CN211066546U - 一种超声探测装置及医学成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声探测装置及医学成像系统，包括超声换能器以及用于容置超声换能器的容器，容器内部充填有超声耦合剂且其工作面上具有开口；开口的表面铺设有透明柔性薄膜，该柔性薄膜响应于柔性薄膜两侧的压力差而向靠近超声换能器的方向均匀拉伸，产生一个可容纳人体受检部位的凹陷空腔且该凹陷空腔的深度可以调节以匹配不同尺寸的受检部位；本实用新型采用压力控制对柔性薄膜进行均匀拉伸，在拉伸过程中柔性薄膜的厚度逐渐变薄，拉伸后的柔性薄膜厚度均匀，不会对光照或声信号造成不可忽略的衰减而影响成像效果；柔性薄膜有效隔绝了容器内的超声耦合剂和受检部位，无需为不同的患者更换超声耦合剂，不会造成不同受检者之间的交叉感染。

Description

一种超声探测装置及医学成像系统

技术领域

本实用新型属于超声成像技术领域，更具体地，涉及一种超声探测装置及医学成像系统，适用于人体凸起部位的光声断层成像和超声断层成像。

背景技术

超声成像方法(包含超声成像及光声成像等)目前已经成为医学诊断的一种重要手段，超声探测依赖于用超声换能器接收超声波信号。当超声波入射到两种不同媒介的分界面上时，二者的声学阻抗相差越大，反射系数越大，超声波穿过界面进入另一种媒介的能量越少。如果超声换能器与受检部位之间有空气间隔，或者直接“干接触”，超声探头和受检部位之间的空气层会起到强烈的反射作用，使得超声波无法有效地传播。在超声成像过程中，超声信号需要用超声耦合剂来作为媒介，以减少超声反射，增加超声透射。对用于某些人体组织(例如乳房)的光声断层和超声断层成像来说，换能器阵列尺寸比较大，因此换能器表面和人体皮肤表面有一定的距离，这时就需要较大量的超声耦合剂；常见的耦合剂包括水和超声耦合凝胶等，在安装了超声换能器的装置内部灌装超声耦合剂，然后人体受检部位放入超声耦合剂中，以便让超声换能器接收到组织的光声或超声信号。

当不同受检者用同一台装置成像时，如果没有合适的隔绝和消毒措施，就容易造成不同受检者之间的交叉感染，且会污染超声换能器。为了解决这一问题，一般常采用的做法是在超声耦合剂(如水)中加入消毒剂，但是长期使用消毒剂会造成超声换能器表面的腐蚀，降低超声成像的性能；或者为不同的受检者都更换超声耦合剂，但当受检者人数很多时，频繁更换超声耦合剂不仅增加等待时间，也造成了超声耦合剂的浪费，而且超声换能器表面也仍然存在污染和腐蚀的风险。还有一种解决办法即是在受检部位和超声耦合剂之间放置隔离层，比如直接在受检部位表面贴上一层隔离膜，然后再将受检部位置入超声换能器之间进行检测，但是这种方法存在一个更加明显的问题：一般隔离层的厚度都不满足光声或超声断层成像的要求，在检测时会对光照或声信号进行衰减，严重影响超声成像的效果。更重要的是，这种直接贴在受检部位的隔离膜容易因为产生褶皱而导致厚度不均，影响超声或光声信号的均匀传播，造成成像质量下降。

实用新型内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种超声探测装置及医学成像系统，在包含超声换能器的容器开口处的表面铺设柔性薄膜，并在该柔性薄膜的两侧形成压力差以均匀拉伸柔性薄膜使其发生变形，产生一个可容纳人体受检部位的凹陷空腔，使受检部位足以探入充满超声耦合剂的容器内，以便让超声换能器接收到受检部位的光声或超声信号；柔性薄膜不仅有效隔绝了容器内的超声耦合剂和受检部位，最重要的是，柔性薄膜在拉伸过程中其厚度逐渐变薄，并且柔性薄膜受到的压力差在各方向上具有均一性，因此拉伸后的柔性薄膜厚度均匀，不会因为对信号造成不均匀的衰减而影响成像效果；其目的在于解决现有的超声探测装置存在的容易造成不同受检者之间的交叉感染且会污染超声换能器的问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种超声探测装置，包括超声换能器以及用于容置所述超声换能器的容器，所述容器的内部充满超声耦合剂且其工作面上具有开口；

