具有利用波形調諧的壓電馬達系統(tǒng)的注射器的制造方法
【專利說明】具有利用波形調諧的壓電馬達系統(tǒng)的注射器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求保護的主題是待審美國臨時專利申請N0.61/858，189的非臨時專利申請，并且要求該美國臨時專利申請的優(yōu)先權。美國臨時專利申請N0.61/858，189于2013年7月 25 日提交，標題為 “INJECTOR WITH PIEZO MOTOR SYSTEM WITH WAVE FORM TUNING(具有利用波形調諧的壓電馬達系統(tǒng)的注射器)”。該美國臨時專利申請的整個公開內容據此通過弓I入全部并入本申請中。
技術領域
[0003]本發(fā)明大體涉及磁共振成像，更具體地說，涉及相關于磁共振成像而使用的一個以上組件所使用的馬達。
【背景技術】
[0004]多種醫(yī)療程序要求將一種以上醫(yī)療流體注射到病人體內。例如，醫(yī)療成像程序常常涉及將對比劑可能隨同鹽水和/或其它流體注入病人體內。其它醫(yī)療程序涉及將一種以上流體注入病人體內用于治療目的。動力注射器可以用于這些類型的應用。
[0005]動力注射器大體包括通稱為動力頭的東西。一個以上注射筒可以以各種方式(例如，可拆卸地;后加載;前加載;側加載)安裝到動力頭。每個注射筒通常包括可以被表征為注射筒芯桿、活塞等的東西。每個這樣的注射筒芯桿被設計成與合并到動力頭中的適當的注射筒芯桿結合(例如，接觸和/或臨時互連)，使得注射筒芯桿驅動器的操作使注射筒芯桿在注射筒的筒體內部相對于注射筒的筒體在軸向上前進。
[0006]動力注射器通常利用馬達來移動注射筒芯桿驅動器。因此，要求馬達在為動力注射器指定的操作頻率范圍下操作。當前，壓電馬達通常通過使馬達定子的陶瓷材料退火來調諧。通過退火來調諧壓電馬達可能會增加制造壓電馬達的成本和時間，并可能導致馬達的應用有限。例如，一旦已經通過退火調諧了馬達，那么該壓電馬達就只能用在要求操作頻率落在該馬達已經被調諧到的頻率范圍內的應用中。因此，通過退火調諧的馬達通常被調諧到寬頻率范圍，這可能導致馬達更頻繁地加熱并且最終增加馬達誤差的潛在性。例如，在馬達被操作時，馬達可能升溫，并且馬達升溫越高，馬達的共振頻率可能改變得就越大，這可能導致比期望的更多或更少的扭矩。已經在動力注射器中使用通過退火調諧的壓電馬達，雖然這些壓電馬達的調諧后的頻率范圍顯著大于為動力注射器指定的操作頻率范圍。比如，在一個已知例子中，可以將壓電馬達調諧到35KHz?49KHz的頻率范圍，用在需要42.7KHz?44.6KHz的操作頻率范圍的動力注射器中。換言之，該例子中的壓電馬達被調諧到在寬頻率范圍下操作，而非動力注射器實際所需的特定操作頻率范圍。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的第一方面涉及動力注射器。該動力注射器包括注射筒芯桿驅動器、具有調諧的頻率范圍的壓電馬達和能夠互連到壓電馬達的控制板。壓電馬達的調諧后的頻率范圍的最低頻率從動力注射器的操作頻率范圍的最低頻率起不超過4KHz。壓電馬達的調諧后的頻率范圍的最高頻率從動力注射器的操作頻率范圍的最高頻率起不超過4KHz。壓電馬達能夠互連到注射筒芯桿驅動器，用于使注射筒芯桿驅動器沿至少第一方向移動。控制板能夠互連到壓電馬達，用于將頻率為動力注射器的操作頻率范圍內的選定頻率的至少一個信號施加到壓電馬達。
