[发明专利]超声探头驱动装置和驱动方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种超声诊断仪，尤其涉及超声诊断仪中超声探头驱动装置和驱动方法。

【背景技术】

机械式3D超声探头是医用超声诊断仪三维或四维成像系统中的一个重要部件，利用机械式3D超声探头构建一个医用超声诊断仪三维或四维成像系统通常基于这样一种方法：在不同的角度位置或空间位置采集得到多幅超声二维图像，构成一个超声二维图像序列，再根据特定的成像算法利用该二维图像序列及其对应的位置信息重构出一幅三维图像或四维图像，四维图像与三维图像的区别在于：前者增加了一个时间的维度，重构出来的三维图像是随时间实时变化的。

在利用上述方法来重构三维或四维图像时，两个重要的前提是：(1)系统需要有一个装置能够驱动机械式3D探头摆动到不同的角度位置；在四维成像时，需要驱动探头进行往复式的摆动；(2)该装置能够实时地给出探头当前的角度，并确保该角度信息的准确性，以供系统确定二维超声图像序列中每幅图像对应的角度位置，进而重构为三维图形。

机械式3D超声探头内部通常采用电机作为动力源。工作时，电机的旋转式运动或者直线运动经过一个传动机构后，转化为探头的摆动或其他形式的运动，对机械式3D超声探头的驱动控制是通过对探头内部电机的驱动控制来实现的；由于控制交流电机的转动方向只需要改变驱动电压的相序，控制电机的转速只需要控制驱动电压的频率，而不需要在探头内部设计机械换向结构，所以探头的电机一般采用交流电机。

在探头内部采用交流电机的情况下，为驱动探头进行机械扫描，机械式3D超声探头的驱动装置需要提供一路或多路正弦信号或脉冲信号给探头内部的电机，该信号可以是电压信号，也可以是电流信号。为避免或减少电机驱动信号对探头内部其他信号的影响，同时为提高探头运行的平稳性，机械式3D超声探头的驱动电路在输出级一般采用线性功率放大器，采用这种方式的驱动电路有一个显著的缺点：输出级线性功率放大器上消耗了绝大部分的能量，驱动装置发热严重，驱动电路的效率低。这些缺点直接影响到了在超声诊断仪尤其是便携式超声诊断仪中集成机械3D超声探头驱动电路的可能性，从而妨碍了在超声诊断仪中集成三维或四维成像功能。

另一方面，对大部分的情况而言，由于结构和探头体积的限制，在要保证足够的位置分辨率和精度的要求下，很难将角度位置传感器安装在探头内部，而是采用开环的控制方式来控制探头，由驱动装置来给出探头的位置信息。由于探头内部传动结构机械间隙等原因的存在，探头在反向的过程中会出现反向回差，在采用开环控制的方式下，若不对该回差导致的误差进行补偿，则在四维成像的过程中，该误差会直接导致相邻两幅三维图像存在整体的偏移，这将影响成像效果和用户体验。通常探头内部集成有一个或多个微型的位置开关，用于探头机械扫描启动过程中的原点复位。通过对探头进行离线的测试和补偿的方法可以消除一定的反向回差，但反向回差是一个随时间、探头运行速度、探头运行环境均有关系的一个量，规律比较复杂，不便于实际应用。

同时，在四维成像时，三维图像的帧率是衡量系统性能的一个重要指标，速度越高，图像的实时性越强，越能真实地反映出被测对象(病人的器官或病灶)的状况。为使探头机械扫描达到较高的速度，就需要电机运行在较高的转速；大部分的传动结构需要对探头进行频繁的换向、频繁的加减速。我们知道，控制驱动电压的频率就可以控制交流电机的速度，从而控制探头的摆动速度，为使探头能够平稳运行，通常在加减速过程中会采用恒加速度、恒加加速度以及指数加速曲线这样一些方式来进行，即便是采用这些措施，若不对加减速过程中的驱动电流和驱动电压作进一步的处理，探头的振动仍会比较严重，对直接接触到人体的超声探头而言，这一点会严重影响用户的感受。同时，对探头内部机械结构的寿命是一个挑战。

【发明内容】

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种超声探头驱动装置和驱动方法，降低驱动装置的发热量。

根据本发明的一方面，提供一种超声探头驱动装置，包括：电源调整电路，用于为驱动装置各部分正常工作提供所需电压；控制单元，用于根据用户的设置，输出驱动电压指令信号和供电电压控制信号；输出电路，其包括功率放大器，所述功率放大器用于将信号调理电路输出的所述电流信号进行放大后向超声探头输出驱动信号；可变电压调节电路，用于响应所述控制器的控制，向所述功率放大器输出可调的供电电压。

根据本发明的另一方面，提供一种超声探头驱动方法，用于上述的超声探头驱动装置，在驱动探头扫描过程中，所述可变电压调节电路向所述功率放大器输出的供电电压为可变电压。