專利名稱:機(jī)械掃描超聲波診斷儀探頭的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種超聲波內(nèi)窺鏡或扇形掃描診斷儀的探頭，屬于用超聲波診斷儀器技術(shù)領(lǐng)域：
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在以往的機(jī)械掃描超聲波診斷儀探頭中超聲波換能器必須密封在一個沒有空氣的聲耦合液腔內(nèi)，因?yàn)闆]有聲耦合液，超聲波束就會被空氣隔絕，無法進(jìn)入人體。在掃描時，超聲波換能器要來回轉(zhuǎn)動。長期以來，超聲波換能器轉(zhuǎn)軸的動態(tài)密封一直是一個難以解決的問題。另外，超聲波換能器是在諧振狀態(tài)下工作的，一個超聲波換能器只能發(fā)射一種頻率的超聲波，也只有一個焦距，而在操作過程中，超聲波換能器不能從密封液腔中取出，因此，要改變超聲波頻率或焦距就必須更換整個探頭。日本專利《公開實(shí)用61－57908》公開了一種超聲波內(nèi)窺鏡，這種內(nèi)窺鏡就是將超聲波換能器安裝在探頭的密封液腔內(nèi)，其轉(zhuǎn)軸伸出液腔，在轉(zhuǎn)軸的中心通超聲波換能器導(dǎo)線，轉(zhuǎn)軸與液腔靠一個密封圈來阻止耦合液的泄漏。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就是有一個轉(zhuǎn)軸從密封腔內(nèi)伸出，存在一個動態(tài)密封問題，要徹底阻止耦合液的泄漏是很困難的，尤其是在密封圈被磨損后，就不可避免地會發(fā)生泄漏現(xiàn)象。另外，這種內(nèi)窺鏡的超聲波換能器也是不能更換的，一個探頭一種頻率和一個焦距。而且該內(nèi)窺鏡需用角度傳感器來指示超聲波掃描角度，體積大、成本高。
本實(shí)用新型的目的在于要克服上述缺點(diǎn)，徹底解決液腔的密封問題；同時還要很容易地更換超聲波換能器，使得一個探頭可以發(fā)射不同頻率或發(fā)射不同焦距的聚焦超聲束，提高價格性能比；省去指示掃描角度的角度傳感器，以降低生產(chǎn)成本，減小探頭的體積。
本實(shí)用新型的構(gòu)成是，在超聲波診斷儀探頭中有一個聲耦合液腔，腔內(nèi)只有一個聲反射鏡，聲反射鏡法線與轉(zhuǎn)軸軸線成45°角。在聲反射鏡前端是一個超聲波換能器，換能器發(fā)射超聲波束，經(jīng)聲反射鏡反射后與軸線成90°角進(jìn)入人體，人體的回波經(jīng)反射鏡又被換能器接收。聲反射鏡后端通過一個轉(zhuǎn)軸與非接觸式的力矩傳遞器的一部分連接，另一部分在液腔外，通過非接觸式的力矩耦合，使聲反射鏡在密封的耦合液腔內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時，經(jīng)聲反射鏡反射的超聲波在與軸線垂直的平面內(nèi)掃描。在聲反射鏡外側(cè)的外殼上開有透聲窗，可讓超聲波透出，在透聲窗上嵌有反聲條形靶，從靶反射的回波相對于從透聲窗反射的回波有很大的信噪比，經(jīng)信號處理后，靶的回波信號就能用來指示超聲波束所在的掃描角度位置。
附圖1是本實(shí)用新型的超聲波內(nèi)窺鏡探頭實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是聲束掃描原理圖；附圖3是本實(shí)用新型的機(jī)械扇形掃描超聲波診斷儀探頭實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
如附圖2所示，超聲波束21沿軸線方向發(fā)射到一個能反射超聲波的聲反射鏡23上，該反射鏡的法線24與轉(zhuǎn)軸25成θ角，根據(jù)波的反射原理，入射角等于反射角，如果θ角等于45°，則入射的超聲波束21與反射的超聲波束22之間的夾角正好是90°，也就是說，反射后的超聲波束22正好與軸線垂直，隨著轉(zhuǎn)軸25的轉(zhuǎn)動，超聲波束22就在與軸線垂直的平面內(nèi)掃描，而且掃描的角度與轉(zhuǎn)軸25的轉(zhuǎn)角同步。超聲波束22在碰到物體后，一部被物體吸收，一部被反射回來，反射回來的超聲波按反射時的途徑又回到超聲波換能器，并被換能器接收。根據(jù)接收信號的強(qiáng)弱就能判別被測物體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。