CN1938754B - 带有声学窗口连续屏蔽的腔内探测头 - Google Patents

带有声学窗口连续屏蔽的腔内探测头 Download PDF

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Abstract

一种超声探测头具有被移动从而用超声波能量扫描病人的换能器阵列。该阵列位于被声学窗口端盖(34)封装的流体腔(42)中。该声学窗口端盖被覆有薄的导电层(38)，其将换能器及其驱动机构与EMI/RFI辐射屏蔽开。该导电层耦连于基准电位。

Description

带有声学窗口连续屏蔽的腔内探测头
技术领域
本发明涉及医学诊断成像系统，尤其是涉及带有声学窗口连续屏蔽的诊断用超声成像探测头。
背景技术
医学超声产品对于发出的辐射(EMI/RFI)由严格的指标来控制，以防止与其它设备的干涉并保持病人诊断中超声图像的完整性。由超声设备发出的电子辐射会与医院中的其它灵敏设备的操作发生干涉。由其它仪器如手术间的电烙设备发出的RFI会产生噪音以及对超声图像和尺寸的干涉。因此理想的是将超声系统及其探测头的电子元件与从或向这些元件发射的EMI/RFI辐射屏蔽开。
产生超声探测头的EMI/RFI屏蔽通常的方法由设置在探测头电子元件之上或之内或者与该电子元件非常接近地设置的薄金属层以及适当接地的电缆组成。为了屏蔽换能器前部，薄金属层会位于换能器透镜材料之上或者围绕该材料或者嵌入其中。虽然这些方法对于无活动部件的电子探测头相当简单，它们应用于带机械振荡的探测头却难得多。移动换能器的动作会在连续屏蔽中产生缺口，容许和允许运动机构周围的辐射进出。因此，理想的是具备一种有效的屏蔽方法，将完全屏蔽向着移动换能器及其驱动机构或从其发出的辐射。
发明内容
根据本发明的原理，机械超声探测头被描述为其中移动换能器完全与EMI/RFI辐射屏蔽开。移动换能器被容纳在用声学窗口盖密封的探测头末端的充液隔间中。该盖覆衬有与基准电位电气连接的薄导电层。该导电层充分导电以提供EMI/RFI屏蔽，且薄得足以能够使声波能量通过声学窗口。导电层可以是为探测头提供充分屏蔽的连续表面或栅格状图案。
本发明提出了一种与电子辐射屏蔽开的超声探测头，包括：
位于流体腔内的超声换能器；
超声换能器安装其上的换能器支架，其中该换能器支架使图像平面掠过所述超声探测头前方的立体区域；
封装流体腔并且超声波能量穿过其中而被发送或接收的声学窗口；以及
衬有声学窗口并与基准电位耦连的导电层。
附图说明
附图中：
图1描述了现有技术的典型腔内超声探测头。
图2描述了根据本发明之原理构造的用于三维成像的机械腔内探测头的侧视图。
图3是根据本发明之原理构造的机械腔内探测头的横截侧视图。
图4是根据本发明之原理构造的机械腔内探测头的末端的横截侧视图。
图5是图4中的末端探测头更详细的放大视图。
图6描述了根据本发明之原理构造的探测头声学窗口盖。
具体实施方式
过去，阴道内换能器(IVT)探测头和腔内(ICT)探测头已经发展为从人体内部扫描两维图像区域。这可以用阵列换能器或振荡单晶换能器来实现，其将扫描出人体的扇形区域。通过使阵列换能器元件弯曲从而完全围绕探测头的末端，可以扫描出近似180度的扇形。典型的IVT腔内探测头10显示在图1中。这种探测头包括长度约为6.6英寸(16.7厘米)且直径约为一英寸的插入体腔中的轴部12。超声换能器位于该轴的末端14。该探测头在使用中通过手柄16被握持和操作。该手柄的端部是用于电缆20的电缆冒口18，该电缆延伸大约3-7英尺并终止于连接器22，该连接器将探测头耦连于超声系统。典型的IVT探测头可具有长12英寸且包括电缆20和连接器22在内约重48盎司(150克)的轴与手柄。
现在参见图2，显示了根据本发明构造的用于三维成像的腔内超声探测头30。探测头30包括手柄部36，借助于该部使用者在使用过程中握持探测头进行操作。手柄的后部是用于探测头电缆(未示出)的电缆冒口18。从手柄36的前端延伸的是探测头的轴32，该轴终止于末端的圆顶状声学窗口34，成像期间超声波穿过该窗口传送或接收。包含在轴的末端中的是换能器座组件40，该组件还显示在图3中的横截面图中。凸面弯曲的阵列换能器46附接于组件40末端的换能器支架48。换能器支架48通过其主轴49枢转安装以在探测头的末端来回摇摆，从而使图像平面掠过探测头前方的立体区域。换能器支架48由振荡驱动主轴50摇摆，该驱动主轴从电机以及手柄36中的主轴编码器60延伸至换能器座支架的齿轮54。驱动主轴50延伸穿过轴中的隔离管52，其用于使可动驱动主轴隔离于电导体和位于轴中最接近换能器座组件40之处的体积补偿囊形件44。用于换能器支架48的摇摆机构的结构和操作更充分地描述在同时递交的美国专利申请60/559321中，发明名称为用于3D成像的腔内超声探测头，其内容在此结合作为参考。换能器阵列46获得的回波信号是柱状的，由超声系统检测和还原形成由探测头进行扫描的立体区域的三维图像。
由于超声波能量不能有效地穿过空气，该阵列换能器46由液体围绕，该液体能传送超声波并且接近地匹配于与水近似的人体声学阻抗。液体包含在换能器座组件40内部的液体腔42中，该组件还包含阵列换能器46。水基、油基和合成聚合物液体均可采用。在构造的实施例中硅油被用作换能器液体腔中的声学耦合液体。图2中实施例的液体腔的更多细节可在同时递交的美国专利申请60/559390中找到，其发明名称为带有多个液体腔的超声探测头，其内容在此结合作为参考。
根据本发明的原理，声学窗口34衬有薄的导电层38，如图4所示。圆顶状声学窗口34由柔性塑料制成，它可与病人身体良好接触并在探测头跌落的情况下抗裂。在构造的实施例中，声学窗口34由聚乙烯聚合物制成。导电层38的适当材料是金，其在柔性圆顶状声学窗口上弯曲良好并且趋于自行愈合任何由圆顶的弯曲所产生的小裂缝。钛/金合金和铝也是用作屏蔽材料的适当候选物。虽然导电层可嵌入声学窗口，更容易的是通过例如溅射、真空蒸镀、物理汽相沉积、电弧汽相沉积、离子电镀或迭层的真空沉积法而形成。在沉积聚合物圆顶之前可被覆聚对二甲苯来获得导电层的更好粘结。这些方法使得该层的厚度得到谨慎控制，从而理想地获得在换能器工作频率下可透射声波的薄层。导电层应厚到足以导电，还应薄到基本不会阻碍穿过声学窗口的超声波能量传送。在构造的实施例中，声学透过性通过使该层38的厚度保持为换能器额定工作频率(6MHz)下波长(λ)的1/16或更少来获得。在构造的实施例中，导电层38具有1000-3000埃或0.004-0.012密耳的厚度，它们良好地位于此标准之内。2000埃(0.00787密耳)的金层和10000埃(0.03937密耳)的铝层通常可容易地得到。对于采用大多数适当材料的大多数情况下，波长(～20000埃)的1/128的导电层厚度通常可获得良好的效果。
为了对屏蔽导电层38接通电路，声学窗口盖34通过金属圆顶环70密封在换能器支架组件40的末端之上，如图5所示。从而声学窗口盖34的内表面上的导电层38抵靠位于围绕组件40圆周的凹槽72和74中的两个导电充银O形环被压缩。在构造的实施例中，该换能器支架组件由铝制成并且接地，从而从屏蔽层38开始穿过导电O形环并到达处于基准电位的组件40以接通电路。从导电层38到基准电位的连接可通过导电性环氧材料、钎焊连接、产生金属到金属之接触的夹持压力、导电性衬垫或O形环、或者离散排扰线来实现。
图6描述了本发明的另一实施例，其中声学窗口34像接触透镜一样平坦而非圆顶状。塑料盖34衬有薄的金层38。这种形状因素的声学窗口将适合于例如多翼TEE探测头的移动换能器探测头，其中阵列换能器绕垂直于阵列平面的轴线旋转而非来回摆动。
该屏蔽层还可被形成为栅格状屏幕或其它多孔图案，而非采用连续层作为导电层38。这种图案仍可提供有效的EMI/RFI屏蔽但有着提高的超声波透射率。

