三维超声断层成像装置

1.本发明涉及超声成像技术领域，具体涉及一种三维超声断层成像装置。


背景技术：

2.超声断层成像是一种根据穿透组织的声波信号来反演组织内部声学特性的成像技术，能有较高的精度与空间分辨率。目前超声断层成像主要分为透射型和反射型两种，透射型的超声断层成像主要是利用穿透生物组织的声波信号重建图像，可以反应出组织的声速度或者是声衰减特性；反射型的超声断层成像是利用经生物组织反射回来的声波信号进行重建，可以反应出组织的声阻抗特性。由于一般情况下正常生物组织和病变组织的声速差距较大，故可应用在早期肿瘤的诊断当中。
3.在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：超声断层成像过程中需要使用到超声换能器来采集数据，但当换能器被固定时，只能采集某一固定断面的数据，可在实际应用当中，我们需要采集乳腺不同断面的数据。图像的最终成像质量受换能器阵元个数影响，一般来说换能器的阵元数越多，成本和制造难度也就越大，我们希望能在不增加阵元个数的情况下提升图像质量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种三维超声断层成像装置，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种三维超声断层成像装置，所述装置包括换能器、升降平台、旋转平台、信号发射模块、信号接收模块和信号处理模块；其中，
6.换能器，用于产生和接收声波信号；
7.升降平台，用于对所述换能器进行上下运动的控制；
8.旋转平台，用于对所述换能器进行旋转运动的控制；
9.信号发射模块，用于激励换能器阵元产生声波信号；
10.信号接收模块，用于接收来自换能器阵元的声波信号；
11.信号处理模块，用于重建接收到的声波信号，进行成像。
12.其中，所述升降平台包括升降平台基座、升降平台电机、升降平台推杆和升降平台线性轴承导向导轨，其中，所述升降平台电机控制所述升降平台推杆上下移动，从而带动所述换能器的上下移动。
13.其中，所述装置还包括升降平台转接板，作为所述升降平台的转接平台，通过螺钉与所述升降平台紧固连接。
14.其中，所述旋转平台包括旋转平台基座、旋转平台电机和旋转平台板，其中，通过所述旋转平台电机控制所述旋转平台板绕中心旋转，从而带动所述换能器的旋转运动。
15.其中，所述装置还包括旋转平台转接板和水箱，所述旋转平台转接板作为所述旋转平台与所述水箱和所述换能器的转接平台，所述旋转平台转接板通过螺钉与所述旋转平
台连接。
16.其中，所述信号发射模块和信号接收模块可以结合为一个模块为并行信号收发系统，支持激励换能器阵元产生声波信号，并接收来自换能器阵元的声波信号。
17.其中，所述信号处理模块为计算机，计算机可向信号发射模块发送指令并接收来自信号接收模块的信号，并通过该信号进行重建成像。
18.其中，所述装置还包括控制箱，计算机发送指令经由控制箱控制升降平台电机与旋转平台电机。
19.其中，所述换能器通过螺钉与水箱进行紧固连接。
20.其中，所述换能器通过螺钉安装在装置底部的成像系统基座上。
21.其中，所述成像系统基座通过螺钉紧固连接在铝型材框架上。
22.其中，所述铝型材框架包括铝型材连接头、螺钉和铝型材，所述铝型材框架安装有六个万向轮。
23.其中，所述铝型材框架上安装有侧盖板、前盖板、上盖板和换能器盖板，所述前盖板上开有一个空洞，用于控制所述升降平台和所述旋转平台和所述换能器的线缆由装置内部连出到装置外部。
24.基于上述技术方案可知，本发明的三维超声断层成像装置相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
25.1.本发明采用升降平台控制换能器的上下移动，有效实现对样品不同断面的成像。
26.2.本发明采用旋转平台控制换能器的旋转运动，在不增加换能器阵元数的情况下，有效实现高密度信号采样。例如原先换能器有256个阵元，当一次采集256组数据后，将换能器旋转0.7031
°
，便能在与原先阵元错位0.7031
°
时采集数据，从而实现512阵元换能器的效果。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的升降旋转平台部件侧视图；
28.图2是本发明实施例提供的升降旋转平台部件半剖图；
29.图3是本发明实施例提供的升降旋转平台部件俯视图；
30.图4是本发明实施例提供的升降旋转平台部件45
°
斜视图；
31.图5是本发明实施例提供的超声断层成像装置框架；
32.图6是本发明实施例提供的超声断层成像装置整体图；
33.图7是本发明实施例提供的超声断层成像装置系统框图。
34.上述附图中，附图标记的含义如下：
35.1、升降平台；101、升降平台基座；102、升降平台电机；
36.103、升降平台推杆；104、升降平台线性轴承导向导轨；
