專利名稱：帶有聲學(xué)窗口連續(xù)屏蔽的腔內(nèi)探測頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷成像系統(tǒng)，尤其是涉及帶有聲學(xué)窗口連續(xù)屏蔽的診斷用超聲成像探測頭。
醫(yī)學(xué)超聲產(chǎn)品對(duì)于發(fā)出的輻射(EMI/RFI)由嚴(yán)格的指標(biāo)來控制，以防止與其它設(shè)備的干涉并保持病人診斷中超聲圖像的完整性。由超聲設(shè)備發(fā)出的電子輻射會(huì)與醫(yī)院中的其它靈敏設(shè)備的操作發(fā)生干涉。由其它儀器如手術(shù)間的電烙設(shè)備發(fā)出的RFI會(huì)產(chǎn)生噪音以及對(duì)超聲圖像和尺寸的干涉。因此理想的是將超聲系統(tǒng)及其探測頭的電子元件與從或向這些元件發(fā)射的EMI/RFI輻射屏蔽開。
產(chǎn)生超聲探測頭的EMI/RFI屏蔽通常的方法由設(shè)置在探測頭電子元件之上或之內(nèi)或者與該電子元件非常接近地設(shè)置的薄金屬層以及適當(dāng)接地的電纜組成。為了屏蔽換能器前部，薄金屬層會(huì)位于換能器透鏡材料之上或者圍繞該材料或者嵌入其中。雖然這些方法對(duì)于無活動(dòng)部件的電子探測頭相當(dāng)簡單，它們應(yīng)用于帶機(jī)械振蕩的探測頭卻難得多。移動(dòng)換能器的動(dòng)作會(huì)在連續(xù)屏蔽中產(chǎn)生缺口，容許和允許運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)周圍的輻射進(jìn)出。因此，理想的是具備一種有效的屏蔽方法，將完全屏蔽向著移動(dòng)換能器及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或從其發(fā)出的輻射。
根據(jù)本發(fā)明的原理，機(jī)械超聲探測頭被描述為其中移動(dòng)換能器完全與EMI/RFI輻射屏蔽開。移動(dòng)換能器被容納在用聲學(xué)窗口蓋密封的探測頭末端的充液隔間中。該蓋覆襯有與基準(zhǔn)電位電氣連接的薄導(dǎo)電層。該導(dǎo)電層充分導(dǎo)電以提供EMI/RFI屏蔽，且薄得足以能夠使聲波能量通過聲學(xué)窗口。導(dǎo)電層可以是為探測頭提供充分屏蔽的連續(xù)表面或柵格狀圖案。
附圖中

圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的典型腔內(nèi)超聲探測頭。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明之原理構(gòu)造的用于三維成像的機(jī)械腔內(nèi)探測頭的側(cè)視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明之原理構(gòu)造的機(jī)械腔內(nèi)探測頭的橫截側(cè)視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明之原理構(gòu)造的機(jī)械腔內(nèi)探測頭的末端的橫截側(cè)視圖。
圖5是圖4中的末端探測頭更詳細(xì)的放大視。
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明之原理構(gòu)造的探測頭聲學(xué)窗口蓋。
過去，陰道內(nèi)換能器(IVT)探測頭和腔內(nèi)(ICT)探測頭已經(jīng)發(fā)展為從人體內(nèi)部掃描兩維圖像區(qū)域。這可以用陣列換能器或振蕩單晶換能器來實(shí)現(xiàn)，其將掃描出人體的扇形區(qū)域。通過使陣列換能器元件彎曲從而完全圍繞探測頭的末端，可以掃描出近似180度的扇形。典型的IVT腔內(nèi)探測頭10顯示在圖1中。這種探測頭包括長度約為6.6英寸(16.7厘米)且直徑約為一英寸的插入體腔中的軸部12。超聲換能器位于該軸的末端14。該探測頭在使用中通過手柄16被握持和操作。該手柄的端部是用于電纜20的電纜冒口18，該電纜延伸大約3-7英尺并終止于連接器22，該連接器將探測頭耦連于超聲系統(tǒng)。典型的IVT探測頭可具有長12英寸且包括電纜20和連接器22在內(nèi)約重48盎司(150克)的軸與手柄。