所述开口的表面铺设有柔性薄膜，所述柔性薄膜响应于该柔性薄膜两侧的压力差而向靠近超声换能器的方向均匀拉伸，产生一个可容纳受检部位的凹陷空腔且所述凹陷空腔的深度可以调节以匹配不同尺寸的受检部位。

优选的，上述超声探测装置，产生凹陷空腔后的柔性薄膜对可见光和近红外区域的光照的衰减小于5％，和/或厚度小于10微米。

优选的，上述超声探测装置还包括一用于产生所述压力差的移动部件，所述柔性薄膜的变形程度取决于所述移动部件的移动距离，通过改变所述移动距离来调节凹陷空腔的深度。

优选的，上述超声探测装置，其移动部件为嵌入容器内部的筒状物，通过调节所述筒状物在容器内部的嵌入长度使柔性薄膜发生变形。

优选的，上述超声探测装置，其移动部件包括与所述容器连通的腔体以及设置在所述腔体内部且与腔体的内壁形成密封配合的拉杆；通过调节所述拉杆在腔体内部的位置使柔性薄膜发生变形。

优选的，上述超声探测装置还包括设置在容器壁上的密封环，通过所述密封环将筒状物与容器的接触面进行密封。

优选的，上述超声探测装置还包括设置在开口四周的薄膜固定件，所述薄膜固定件将柔性薄膜固定在开口边缘，避免柔性薄膜在变形过程中发生移动。

优选的，上述超声探测装置，其薄膜固定件为卡扣结构。

优选的，上述超声探测装置，其凹陷空腔的内壁涂覆有超声耦合剂。

优选的，上述超声探测装置还包括与所述移动部件相连的动力源，所述动力源带动移动部件产生机械移动。

按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种医学成像系统，包括光学激发装置、图像重构装置以及上述超声探测装置，该超声探测装置与图像重构装置电连接；

超声探测装置将采集的受检部位的光声信号转换为电信号并发送给图像重构装置，图像重构装置根据该电信号将其对应的光声信号重构为光声图像并进行显示。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列

有益效果：

(1)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，采用气压控制对柔性薄膜进行拉伸，柔性薄膜在拉伸过程中的厚度逐渐变薄，并且柔性薄膜在超声耦合剂中受到的压力差在各方向上具有均一性，因此拉伸后的柔性薄膜厚度均匀，不会因为对光照或声信号造成不可忽略的衰减或不均匀的折射而影响成像效果；并且柔性薄膜有效隔绝了容器内的超声耦合剂和受检部位，无需为不同的患者更换超声耦合剂，不会造成不同受检者之间的交叉感染，也不会污染超声换能器；

(2)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，采用气压控制对柔性薄膜进行拉伸，使柔性薄膜在超声探测装置原位上一次成型形成匹配受检部位的形状例如半球形凹陷空腔，不需要从其他额外装置转移到成像仪器上，既节省时间，避免移动导致的形变，又可以减少额外接触造成污染的风险；

(3)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，成型后的凹陷空腔可以匹配受检部位的形状，符合人体工程学，并且柔性薄膜对于人体皮肤具有良好的触感；凹陷空腔不仅支撑起待测人体组织(比如乳房)，还起到稳定固定的作用，减少成像时的运动伪影；

(4)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，半球形凹陷空腔的弧度和深度可以通过移动部件的移动工具里进行控制，因此对于不同尺寸的人体组织都具有适用性；

(5)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，拉伸后的柔性薄膜不仅适用于光声断层和超声断层成像，对于一般的光声显微成像和超声成像也同样适用；

