專利名稱：一種3d機械探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種3D機械探頭，特別是涉及一種3D機械探頭中的體積補償結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
3D機械探頭通常包括有作為驅(qū)動動力源的步進(jìn)電機，步進(jìn)電機在信號控制下通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動聲頭在一定角度內(nèi)擺動。在每一個擺動角度，3D機械探頭都可以象傳統(tǒng)探頭一樣發(fā)射超聲波并接收帶有人體組織信息的回波，因而可以在擺動范圍之內(nèi)的每個角度對人體組織進(jìn)行成像，而不需醫(yī)生將探頭在人體表面滑動或者擺動。圖1是一種3D機械探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，電機2通過電機支座3固定在基座1 上，電機2的輸出軸上固聯(lián)有主動同步帶輪4，主動同步帶輪4通過同步帶6將電機2的輸出運動傳遞給被動同步帶輪5。被動同步帶輪5固聯(lián)在主動軸7上，主動軸7支撐在基座 1上并可自由旋轉(zhuǎn)。被動輪9通過轉(zhuǎn)動軸11支撐在基座1上并可以以該轉(zhuǎn)動軸11為軸旋轉(zhuǎn)，聲頭10固聯(lián)在被動輪9上。主動軸7通過繩索8驅(qū)動被動輪9擺動，固聯(lián)于被動輪9 的聲頭10也隨之?dāng)[動。如圖2所示，基座1上連接聲窗12，基座1和聲窗12之間為一密閉空間13，該密閉空間13由基座1、聲窗12和其它連接結(jié)構(gòu)(如主動軸7等，圖中未示出)圍成。聲頭10 在密閉空間13中擺動。密閉空間13中充滿耦合液，耦合液的作用是填充聲頭和聲窗之間的間隙14以傳導(dǎo)超聲波。通常3D機械探頭要求可以在一定的溫度范圍內(nèi)均可正常工作。當(dāng)3D機械探頭的工作溫度升高時，密閉空間13中的耦合液體積會膨脹，從而會對聲窗12和基座1產(chǎn)生較大的壓力，該壓力會對聲窗12與基座1之間的密封連接產(chǎn)生影響，當(dāng)壓力過大時，可能會使聲窗12與基座1之間的密封連接失效，從而導(dǎo)致耦合液泄露。為了減小密閉空間的內(nèi)部壓力對聲窗12和基座1以及它們的密封連接的作用，通常設(shè)置體積補償結(jié)構(gòu)來補償耦合液的體積變化。當(dāng)耦合液膨脹時，體積補償結(jié)構(gòu)容納一部分耦合液，降低密閉空間的內(nèi)部壓力，減小對聲窗、基座及其連接面的作用。一般是在基座 1上連接一個與密閉空間13相連的軟管15，利用軟管15的體積變化來緩沖壓力的作用?，F(xiàn)有技術(shù)中軟管的截面為圓形。常溫下注油(即向密閉空間中注射耦合液)、封堵(即用堵頭或其它方式將軟管末端封起來)后軟管的截面也為圓形，軟管內(nèi)外的壓力相同，如圖3(a)所示。當(dāng)溫度升高時，耦合液體積膨脹，耦合液對軟管內(nèi)部的壓力也變大，從而使軟管截面半徑變大，軟管的容積變大以容納密閉空間中由于溫度升高而多出來的耦合液。軟管截面半徑變大，軟管截面周長也變大，軟管壁受拉伸，由于使軟管壁拉伸的力來自于軟管內(nèi)部耦合液的壓力，較大的內(nèi)部壓力才能使軟管壁受拉伸，因此內(nèi)部耦合液的壓力比較大，此時軟管內(nèi)部的壓力大于外部壓力，如圖3(b)所示。