現(xiàn)在參見圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的用于三維成像的腔內(nèi)超聲探測頭30。探測頭30包括手柄部36，借助于該部使用者在使用過程中握持探測頭進(jìn)行操作。手柄的后部是用于探測頭電纜(未示出)的電纜冒口18。從手柄36的前端延伸的是探測頭的軸32，該軸終止于末端的圓頂狀聲學(xué)窗口34，成像期間超聲波穿過該窗口傳送或接收。包含在軸的末端中的是換能器座組件40，該組件還顯示在圖3中的橫截面圖中。凸面彎曲的陣列換能器46附接于組件40末端的換能器支架48。換能器支架48通過其主軸49樞轉(zhuǎn)安裝以在探測頭的末端來回?fù)u擺，從而使圖像平面掠過探測頭前方的立體區(qū)域。換能器支架48由振蕩驅(qū)動(dòng)主軸50搖擺，該驅(qū)動(dòng)主軸從電機(jī)以及手柄36中的主軸編碼器60延伸至換能器座支架的齒輪54。驅(qū)動(dòng)主軸50延伸穿過軸中的隔離管52，其用于使可動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸隔離于電導(dǎo)體和位于軸中最接近換能器座組件40之處的體積補(bǔ)償囊形件44。用于換能器支架48的搖擺機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和操作更充分地描述在同時(shí)遞交的美國專利申請(qǐng)60/559321中，發(fā)明名稱為用于3D成像的腔內(nèi)超聲探測頭，其內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。換能器陣列46獲得的回波信號(hào)是柱狀的，由超聲系統(tǒng)檢測和還原形成由探測頭進(jìn)行掃描的立體區(qū)域的三維圖像。
由于超聲波能量不能有效地穿過空氣，該陣列換能器46由液體圍繞，該液體能傳送超聲波并且接近地匹配于與水近似的人體聲學(xué)阻抗。液體包含在換能器座組件40內(nèi)部的液體腔42中，該組件還包含陣列換能器46。水基、油基和合成聚合物液體均可采用。在構(gòu)造的實(shí)施例中硅油被用作換能器液體腔中的聲學(xué)耦合液體。圖2中實(shí)施例的液體腔的更多細(xì)節(jié)可在同時(shí)遞交的美國專利申請(qǐng)60/559390中找到，其發(fā)明名稱為帶有多個(gè)液體腔的超聲探測頭，其內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
根據(jù)本發(fā)明的原理，聲學(xué)窗口34襯有薄的導(dǎo)電層38，如圖4所示。圓頂狀聲學(xué)窗口34由柔性塑料制成，它可與病人身體良好接觸并在探測頭跌落的情況下抗裂。在構(gòu)造的實(shí)施例中，聲學(xué)窗口34由聚乙烯聚合物制成。導(dǎo)電層38的適當(dāng)材料是金，其在柔性圓頂狀聲學(xué)窗口上彎曲良好并且趨于自行愈合任何由圓頂?shù)膹澢a(chǎn)生的小裂縫。鈦/金合金和鋁也是用作屏蔽材料的適當(dāng)候選物。雖然導(dǎo)電層可嵌入聲學(xué)窗口，更容易的是通過例如濺射、真空蒸鍍、物理汽相沉積、電弧汽相沉積、離子電鍍或迭層的真空沉積法而形成。在沉積聚合物圓頂之前可被覆聚對(duì)二甲苯來獲得導(dǎo)電層的更好粘結(jié)。這些方法使得該層的厚度得到謹(jǐn)慎控制，從而理想地獲得在換能器工作頻率下可透射聲波的薄層。導(dǎo)電層應(yīng)厚到足以導(dǎo)電，還應(yīng)薄到基本不會(huì)阻礙穿過聲學(xué)窗口的超聲波能量傳送。在構(gòu)造的實(shí)施例中，聲學(xué)透過性通過使該層38的厚度保持為換能器額定工作頻率(6MHz)下波長(λ)的1/16或更少來獲得。在構(gòu)造的實(shí)施例中，導(dǎo)電層38具有1000-3000?；?.004-0.012密耳的厚度，它們良好地位于此標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。2000埃(0.00787密耳)的金層和10000埃(0.03937密耳)的鋁層通?？扇菀椎氐玫?。對(duì)于采用大多數(shù)適當(dāng)材料的大多數(shù)情況下，波長(～20000埃)的1/128的導(dǎo)電層厚度通常可獲得良好的效果。
為了對(duì)屏蔽導(dǎo)電層38接通電路，聲學(xué)窗口蓋34通過金屬圓頂環(huán)70密封在換能器支架組件40的末端之上，如圖5所示。從而聲學(xué)窗口蓋34的內(nèi)表面上的導(dǎo)電層38抵靠位于圍繞組件40圓周的凹槽72和74中的兩個(gè)導(dǎo)電充銀O形環(huán)被壓縮。在構(gòu)造的實(shí)施例中，該換能器支架組件由鋁制成并且接地，從而從屏蔽層38開始穿過導(dǎo)電O形環(huán)并到達(dá)處于基準(zhǔn)電位的組件40以接通電路。從導(dǎo)電層38到基準(zhǔn)電位的連接可通過導(dǎo)電性環(huán)氧材料、釬焊連接、產(chǎn)生金屬到金屬之接觸的夾持壓力、導(dǎo)電性襯墊或O形環(huán)、或者離散排擾線來實(shí)現(xiàn)。
