本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置及方法，該裝置包括超聲換能器陣列、離軸偏心輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與離軸偏心輪的軸承相連，通過(guò)軸承驅(qū)動(dòng)離軸偏心輪旋轉(zhuǎn)；離軸偏心輪通過(guò)樞軸連接超聲換能器陣列，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪的振蕩轉(zhuǎn)換成超聲換能器陣列的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)，且其內(nèi)置的待測(cè)物在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中接收m個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的n倍復(fù)用；其中，當(dāng)n＝2時(shí)，m＝2；當(dāng)n＞2時(shí)，m＝2n；本發(fā)明專利技術(shù)在不增加陣元數(shù)量和超聲陣列體積的情況下，有效提高了光聲成像的分辨率和清晰度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置及方法
本專利技術(shù)屬于光聲成像
，更具體地，涉及一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置及方法。
技術(shù)介紹
光聲成像是一種基于光聲效應(yīng)建立的一種成像方法。一般來(lái)說(shuō)，在光聲成像中需要用脈沖激光照射成像部位。一部分被吸收的光能將會(huì)被轉(zhuǎn)化為熱能，使附近的組織發(fā)生熱彈性膨脹，從而形成寬帶(兆赫茲級(jí))的超聲波發(fā)射。這一超聲波可以用超聲換能器檢測(cè)，而超聲換能器正是一般超聲造影中所用的主要探測(cè)器。要在一個(gè)比較大的面積內(nèi)獲得清晰的光聲影像，超聲換能器中的陣元數(shù)量必須足夠高。理想情況下，超聲換能器陣列的陣元間距應(yīng)為超聲波長(zhǎng)的一半。比如一臺(tái)3MHz的設(shè)備，聲速按1500m/s，那么相鄰的超聲陣元就需要0.5mm的間距，若超聲換能器陣列的周長(zhǎng)為660mm，那么就一共需要1320個(gè)超聲陣元。對(duì)于分辨率要求更高的成像系統(tǒng)，要選擇更短波長(zhǎng)的超聲波，因此需要的陣元數(shù)也將更多。超聲陣元數(shù)量的增加將大大提高超聲換能器陣列的制作難度和成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)提供了一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置及方法，其目的在于解決高成像分辨率需要更多的陣元數(shù)量以及更大的超聲陣列體積的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置，包括超聲換能器陣列、離軸偏心輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與離軸偏心輪的軸承相連，通過(guò)所述軸承驅(qū)動(dòng)離軸偏心輪旋轉(zhuǎn)；所述離軸偏心輪通過(guò)樞軸連接超聲換能器陣列，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪的振蕩轉(zhuǎn)換成所述超聲換能器陣列的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；該超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)，且其內(nèi)置的待測(cè)物在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中接收m個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的n倍復(fù)用；其中，當(dāng)n＝2時(shí)，m＝2；當(dāng)n＞2時(shí)，m＝2n。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置，當(dāng)n＝2或3時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置，當(dāng)n＝4或5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)四分之一旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，第一個(gè)四分之一周期與第三個(gè)四分之一周期具有相同的速度和加速度值，第二個(gè)四分之一周期與第四個(gè)四分之一周期具有相同的速度和加速度值，且第二個(gè)四分之一周期的加速度值為第一個(gè)四分之一周期對(duì)應(yīng)的加速度值的相反數(shù)。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置，當(dāng)n＞5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)旋轉(zhuǎn)四分之一周期內(nèi)以變化的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其中，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，第一個(gè)四分之一周期與第三個(gè)四分之一周期具有相同的速度和加速度值，第二個(gè)四分之一周期與第四個(gè)四分之一周期具有相同的速度和加速度值，且第二個(gè)四分之一周期的加速度值為第一個(gè)四分之一周期對(duì)應(yīng)的加速度值的相反數(shù)。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置，所述樞軸采用框架彈簧。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置還包括支撐軸承，超聲換能器陣列安裝在所述支撐軸承上，該支撐軸承用來(lái)支持超聲換能器陣列的軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用裝置，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。按照本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，還提供了一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用方法，其包括：驅(qū)動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且所述超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)；在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中，對(duì)超聲換能器陣列內(nèi)置的待測(cè)物施加m個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的n倍復(fù)用；其中，當(dāng)n＝2時(shí)，m＝2；當(dāng)n＞2時(shí)，m＝2n。超聲換能器陣列接收待測(cè)物在激光脈沖的作用下產(chǎn)生的超聲波并形成光聲影像。優(yōu)選的，上述超聲陣元復(fù)用方法，當(dāng)n＝2或3時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)n＝4或5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)旋轉(zhuǎn)四分之一周期內(nèi)以恒定值的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)n＞5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)旋轉(zhuǎn)四分之一周期內(nèi)以變化的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其中，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，第一個(gè)四分之一周期與第三個(gè)四分之一周期具有相同加速度，第二個(gè)四分之一周期與第四個(gè)四分之一周期的加速度為第一個(gè)四分之一周期對(duì)應(yīng)的加速度的相反數(shù)。總體而言，通過(guò)本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：本專利技術(shù)提供的適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置及方法，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)離軸偏心輪驅(qū)動(dòng)超聲換能器陣列旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪的振蕩轉(zhuǎn)換成超聲換能器陣列的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中對(duì)超聲換能器陣列內(nèi)部的待測(cè)物施加多個(gè)激光脈沖，且該超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的多倍復(fù)用，在不增加陣元數(shù)量和超聲陣列體積的情況下，有效提高了光聲成像的分辨率和清晰度。