超聲波探頭和超聲波成像系統的製作方法

2023-06-10 22:32:46 2

超聲波探頭和超聲波成像系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種超聲波探頭，包括：電動機；通過兩個第一軸承可轉動地支撐主軸的支撐座；固定地安裝在主軸上以便隨著主軸運動的超聲波換能器；以及將電動機的旋轉運動轉換為超聲波換能器的擺動運動的轉換機構。轉換機構包括：連接到電動機的輸出軸以隨著電動機轉動的凸輪元件，凸輪元件包括主體部和從主體部向下延伸的連接軸，主體部具有相對於連接軸傾斜的傾斜頂面；通過第三軸承垂直於所述主體部的傾斜頂面可轉動地安裝到主體部上的連接橋元件，連接橋元件的另一端可樞轉地連接到主軸上。本實用新型還提供包括這種超聲波探頭的超聲波成像系統。根據本實用新型的超聲波探頭整體形狀和結構較簡單，易於製造和組裝，因而可顯著降低成本。
【專利說明】超聲波探頭和超聲波成像系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及超聲波診斷，尤其涉及一種用於獲取三維超聲波成像數據的超聲波探頭和包括這種超聲波探頭的超聲波成像系統。

【背景技術】
[0002]超聲波成像系統被廣泛用於需要使患者體內選定的解剖區域可視化的各種醫療診斷場合。作為超聲波成像系統的重要組成部分的超聲波探頭中的超聲波換能器產生並且向著患者被檢查區域發射超聲波，超聲波經患者被檢查區域反射回超聲波換能器，以獲取三維超聲波成像數據，這些成像數據被傳輸到超聲波成像裝置，從而獲得患者被檢查區域的超聲波圖像，以用於臨床診斷目的。
[0003]諸如US4579122和W02006/101373所公開的超聲波探頭大體包括超聲波換能器、電動機以及將電動機的旋轉運動轉換為超聲波換能器的擺動運動的轉換機構。但是，這些現有超聲波探頭中的轉換機構一般包括曲柄形狀的元件，因而結構較為複雜，不易製造和組裝。
[0004]因而，需要對現有的超聲波探頭進行改進。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的就是要克服上述現有技術中的至少一種缺陷，提出一種改進的超聲波探頭，這種超聲波探頭結構較簡單，易於製造和組裝，因而可顯著降低成本。
[0006]為此，根據本實用新型的一方面，提供一種超聲波探頭，包括:
[0007]電動機；
[0008]通過兩個第一軸承可轉動地支撐主軸的支撐座；
[0009]固定地安裝在所述主軸上以便隨著所述主軸一起運動的超聲波換能器；以及
[0010]將所述電動機的旋轉運動轉換為所述超聲波換能器的擺動運動的轉換機構；
[0011]其特徵在於:所述轉換機構包括:
[0012]連接到所述電動機的輸出軸以隨著所述電動機一起轉動的凸輪元件,所述凸輪元件包括主體部和從所述主體部向下延伸的連接軸，所述主體部具有相對於所述連接軸傾斜的傾斜頂面；
[0013]通過第三軸承垂直於所述主體部的傾斜頂面可轉動地安裝到所述主體部上的連接橋元件，所述連接橋元件的另一端可樞轉地連接到所述主軸上。
[0014]可選地，所述凸輪元件的旋轉軸線、所述連接橋元件的旋轉軸線以及所述主軸的旋轉軸線相交於同一點。
[0015]可選地，所述主體部呈具有所述傾斜頂面的圓柱形。
[0016]可選地，所述主體部位於所述傾斜頂面兩側的壁被切割成平面壁。
[0017]可選地，所述主體部形成近似三角形的塊體。
[0018]可選地，所述主體部形成為三角形塊體。
[0019]可選地，所述凸輪元件上設置有從所述傾斜頂面延伸到所述連接軸中的盲孔通道以及與所述盲孔通道相通的橫向通孔。
[0020]可選地，所述凸輪元件的傾斜頂面上形成帶有平坦底面的凹部。
[0021]可選地，所述連接軸通過聯軸器連接到所述電動機的輸出軸上。
[0022]可選地，所述連接橋元件包括U形主體部和從所述U形主體部的底臂向下延伸的突出部，所述突出部通過所述第三軸承垂直於所述傾斜頂面可轉動地安裝到所述主體部上，所述U形主體部的兩個側臂通過銷軸可樞轉地連接到所述主軸上。
[0023]可選地，所述超聲波探頭還包括安裝到所述電動機上的中空支架，所述支撐座包括主體部和從所述主體部向下延伸的延伸部，所述延伸部被插入到所述中空支架。
[0024]可選地，所述連接軸通過第二軸承可轉動地安裝到所述延伸部並且延伸超出所述延伸部，所述連接軸通過聯軸器連接到所述電動機的輸出軸上。
[0025]可選地，所述主體部為碗形形狀。
[0026]可選地，所述超聲波探頭還包括可編程控制器，所述可編程控制器根據公式:
[0027]Θ = Arctan (tanM.cos α )