耦合液的體積變化越大，軟管截面面積就越大，軟管截面周長也越大，軟管壁的拉伸量就越大，軟管內(nèi)部的壓力也就越大，如圖3中(b)到(d)所示。在較大的內(nèi)部壓力作用下，探頭各密封處(如聲窗和基座的密封連接處)承受較大的內(nèi)部壓力，容易導(dǎo)致密封連接實效，從而導(dǎo)致耦合液泄露。因此，使用圓形截面軟管，對密封結(jié)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)的要求很高。另外，為了減小軟管膨脹狀態(tài)下的內(nèi)部壓力，軟管的彈性模量必須足夠小，軟管壁也需要盡量薄，這對軟管的材料和制造工藝有很高的要求，增加了成本。其中，本文中的“截面”均指垂直于軟管軸線的橫截面。另外，當(dāng)3D機械探頭的工作溫度降低時，耦合液體積縮小，軟管截面內(nèi)輪廓圍成的面積變小，當(dāng)溫度降至低于軟管內(nèi)外部壓力平衡時的溫度(即圖3(a)對應(yīng)的溫度)時， 軟管內(nèi)部的壓力將小于外部壓力，此時將在軟管內(nèi)部形成負(fù)壓，這種情況下，容易導(dǎo)致外部氣體從軟管末端封堵處、軟管與基座連接處等密封薄弱的位置進(jìn)入密閉空間13 ；如果材料氣密性不好，外部氣體也會從軟管壁進(jìn)入軟管內(nèi)部。一旦氣體進(jìn)入軟管內(nèi)部，就會在耦合液中形成氣泡，氣泡很可能移動到聲頭與聲窗之間的區(qū)域14，由于氣泡是超聲波的強反射體， 因此，耦合液中氣泡的存在會嚴(yán)重影響超聲成像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種在軟管工作溫度范圍內(nèi)能對耦合液的體積變化提供有效補償，且耦合液對聲窗與基座及其密封連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力小，不易造成密封連接失效的 3D機械探頭。本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案包括提供一種3D機械探頭，包括基座、聲窗、軟管、堵頭，連接到所述基座，且所述聲窗與所述基座之間包括一密閉空間，所述基座上連接有接頭，所述軟管一端連接到所述接頭， 所述接頭包括貫穿該接頭的通道，所述軟管的內(nèi)腔通過所述通道與所述密閉空間連通，所述堵頭與所述軟管的另一端連接，所述密閉空間和所述軟管中充滿耦合液，其特征在于所述軟管在至少一部分長度上各處垂直于所述軟管軸線的截面的內(nèi)輪廓滿足該內(nèi)輪廓上至少一部分點處的曲率半徑大于該內(nèi)輪廓上至少另外一部分點處的曲率半徑。本發(fā)明實施例的軟管截面的內(nèi)輪廓為非圓形，在軟管的工作溫度范圍內(nèi)根據(jù)溫度的變化，截面內(nèi)輪廓變形，從而補償密閉空間中耦合液的體積變化，軟管在非圓形截面內(nèi)輪廓的狀態(tài)下工作，無需拉伸軟管壁即可對因工作溫度變化導(dǎo)致的耦合液的體積變化提供補償，從而減小了密閉空間中耦合液的壓力，對軟管的氣密性、彈性模量等性能指標(biāo)要求以及探頭各處密封結(jié)構(gòu)的密封性能、各承受內(nèi)部壓力的連接結(jié)構(gòu)的可靠性的要求均比較低，避免了內(nèi)部耦合液壓力較大使得聲窗與基座之間的密封結(jié)構(gòu)容易失效的問題，且降低了成本。


