，现有的超声探测无法对距离探头非常近的皮肤浅层进行探测。

第五，现有超声探测耦合效果不好。超声从超声探头，进入到人体时，需要耦合。因为空气的声阻抗非常大，如果耦合不好，超声信号经过空气就大幅衰减，而只有少量超声信号进入到人体。因此，需要在人体表面涂抹医用耦合剂排除探头与人体之间的空气，实现耦合。由于超声探头是形状固定的硬质器件，在与人体耦合的时候不仅需要涂抹大量的耦合剂，有时还需要医生用力按压才能实现较好的耦合。

总之，现有的医学超声探测存在横向分辨率低、拼接反演效果较差、存在近场盲区以及耦合效果不好等问题。

发明内容

为克服现有的医学超声探测存在横向分辨率低、拼接反演效果较差、近场盲区以及耦合效果不好等问题，本发明提出一种物理调焦软耦合自动扫描超声探测成像装置与方法。

物理调焦软耦合自动扫描超声探测成像装置，包括物理调焦软耦合探头装置和数据处理后台。物理调焦软耦合探头装置和数据处理后台之间通过有线或者无线的方式通信。

所述物理调焦软耦合自动扫描超声探测成像装置中的数据处理后台，用于产生宽频探测信号和收发探头阵列扫描位置信息，发送上述宽频探测信号和收发探头阵列扫描位置信息给物理调焦软耦合探头装置，并对物理调焦软耦合探头装置接收到的探测回波信号进行处理和成像。

所述的物理调焦软耦合探头装置包含软耦合薄膜球、自动扫描超声探头和支架。所述的软耦合薄膜球是由透声性能好的柔软薄膜制成的球体，薄膜材质应具有较好的弹性和韧性，比如可以是硅胶、乳胶、单一聚亚胺酯、聚氨酯等。软耦合薄膜球的大小可依据具体应用而定。软耦合薄膜球体内部充满了透声性能好、声阻抗小的耦合液体，比如水、油。支架用于支撑和固定软耦合薄膜球以及自动扫描超声探头，支架可以移动，并可以上下左右调整，以使得软耦合薄膜球和自动扫描超声探头可以上下左右调整，以便于调整软耦合薄膜球和被探测人体之间的相对位置。