[0028]來控制所述電動機的運行，其中，Θ是所述超聲波換能器相對於垂直平面擺動而偏移的角度，α是所述電動機相對於零點起動位置轉過的角度，M是所述超聲波換能器相對於垂直平面擺動而偏移的最大角度。
[0029]可選地，所述角度α由光電傳感器檢測。
[0030]可選地，所述連接軸通過兩個第二軸承可轉動地安裝到所述延伸部。
[0031]可選地，靠近所述主體部的第二軸承的直徑大於遠離所述主體部的第二軸承的直徑。
[0032]可選地，超聲波探頭還包括與所述支撐座接合以覆蓋所述超聲波換能器的柔性袋、以及與所述支撐座接合以覆蓋所述電動機的殼體。
[0033]根據本實用新型的另一方面，提供一種超聲波成像系統，其特徵在於，所述超聲波成像系統包括如上所述的超聲波探頭。
[0034]根據本實用新型的超聲波探頭通過採用具有傾斜頂面的凸輪元件，整體形狀和結構較簡單，加工精度要求低，可降低加工難度，因而易於製造和組裝，可顯著降低成本。此夕卜，相對於曲柄形狀的元件，整體成型的凸輪元件剛性增大，可減小凸輪元件旋轉過程中的擺動，從而有助於進一步提高超聲波成像質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是根據本實用新型優選實施例的超聲波探頭的示意立體圖，其中，為了清楚顯示超聲波探頭的內部結構，省略了超聲波探頭的殼體以及超聲波探頭的頭部上的柔性袋；
[0036]圖2是圖1所示超聲波探頭的側視圖；
[0037]圖3和圖4是通過相互垂直的平面分別截取的圖1所示超聲波探頭的剖視圖；
[0038]圖5和圖6是顯示凸輪元件的立體圖；
[0039]圖7是凸輪元件的剖視圖；以及
[0040]圖8是表示超聲波換能器的位置與電動機的位置之間關係的曲線圖。

【具體實施方式】
[0041]下面結合示例詳細描述本實用新型的各優選實施例。本領域技術人員應理解的是，該實施例是示例性的，它並不意味著對本實用新型形成任何限制。
[0042]圖1是根據本實用新型優選實施例的超聲波探頭的示意立體圖，其中，為了清楚顯示超聲波探頭的內部結構，省略了超聲波探頭的殼體以及超聲波探頭的頭部上的柔性袋。圖2是圖1所示超聲波探頭的側視圖。圖3和圖4是通過相互垂直的平面分別截取的圖1所示超聲波探頭的剖視圖。
[0043]如圖所示，根據本實用新型優選實施例的超聲波探頭I包括電動機3、安裝到電動機3的中空支架5、延伸部被插入到中空支架5中的支撐座7、通過兩個第一軸承9可轉動地支撐在支撐座7上的主軸11、以及固定地安裝在主軸11上以便隨著主軸11 一起運動的超聲波換能器13。
[0044]根據本實用新型優選實施例的超聲波探頭I還包括將電動機3的旋轉運動轉換為超聲波換能器13的擺動運動的轉換機構。該轉換機構包括凸輪元件15,凸輪元件15包括大體呈圓柱形並且具有傾斜頂面15a的主體部15b、以及從主體部15向下延伸的連接軸15c。連接軸15c可以與主體部15b—體地形成，也可以與主體部15b分開地形成並隨後安裝到主體部15b上。支撐座7包括主體部7a和從主體部7a向下延伸的延伸部7b。主體部7a優選地為碗形形狀，以減少超聲波的反射，從而提高成像質量。凸輪元件15的連接軸15c通過第二軸承17可轉動地安裝到支撐座7的延伸部7b並且延伸超出支撐座7的延伸部7b。為了防止凸輪元件15在轉動過程中出現擺動或偏轉而影響成像質量，連接軸15c可以通過兩個第二軸承17可轉動地安裝到支撐座7的延伸部7b。優選地，靠近主體部15b的第二軸承17的直徑大於遠離主體部15b的第二軸承17的直徑，以有助於凸輪元件15的安裝。連接軸15c延伸超出支撐座7的延伸部7b的部分通過聯軸器19連接到電動機3的輸出軸3a上，使得凸輪元件15的主體部15b能夠隨著電動機3的輸出軸3a的轉動在支撐座7的主體部7a中轉動。該轉換機構還包括連接橋元件21,連接橋元件21包括U形主體部21a和從U形主體部21a的底臂向下延伸的突出部21b。連接橋元件21的突出部21b通過第三軸承23大體垂直於凸輪元件15的主體部15b的傾斜頂面15a可轉動地安裝到主體部15b上。連接橋元件21的U形主體部21a的兩個側臂通過銷軸25可樞轉地連接到主軸11上。當然，連接橋元件21也可以為諸如直連杆的任何其它合適形狀。優選地，凸輪元件15的旋轉軸線、連接橋元件21的旋轉軸線以及主軸11的旋轉軸線相交於同一點。連接橋元件21的旋轉軸線包括連接橋元件21相對於凸輪元件15旋轉和/或相對於主軸11轉動的旋轉軸線。
[0045]如圖5和6所示，為了減小凸輪元件15的體積和重量，圓柱形的主體部15b位於傾斜頂面15a兩側的壁可以被切割成平面壁15d和15e。此外，主體部15b還可以經過垂直於連接軸15c並且通過傾斜頂面15a的平面被切割，從而形成近似三角形的塊體。這裡稱作「近似三角形」是因為主體部15b的一部分壁15f還是呈圓弧壁。當然，將圖中的圓弧壁15f切割成平面，使得主體部15b形成為三角形塊體也是可行的。本領域技術人員應理解的是，主體部15b可以為任何合適的形狀，只要其具有相對於連接軸15c傾斜的傾斜頂面15a即可。
