專利名稱：體腔超聲硬度成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及體腔內(nèi)信息獲取技術(shù)，具體涉及用于體腔壁組織硬度信息獲取及成像顯示的體腔超聲硬度成像儀。
背景技術(shù)：
人體腔如消化道、生殖道和泌尿道，均可出現(xiàn)各種病變，如腫瘤、損傷瘢痕、燒傷、炎癥等，尤其在消化道，腫瘤最常見(jiàn)，如食道癌、各種腸癌等等，目前大多采用胃鏡或腸鏡進(jìn)行檢測(cè)，而由于胃鏡或腸鏡檢查產(chǎn)生的漏診和誤診時(shí)有發(fā)生，因而人們開(kāi)始選擇新的檢測(cè)手段或設(shè)備，例如通過(guò)超聲內(nèi)鏡(EUS)的使用，能輔助診斷黏膜下腫瘤，鑒別良惡性潰瘍，并較準(zhǔn)確判斷病變浸潤(rùn)及鄰近轉(zhuǎn)移的程度，現(xiàn)在通過(guò)使用微型超聲探頭，可從胃鏡活檢通道進(jìn)入食道，解決了病變引起食道狹窄，而進(jìn)入困難的問(wèn)題，但上述超聲內(nèi)鏡通常采用灰階成像，其原理主要是根據(jù)組織之間聲阻抗差別而進(jìn)行成像，但早期食道癌(腫瘤微小浸潤(rùn))病變的聲阻抗差別不大，通過(guò)灰階成像難以鑒別其差異，從而造成漏診。
研究發(fā)現(xiàn)，多種病變可引起組織硬度改變，且病變程度與組織硬度有一定關(guān)系。如食道的燒傷(化學(xué)藥物或物理因素)，可引起食道壁變硬從而嚴(yán)重影響其功能；食道手術(shù)和炎癥后的瘢痕，也可使食道組織的硬度改變；食道組織發(fā)生癌變時(shí)，由于組織的病變，造成硬度的增加。研究還表明，在乳腺及前列腺癌變的診斷中采用彈性成像的方法，較之普通的B型超聲可以明顯提高診斷率和鑒別假陰性。然而，為實(shí)現(xiàn)所述彈性成像方法，必須對(duì)被檢部位施加一定的壓力，現(xiàn)有技術(shù)僅在實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體淺表部位的施壓方面獲得成功，而通過(guò)在較深部位施壓來(lái)完成的彈性成像的方法及儀器，目前未見(jiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)所述腔內(nèi)超聲硬度成像法的超聲硬度成像儀。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種體腔超聲硬度成像儀，包括腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管和主機(jī)，其中，腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管包括導(dǎo)管和安裝在導(dǎo)管前端的高頻超聲換能器，所述超聲換能器電纜、供電線及信號(hào)線由導(dǎo)管末端穿出與主機(jī)連接；其特征是導(dǎo)管的前端安裝圓柱形施壓水囊，在施壓水囊中心的導(dǎo)管上安裝高頻超聲換能器；所述高頻超聲換能器與移動(dòng)調(diào)控鋼絲的一端連接，在其操縱下，沿導(dǎo)管軸向移動(dòng)；所述圓柱形施壓水囊與外接的進(jìn)出水管路連通。
在所述圓柱形施壓水囊中安裝有壓力傳感器。
安裝在導(dǎo)管前端的高頻超聲換能器由單晶陣壓電陶瓷構(gòu)成，或由能各自獨(dú)立工作的多晶陣壓電陶瓷，在導(dǎo)管的前端構(gòu)成環(huán)形探測(cè)面構(gòu)成。所述超聲換能器電纜、供電線、信號(hào)線和移動(dòng)調(diào)控鋼絲由導(dǎo)管穿出過(guò)，并由導(dǎo)管末端穿出，其中超聲換能器電纜、供電線、信號(hào)線前段電纜分線口處穿出與主機(jī)連接。所述移動(dòng)調(diào)控鋼絲外露于導(dǎo)管的一端與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端連接。
所述主機(jī)包括超聲放大器、光纖壓力信號(hào)調(diào)理器、超聲信號(hào)發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制板、中央控制CPU、控制面板、顯示器。