(6)本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，柔性薄膜可以选用例如普通的食品保鲜膜(包括聚乙烯、聚氯乙烯膜等高聚物材质)，成本极低，特别适于一次性使用，避免不同受检者之间的交叉感染；且食品保鲜膜具有良好的生物安全性，无毒无味，排斥微生物和细菌，因此人体皮肤接触的安全性得到可靠的保障。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的超声探测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的柔性薄膜原位成型后的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的超声探测装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的柔性薄膜原位成型后的结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-容器；2-超声耦合剂；3-超声换能器阵列；4-薄膜固定件；5-橡胶密封环；6-圆筒；7-高聚物薄膜；8-凹陷空腔；9-乳房；10-腔体；11-拉杆。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型所提供的一种超声探测装置，包括超声换能器以及用于容置该超声换能器的容器，该容器的内部充满超声耦合剂且其顶部具有开口；开口的表面铺设有柔性薄膜，该柔性薄膜可响应于柔性薄膜两侧的压力差而向靠近超声换能器的方向发生变形，产生一个可容纳受检部位的凹陷空腔且该凹陷空腔的深度不小于超声换能器与开口之间的垂直距离；受检部位通过凹陷空腔即可探入充满超声耦合剂的容器内，以便让超声换能器接收到受检部位的光声或超声信号；柔性薄膜有效隔绝了容器内的超声耦合剂和受检部位，无需为不同的患者更换超声耦合剂，不会造成不同受检者之间的交叉感染，也不会污染超声换能器；同时柔性薄膜不影响光声和超声成像的结果。

下面结合实施例和附图对本实用新型提供的超声探测装置的结构和工作原理进行详细说明。

实施例一

图1是本实施例一提供的超声探测装置的结构示意图，如图1所示，该超声探测装置包括灌满超声耦合剂2的容器1，容器1内部固定安装有超声换能器阵列3，本实施例优先采用多个超声换能器呈环状排列构成超声换能器阵列3，该超声换能器阵列3可以上下移动，每移动到每一个位置即采集受检部位在该位置处的横截面的超声信号，实现一个横截面的二维成像，通过上下移动超声换能器阵列3的位置来实现受检部位的三维成像。

超声耦合剂2的主要作用是传导超声信号，本实施例中采用水作为耦合剂；容器1的顶部设有开口，在开口的表面铺设了高聚物薄膜7，容器1的底部安装圆筒6，该圆筒6嵌入容器1内部并可进行机械移动；为了提高密闭性，本实施例优选在容器1和圆筒6的接触面上设置了橡胶密封环5，圆筒6能够隔绝下方的空气和容器1里的水，橡胶密封环5保证水密性；本实施例中圆筒6由透明塑料制成，当然也可以采用其他材料进行替代；由于高聚物薄膜7本身就具有一定的粘性，可以直接利用其粘附性直接将高聚物薄膜7铺设在开口表面；但为了更好地对高聚物薄膜7进行固定，避免其在后续变形过程中发生移动，本实施例优选采用薄膜固定件4对高聚物薄膜7作进一步固定，薄膜固定件4为常见的卡扣结构；

高聚物薄膜7固定好之后，容器1就成为一个封闭的环境，当圆筒6在外力作用下往下移动时，容器1内部的水压降低，由于水密性导致高聚物薄膜7上方的气压对高聚物薄膜7施加作用力，使其向下形成半球形的凹陷空腔8，凹陷空腔8的体积等于圆筒6向下移动导致的空位体积。图2是本实施例提供的柔性薄膜原位成型后的结构示意图；此时受检者就可以卧躺，将乳房9置于半球形的凹陷空腔8内部，凹陷空腔8的深度可以通过圆筒6的移动距离来控制，圆筒6的移动距离越大，凹陷空腔8的深度越大，因此对不同尺寸的待检部位都可以适用。一般来说，凹陷空腔8的深度可以在几厘米至几十厘米之间变化。