[0046]在最終的超聲波探頭上還包括設置在支撐座7周圍並且與支撐座7緊密接合的柔性袋(未示出)，在支撐座7與柔性袋限定的空間中充滿著液體油，以提高超聲波的透射率，從而提高超聲波成像質量。為了防止液體油滲漏，在支撐座7的延伸部7b與凸輪元件15的連接軸15c之間設置有密封元件27。
[0047]在填充液體油的過程中，連接軸15c與支撐座7的延伸部7b之間第二軸承17周圍以及密封元件27周圍可能存在空氣。在一段時間之後空氣有可能擴散到支撐座7的主體部7a與柔性袋之間的空間中形成氣泡。這種氣泡會影響超聲波的透射，從而降低成像質量。為了消除氣泡，可在凸輪元件15上設置從主體部15b的傾斜頂面15a延伸到連接軸15c中安裝密封元件27的位置附近的盲孔通道15g，同時在連接軸15c上安裝第二軸承17和/或密封元件27的位置附近設置與盲孔通道15g相通的橫向通孔15h，如圖7所示。這樣，在填充液體油的過程中，液體油可以通過盲孔通道15g和橫向通孔15h充分地填充第二軸承17和/或密封元件27周圍的空間以排出氣體，從而避免可能形成的氣泡。
[0048]為了便於在將凸輪元件15安裝到支撐座7的過程中對凸輪元件15施加作用力，可以在凸輪元件15的傾斜頂面15a上形成帶有平坦底面15i的凹部15j，如圖5和7所示。
[0049]當電動機3運行帶動凸輪元件15轉動時，連接橋元件21 —方面隨著凸輪元件15一起轉動；另一方面，連接橋元件21也藉助於第三軸承23自轉。連接橋元件21的這兩種運動的結合導致裝有超聲波換能器13的轉軸11在一定範圍內來回擺動，從而對人體待檢查區域進行掃描。在電動機3以勻速運行時，經過轉換機構的轉換，裝有超聲波換能器13的轉軸11的擺動速度是非勻速的，這將影響超聲波成像質量。因而，需要對電動機3的速度進行控制，以使裝有超聲波換能器13的轉軸11的擺動速度是勻速的(恆定的)。為此，在聯軸器19的底端設置半圓形的感應部29，設置在感應部29附近的光電傳感器31對電動機的位置α進行檢測。為了確保對超聲波換能器13的精確控制，電動機3設置有零點起動位置，電動機3每次從該零點起動位置起動。電動機的位置α實際上是指電動機3相對於該零點起動位置轉過的角度。超聲波換能器13的位置Θ實際上是指超聲波換能器13相對於垂直平面擺動而偏移的角度。當超聲波換能器13相對於垂直平面擺動而偏移的最大角度為±40°時，超聲波換能器的位置Θ與電動機的位置α之間存在如圖8所示關係曲線。這種關係曲線可以公式:Θ = Arctan(tan40°.cos α )來表示。實驗證實基於該公式對電動機3的速度進行控制，可以實現電動機3以可變速度運行，而超聲波換能器13以恆定速度運行。為此，超聲波探頭I還設置有可編程控制器(未示出)，用於基於以上公式對電動機的運行進行控制。當然，超聲波換能器13相對於垂直平面擺動而偏移的最大角度發生變化時，該公式中的常數也發生變化。
[0050]以上結合具體實施例對本實用新型進行了詳細描述。顯然，以上描述以及在附圖中示出的實施例均應被理解為是示例性的，而不構成對本實用新型的限制。對於本領域技術人員而言，可以在不脫離本實用新型的精神的情況下對其進行各種變型或修改，這些變型或修改均不脫離本實用新型的範圍。
【權利要求】
1.一種超聲波探頭(1)，包括: 電動機⑶； 通過兩個第一軸承(9)可轉動地支撐主軸(11)的支撐座(7)； 固定地安裝在所述主軸(11)上以便隨著所述主軸(11) 一起運動的超聲波換能器(13);以及 將所述電動機(3)的旋轉運動轉換為所述超聲波換能器(13)的擺動運動的轉換機構； 其特徵在於:所述轉換機構包括: 連接到所述電動機(3)的輸出軸(3a)以隨著所述電動機(3) —起轉動的凸輪元件(15)，所述凸輪元件(15)包括主體部(15b)和從所述主體部(15b)向下延伸的連接軸(15c)，所述主體部(15b)具有相對於所述連接軸(15c)傾斜的傾斜頂面(15a)； 通過第三軸承(23)垂直於所述主體部(15b)的傾斜頂面(15a)可轉動地安裝到所述主體部(15b)上的連接橋元件(21)，所述連接橋元件(21)的另一端可樞轉地連接到所述主軸(11)上。
2.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述凸輪元件(15)的旋轉軸線、所述連接橋元件(21)的旋轉軸線以及所述主軸(11)的旋轉軸線相交於同一點。
3.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述主體部(15b)呈具有所述傾斜頂面(15a)的圓柱形。
