本發(fā)明專利涉及生物醫(yī)學(xué)成像和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種乳腺癌檢測裝置，尤其涉及一種基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)：

乳腺癌是發(fā)生在乳腺腺上皮組織的惡性腫瘤，目前已成為威脅女性身心健康的常見腫瘤。而乳腺并不是維持人體生命活動的重要器官，原位乳腺癌并不致命，可怕的是如果乳腺癌不能及早發(fā)現(xiàn)及早治療，癌細胞一旦脫落，游離的癌細胞可以隨血液或淋巴液播撒全身，形成轉(zhuǎn)移，危機生命。

眾所周知，現(xiàn)在應(yīng)用于臨床的乳腺癌診斷技術(shù)主要包括乳腺x線攝影、核磁共振和超聲波，其中乳腺x線攝影容易誘發(fā)乳腺癌的產(chǎn)生，核磁共振成本太高，而超聲波成像具有價廉、簡便、迅速、無創(chuàng)、無輻射性、準確、可連續(xù)動態(tài)重復(fù)掃描等優(yōu)點，因此應(yīng)用廣泛。

但傳統(tǒng)的超聲波檢測儀，需要操作人員來手動操作該探頭完成掃描，而且為了提高成像質(zhì)量需要在檢測處涂抹大量耦合劑，不僅成像質(zhì)量高度依賴于操作人員的技術(shù)水平，而且由于要使用大量耦合劑，使患者感到很不舒服。而且在乳腺檢查中，探頭需要用力貼近乳房皮膚，乳房軟組織較多會隨著探頭的移動發(fā)生形狀的改變，使得無法準確成像。并且由于需要操作人員手持探頭接觸測量，這樣測量乳腺時會帶來避免不了的尷尬。

傳統(tǒng)的壓電超聲換能器(pmut)存在著壓電材料與工作介質(zhì)阻抗失配的問題，這不僅會降低界面處的聲波透射系數(shù)，還會降低換能器的發(fā)射及接收靈敏度、系統(tǒng)的軸向分辨率和信息的豐富程度，系統(tǒng)的帶寬和能量耦合效率也會隨之降低。相比于傳統(tǒng)的壓電超聲換能器，利用mems微加工技術(shù)制作的微電容超聲波換能器(cmut)具有聲阻抗與傳播介質(zhì)匹配，加工工藝相對容易，自身尺寸小、噪聲低、頻帶寬以及易于制作集成陣列等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)及其檢測方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)，包括檢測床板、水箱、cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置、控制系統(tǒng)和計算機；

檢測床板固定于水箱頂部，檢測床板上安裝有導(dǎo)軌，同時還開設(shè)有檢測窗口安置槽，導(dǎo)軌上滑動連接有兩個檢測窗口，且兩個檢測窗口位于檢測窗口安置槽內(nèi)；

水箱內(nèi)裝有作為超聲波耦合劑的水，水箱的內(nèi)箱壁上安裝有加熱棒、外箱壁上安裝有加熱棒顯示器，加熱棒與加熱棒顯示器連接；

cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置安裝于檢測窗口上，cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置包括電動旋轉(zhuǎn)臺、圓筒夾具和cmut陣列換能器，電動旋轉(zhuǎn)臺倒立的固定于檢測窗口上，圓筒夾具安裝于電動旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)部上，圓筒夾具的側(cè)壁上均勻開設(shè)有四個豎向設(shè)置的安裝窗口，cmut陣列換能器分別插裝于四個安裝窗口內(nèi)并通過設(shè)置于安裝窗口底部的蝶形螺栓固定，其中，圓筒夾具及四個cmut陣列換能器都位于水箱內(nèi)的水面以下；