在成型后的高聚物薄膜7和受检部位的皮肤之间还存在一些空气缝隙，因此本实施例在完成高聚物薄膜7原位成型后，在半球形凹陷空腔8的内壁上涂覆适量的超声耦合剂，以便在受检部位放置于半球形凹陷空腔8之后，上述超声耦合剂能完全填充皮肤和高聚物薄膜7之间的缝隙，使得光声和超声信号能无阻碍的从人体内部传播到超声换能器表面。在受检者成像完成之后，让圆筒6回复到原来的位置，解开薄膜固定件4，拿掉高聚物薄膜7，然后更换一张新的高聚物薄膜7，准备给下一位的受检者使用。

实施例二

图3是本实施例二提供的超声探测装置的结构示意图，该超声探测装置的结构与实施例一的区别在于，采用一个类似注射器的结构件替代实施例一中的圆筒6，如图3所示，该类似注射器的结构件包括与容器1连通的腔体10，以及设置在该腔体10内部且与腔体10的内壁形成密封配合的拉杆11；该拉杆11可在腔体10内部进行移动；

高聚物薄膜7固定好之后，容器1构成一个封闭的环境，当拉杆11在外力作用下进行移动时，将容器1内部的水往外抽出至腔体10中，从而使容器1内部的水压降低，由于水密性导致高聚物薄膜7上方的气压对高聚物薄膜7施加作用力，使其向下形成半球形的凹陷空腔8，凹陷空腔8的体积等于进入腔体10内部的水的体积。图4是本实施例提供的柔性薄膜原位成型后的结构示意图；此时受检者就可以卧躺，将乳房9置于半球形的凹陷空腔8内部，以便让超声换能器接收到乳房9部位的光声或超声信号，进行检测并成像。

在受检者成像完成之后，控制拉杆11反方向移动，将腔体10中的水挤回容器1中，解开薄膜固定件4，拿掉高聚物薄膜7，然后更换一张新的高聚物薄膜7，准备给下一位的受检者使用。

上述两个实施例中，圆筒6或拉杆11可以直接通过手动控制来实现机械移动，本实施例优选采用电机自动控制，将圆筒6或拉杆11与电机相连，启动电机后，由电机带动圆筒6或拉杆11发生移动。

高聚物薄膜7可以选用普通的食品保鲜膜(包括聚乙烯、聚氯乙烯膜等高聚物材质)，成本极低，特别适于一次性使用，避免不同受检者之间的交叉感染。且食品保鲜膜具有良好的生物安全性，无毒无味，排斥微生物和细菌，因此人体皮肤接触的安全性得到可靠的保障。

当本装置用于光声断层成像时，该高聚物薄膜7对光照的透过率是主要考虑因素，透过率越高，则对光照的衰减越弱，因此高聚物薄膜7必须选用透明薄膜；当本装置用于超声断层成像时，高聚物薄膜7的透过率大小对声信号的传播影响不大，因此可以采用带有颜色的柔性薄膜。

高聚物薄膜7在拉伸过程中的厚度逐渐变薄，并且高聚物薄膜7在水中受到的压力差在各方向上具有均一性，因此拉伸后的高聚物薄膜7厚度均匀，不会因为对光照或声信号造成不可忽略的衰减或不均匀的折射而影响成像效果；本实施例采用气压控制对高聚物薄膜7进行拉伸，形成半球形的凹陷空腔8，拉伸后的高聚物薄膜7更薄，本实施例中拉伸后的高聚物薄膜7的厚度小于10微米，优选小于5微米，因此对于光照和声信号更为透明，该薄膜对可见光和近红外区域的光照的衰减不到5％；对于声信号，小于10微米的厚度远小于常用超声信号(中心频率一般小于15MHz)对应的半波长，因此对于声信号也是透明的；因此，本实施例拉伸后的高聚物薄膜7不会对光照或声信号造成衰减，该装置适用于人体组织的光声成像和超声成像。