[0008]許多特征改進和附加特征能應用于本發(fā)明的第一方面。這些改進和附加特征可以單獨或以任意組合方式使用。因此，將討論的下列特征中的每一個可以，但是不是必須，與第一方面的任何其它特征或特征的組合一起使用。下列討論適用于第一方面，一直到開始討論本發(fā)明的第二方面為止。
[0009]動力注射器可以進一步包括注射筒，注射筒可以包括注射筒芯桿(例如，可在注射筒的筒體內相對于注射筒的筒體移動)。注射筒芯桿驅動器可以以任何適當的方式與注射筒芯桿相互作用以當注射筒芯桿驅動器由壓電馬達移動時使注射筒芯桿移動。注射筒芯桿驅動器可以包括柱塞，柱塞安裝在螺紋驅動螺桿上并且可沿著螺紋驅動螺桿移動。在任何情況下，壓電馬達可以使注射筒芯桿驅動器(并且因此注射筒芯桿)沿至少第一方向(例如，流體排出方向，比如沿著軸向路徑)移動。壓電馬達可以使注射筒芯桿驅動器沿流體排出方向和沿縮回方向(例如，沿著公共軸向路徑，但是沿相方的方向)兩者移動。
[0010]壓電馬達的至少部分可以由銅合金N0.642(Copper Alloy N0.642)來制造。在一個實施例中，壓電馬達的每個定子和每個轉子都由銅合金N0.642形成。整個壓電馬達的構造可以是不包括導線、不包括壓電晶體或者既不包括導線也不包括壓電晶體。
[0011]可以基于針對壓電馬達應用的至少一個要求來選擇壓電馬達可以被調諧到的特定頻率范圍，在第一方面的情況下，壓電馬達作為動力注射器的動力源。在該例子中，動力注射器可以具有需要動力注射器的操作頻率的帶軟件的控制板。因此，在該例子中，可以將壓電馬達調諧到類似于動力注射器的所需操作頻率范圍的特定頻率范圍。進而，壓電馬達可以在動力注射器的所需操作頻率范圍下操作。能夠理解，可以基于不同的任何數量的要求將相同的壓電馬達調諧到不同的特定頻率范圍。因此，能夠對相同的壓電馬達進行調諧以便與需要使用壓電馬達的任何應用和/或組件(包括但不限于其它磁共振成像系統(tǒng))一起使用。
[0012]壓電馬達被調諧到的特定頻率范圍可以基本類似于(例如，與其偏離小)相關應用的所需操作范圍。例如，針對第一方面的動力注射器的情況，壓電馬達的特定頻率范圍的最低頻率可以從動力注射器的操作范圍的最低頻率起不超過IKHz，并且壓電馬達的特定頻率范圍的最高頻率可以從動力注射器的操作頻率范圍的最高頻率起不超過ΙΚΗζ。在另一個例子中，壓電馬達的特定頻率范圍的最低頻率可以從動力注射器的操作范圍的最低頻率起不超過2ΚΗζ，并且壓電馬達的特定頻率范圍的最高頻率可以從動力注射器的操作頻率范圍的最高頻率起不超過2ΚΗζ。在又一個例子中，壓電馬達的特定頻率范圍的最低頻率可以從動力注射器的操作范圍的最低頻率起不超過3ΚΗζ，并且壓電馬達的特定頻率范圍的最高頻率可以從動力注射器的操作頻率范圍的最高頻率起不超過3ΚΗζ。在一個實施例中，動力注射器的操作頻率范圍是壓電馬達的調諧后頻率范圍的子集。另一個特征是壓電馬達的特定頻率范圍的最低頻率小于動力注射器的操作范圍的最低頻率，并且壓電馬達的特定頻率范圍的最高頻率高于動力注射器的操作頻率范圍的最高頻率。