圖6描述了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中聲學(xué)窗口34像接觸透鏡一樣平坦而非圓頂狀。塑料蓋34襯有薄的金層38。這種形狀因素的聲學(xué)窗口將適合于例如多翼TEE探測頭的移動(dòng)換能器探測頭，其中陣列換能器繞垂直于陣列平面的軸線旋轉(zhuǎn)而非來回?cái)[動(dòng)。
該屏蔽層還可被形成為柵格狀屏幕或其它多孔圖案，而非采用連續(xù)層作為導(dǎo)電層38。這種圖案仍可提供有效的EMI/RFI屏蔽但有著提高的超聲波透射率。
權(quán)利要求
1.一種與電子輻射屏蔽開的超聲探測頭，包括位于流體腔內(nèi)的超聲換能器；換能器安裝其上并用于掃描該換能器的可動(dòng)機(jī)構(gòu)；封裝流體腔并且超聲波能量穿過其中而被發(fā)送或接收的聲學(xué)窗口；以及襯有聲學(xué)窗口并與基準(zhǔn)電位耦連的導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層位于聲學(xué)窗口的內(nèi)表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層嵌入該聲學(xué)窗口。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該聲學(xué)窗口包括圓頂狀蓋。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該聲學(xué)窗口包括相對(duì)平坦的接觸透鏡狀蓋。
6.如權(quán)利要求4所述的超聲探測頭，其中該超聲換能器包括擺動(dòng)以掃描立體區(qū)域的彎曲陣列換能器。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層由金、鈦/金合金或鋁制成。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層通過例如濺射、真空蒸鍍、物理汽相沉積、電弧汽相沉積、離子電鍍或迭層的真空沉積法形成在聲學(xué)窗口上。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層通過導(dǎo)電性環(huán)氧材料、釬焊連接、產(chǎn)生金屬到金屬之接觸的夾持壓力、導(dǎo)電性襯墊或O形環(huán)、或離散排擾線耦連于基準(zhǔn)電位。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層包括導(dǎo)電材料的連續(xù)層。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層包括導(dǎo)電材料的多孔層。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲探測頭，其中該多孔層包括導(dǎo)電材料的柵格狀屏幕。
13.如權(quán)利要求1所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層薄到足以在換能器的頻率下?lián)碛谐暡ǖ母咄干湫浴?br> 14.如權(quán)利要求13所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層表現(xiàn)出的厚度為該換能器的頻率下波長的1/16或更少。
15.如權(quán)利要求13所述的超聲探測頭，其中該導(dǎo)電層表現(xiàn)出的厚度在1000-3000埃的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種超聲探測頭具有被移動(dòng)從而用超聲波能量掃描病人的換能器陣列。該陣列位于被聲學(xué)窗口端蓋(34)封裝的流體腔(42)中。該聲學(xué)窗口端蓋被覆有薄的導(dǎo)電層(38)，其將換能器及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與EMI/RFI輻射屏蔽開。該導(dǎo)電層耦連于基準(zhǔn)電位。
文檔編號(hào)G10K11/02GK1938754SQ200580010789
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者B·謝雷爾, K·維克萊恩, D·貝克, J·哈特, A·霍恩伯格 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司