本公開涉及醫(yī)療器械，特別涉及一種用于4d（四維）成像的超聲換能器、ice（心腔內超聲）探頭和四維成像設備。

背景技術：

1、自20世紀中葉以來，二維超聲（2d超聲回波成像）技術作為醫(yī)學診斷的重要工具，廣泛應用于臨床，特別是婦科和產科領域。它利用超聲波的反射原理，根據反射波的特征，生成二維圖像，為醫(yī)生提供了觀察胎兒及人體內部器官結構的有效手段。然而，隨著醫(yī)療技術的飛速發(fā)展，二維超聲逐漸顯露出其局限性，如觀測效果受限于羊水量和胎兒體位，無法直觀展示動態(tài)變化，難以滿足日益增長的精準醫(yī)療需求。

2、為此，科研人員歷經數十年的不懈努力，在20世紀末，取得從二維平面圖像的探索到三維立體成像的突破，進入21世紀初，融入時間維度的四維超聲（4d超聲回波成像）技術的也誕生了，每一步都凝聚著醫(yī)療影像技術的革新與飛躍。四維超聲技術不僅保留了三維超聲的立體成像優(yōu)勢，更通過引入時間維度，實現了對人體內部器官及胎兒實時動態(tài)活動的觀察，為臨床診斷提供了前所未有的視覺體驗和信息量。

3、心腔內超聲成像技術（ice）是超聲回波成像技術的一個分支，當前的心腔內超聲成像技術在手術過程中存在視野局限性，因探頭尺寸太?。ㄍ鈴絻H3mm，內部可用空間僅1-2.5mm），無法設計復雜的換能器擺動機械，導致ice探頭的四維成像技術局限于科研范疇。目前的實際臨床中僅能實現三維成像，且需要通過醫(yī)生手動操作，無法保證成像的準確性，更不能實現四維成像，無法滿足臨床需求。

4、現有的三維顯示ice設備需要通過醫(yī)生的手動操作，控制導管在心腔內盡量勻速旋轉，以采集各方向上的切面圖像并儲存起來，待旋轉一周后利用算法將儲存的n個切面圖像組合起來，形成一個360度的三維立體圖像。這個過程所需的時間因醫(yī)生的操作熟練程度而不同，大約在10秒-3分鐘之間。而心臟自然的跳動卻是1秒60-120次（病人），特殊階段病人的心臟跳動頻率甚至達140次/秒，那么在醫(yī)生操作旋轉的過程中，心臟的大小與圖像是在變化中的，由此引起的切面吻合誤差、不清晰、甚至矛盾的像素，即使用特殊算法進行判斷取舍，但依然會使合成后的圖像出現模糊、畫面出現剪切現象等，因此，這種三維ice設備在實際使用中受很大的局限。

5、為了在ice設備上達到4d效果，現有技術中有采用超高精度矩陣方式，將ice探頭的2.5*10mm的尺寸上，切割出32*64=2048個陣元，再通過極其精細的線路連接，將4千多條走線集束在不到1mm的空間上引出到導管電纜上，然后通過自行設計的片選芯片，控制每個陣元的開啟時間，從而形成雙相控陣模式下的4d功能ice探頭。這個工藝雖然達到了4d效果，但由于需要精密的尺寸控制，每個陣元尺寸僅50*140微米，切割期間有一個陣元切壞，整個換能器矩陣均報廢掉，還要在這個尺寸下引出相互絕緣的地線與信號線，并且保持相互之間不能串擾，再加上高壓片選芯片的研制與生產成本，使得這種一次性的導管探頭的每個的成本高達數萬美元，導致每根探頭導管的價格遠遠超出普通患者承受范圍，因此這類的產品一直未在真正臨床上投入使用，僅作為科研范疇。

6、回顧當今常規(guī)的導管式腔內b超產品中，有用體外電動設備旋轉帶動探頭一起勻速旋轉的設計，例如，ivus（血管內超聲）設備，通過旋轉變壓器將轉動的單陣元上的電流及回波信號傳輸到靜止的電路板上，通過fpga進行處理后，得到超聲圖像。但由于ice是多陣元發(fā)射與接收的探頭，例如64陣元、96陣元、128陣元等，若要實現陣元的旋轉，需要使上百根甚至數百根引線一起旋轉，而為了不使他們因旋轉而絞斷，須在一根軸上通過上百個旋轉變壓器將旋轉部分的電流傳輸到靜止的電路板上，這是不現實的，按當前最小的旋轉變壓器，僅這根軸長就需要1-2米長，而醫(yī)生操作手柄的合理長度總長也才20公分，甚至旋轉軸約為5公分長，顯然無法采用此種方式設計ice探頭。

