[发明专利]一种经颅多普勒平面环形相控阵探头

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种焦距可调节的经颅多普勒（TCD，Transcranial Doppler）探头结构，特别是涉及一种用于经颅多普勒成像系统的平面多通道阵列式探头，具有极佳的指向性，且焦距连续可调，属于医疗诊断超声系统技术领域。

背景技术

经颅超声多普勒（TCD）是用频谱多普勒对颅底动脉血流动力学进行评价的一种无创性检查方法。TCD检查适用于脑血管畸形、脑血管痉挛、颅内压增高、脑动脉狭窄和闭塞、颈内动脉狭窄和闭塞、偏头疼、椎动脉-基底动脉供血不足、证实脑死亡、手术中及术后监测脑动脉、锁骨下动脉盗血综合症等，已广泛地应用于临床。

经颅多普勒仪包括经颅多普勒主机和探头（换能器），经颅多普勒探头，主要是采用单阵元探头，简称单探头，可进一步分为两类：脉冲波多普勒（pulsed wave Doppler,PW）探头和连续波多普勒（continuous wave Doppler,CW）探头。连续多普勒探头采用两个换能器，一个换能器上的晶片连续不间断地发射连续超声波信号，另一个换能器上的晶片接收返回的连续波信号。脉冲多普勒探头采用单个换能器，间隔一定时间规律间歇地发射和接收超声波。临床上常用的是2MHz左右频率的脉冲波探头，使超声波穿透颅骨较薄的部分（透声窗），对颅底血管进行扫描，部分超声波被血管中的红细胞反射，由于血流是流动的，根据多普勒效应，发射超声波和接收回波之间会产生频差，对频差大小及方向的分析处理即可得到受检血管的血流状况和各种参数。全系列不同频率的探头，包括2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。探头的频率越低，超声波的穿透能力越强，但是分辨率差，图像粗糙，反之，探头频率越高，穿透力越弱，但分辨率高，图像细腻。不同频率的探头，适用于不同的检查部位：1MHz或1.6MHz脉冲波，适用于老年人颞窗闭合严重情形下的颅内血管检测；2MHz脉冲波，适用于颅内血管检测；4MHz连续波，适用于颈外段血管检测；8MHz连续波适用于皮肤表层血管检测；16MHz及20MHz脉冲波，适用于手术中及动物实验过程浅表血管检测。

目前的经颅多普勒探头，主要是采用单阵元探头，简称单探头。所谓单探头，即压电振子为一片压电晶片，压电晶片具有压电效应；而当压电晶片受电脉冲激励后会产生振动，发出超声波。从材料的角度讲，可以是压电陶瓷、压电单晶、压电聚合物、压电复合材料等。匹配层可以是单层匹配，也有双层匹配或是三层及三层以上匹配。为提高系统的侧向分辨率，往往在辐射面的最前方用软性的声透镜来实现超声波束聚焦，或者直接将压电振子做成球壳的形状，实现自聚焦。由于这种聚焦方式，是采用几何聚焦的原理，焦点固定且唯一，由声透镜或者球壳状压电振子的曲率半径以及超声在人体组织中的传播声速决定，且焦距深度有限。

发明内容

为解决现有TCD单元探头焦点固定的问题，本发明申请利用平面环形相控阵列，通过在发射或接收时对各阵元进行依次延时，实现发射聚焦或者接收聚焦，从而使得焦点连续可调，可将超声波束进行有效可控地收窄，景深长，综合提高侧向分辨率，有效提高信噪比。同时，医生可以在操作过程中通过阵元延时量的微调，精确定位所需观察的流速最快区域，并作进一步的详细检查。

具体来说，本发明申请所述的经颅多普勒平面环形相控阵探头，包括压电振子、金属屏蔽壳体、电子调谐电路、同轴电缆、外壳、背衬、匹配层和声透镜，其中，压电振子为包括一个以上按照同心圆呈环形分布的阵元环，各阵元采用独立引线控制，各阵元的面积相等，且各阵元的路径差相同，每一个独立阵元采用特定的时间延时激励，可获得超声波束传播方向上的动态聚焦。

进一步的，所述的阵元环，对各个独立的阵元施加不同的延时激励信号，使加载在外环上的电脉冲时延量最少，内圆环上的电脉冲时延逐级增加，从而使各环先后发出声脉冲，在声场中形成会聚的波阵面，使得经颅多普勒探头能够在轴线上指定点处实现声束聚焦，接收回波信号同样采取延时聚焦的方式。

进一步的，所述环形相控阵的设计尺寸由以下公式推导：

γ=D28RN]]>

其中D是阵元的直径，γ是阵元间的路径差，R是焦距，N为阵元的数目，路径差的确定可以由环型相控阵的延迟时间求得：

γ=t*v