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的超聲陣元復(fù)用裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的超聲換能器陣列的旋轉(zhuǎn)位置示意圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的超聲換能器陣列的拉伸距離及其映射在正弦函數(shù)圖像上的分布示意圖；在所有附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征，具體為：1-超聲換能器陣列；2-支撐軸承；3-樞軸；4-電機(jī)旋轉(zhuǎn)中心；5-離軸偏心輪；6-偏心輪支架；7-軸承。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。圖1是本實(shí)施例提供的適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)圖1，該超聲陣元復(fù)用裝置包括超聲換能器陣列1、離軸偏心輪5和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖中未顯示)；其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與離軸偏心輪5的軸承7相連，通過(guò)軸承7驅(qū)動(dòng)離軸偏心輪5旋轉(zhuǎn)；離軸偏心輪5通過(guò)樞軸3連接超聲換能器陣列1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪5的振蕩轉(zhuǎn)換成超聲換能器陣列1的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，超聲換能器陣列1一般安裝在支撐軸承2上，在支撐軸承2的支持下超聲換能器陣列1實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該支撐軸承2可以是球軸承或滾子軸承，可以旋轉(zhuǎn)一整周的軸承或者在一個(gè)角度做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸承均可，本實(shí)施例不做具體限制。超聲換能器陣列1的旋轉(zhuǎn)搖擺運(yùn)動(dòng)通過(guò)與之相連接的離軸偏心輪5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，離軸偏心輪5安裝在偏心輪支架6上，通過(guò)樞軸3直接或間接地與超聲換能器陣列1連接，在一個(gè)具體的示例中，樞軸3是由加固的框架彈簧制成的矩形框架。離軸偏心輪5可以用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，包括超聲換能器陣列、離軸偏心輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；/n所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與離軸偏心輪的軸承相連，通過(guò)所述軸承驅(qū)動(dòng)離軸偏心輪旋轉(zhuǎn)；所述離軸偏心輪通過(guò)樞軸連接超聲換能器陣列，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪的振蕩轉(zhuǎn)換成所述超聲換能器陣列的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；/n所述超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)，且其內(nèi)置的待測(cè)物在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中接收m個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的n倍復(fù)用；其中，當(dāng)n＝2時(shí)，m＝2；當(dāng)n＞2時(shí)，m＝2n。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于光聲成像系統(tǒng)的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，包括超聲換能器陣列、離軸偏心輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與離軸偏心輪的軸承相連，通過(guò)所述軸承驅(qū)動(dòng)離軸偏心輪旋轉(zhuǎn)；所述離軸偏心輪通過(guò)樞軸連接超聲換能器陣列，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)離軸偏心輪的振蕩轉(zhuǎn)換成所述超聲換能器陣列的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
所述超聲換能器陣列在由激光脈沖的重復(fù)率定義的相同時(shí)間間隔下以相等的角度旋轉(zhuǎn)，且其內(nèi)置的待測(cè)物在超聲換能器陣列的單個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期中接收m個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)超聲換能器陣列的陣元的n倍復(fù)用；其中，當(dāng)n＝2時(shí)，m＝2；當(dāng)n＞2時(shí)，m＝2n。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，當(dāng)n＝2或3時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，當(dāng)n＝4或5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)旋轉(zhuǎn)四分之一周期內(nèi)以恒定值的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
其中，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，第一個(gè)四分之一周期與第三個(gè)四分之一周期具有相同加速度，第二個(gè)四分之一周期與第四個(gè)四分之一周期的加速度為第一個(gè)四分之一周期對(duì)應(yīng)的加速度的相反數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，當(dāng)n＝4時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒定的加速度的計(jì)算方式如下：
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的第一個(gè)四分之一周期中，若令θ1＝0，超聲換能器陣列還需要2個(gè)有相同間隔的旋轉(zhuǎn)位置，記為θ2、θ3；
將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度換算為超聲換能器陣列的旋轉(zhuǎn)角度，得到下式：
其中，k為常數(shù)；
每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的時(shí)刻：
相鄰兩個(gè)激光脈沖的時(shí)間間隔T＝Δt/2；
第一個(gè)四分之一周期的加速度a1和速度v1由接近θ＝π/2時(shí)的條件(3)和(4)定義：
3sinθ2＝sinθ3(4)
聯(lián)合求解式(3)，(4)，得到θ2,θ3,v1,a1。
5.如權(quán)利要求3所述的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，當(dāng)n＝5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒定的加速度的計(jì)算方式如下：
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的第一個(gè)四分之一周期中，若令θ1＝0，超聲換能器陣列還需要2個(gè)有相同間隔的旋轉(zhuǎn)位置，記為θ2、θ3；
將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度換算為超聲換能器陣列的旋轉(zhuǎn)角度，得到下式：
其中，k為常數(shù)；
每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的時(shí)刻：
一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的總時(shí)間：
相鄰兩個(gè)激光脈沖的時(shí)間間隔T＝2Δt/5；
第一個(gè)四分之一周期的的加速度a1和速度v1由接近θ＝π/2時(shí)的條件(7)和(8)定義：
2sinθ2＝sinθ3(8)
聯(lián)合求解式(7)，(8)，得到θ2,θ3,v1,a1。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲陣元復(fù)用裝置，其特征在于，當(dāng)n＞5時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)在每個(gè)旋轉(zhuǎn)四分之一周期內(nèi)以變化的加速度旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)超聲換能器陣列進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
其中，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單個(gè)旋轉(zhuǎn)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉凱，劉民，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢和視光聲科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42
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