圖1為現(xiàn)有的3D機械探頭的立體示意圖(未示出聲窗)；圖2為現(xiàn)有的3D機械探頭的部分剖視示意圖；圖3為現(xiàn)有的3D機械探頭的軟管的受力及軟管壁拉伸示意圖；圖4為本發(fā)明一個實施例的3D機械探頭的部分剖視示意圖；圖5為本發(fā)明一個實施例的軟管及其截面的示意圖；圖6為本發(fā)明另外實施例的軟管截面示意圖；圖7為本發(fā)明另一個實施例的軟管及其截面的示意圖8為本發(fā)明再一個實施例的軟管及其截面的示意圖；圖9為本發(fā)明一個實施例的軟管的受力及變形示意圖。
具體實施例方式如圖4所示，本發(fā)明一個實施例的3D機械探頭包括基座1、聲窗12、軟管15和堵頭17，基座1和聲窗12之間為一密閉空間13，該密閉空間13由基座1、聲窗12和其它連接結(jié)構(gòu)(如主動軸7等，圖中未示出)圍成，基座1上連接有接頭16，該接頭16包括有貫穿該接頭16并與密閉空間13連通的通道161。軟管15包括頭部15a、中部1 和尾部15c。軟管15的頭部15a與接頭16連接，軟管15的內(nèi)腔151通過接頭16的通道161與密閉空間 13連通。軟管15的尾部15c與堵頭17連接，通過該堵頭17將軟管15的內(nèi)腔151封閉。如圖5所示，與現(xiàn)有技術(shù)的軟管整體截面均為圓形不同，本實施例中，軟管15的頭部15a和尾部15c的截面內(nèi)輪廓為圓形，而中部15b的截面內(nèi)輪廓為非圓形，即該中部15b 的截面內(nèi)輪廓滿足該截面的內(nèi)輪廓的各點的曲率半徑中，至少部分點的曲率半徑大于至少另一部分點的曲率半徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，圓形輪廓上各點處曲率半徑相等。而本發(fā)明實施例中，軟管的至少一部分長度上，其各處垂直于其軸線的截面的內(nèi)輪廓的形狀為非圓形，即該截面內(nèi)輪廓的至少部分點處的曲率半徑不相等，至少部分點的曲率半徑大于至少另外部分點的曲率半徑。本文中，“截面內(nèi)輪廓”是指垂直于軟管軸線的橫截面上內(nèi)側(cè)的圍成軟管內(nèi)部空腔 (內(nèi)腔)的輪廓，“截面外輪廓”是指該橫截面上外側(cè)的輪廓。本實施例中，軟管頭部1 和尾部15c的截面內(nèi)輪廓周長小于中部15b的截面內(nèi)輪廓周長。這樣，與軟管頭部1 和尾部15c連接的接頭16和堵頭17可以做得比較小從而節(jié)省空間，而中部15b的截面內(nèi)輪廓周長可以做得比較大，實現(xiàn)較大的體積變化范圍，從而增大可補償?shù)捏w積范圍。在本發(fā)明的其它的實施例中，該軟管15的頭部1 和尾部15c的截面內(nèi)輪廓和外輪廓還可以為其它任何形狀，只要能達(dá)到密封和連接的目的即可。中部15b的截面內(nèi)輪廓為非圓形，截面外輪廓還可以為其它任何形狀。圖5的實施例中，軟管中部15b的截面內(nèi)輪廓為非圓形，一個實施例中，該截面內(nèi)輪廓可以是橢圓形。在其它的實施例中，軟管中部1 的截面內(nèi)輪廓的形狀還可以是如圖6 所示的其它幾種形狀。本文中稱圖6中(a)的形狀及與其類似的形狀為“長圓形”，圖6(b) 中的形狀及與其類似的形狀為“雙曲形”。實際上，軟管中部15b的截面內(nèi)輪廓的形狀不限于橢圓形和圖6所示的長圓形和雙曲形，還可以是其它任意的非圓形，只要可以通過內(nèi)輪廓變形而無需拉伸軟管壁即可使得該內(nèi)輪廓圍成的面積增大即可。