37.2、升降平台转接板；3、m6内六角转接板螺钉；4、立柱；
38.5、m6内六角立柱螺钉；6、旋转平台；601、旋转平台基座；
39.602、旋转平台电机.；603、旋转平台板；7、旋转平台转接板；
40.8、水箱；9、换能器；10、m6内六角旋转台螺钉；
41.11、m6内六角转接板螺钉；12、m12螺堵；13、m6开槽沉头螺钉；
42.14、万向轮；15、铝型材框架；1501、铝型材连接头；
43.1502、m8螺钉；1503、铝型材；16、基座用m6螺钉；
44.17、成像系统基座；18、侧盖板；19、前盖板；20、上盖板；
45.21、换能器盖板；22、m6基座连接螺钉。
具体实施方式
46.本发明有以下两个目的：1)解决换能器在固定条件下只能对一个断面进行成像的问题，实现对同一物体不同断面的成像。2)在不增加换能器阵元数的情况下，解决超声断层成像中的稀疏采样问题，实现高密度信号采样，提升图像质量。
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
48.如图1-图4所示，分别为升降旋转平台部件侧视图、半剖图、俯视图和45
°
斜视图。
49.为解决换能器只能对一个断面进行成像的问题，我们使用升降平台1对换能器进行上下运动的控制。升降平台1是由升降平台基座101、升降平台电机102、升降平台推杆103和升降平台线性轴承导向导轨104四个零件组合而成的部件，通过升降平台电机102控制升降平台推杆103上下移动，从而带动换能器与其他部件的上下移动。
50.标号2为升降平台转接板，目的是作为升降平台与其他部件的转接平台，通过12颗m6内六角螺钉3与升降平台连接紧固。
51.为了解决超声断层成像中的稀疏采样问题，实现高密度信号采样，我们使用旋转平台6对换能器进行旋转运动的控制，例如对于256阵元的环形阵列换能器，可以实现与512阵元、1024阵元以及2048阵元等换能器相同的采样密度。旋转平台6是由旋转平台基座601、旋转平台电机602和旋转平台板603三个零件组合而成的部件，通过旋转平台电机602控制旋转平台板603绕中心旋转，从而带动换能器的旋转运动。
52.标号7为旋转平台转接板，目的是作为旋转平台与水箱和换能器的转接平台，通过10颗m6内六角螺10与旋转平台连接。
53.标号8为水箱，其除了作为储存水的容器使用外，还起到支撑固定换能器的作用，在对乳腺进行成像时，是利用水作为耦合介质的。考虑到水箱的高度及进出水口，需将旋转平台6和升降平台转接板2之间留出一定的距离，故采用立柱4作为增高的支撑工具，立柱下方突出一节m6的螺纹柱用于与升降平台转接板2的连接紧固；立柱上方开有m6的螺纹孔，使用m6螺钉5将其与旋转平台基座601紧固连接。
54.旋转平台转接板7通过5颗m6内六角螺钉11与水箱连接，m6内六角螺钉11的螺钉上方分别各有一颗m12的螺堵12，由于此处的孔洞为通孔会有水渗出，故设置螺堵12防止水渗出。
55.换能器9通过6颗m6的开槽沉头螺钉13与水箱8进行紧固连接。
56.本发明将图5中所示的换能器部件通过四颗m6螺钉安装在装置底部的成像系统基座17上，成像系统基座17通过16颗m6螺钉紧固连接在铝型材框架上。铝型材框架15由铝型材连接头1501、m8螺钉1502和铝型材1503组合而成，并在铝型材框架下安装六个万向轮14，便于整个平台可以移动。
57.如图6所示，本发明在铝型材框架15上安装侧盖板18、前盖板19、上盖板20和换能器盖板21将内部功能部件包装起来，形成一个整体。在前盖板19上开有一个孔洞，用于升降平台1和旋转平台6的控制线以及换能器的线缆连出。
58.如图7所示，本发明的成像系统还包括有并行信号收发系统、计算机和控制箱。计算机发送指令经由控制箱控制升降平台电机与旋转平台电机；并行信号收发系统将接收来自计算机的指令来激励换能揣阵元产生声波信号，并接收来自换能器的声波信号并传输到计算机上进行信号重建最终成像。
59.以人体乳腺成像为例。实验者俯卧在图6所示的超声断层成像装置的上盖板20上，并将乳腺放入水箱8中，使其在换能器的探测范围内。
60.通过控制计算机发送向控制箱发送指令，经由控制箱控制升降平台电机102和旋转平台电机602。
61.通过控制升降平台电机102使升降平台推杆103带动换能器9上下运动，实现换能器对乳房不同断面的数据的采集。
62.通过控制旋转平台电机602使旋转平台板603带动换能器9进行旋转运动。当原先换能器中的256个阵元采集完数据后，可利用旋转平台旋转0.7031
°
，错位再采集另一组数据，实现与512阵元换能器相同的数据采集效果。
63.通过换能器9接收到的信号经由并行信号收发系统传输到计算机上，进行信号重建并最终成像。
64.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。