4.根據權利要求3所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述主體部(15b)位於所述傾斜頂面(15a)兩側的壁被切割成平面壁(15d，15e)。
5.根據權利要求1或4所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述主體部(15b)形成近似三角形的塊體。
6.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述主體部(15b)形成為三角形塊體。
7.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述凸輪元件(15)上設置有從所述傾斜頂面(15a)延伸到所述連接軸(15c)中的盲孔通道(15g)以及與所述盲孔通道(15g)相通的橫向通孔(15h)。
8.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述凸輪元件(15)的傾斜頂面(15a)上形成帶有平坦底面(15i)的凹部(15j)。
9.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述連接軸(15c)通過聯軸器(19)連接到所述電動機(3)的輸出軸(3a)上。
10.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述連接橋元件(21)包括U形主體部(21a)和從所述U形主體部(21a)的底臂向下延伸的突出部(21b)，所述突出部(21b)通過所述第三軸承(23)垂直於所述傾斜頂面(15a)可轉動地安裝到所述主體部(15b)上，所述U形主體部(21a)的兩個側臂通過銷軸(25)可樞轉地連接到所述主軸(11)上。
11.根據權利要求1所述的超聲波探頭(I)，其特徵在於，所述超聲波探頭(I)還包括安裝到所述電動機(3)上的中空支架(5)，所述支撐座(7)包括主體部(7a)和從所述主體部(7a)向下延伸的延伸部(7b)，所述延伸部(7b)被插入到所述中空支架(5)。
12.根據權利要求11所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，所述連接軸(150通過第二軸承(17)可轉動地安裝到所述延伸部(76)並且延伸超出所述延伸部(713),所述連接軸(150)通過聯軸器(19)連接到所述電動機(3)的輸出軸(3幻上。
13.根據權利要求11所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，所述主體部(74為碗形形狀。
14.根據權利要求1所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，所述超聲波探頭(1)還包括可編程控制器，所述可編程控制器根據公式:
0 =八 1X1:811 (1:8111.008 0 ) 來控制所述電動機(3)的運行，其中，0是所述超聲波換能器(13)相對於垂直平面擺動而偏移的角度，0是所述電動機(3)相對於零點起動位置轉過的角度，1是所述超聲波換能器(13)相對於垂直平面擺動而偏移的最大角度。
15.根據權利要求14所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，所述角度0由光電傳感器檢測。
16.根據權利要求12所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，所述連接軸(150通過兩個第二軸承(17)可轉動地安裝到所述延伸部(76)。
17.根據權利要求16所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，靠近所述主體部(156)的第二軸承(17)的直徑大於遠離所述主體部(156)的第二軸承(17)的直徑。
18.根據權利要求1所述的超聲波探頭(1),其特徵在於，超聲波探頭(1)還包括與所述支撐座(7)接合以覆蓋所述超聲波換能器(13)的柔性袋、以及與所述支撐座(7)接合以覆蓋所述電動機(3)的殼體。
19.一種超聲波成像系統，其特徵在於，所述超聲波成像系統包括如上任一所述的超聲波探頭(1)。
【文檔編號】A61B8/00GK204233153SQ201420401410
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】陳曦東, 陳煥春 申請人:上海愛培克電子科技有限公司