控制系統(tǒng)包括超聲波信號發(fā)射電路、超聲波信號接收電路、hvmux高壓開關(guān)、fpga控制器、電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路，電動旋轉(zhuǎn)臺與電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路連接，電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路與計算機連接，四個cmut陣列換能器通過信號線與hvmux高壓開關(guān)的輸出端連接，hvmux高壓開關(guān)的輸入端分別與超聲波信號發(fā)射電路的輸出端以及超聲波信號接收電路的輸入端連接，超聲波信號發(fā)射電路的輸入端和超聲波信號接收電路的輸出端與fpga控制器的輸入端連接，fpga控制器的輸出端與計算機連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，cmut陣列換能器是由128個電容式微機械超聲波傳感器單元組成的線陣。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，電動旋轉(zhuǎn)臺采用型號為zx110-300的電動旋轉(zhuǎn)臺。

此外，本發(fā)明還提供了所述基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)的檢測方法，具體為：首先，通過加熱棒調(diào)節(jié)水箱內(nèi)的水溫至30℃，根據(jù)待檢測人員的乳房距離調(diào)節(jié)兩個檢測窗口之間的距離，根據(jù)待檢測人員的乳房大小調(diào)節(jié)cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置中四個cmut陣列換能器之間的距離；然后，待檢測人員俯臥于檢測床板上使待測乳房通過檢測窗口置于cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置的圓筒夾具內(nèi)，四個cmut陣列換能器位于待測乳房四周且與待測乳房處于非接觸狀態(tài)；最后，以水箱內(nèi)的水作為超聲波耦合介質(zhì)，通過cmut陣列換能器采用超聲波透射法和反射法對待測乳房進行掃描即可。具體的掃描方法為：兩個相鄰的cmut陣列換能器作為超聲波收-發(fā)一體端，用于發(fā)射超聲波信號的同時，也接收超聲波反射信號；與之相對的剩余兩個cmut陣列換能器作為接收端，用于接收超聲波透射信號；采用一發(fā)多收的模式，即采用cmut陣列換能器當(dāng)中的一個陣元作為發(fā)射端，然后逐一發(fā)射，共發(fā)射128束超聲波，接收端采用由連續(xù)的8個陣元組成的陣子接收，逐一接收128束超聲波反射信號和透射信號。128束超聲波反射信號和透射信號接收完成后，即分別獲得了一個乳房垂直面上一個斷層信息，然后電動旋轉(zhuǎn)臺步進轉(zhuǎn)動3°，每轉(zhuǎn)一次停下來進行一次上述的掃描，當(dāng)總共轉(zhuǎn)動90°時，就可以獲得整個乳房的所有斷層信息，然后利用獲得信息進行成像，即可獲得分別由反射法和投射法得到的3d圖像，然后對比分析兩幅3d圖像，從而準確的檢測乳腺狀況。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

1）本發(fā)明配置cmut陣列換能器，可以進行寬頻帶水下醫(yī)療成像。

2）本發(fā)明考慮到待檢測乳房間距和乳房大小的個體差異以及實際檢測，采用檢測窗口通過導(dǎo)軌調(diào)節(jié)以及cmut陣列換能器通過圓筒夾具固定的方式，具有創(chuàng)新性和廣泛的適用性。

3）本發(fā)明采用水作為耦合劑進行非接觸試測量，整個檢測過程無不適感覺，而且安全衛(wèi)生。

4）本發(fā)明的cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置，采用倒置的電動旋轉(zhuǎn)臺配合圓筒夾具來固定cmut陣列換能器，檢測過程為非接觸測量，自動化程度高，檢測安全，結(jié)果可靠，適用廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)中水箱的剖面圖。

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置的立體圖。

圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置的俯視圖。

圖5為本發(fā)明系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的電路連接原理框圖。

圖6為本發(fā)明系統(tǒng)的測試方法示意圖。

圖中：1-檢測床板、2-水箱、3-計算機、4-導(dǎo)軌、5-檢測窗口安置槽、6-檢測窗口、7-加熱棒、8-加熱棒顯示器、9-電動旋轉(zhuǎn)臺、10-圓筒夾具、11-cmut陣列換能器、12-蝶形螺栓、13-超聲波信號發(fā)射電路、14-超聲波信號接收電路、15-hvmux高壓開關(guān)、16-fpga控制器、17-電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路、18-控制系統(tǒng)、19-待測乳房。