[0013]本發(fā)明的第二方面涉及將壓電馬達與磁共振成像系統(tǒng)組件集成到一起。將電壓馬達與磁共振成像系統(tǒng)組件集成到一起大致包括將壓電馬達調諧到特定頻率范圍，隨之將調諧后的壓電馬達合并到磁共振成像系統(tǒng)組件中。將壓電馬達調諧到特定頻率范圍包括執(zhí)行第一施加步驟，第一施加步驟包括向壓電馬達施加初始壓力。將壓電馬達調諧到特定頻率范圍進一步包括:控制板產生至少一個信號，所述至少一個信號的頻率為特定頻率范圍(例如，期望將壓電馬達調諧到的頻率范圍)內的選定頻率；以向壓電馬達施加所產生的信號的形式來執(zhí)行第二施加步驟;測量壓電馬達的振動頻率(例如，馬達共振/振動的頻率)；以及改變向壓電馬達施加的壓力?？梢灾貜偷诙┘硬襟E、測量步驟和改變步驟，直至所測量的振動頻率為包含特定頻率范圍的共振頻率為止(例如，使得壓電馬達在特定頻率范圍處/上共振)。
[0014]許多特征改進和附加特征能應用于本發(fā)明的第二方面。這些改進和附加特征可以單獨或以任意組合方式使用。因此，將討論的下列特征中的每一個可以，但是不是必須，與第二方面的任何其它特征或特征的組合一起使用。下列討論適用至少第二方面。
[0015]將壓電馬達調諧到特定頻率范圍可以包括多個步驟。例如，至少一個信號可以經控制板產生，其中該信號具有在特定頻率范圍(例如，其包括磁共振成像系統(tǒng)組件的操作頻率范圍)內的選定頻率。在一個例子中，所選擇的頻率可以是將包含調諧后的壓電馬達的磁共振成像系統(tǒng)組件(例如，動力注射器)的操作頻率范圍的中心頻率。在該例子中，壓電馬達被調諧到磁共振成像系統(tǒng)組件的操作頻率范圍的中心頻率，使得壓電馬達在操作頻率范圍(例如，壓電馬達的共振頻率的帶寬至少相當于磁共振成像系統(tǒng)組件的操作頻率范圍)共振。
[0016]壓電馬達可以包括第一定子、第二定子、第一轉子和第二轉子。用于調諧壓電馬達的另一個步驟可以包括執(zhí)行第二施加步驟，第二施加步驟可以包括將所產生的信號施加至壓電馬達。第二施加步驟還可以包括將所產生的信號施加到第一定子或第二定子中的一個。所產生的信號可以包括多個脈沖，其中每個脈沖都具有脈沖寬度。所產生的信號的占空比可以在從約15 %至約40 %的范圍內。例如，在將壓電馬達施加所產生的信號的一個例子中，具有15%的占空比可能是有益的，在向壓電馬達施加所產生的信號的另一個例子中，具有35%的占空比可能是有益的。因此，可以操作控制板以調節(jié)該多個脈沖中的每一個的脈沖寬度。
[0017]將壓電馬達調諧到特定頻率范圍可以進一步包括測量壓電馬達的振動頻率(例如，馬達共振/振動的頻率)和改變向壓電馬達施加的壓力。改變向壓電馬達施加的壓力可大致包括改變第一和第二定子之間的擠壓量。例如，改變所施加壓力可以包括在第一定子和第二定子之間添加至少一個填隙片。在另一個例子中，改變所施加壓力可以包括從第一定子和第二定子之間移除至少一個填隙片。在又一個例子中，改變所施加壓力可以包括從外面擠壓壓電馬達的殼體部的相對兩端。
[0018]將壓電馬達調諧到特定頻率范圍可以進一步包括重復向壓電馬達施加所產生的信號、測量壓電馬達的振動頻率和改變向壓電馬達施加的壓力，直至所測量的振動頻率為共振頻率為止(例如，使得壓電馬達在特定頻率范圍處共振)。可以操作控制板以調節(jié)在特定頻率范圍內的選定頻率。例如，在確定所測量的振動頻率是共振頻率之后，可以產生具有在特定頻率范圍內的不同選定頻率的新信號，因此，