本實施例中，軟管中部1 可以為等壁厚橫截面，軟管各處可以為現(xiàn)有工藝上能實現(xiàn)的最小壁厚，可以減小軟管的體積從而節(jié)省空間，軟管截面改變所需要的力也比較小， 受力也會比較均勻，而且在生產(chǎn)過程中來料容易檢驗。當(dāng)然，也可以為不等壁厚橫截面。軟管頭部1 和尾部15c也可以為等壁厚橫截面，壁厚較薄可以盡量減小結(jié)構(gòu)空間。當(dāng)然，為了連接、密封等需要，頭部1 和尾部15c的壁厚也可以做的比較厚，做成不等壁厚橫截面。圖5的實施例中，軟管15的頭部15a和尾部15c的截面內(nèi)輪廓的周長小于中部 15b的截面內(nèi)輪廓的周長。在另外的實施例中，也可以頭部1 和尾部15c中的任意一個
5或者兩者均做成截面內(nèi)輪廓的周長與中部1 相同。例如，如圖7所示，軟管頭部15a的截面內(nèi)輪廓的周長小于中部1 和尾部15c的截面內(nèi)輪廓的周長，而中部1 和尾部15c的截面內(nèi)輪廓的周長相同。一方面，這樣可以減小與軟管頭部1 連接的接頭16的尺寸，此處往往空間較小因而限制了軟管的尺寸；另一方面，軟管內(nèi)側(cè)一端大一端小(軟管中部15b 和尾部15c內(nèi)側(cè)較大而軟管頭部15a內(nèi)側(cè)較小)，制作軟管時型芯容易從軟管尾部15c抽出而不會對軟管壁造成損壞，有利于保證軟管的質(zhì)量。當(dāng)然，在其它實施例中，軟管15的頭部1 和尾部15c的截面內(nèi)輪廓的周長也可以大于中部15b的截面內(nèi)輪廓的周長。又如圖8所示，在另外的實施例中，軟管頭部15a、中部15b、尾部15c的截面內(nèi)輪廓也可以大小相同。這樣，軟管可以制作得比較長，在使用時分段截取即可，方便軟管的制造。前述各實施例中，對于中部1 截面內(nèi)輪廓為非圓形輪廓的軟管，自然狀態(tài)下截面內(nèi)輪廓圍成的面積記為Si、工作狀態(tài)下截面內(nèi)輪廓圍成的面積記為S2、當(dāng)該截面內(nèi)輪廓變?yōu)閳A形時且其周長不變時該截面內(nèi)輪廓圍成的面積記為S3，則可以使得Sl和S2始終滿足Sl <S2，這樣，可以保證工作狀態(tài)下軟管內(nèi)部壓力一直大于外部壓力；也可以使得S2和 S3始終滿足S2< S3，這樣，可以保證工作狀態(tài)下軟管內(nèi)部壓力一直小于使軟管壁變形為圓形的壓力，因而不會使軟管壁被拉伸，從而使得軟管內(nèi)部壓力比較小。當(dāng)然，也可以使得同時滿足Sl < S2 < S3。其中，本文中軟管的“工作狀態(tài)”是指該探頭的軟管處于其工作溫度范圍內(nèi)的狀態(tài)；“自然狀態(tài)”是指探頭組裝完成之前，還沒有注入耦合液，軟管處于自然的狀態(tài)下的狀態(tài)，截面內(nèi)輪廓圍成的面積是指該截面上內(nèi)輪廓圍成的空腔的面積。詳述如下對于周長一定的封閉圖形，當(dāng)其形狀為圓形時其面積最大；形狀為非圓形時，其面積由具體的形狀決定，最小趨近于0，最大趨近于形狀為圓形時的面積，變化非常明顯。面積從最小變化到最大，周長不變，僅僅靠形狀的變化即可實現(xiàn)面積的變化。本發(fā)明實施例中，使用截面內(nèi)輪廓為非圓形的軟管對探頭密閉空間13中的耦合液進(jìn)行體積補償，利用非圓形的截面內(nèi)輪廓易于變形、截面內(nèi)輪廓圍成的面積變化比較明顯、且截面內(nèi)輪廓圍成的面積變化時截面內(nèi)輪廓的周長可以保持不變的特點來達(dá)到體積補償?shù)哪康?。