具體實施方式

為了更進一步闡述本發(fā)明采用的技術(shù)手段和功能，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功能，進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1至圖5所示，一種基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)，包括檢測床板1、水箱2、cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置、控制系統(tǒng)18和計算機3。

檢測床板1固定于水箱2頂部，檢測床板1上安裝有橫跨檢測床板1的導(dǎo)軌4，同時檢測床板1上還開設(shè)有橫跨檢測床板1且與水箱2內(nèi)部空間相通的檢測窗口安置槽5，導(dǎo)軌4上滑動連接有兩個檢測窗口6，且兩個檢測窗口6位于檢測窗口安置槽5內(nèi)；兩個檢測窗口6可在導(dǎo)軌4上自由滑動，從而實現(xiàn)兩個檢測窗口6之間距離的任意調(diào)節(jié)，以滿足不同人的需求。

水箱2內(nèi)裝有作為超聲波耦合劑的水，水箱2的內(nèi)箱壁上安裝有加熱棒7、外箱壁上安裝有加熱棒顯示器8，加熱棒7與加熱棒顯示器8連接，加熱棒7可對水箱2內(nèi)的水進行加熱；為了防止漏水，水箱2與檢測床板1的邊緣連接處采用密封焊接。

如圖3、4所示，cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置安裝于檢測窗口6上，cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置包括型號為zx110-300的電動旋轉(zhuǎn)臺9、圓筒夾具10和四個cmut陣列換能器11，cmut陣列換能器11是由128個電容式微機械超聲波傳感器單元組成的線陣，電動旋轉(zhuǎn)臺9倒立設(shè)置，電動旋轉(zhuǎn)臺9的固定部固定于檢測窗口6上，圓筒夾具10安裝于電動旋轉(zhuǎn)臺9的旋轉(zhuǎn)部上，電動旋轉(zhuǎn)臺9的圓心、圓筒夾具10的圓心和檢測窗口6的圓心在同一光軸上，圓筒夾具10采用亞克力材質(zhì)制作而成，圓筒夾具10的側(cè)壁上均勻開設(shè)有四個豎向設(shè)置且與圓筒夾具10內(nèi)部空間相通的安裝窗口，四個cmut陣列換能器11分別插裝于四個安裝窗口內(nèi)并通過設(shè)置于安裝窗口底部的蝶形螺栓12固定，cmut陣列換能器11與電動旋轉(zhuǎn)臺9臺面垂直設(shè)置，cmut陣列換能器11可在安裝窗口內(nèi)向里或向外滑動來調(diào)節(jié)其所在位置，其位置確定后即可通過蝶形螺栓12將cmut陣列換能器11在安裝窗口內(nèi)固定，其中，電動旋轉(zhuǎn)臺9位于水箱2內(nèi)的水面以上，圓筒夾具10及四個cmut陣列換能器11都位于水箱2內(nèi)的水面以下。

如圖5所示，控制系統(tǒng)18包括超聲波信號發(fā)射電路13、超聲波信號接收電路14、hvmux高壓開關(guān)15、fpga控制器16、電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路17，電動旋轉(zhuǎn)臺9與電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路17連接，電動旋轉(zhuǎn)臺控制電路17與計算機3連接，四個cmut陣列換能器11通過信號線與hvmux高壓開關(guān)15的輸出端連接，hvmux高壓開關(guān)15的輸入端分別與超聲波信號發(fā)射電路13的輸出端以及超聲波信號接收電路14的輸入端連接，超聲波信號發(fā)射電路13的輸入端和超聲波信號接收電路的輸出端14與fpga控制器16的輸入端連接，fpga控制器16的輸出端與計算機3連接。