如果超聲波束碰到金屬等物體，則超聲波幾乎全部被反射回來，這種信號是強(qiáng)反射信號，該信號要比正常反射信號強(qiáng)好幾倍，通過信號處理很容易把強(qiáng)反射信號分離出來。如果在聲反射鏡外圍設(shè)置一條與軸線平行的反聲條形靶，超聲波束開始掃描時，以第一次出現(xiàn)強(qiáng)反射信號為圓周掃描起點(diǎn)，當(dāng)?shù)诙纬霈F(xiàn)強(qiáng)反射信號時，就說明超聲波束已掃描了一周，這就是PPI掃描。如果在聲反射鏡外圍設(shè)置二條與軸線平行的反聲條形靶，以第一個噪音信號為掃描起點(diǎn)，以第二個噪音信號為掃描終點(diǎn)，接著聲反射鏡轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)，超聲波束往回掃描，超聲波束在二個反聲條形靶之間來回掃描，超聲波束形成一個扇形平面，這就是所謂的扇形掃描。不論是PPI掃描或是扇形掃描，在掃描過程中只有聲反射鏡在轉(zhuǎn)動，而超聲波換能器是固定不轉(zhuǎn)動的，這就是本實(shí)用新型的基本原理。
本實(shí)用新型的頭一個實(shí)施例是一個超聲波內(nèi)窺鏡探頭，如附圖1所示。在超聲波內(nèi)窺鏡探頭的端頭有一個超聲波換能器1，換能器1固定在殼體5上，超聲波換能器1通過透聲膜2與聲耦合液腔4耦合。透聲膜2的一個作用是將聲耦合液腔4與外界隔絕，另一個作用是讓超聲波束進(jìn)入液腔并射到聲反射鏡3上。在調(diào)換超聲波換能器1時，液腔內(nèi)的耦合液不受影響。液腔內(nèi)的聲反射鏡3其法線與轉(zhuǎn)動軸線13成45°角，轉(zhuǎn)軸7的一端與聲反射鏡3相連，另一端裝有一個永久磁鋼8，聲反射鏡3和永久磁鋼8都密封在除氣的聲耦合液腔4內(nèi)。聲反射鏡3在聲耦合液腔內(nèi)的轉(zhuǎn)動靠非接觸式的磁力耦合器來傳遞動力，該磁力耦合器是由機(jī)械力矩通過轉(zhuǎn)軸12來轉(zhuǎn)動的永久磁鋼10來實(shí)現(xiàn)，也可以通過一個電磁線圈構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場來實(shí)現(xiàn)傳動。根據(jù)電磁力的原理，當(dāng)永久磁鋼10轉(zhuǎn)動時或旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生時，永久磁鋼8也會跟著轉(zhuǎn)動，從而帶動聲反射鏡3轉(zhuǎn)動，使超聲波束在平面內(nèi)掃描。圖中9是聲耦合液腔4的后隔膜。軸承6是聲反射鏡轉(zhuǎn)軸7的軸承，因?yàn)椴豢紤]密封，所以軸承6一般選用摩擦系數(shù)較小的軸承。軸承11是永久磁鋼10的轉(zhuǎn)軸12的軸承，也要考慮有較小的摩擦系數(shù)。在聲反射鏡3外側(cè)的圓柱形外殼5上開有透聲窗，使得超聲波束可以穿過透聲窗進(jìn)入人體。在透聲窗上嵌有一條與轉(zhuǎn)軸軸線13平行的反聲條形靶，該反聲條形靶的功能是指示掃描角度，這一條反聲條形靶同時又是超聲波換能器1的信號連接導(dǎo)線，作為超聲波內(nèi)窺鏡，其超聲波束的掃描方式是圓周掃描，即PPI掃描，由于省去了角度傳感器，使得探頭的體積可以縮小，同時成本也可降低。如果要改變超聲波的頻率，或焦距只需更換超聲波換能器1，因?yàn)閾Q能器在液腔外，所以更換十分方便。這種超聲波內(nèi)窺鏡探頭的聲耦合液腔是全封閉式的，因此從根本上解決了耦合液泄漏的問題。在探頭上還配有光纖14，和物鏡26，使得該內(nèi)窺鏡同時又具備光學(xué)內(nèi)窺鏡的性能。
本實(shí)用新型的第二個實(shí)施例是一個扇形掃描超聲波診斷儀探頭，如圖3所示。其超聲波掃描部分的結(jié)構(gòu)與第一個實(shí)施例基本相同，只是掃描的角度及動力系統(tǒng)有所不同。動力系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)15、傘型齒輪16、傘型齒輪18、軸承17、軸承19和傳動帶20構(gòu)成。在聲反射鏡3外側(cè)的外殼5上開有透聲窗，在透聲窗上嵌有2條與轉(zhuǎn)動軸線13平行的反聲條形靶，該反聲條形靶同時作為超聲波換能器1的信號連接導(dǎo)線。在超聲波束掃描到第一條反聲條形靶時所得的強(qiáng)反聲信號作為掃描的初始位置，信號在掃描到第二條反聲條形靶時所得到的強(qiáng)反聲信號作為掃描的終止位置信號，用這些信號來控制步進(jìn)電機(jī)15的正反轉(zhuǎn)，通過動力系統(tǒng)使超聲波束往回掃描。