Claims (15)

1.一种与电子辐射屏蔽开的超声探测头，包括：
位于流体腔内的超声换能器；
超声换能器安装其上的换能器支架，其中该换能器支架使图像平面掠过所述超声探测头前方的立体区域；
封装流体腔并且超声波能量穿过其中而被发送或接收的声学窗口；以及
衬有声学窗口并与基准电位耦连的导电层。
2.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层位于声学窗口的内表面上。
3.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层嵌入该声学窗口。
4.如权利要求1所述的超声探测头，其中该声学窗口包括圆顶状盖。
5.如权利要求1所述的超声探测头，其中该声学窗口包括相对平坦的接触透镜状盖。
6.如权利要求4所述的超声探测头，其中该超声换能器包括摆动以扫描立体区域的弯曲阵列换能器。
7.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层由金、钛/金合金或铝制成。
8.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层通过溅射、真空蒸镀、物理汽相沉积、电弧汽相沉积、离子电镀或迭层的真空沉积法形成在声学窗口上。
9.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层通过导电性环氧材料、钎焊连接、产生金属到金属之接触的夹持压力、导电性衬垫或O形环、或离散排扰线耦连于基准电位。
10.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层包括导电材料的连续层。
11.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层包括导电材料的多孔层。
12.如权利要求11所述的超声探测头，其中该多孔层包括导电材料的栅格状屏幕。
13.如权利要求1所述的超声探测头，其中该导电层薄到足以在换能器的频率下拥有对超声波的高透射性。
14.如权利要求13所述的超声探测头，其中该导电层表现出的厚度为该换能器的频率下超声波波长的1/16或更少。
15.如权利要求13所述的超声探测头，其中该导电层表现出的厚度在1000-3000埃的范围内。
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