上述裝置的工作原理是這樣的所述超聲信號(hào)發(fā)生器在中央控制CPU控制下激勵(lì)超聲換能器發(fā)射超聲信號(hào)，環(huán)狀超聲換能器接收的超聲信號(hào)與中央控制CPU數(shù)據(jù)輸入端連接，超聲換能器接收到的信號(hào)經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，壓力傳感器測(cè)量柱囊內(nèi)注入或抽出液體時(shí)壓力的變化，通過(guò)光纖信號(hào)調(diào)理器傳輸給A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，將其獲得被檢測(cè)體腔壁厚度的變化值及壓力值通過(guò)計(jì)算得出楊氏模量，并將該值通過(guò)計(jì)算機(jī)以查表方式彩色編碼重建成二維彩色硬度圖。通過(guò)顯示器以色彩及色彩亮度的不同直接顯示。
中央控制CPU根據(jù)指令給步進(jìn)電機(jī)控制板，步進(jìn)電機(jī)控制板發(fā)出脈沖輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)環(huán)狀超聲換能器后退。從而獲得一系列從體腔下端到體腔上端的二維食道壁硬度圖形，將獲得的一系列二維體腔壁硬度圖形利用線性插補(bǔ)法和網(wǎng)格平滑化的算法疊加重建成三維體腔壁硬度圖。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型產(chǎn)生的積極效果是(1)、微型化可同時(shí)直接獲得壓力及體腔壁形變的準(zhǔn)確資料按微探頭超聲內(nèi)鏡的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，也可借助內(nèi)鏡技術(shù)平臺(tái)，很容易通過(guò)狹窄體腔進(jìn)入檢查。通過(guò)導(dǎo)管的延伸和導(dǎo)管上超聲傳感器的移動(dòng)可探測(cè)不同層面體腔壁組織硬度。
(2)、導(dǎo)管前端的圓柱型施壓水囊設(shè)計(jì)有利于保護(hù)組織，進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)并傳導(dǎo)壓力。有利于均勻準(zhǔn)確地傳導(dǎo)對(duì)組織施加的壓力，柱囊內(nèi)充滿無(wú)氣液體，防止超聲的衰減，有利于超聲對(duì)組織印壓深度的準(zhǔn)確檢測(cè)，并避免對(duì)被檢測(cè)組織的損傷。
(3)、直觀顯示體腔壁硬度利用本方案提供的軟件，并可直接計(jì)算出該切面體腔壁的楊氏模量，將硬度值編碼并以色彩及色彩亮度的不同直觀的形式在熒屏顯示體腔壁硬度及硬度分布狀態(tài)。為科學(xué)研究和臨床組織硬度及硬度分析提供直接、便捷的方法。


本實(shí)用新型上述的技術(shù)內(nèi)容可以通過(guò)附圖的列舉的非限定性的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為導(dǎo)管前端的剖面放大示意圖圖3為本實(shí)用新型的裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
參見(jiàn)附圖圖中1-導(dǎo)管頭、2-導(dǎo)管體、3-電纜及光纖分線口、4-注水口、5-超聲換能器電纜線、6-壓力光纖、7-圓柱形施壓水囊、8-進(jìn)出水管、9-匹配層、10-壓電陶瓷導(dǎo)管壁、11-超聲換能器背材、12-光纖壓力傳感器、13-移動(dòng)調(diào)控鋼絲、14-壓力傳感口、15-導(dǎo)管中空管道、16-柔性頭端。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 腔內(nèi)硬度成像法對(duì)腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管的基本要求
實(shí)施例中，腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管的外形尺寸類似于微探頭超聲內(nèi)鏡。導(dǎo)管外徑14F或更大，將腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管送入體腔內(nèi)。通過(guò)對(duì)其被檢體腔到達(dá)的不同深度而獲得其相應(yīng)層面體腔壁的硬度參數(shù)。