采用气压控制对高聚物薄膜7进行拉伸，使高聚物薄膜7在装置原位上一次成型形成完美的半球形凹陷空腔，不需要从其他额外装置转移到成像仪器上，既节省时间，避免移动导致的形变，又可以减少额外接触造成污染的风险；另外，半球形凹陷空腔匹配人体乳房组织形状，符合人体工程学，并且弹性薄膜对于人体皮肤具有良好的触感；成型后的半球形凹陷空腔不仅支撑起待测人体组织(比如乳房)，还起到稳定固定的作用，减少成像时的运动伪影。凹陷空腔的弧度和深度可以通过圆筒的位置进行控制，因此对于不同尺寸的人体组织都具有适用性。

实施例三

本实施例提供了一种医学成像系统，包括光学激发装置、图像重构装置以及实施例一或实施例二中的超声探测装置，该超声探测装置与图像重构装置电连接；

其中，光学激发装置主要用于发出超声或光声信号并照射到受检部位上；超声或光声信号被受检部位吸收并转换成瞬态的热能，随后由于热弹性膨胀而发出超声波；

超声探测装置采集受检部位的超声波信号，将超声波信号转换为电信号并发送给图像重构装置，图像重构装置根据该电信号将其对应的超声波信号重构为光声图像，得到受检部位的光声图像并进行显示。

本实用新型提供的一种超声探测装置及医学成像系统，采用气压控制对柔性薄膜进行拉伸，柔性薄膜在拉伸过程中的厚度逐渐变薄，并且柔性薄膜在超声耦合剂中受到的压力差在各方向上具有均一性，因此拉伸后的柔性薄膜厚度均匀，不会因为对光照或声信号造成衰减而影响成像效果；并且柔性薄膜有效隔绝了容器内的超声耦合剂和受检部位，无需为不同的患者更换超声耦合剂，不会造成不同受检者之间的交叉感染，也不会污染超声换能器，延长器件的使用寿命，节约成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声探测装置，包括超声换能器以及用于容置所述超声换能器的容器，所述容器的内部充填有超声耦合剂且其工作面上具有开口；其特征在于，

所述开口的表面铺设有柔性薄膜，所述柔性薄膜可响应于该柔性薄膜两侧的压力差而向靠近超声换能器的方向均匀拉伸，产生一个可容纳受检部位的凹陷空腔且所述凹陷空腔的深度可以调节，以匹配不同尺寸的受检部位。

2.如权利要求1所述的超声探测装置，其特征在于，拉伸产生凹陷空腔后的柔性薄膜对可见光和近红外区域的光照的衰减小于5％，和/或厚度小于10微米。

3.如权利要求1或2所述的超声探测装置，其特征在于，还包括一用于产生所述压力差的移动部件，通过改变所述移动部件的移动距离来调节凹陷空腔的深度。

4.如权利要求3所述的超声探测装置，其特征在于，所述移动部件为嵌入容器内部的筒状物，通过调节所述筒状物在容器内部的嵌入长度使柔性薄膜发生变形。

5.如权利要求4所述的超声探测装置，其特征在于，所述移动部件包括与所述容器连通的腔体以及设置在所述腔体内部且与腔体的内壁形成密封配合的拉杆；通过调节所述拉杆在腔体内部的位置使柔性薄膜发生变形。

6.如权利要求5所述的超声探测装置，其特征在于，还包括设置在容器壁上的密封环，通过所述密封环将筒状物与容器的接触面进行密封。

7.如权利要求5或6所述的超声探测装置，其特征在于，还包括设置在开口四周的薄膜固定件，所述薄膜固定件将柔性薄膜固定在开口边缘，避免柔性薄膜在变形过程中发生移动。

8.如权利要求7所述的超声探测装置，其特征在于，所述凹陷空腔的内壁涂覆有超声耦合剂，以填充柔性薄膜与受检部位之间的空气间隙。

9.如权利要求8所述的超声探测装置，其特征在于，还包括与所述移动部件相连的动力源，所述动力源带动移动部件产生机械移动。

10.一种医学成像系统，包括光学激发装置和图像重构装置，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的超声探测装置，所述超声探测装置与图像重构装置相连。

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