7、也有用一個恒定角度的旋轉斜面，將集束超聲波反射做掃描動作，例如，專利申請?zhí)枮閏n201910610675.0的一種應用于血管內超聲診斷系統(tǒng)及方法，該專利通過斜面反射能夠在陣元靜止的情況下達到移動旋轉后形成360度切面的效果。但由于ice是直線陣列（簡稱線陣）的多個陣元同時發(fā)射多個波束并同時接收回波，然后根據單點或多點在時間維度下的空間聚焦計算，形成相控陣圖像，而上述專利是針對于單陣元波束進行的成像，若將上述專利的成像方式應用于ice的四維成像，將因不同角度下排列波束的紊亂而形成“高次元馬鞍面效應”的失真。

技術實現思路

1、本公開要解決的技術問題是為了克服現有技術中ice探頭在臨床中無法實現四維動態(tài)成像以滿足臨床使用需求的缺陷，提供一種用于4d成像的超聲換能器、ice探頭和四維成像設備。

2、本公開是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

3、根據本公開的第一方面，提供了一種用于4d成像的超聲換能器，所述超聲換能器包括控制組件，與所述控制組件連接且相對設置的直線陣列和反射結構；

4、所述直線陣列包括固定設置在多個不同位置處的多個霍爾元件、以及按照不同預設方向設置且獨立工作的若干個陣元結構，每個所述陣元結構由排列在一條直線上的若干個極化陣元構成，所述陣元結構用于發(fā)射和接收超聲信號；

5、所述反射結構上設有旋轉反射斜面、以及跟隨所述旋轉反射斜面旋轉的磁性元件；

6、所述控制組件用于發(fā)送第一控制指令至所述反射結構，以驅動所述旋轉反射斜面旋轉；

7、所述控制組件還用于發(fā)送第二控制指令至所述霍爾元件，以驅動所述霍爾元件檢測所述磁性元件的磁性強度信息；

8、所述控制組件還用于根據不同采集時刻下每個所述霍爾元件檢測的所述磁性強度信息，確定所述旋轉反射斜面的目標方位，發(fā)送第三控制指令至與所述目標方位匹配的一個目標陣元結構，以驅動所述目標陣元結構發(fā)射所述超聲信號，并接收所述旋轉反射斜面在所述目標方位沿預設反射路徑反射所述超聲信號，以生成每個所述采集時刻下對應的切面圖像，不同采集時刻下的所述切面圖像合成得到四維動態(tài)超聲圖像；

9、其中，不同的所述陣元結構對應所述旋轉反射斜面的不同方位范圍。

10、較佳地，所述直線陣列為正方形，所述直線陣列包括四個所述陣元結構；

11、四個所述陣元結構呈米字型排列。

12、較佳地，所述直線陣列的每條邊上設置有兩個所述霍爾元件，且兩個所述霍爾元件對稱設置。

13、較佳地，每個所述霍爾元件到所述直線陣列的中心點連線與相鄰所述陣元結構呈預設角度。

14、較佳地，所述超聲換能器還包括電機；

15、所述反射結構與所述電機中的轉子連接；

16、所述電機用于接收所述第一控制指令，驅動所述轉子旋轉，以帶動所述反射結構中的所述旋轉反射斜面旋轉。

17、較佳地，所述電機還用于接收所述第一控制指令，驅動所述轉子順時針旋轉，以帶動所述旋轉反射斜面順時針旋轉；

18、較佳地，所述電機還用于接收所述第一控制指令，驅動所述轉子逆時針旋轉，以帶動所述旋轉反射斜面逆時針旋轉。

19、較佳地，所述磁性元件包括磁鐵。

20、根據本公開的第二方面，提供了一種用于4d成像的ice探頭，所述ice探頭包括控制器、本公開第一方面所述的用于4d成像的超聲換能器；

21、所述控制器用于驅動所述超聲換能器的控制組件工作，以采集得到不同采集時刻下對應的切面圖像。

22、根據本公開的第三方面，提供了一種ice四維成像設備，所述ice四維成像設備包括處理器、與所述處理器通信連接的顯示器和本公開第二方面所述的用于4d成像的ice探頭；

23、所述處理器用于接收所述ice探頭在不同采集時刻下采集得到的切面圖像，并將旋轉反射斜面旋轉一周得到的若干個所述切面圖像進行合成處理，得到立體圖像；

24、所述處理器還用于將所述旋轉反射斜面每旋轉一周得到的所述立體圖像發(fā)送至所述顯示器；

25、所述顯示器用于將所述立體圖像根據采集時間依次顯示，以形成四維動態(tài)超聲圖像。

26、在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本公開各較佳實例。

27、本公開的積極進步效果在于：通過設置在不同方向且獨立工作的陣元結構與旋轉反射斜面相配合，使得陣元結構發(fā)射的超聲波在轉子連續(xù)的旋轉下，不斷拾取導管四周的切面圖像，通過將每旋轉一周拾取的多個切面圖像組合起來，得到這一周的環(huán)狀立體超聲圖像，隨著轉子的快速不停的旋轉，每周的立體超聲圖像根據時間依次呈現出來，形成心臟內部環(huán)視四周的隨心臟跳動而變化的四維動態(tài)超聲圖像，從而滿足了心腔精準檢查的醫(yī)療需求。