所述基于cmut環(huán)形陣列的乳腺超聲成像系統(tǒng)的檢測方法：首先，通過加熱棒7調(diào)節(jié)水箱2內(nèi)的水溫至30℃，根據(jù)待檢測人員的乳房距離調(diào)節(jié)兩個檢測窗口6之間的距離，根據(jù)待檢測人員的乳房大小調(diào)節(jié)cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置中四個cmut陣列換能器11之間的距離；然后，待檢測人員俯臥于檢測床板1上使待測乳房通過檢測窗口6置于cmut環(huán)形陣列超聲測試裝置的圓筒夾具10內(nèi)，四個cmut陣列換能器11位于待測乳房四周且與待測乳房處于非接觸狀態(tài)；最后，以水箱2內(nèi)的水作為超聲波耦合介質(zhì)，通過cmut陣列換能器11采用超聲波透射法和反射法對待測乳房進行掃描即可。具體的掃描方法為：兩個相鄰的cmut陣列換能器作為超聲波收-發(fā)一體端，用于發(fā)射超聲波信號的同時，也接收超聲波反射信號；與之相對的剩余兩個cmut陣列換能器作為接收端，用于接收超聲波透射信號；采用一發(fā)多收的模式，即采用cmut陣列當(dāng)中的一個陣元作為發(fā)射端，然后逐一發(fā)射，共發(fā)射128束超聲波，接收端采用8個陣元接收，逐一接收128束超聲波反射信號和透射信號。128束超聲波反射信號和透射信號接收完成后，即分別獲得了一個乳房垂直面上一個斷層信息，然后電動旋轉(zhuǎn)臺步進轉(zhuǎn)動3°，每轉(zhuǎn)一次停下來進行一次上述的掃描，當(dāng)總共轉(zhuǎn)動90°時，就可以獲得整個乳房的所有斷層信息，然后利用獲得信息進行成像，即可獲得分別由反射法和投射法得到的3d圖像，然后對比分析兩幅3d圖像，從而準確的檢測乳腺狀況。以下列舉一個具體的乳腺的成像方法，以圓筒夾具10上兩個相鄰的cmut陣列換能器11作為超聲波收-發(fā)一體端，與之相對的剩余兩個cmut陣列換能器作為接收端，先調(diào)整兩組相對的兩個cmut陣列換能器11彼此對準，如圖6所示，圖中左、右兩側(cè)的cmut陣列換能器11為其中一組相對的兩個cmut陣列換能器11，左側(cè)的cmut陣列換能器11為超聲波收-發(fā)一體端，右側(cè)的cmut陣列換能器11為接收端，中間為待測乳房19；然后左側(cè)的cmut陣列換能器11的第1陣元發(fā)射超聲波，此時左側(cè)的cmut陣列換能器11的第1子陣接收反射信號、右側(cè)的cmut陣列換能器11的第1子陣接收透射信號，接著左側(cè)的cmut陣列換能器11的第2陣元發(fā)射超聲波，此時左側(cè)的cmut陣列換能器11的第2子陣接收反射信號、右側(cè)的cmut陣列換能器11的第2子陣接收透射信號15，……，以此類推，直至左側(cè)的cmut陣列換能器11的每個陣元依次掃描直到第128陣元掃描完畢，其中，所述的第1子陣是由第1陣元至第8陣元組成，所述的第2子陣是由第2陣元至第9陣元組成，剩余的子陣子以此類推。剩余的一組兩個相對的cmut陣列換能器11的掃描方法同上面所述的左、右側(cè)的cmut陣列換能器11的掃描方法一樣。即本發(fā)明系統(tǒng)通過反射法和透射法分別獲得乳房的一個斷層信息，然后電動旋轉(zhuǎn)臺9每轉(zhuǎn)動3°，停下來重復(fù)上述掃描方式，直到轉(zhuǎn)動90°時，全部掃描完成，獲得整個乳房的斷層信息，利用獲得的信息在計算機3上進行3d成像，然后對比透射法和反射法獲得3d圖像，對乳腺狀況做出準確診斷。

上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。