所述導(dǎo)管前端安裝由高頻、能各直獨(dú)立工作的多晶陣壓電陶瓷構(gòu)成的環(huán)形超聲換能器或單晶陣旋轉(zhuǎn)的超聲換能器構(gòu)成。在頭端安裝有施壓水囊，其安裝在水囊中央的高頻超聲換能器可軸向移動(dòng)，并在水囊內(nèi)安裝壓力傳感器。以食道檢查為例，如在成人食道檢測(cè)中使用，可使用較大直徑導(dǎo)管，如16F，柱囊壓力可加壓到50mmmHg，而在兒童中使用時(shí)，使用直徑較小導(dǎo)管，如12F可使用較小的柱囊內(nèi)壓力30mmmHg。
實(shí)施例2 體腔超聲硬度檢測(cè)儀(1)、儀器的結(jié)構(gòu)及主要部件的功能參見(jiàn)附圖1、2所述儀器包括腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管和主機(jī)，腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管包括導(dǎo)管和安裝在導(dǎo)管前端的高頻超聲換能器，所述超聲換能器電纜、供電線及信號(hào)線由導(dǎo)管末端穿出與主機(jī)連接；特征是導(dǎo)管的前端安裝圓柱形施壓水囊，在施壓水囊中心的導(dǎo)管上安裝環(huán)狀的高頻超聲換能器；所述高頻超聲換能器與移動(dòng)調(diào)控鋼絲的一端連接，在其操縱下，沿導(dǎo)管軸向移動(dòng)；所述圓柱形施壓水囊與外接的進(jìn)出水管路連通；在圓柱形施壓水囊中安裝有壓力傳感器。
上述環(huán)狀的高頻超聲換能器可以安裝在導(dǎo)管前端的環(huán)形槽中，環(huán)形槽上有一通孔或沿軸向的通槽，移動(dòng)調(diào)控鋼絲的一端于套再導(dǎo)管環(huán)形槽上的環(huán)狀的高頻超聲換能器連接。
參見(jiàn)附圖2，實(shí)施例中，導(dǎo)管的前端具有柔性端頭16，以確保使用時(shí)對(duì)被檢測(cè)部位的安全。
參見(jiàn)附圖3 按上述所述超聲硬度成像導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，其主機(jī)包括超聲放大器、光纖信號(hào)調(diào)理器、超聲信號(hào)發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制板、中央控制CPU、控制面板、監(jiān)視器；其中所述超聲信號(hào)發(fā)生器在中央控制CPU控制下激勵(lì)超聲換能器發(fā)射超聲信號(hào)，環(huán)狀超聲換能器接收的超聲信號(hào)與中央控制CPU數(shù)據(jù)輸入端連接，換能器接收到的信號(hào)經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，壓力傳感器測(cè)量柱囊內(nèi)注入或抽出液體時(shí)壓力的變化，通過(guò)光纖信號(hào)調(diào)理器再傳輸給A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，通過(guò)計(jì)算出硬度值，并以色彩及色彩亮度的不同直接顯示食道壁硬度。中央控制CPU可發(fā)放指令給步進(jìn)電機(jī)控制板，步進(jìn)電機(jī)控制板發(fā)出脈沖輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)柱囊內(nèi)環(huán)狀超聲換能器后退，從而獲得一系列二維食道壁硬度圖形。中央控制CPU為主機(jī)核心，控制超聲發(fā)射信號(hào)、分析回聲信號(hào)并顯示食道內(nèi)外壁及食道壁形變量，根據(jù)獲得壓力值自動(dòng)計(jì)算出硬度值，將其值進(jìn)行編碼并以色彩及色彩亮度方式顯示，通過(guò)一系列二維食道壁硬度圖形重建食道壁硬度圖。控制面板在普通超聲診斷儀上改進(jìn)，與中央控制CPU相連接，用于控制儀器狀態(tài)、輸入數(shù)據(jù)及資料、進(jìn)行測(cè)量等。按本方案直接以色彩及色彩亮度的不同形式顯示組織硬度等資料。
在實(shí)施例中所述超聲放大器、超聲信號(hào)發(fā)生器、光纖信號(hào)調(diào)理器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制板可以分別采用型號(hào)為YP101，42BYG250B，SH-20403，6030板卡。其中超聲換能器、放大器及超聲信號(hào)發(fā)生器由汕頭超聲研究所購(gòu)買。光纖信號(hào)調(diào)理器(FTI-10)由加拿大FISO公司提供。步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制板由北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司提供。
當(dāng)儀器工作時(shí)，將超聲硬度成像導(dǎo)管體腔內(nèi)，超聲換能器和壓力傳感器同步工作，同時(shí)檢測(cè)組織在不同柱囊壓力時(shí)，組織壁厚的變化。各晶陣超聲換能器沿導(dǎo)管四周方向發(fā)射并接收單聲束高頻超聲(如20MHz)；壓力傳感器同步取樣，檢測(cè)食道壁組織承受的壓力變化。超聲硬度成像導(dǎo)管將壓力和組織厚度變化的信息同時(shí)傳輸?shù)街鳈C(jī)供分析研究之用。
主機(jī)將超聲信號(hào)處理后自動(dòng)識(shí)別食道內(nèi)壁及食道外壁和食道壁組織厚度變化值，將食道壁組織厚度變化值和壓力值由公式進(jìn)行計(jì)算出被檢測(cè)組織楊氏模量，將其值進(jìn)行編碼并以色彩及色彩亮度方式在食道內(nèi)壁及食道外壁之間顯示，通過(guò)查表方式彩色編碼重建成獲得二維平面食道壁硬度圖。當(dāng)導(dǎo)管到達(dá)食道底部后，再通過(guò)導(dǎo)管尾部安裝的步進(jìn)電機(jī)將柱囊內(nèi)環(huán)狀超聲換能器逐漸等距后退，形成一系列的從食道下部到食道上部不同層面的二維圖形，通過(guò)計(jì)算機(jī)利用插值法和網(wǎng)格平滑化的算法將一系列的從食道下部到食道上部不同層面二維圖形疊加重建成三維圖形。以直觀方式顯示食道壁硬度。
權(quán)利要求1.一種體腔超聲硬度成像儀，包括腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管和主機(jī)，其中，腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管包括導(dǎo)管和安裝在導(dǎo)管前端的高頻超聲換能器，所述超聲換能器的電纜、供電線及信號(hào)線由導(dǎo)管末端穿出與主機(jī)連接；特征是導(dǎo)管的前端安裝圓柱形施壓水囊，在施壓水囊中心的導(dǎo)管上安裝高頻超聲換能器；所述高頻超聲換能器與移動(dòng)調(diào)控鋼絲的一端連接，在其操縱下，沿導(dǎo)管軸向移動(dòng)；所述圓柱形施壓水囊與外接的進(jìn)出水管路連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體腔超聲硬度成像儀，其特征是在所述圓柱形施壓水囊中安裝有壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的體腔超聲硬度成像儀，其特征是所述高頻超聲換能器由單晶陣壓電陶瓷構(gòu)成；或由能各自獨(dú)立工作的多晶陣壓電陶瓷，構(gòu)成環(huán)形探測(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的體腔超聲硬度成像儀，其特征是所述移動(dòng)調(diào)控鋼絲外露于導(dǎo)管的一端與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的體腔超聲硬度成像儀，其特征是所述導(dǎo)管具有柔性頭端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及體腔超聲硬度成像儀，它包括腔內(nèi)超聲硬度成像導(dǎo)管和主機(jī)，其特征是導(dǎo)管的前端安裝圓柱形施壓水囊，在施壓水囊中心的導(dǎo)管上安裝高頻超聲換能器；所述高頻超聲換能器與移動(dòng)調(diào)控鋼絲的一端連接，在其操縱下，沿導(dǎo)管軸向移動(dòng)；所述圓柱形施壓水囊與外接的進(jìn)出水管路連通。本實(shí)用新型可同時(shí)獲得壓力及體腔壁形變的準(zhǔn)確資料；施壓水囊有利于均勻準(zhǔn)確地傳導(dǎo)對(duì)組織施加的壓力，直觀顯示體腔壁硬度。為科學(xué)研究和臨床組織硬度及硬度分析提供直接、便捷的方法。
文檔編號(hào)A61B8/12GK2882539SQ20062011002
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者黃晶, 雷寒, 白凈, 鄧輝勝 申請(qǐng)人:黃晶