二條反聲條形靶的相對位置決定了掃描的扇形角度。該扇形掃描診斷儀探頭屬于本實(shí)用新型的同一個基本構(gòu)思，因此它也具備第一個實(shí)施例的各種優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型根除了歷來超聲波診斷儀探頭必須動態(tài)密封，動態(tài)引線及不可更換超聲波換能器等弊端，解決了人們長期以來謁望解決的技術(shù)難題，使得超聲波內(nèi)窺鏡和扇形掃描超聲波診斷儀的設(shè)計方案發(fā)生實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。具有體積小、成本低、性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械掃描超聲波診斷儀探頭，由超聲波換能器，機(jī)械傳動裝置及殼體構(gòu)成，其特征在于，超聲波換能器1安裝在聲耦合液腔4之外，在聲耦合液腔4內(nèi)有一可繞軸線轉(zhuǎn)動的聲反射鏡3，聲反射鏡3的轉(zhuǎn)動靠非接觸式的力矩傳遞器來傳遞動力，在聲反射鏡3外側(cè)的外殼5上開有透聲窗，在透聲窗上嵌有與聲反射鏡3轉(zhuǎn)軸平行的指示掃描角度的反聲條形靶。
2.如權(quán)利要求
1所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于超聲波換能器1通過透聲膜2與聲耦合液腔4耦合，工作時超聲波換能器1不轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求
1所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于聲耦合液腔內(nèi)的聲反射鏡3的法線與轉(zhuǎn)動軸線1°成45°角，轉(zhuǎn)軸7的一端與聲反射鏡3相連，另一端裝有一個永久磁鋼8，聲反射鏡3和永久磁鋼8都密封在除氣的聲耦合液腔4內(nèi)。
4.如權(quán)利要求
1或2所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于聲耦合液腔內(nèi)的聲反射鏡3的法線與轉(zhuǎn)動軸線13成45°角，轉(zhuǎn)軸7的一端與聲反射鏡3相連，另一端裝有一個永久磁鋼8，聲反射鏡3、轉(zhuǎn)軸7及永久磁鋼8都密封在除氣的聲耦合液腔4內(nèi)。
5.如權(quán)利要求
1所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于聲反射鏡3在聲耦合液腔內(nèi)的轉(zhuǎn)動靠非接觸式的磁力耦合器來傳遞動力，該磁力耦合器是由機(jī)械力矩來轉(zhuǎn)動的永久磁鋼10或旋轉(zhuǎn)磁場。
6.如權(quán)利要求
1或2或3所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于聲反射鏡3在聲耦合液腔內(nèi)的轉(zhuǎn)動靠非接觸式的磁力耦合器來傳遞動力，該磁力耦合器是由機(jī)械力矩來轉(zhuǎn)動的永久磁鋼10或旋轉(zhuǎn)磁場。
7.如權(quán)利要求
1或2或3或5所述的超聲波診斷儀探頭，其特征在于，在透聲窗上嵌有1～2條用金屬制成的反聲條形靶，該反聲條形靶又可作為超聲波換能器的信號連接導(dǎo)線。
專利摘要
機(jī)械掃描超聲波診斷儀探頭屬于醫(yī)療診斷儀器技術(shù)領(lǐng)域：
。該探頭采用旋轉(zhuǎn)聲反射鏡的工作方式，構(gòu)成一個新的超聲波掃描器。在聲耦合液腔內(nèi)只有一個聲反射鏡，反射鏡的轉(zhuǎn)動靠非接觸式的磁耦合器來傳遞動力，根除了傳統(tǒng)模式中動態(tài)密封，動態(tài)引線及不可更換超聲波換能器等弊端，使得超聲波內(nèi)窺鏡和扇形掃描超聲波診斷儀的設(shè)計方案發(fā)生實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，并且有體積小、成本低、性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N29/00GK87207131SQ87207131
公開日1988年2月3日 申請日期1987年6月3日
發(fā)明者壽文德 申請人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan