一种经尿道的前列腺超声诊断仪及换能器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及前列腺诊断仪，特别涉及一种经尿道的前列腺超声诊断仪及换能 器。
【背景技术】
[0002] 前列腺位于膀胱下方并围绕尿道的起始部分，其最大横径约4cm，前后径2cm，上 下径3~4cm ;尿道直径约5mm。受限于尿道的直径，目前医院使用的前列腺超声诊断方式 通常有经腹壁扫查方法、经直肠法、经会阴法。这些方法都要被其它较厚的人体组织阻隔。 目前离前列腺最近、频率最高的超声检查方法是经直肠检查，如图12所示，将经直肠的超 声探头7经过直，6进入前列腺5,超声波需要经过直肠壁、前列腺和直肠交界面从前列腺一 侧进入前列腺，为了保证超声信号的穿透能力，其工作频率通常在6. 5MHz左右。
[0003] 医疗超声检测的轴向分辨率可以表示为：Ra = l/2*c*n/f (其中c表示声速、η表 示脉冲周期、f表示中心频率），在6. 5MHz时约为346um(l/2*1500m*Hz/6. 5ΜΗζ*3)。
[0004] 医疗超声检测的横向分辨率可以表示为：R1 = F#*c/f (其中c表示声速、η表示脉 冲周期、F#表示成像距离与探头孔径的比值），在6. 5MHz时约为2307um(4cm/4mm*1500m*H z/6. 5MHz)。
[0005] 现有的医疗超声检测的分辨率都比较低，可能会影响临床检测的准确性，因此，有 必要提出一种提尚分辨率的超声检测系统。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提出一种经尿道的前列腺超声诊断 仪及换能器，其利用超声导管将体内超声换能器经尿道传送到前列腺待测部位，有效减小 了检测距离，可以有效提高工作频率，进而提高其轴向分辨率和横向分辨率，确保临床检测 的准确性。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型是通过如下技术方案实现的：
[0008] 本实用新型提供一种经尿道的前列腺超声诊断仪，其包括：
[0009] 超声导管，所述超声导管的前端安装有前列腺内超声换能器；所述超声导管的直 径为〇· 5mm~5mm ;所述前列腺内超声换能器的中心频率为10MHz~100MHz，所述超声导管 用于经尿道将所述前列腺内超声换能器送入前列腺待测部位；
[0010] 回撤/驱动装置；
[0011] 以及电子成像系统，其上装载有重建图像的电子部件；其中：
[0012] 所述超声导管的后端与所述回撤/驱动装置相连；所述回撤/驱动装置与所述电 子成像系统相连。
[0013] 本实用新型的前列腺内超声换能器为微型传感器，可经尿道（直径一般小于5_) 进入前列腺部位。所述回撤/驱动装置先由导丝将超声导管送至前列腺部位，然后缓慢回 撤超声导管进行超声检查，就可以在电子成像系统的显示屏上看到一系列的前列腺横断面 图像和三维图像，辅助临床医生对前列腺内病变进行诊断，通过其成像图像也可以引导医 生进行手术或做活体组织检查。
[0014] 本实用新型将超声换能器经尿道送入前列腺部位，缩短了检测距离，降低了前列 腺成像环境的散射强度；频率越高单位距离的衰减越大，为了保证信号的强度，频率与成像 距离成反比；因此检测距离缩短之后，可以提高工作频率，进而提高超声前列腺检测图像的 分辨率，使临床检测更准确。
[0015] 较佳地，所述前列腺内超声换能器为单波束超声换能器或圆柱型阵列超声换能 器；
[0016] 当所述前列腺内超声换能器为单波束超声换能器时，所述前列腺内超声换能器在 所述超声导管的作用下360度旋转；
[0017] 当所述前列腺内超声换能器圆柱型阵列超声换能器时，所述前列腺内超声换能器 包括多个沿圆柱面360度分布的超声换能单元。
[0018] 本实用新型所述的超声导管的设计主要有两种：机械旋转式和电子相控阵式。机 械旋转式是通过单个阵元的换能器在360度范围内的旋转，并发射超声波，同时将前列腺 截面反射回的声波采集，通过图像处理，得到前列腺横截面图像，此时回撤装置将兼有驱动 换能器旋转的功能。电子相控阵式的换能器呈圆柱型排列，无需旋转，利用电子延迟激励的 方法，将前列腺截面反射回的声波采集，图像处理后得到前列腺横截面图像。
[0019] 与这两种设计相对应的换能器有两种，分别为：（1)单波束的单阵元平面换能器、 单波束的单阵元曲面换能器（如图1所示）；（2)单波束的多阵元环状换能器（如图6、如 图7、如图8所示）、圆柱型阵列的换能器（如图2所示）。
[0020] 较佳地，所述前列腺内超声换能器为前列腺内超声聚焦换能器，可以通过对超声 换能器的自身结构进行改进使其具有聚焦功能，也可在超声换能器的前端加聚焦单元。
[0021] 医疗超声检测的声强度定义为单位面积上的声能量，即等于总能W和波束面积的 比：
[0023] 显然，对于给定的声功率，减小波束面积S，便能增加声强度I，从而提高成像检测 的信噪比。
[0024] 对于给定的空间角(1Ω，超声散射声强度是 对空 间的体积积分。其中Sv是体积散射系数。dv是散射体积元，定义为
，其中： r是超声换能器到目标的距离，c是声速，τ是脉冲长度；b(4梦)和祷分别为发射和接 收的指向角因子，其原理如图3所示。
[0025] 不难看出，减小指向角因子b(民勿和将直接提高成像检测的分辨率。当 前列腺内超声换能器具有聚焦功能时，不仅减小了指向角因子b貌f)和b'(6^h提高了成 像检测的分辨率；同时也减小了散射体积dv，进一步降低了前列腺内环境的散射强度，从 而提高了成像检测的信噪比（信号散射噪声比），提高了成像的清晰度，即图像的质量。
[0026] 本实用新型聚焦超声技术的实现按实现的方法可分为：（1)机械结构聚焦；(2)电 子聚焦。机械结构聚焦又可以分为整体声学结构聚焦和声透镜聚焦。
[0027] 较佳地，所述前列腺内超声换能器包括依次紧密连接的背衬层、压电层及声匹配 层；其中：
[0028] 所述背衬层和/或所述压电层和/或所述声匹配层具有机械曲面，其是采用整体 声学结构聚焦技术来实现聚焦，所述机械曲面的曲率半径根据预定的焦距f确定，聚焦因 子K定义为焦距f和换能器孔径d的比，即：K = f/d，孔径d的尺寸可根据预定的聚焦因子 K和焦距f来确定。
[0029] 较佳地，所述前列腺内超声换能器包括依次紧密连接的背衬层、压电层声、匹配层 及声透镜；其中：
[0030] 所述声透镜具有机械曲面，其是声透镜聚焦，其曲率半径根据预定的焦距f确定， 聚焦因子K定义为焦距f和换能器孔径d的比，即：K = f/d，孔径d的尺寸可根据预定的聚 焦因子K和焦距f来确定。
[0031] 较佳地，所述声透镜为平凸或平凹透镜。
[0032] 较佳地，所述前列腺内超声聚焦换能器包括多个超声换能单元以及多个延时电 路，其是电子聚焦；其中：
[0033] 每个所述超声换能单元连接一个所述延时电路，用以补偿声波从焦点到各超 声换能单元的声程差所引起的时间差，声程差和时间差根据预定的中心距离差来确 定；第i个超声换能单元到中心轴线的距离SDi，由中心距离差01引入的声程差为：
时间差1\为：
f为 焦距，C为声速。
[0034] 较佳地，所述多个超声