[发明专利]一种柔性超声探头、超声成像检测系统和检测方法

说明书

本发明涉及一种柔性超声探头、超声成像检测系统及检测方法，探头包括柔性换能器阵列及两端分别与外界连通的外壳，外壳内具有一端开口的填充腔，填充腔的开口朝向外壳的一端，柔性换能器阵列连接在外壳的所述一端且柔性换能器阵列还与填充腔的开口端密封设置，使得填充腔形成用于填充流体填充剂的密封腔室，探头还包括设置在外壳内的用于检测柔性换能器阵列的不同点的位置的形变探测装置。本发明柔性超声探头通过设置填充腔，并在填充腔内填充流体填充剂，能够使得柔性换能器阵列实现不同曲率被检测目标检测成像，并通过内置形变探测装置，可实现对各阵元曲率的实时检测和反馈，提高成像检测的灵活性和自动化。

技术领域

本发明属于超声成像检测技术领域，具体涉及一种柔性超声探头、超声成像检测系统和检测方法，可用于医疗成像与工业无损探伤等领域。

背景技术

超声换能器发射接收超声波，是超声成像系统的核心器件。目前常规的超声探头，无论是凸阵、凹阵、线阵或面阵，其几何尺寸都是固定的。如凸阵/凹阵探头，其有固定的探头曲率半径、阵元间隔和分布等。因此，为了获得良好的接触，就必须将超声探头紧贴检测部位，并使用超声耦合剂填补细小的空隙。即使如此，还是经常无法获得良好的接触，导致成像质量受到极大影响。在人体组织检测时，如果不是软组织部位而是骨骼（例如肢体骨折），或者在金属探伤时检测器件表面非平面或者曲率与换能器不匹配，或者检测目标表面曲率连续变化不规则时，探头就无法使用，必须研制相对应形状和尺寸的探头来进行检测，对成像和检测造成了极大地不便。

因此，面对表面不规则目标检测时，在医疗成像中多采用超声耦合剂或者水囊等耦合介质来实现与目标的紧贴，但是这种方法存在的不足是，耦合剂有流动性无法充填凸起的目标者有大空隙的目标，而水囊则需要探头有匹配的安装结构、且增加了探测距离和衰减等，因此在临床中除了内窥成像，实际应用也较少。而在无损探伤中由于多为刚性材料，因此只能通过楔块来匹配。楔块也分刚性和柔性（多为除去水）。但刚性楔块只能应对表面形状固定的目标，不同形状曲率就要替换不同的楔块，且无法检测曲率连续变化的物体如叶片等。柔性楔块可以匹配不同的曲率半径，目前多采用液浸法。但是有些目标由于结构、材料性质和检测空间有限等，无法使用液浸法。因此，近年来，柔性超声换能器阵列由于其形状可随物体表面变化、无需使用水囊、楔块等优点，成为检测不规则目标的首选方法。

目前的柔性超声换能器主要采用的是在柔性基底上将换能器嵌入其中，并采用柔性连接线路（如fpcb等）将换能器连接起来，实现一定的曲折变化。其代表性结构如中国专利（CN103157594B）公开的一种柔性超声相控阵阵列换能器及制作方法，该换能器包括柔性压电陶瓷复合材料晶片、阻尼背材、匹配层、柔性线路板、同轴电缆线和探头接口，所述匹配层、柔性压电陶瓷复合材料晶片和阻尼背材依次粘接在一起形成声学叠层，柔性线路板与柔性压电陶瓷复合材料晶片连接，并从柔性线路板引出多芯同轴电缆线到探头接口。该类型柔性探头可以直接贴附在检测目标表面，可以适应不同曲率的目标，但无法适用于曲率连续变化较大的目标。此外，其成像时必须人工测量输入附着后的曲率、成像孔径、视场角等参数才能完成成像检测。

此外，也有类似如中国专利CN101152646A公开的一种柔性超声换能器阵列，该超声换能器阵列包括有数量不少于2的超声换能器单元，该柔性超声换能器阵列还包括有柔性层介质，超声换能器单元以阵列形式安置于该柔性介质中或表面，且柔性层介质形状可变从而贴合于超声治疗/超声成像对象的表面。因其中柔性超声换能器阵列能够贴合各种具有不同表面形状的身体部位，从而能够获得现有技术无法达到的超声治疗/超声成像的效果，并配有独立的形状扫描仪（光学）测量探头贴合附后的曲率，以供后期成像之用。但是该方法，其检测探头还是基于柔性介质，因此无法测量曲率连续变化较大的目标，其次，由于形状扫描仪需要单独配置扫描，增加了测试的难度，且有些位置如被遮挡后很难获取被检测目标的曲率。

总之，目前的柔性超声换能器主要存在以下问题：一、采用柔性基底，曲率变化有限，无法适用于曲率连续变化较大的情况；二、探头贴附在目标表面后，需要测量获取探头的曲率、视场角等参数，方能用于后期进行图像处理。但现有方法需要借助第三方形状扫描仪，且应用场景受限。