軟管截面?nèi)輪廓在自然狀態(tài)也就是內(nèi)外壓力相同時為非圓形，如圖9(a)；軟管內(nèi)部壓力大于外部后軟管截面內(nèi)輪廓圍成的面積增大，如圖9 (b) 9 (d)。軟管截面內(nèi)輪廓圍成的面積的增大通過軟管截面內(nèi)輪廓的形狀的改變來實現(xiàn)，而不需要周長增加，即軟管壁不需要拉伸，因此變形非常容易。由于不需要提供使軟管壁拉伸的力，因此軟管內(nèi)部的壓力可以比較小(使軟管壁拉伸的力是由軟管內(nèi)部的耦合液的壓力提供的)。軟管內(nèi)部壓力比外部壓力大的越多，軟管的截面內(nèi)輪廓圍成的面積就越大。軟管的截面內(nèi)輪廓圍成的面積基本上與軟管內(nèi)部壓力成正相關(guān)關(guān)系。因此，可以使軟管在自然狀態(tài)下其截面內(nèi)輪廓圍成的面積Si、軟管工作狀態(tài)時截面內(nèi)內(nèi)輪廓圍成的面積S2、軟管截面內(nèi)輪廓變?yōu)閳A形且其周長不變時其圍成的面積S3滿足S2恒大于Sl和/或S2恒小于S3。由于S2恒大于Si， 因此在工作狀態(tài)下軟管內(nèi)部壓力一直大于外部壓力，可以避免外部氣體進(jìn)入密閉空間；由于S2恒小于S3，因此軟管一直在非圓形截面內(nèi)輪廓的狀態(tài)下工作，軟管壁不受拉伸，密閉空間中的壓力較小。軟管連接到基座上并注油、封堵后，探頭的密閉空間中的耦合液僅受溫度的影響而做體積變化。因此，本發(fā)明各實施例中，安裝軟管、注入耦合液并封堵時，合理調(diào)整密閉空間及軟管內(nèi)部耦合液的初始壓力(也就是調(diào)整初始的S2的大小)，使得當(dāng)處于軟管最低工作溫度、耦合液體積最小、S2也最小時，此時的S2仍然大于Si，且當(dāng)軟管處于最高工作溫度、耦合液體積最大、S2也最大時，此時的S2仍然小于S3，這樣即可使得在工作狀態(tài)下S2 恒大于Sl而小于S3。軟管15在自然狀態(tài)下內(nèi)部壓力和外部壓力相同，如圖9(a)所示；常溫下注油、封堵時使軟管鼓起來一些，如圖9(c)所示；在軟管最高工作溫度時，軟管膨脹到最大狀態(tài)，但截面內(nèi)輪廓仍為非圓形，如圖9(d)所示；在軟管最低工作溫度時，軟管收縮到最小狀態(tài)，但截面內(nèi)輪廓圍成的面積仍然比自然狀態(tài)下要大，如圖9(b)所示。這樣在軟管的工作溫度范圍內(nèi)，軟管一直處于膨脹的狀態(tài)，內(nèi)部壓力一直大于外部壓力，避免了外部氣體進(jìn)入密閉空間13內(nèi)部。溫度變化時，軟管15的體積變化通過截面的形狀變化來實現(xiàn)，而無需拉伸軟管的管壁，對于一直沒有達(dá)到圓形截面內(nèi)輪廓的狀態(tài)的軟管來說，這種變化需要的力很小，對內(nèi)部耦合液產(chǎn)生的壓力也比較小，因此，對探頭聲窗和基座的密封結(jié)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)的作用力比較小，從而避免了內(nèi)部耦合液壓力較大使得聲窗與基座之間的密封結(jié)構(gòu)容易失效的問題。本發(fā)明實施例的軟管在其工作溫度范圍內(nèi)根據(jù)溫度的變化發(fā)生截面內(nèi)輪廓變形從而補償密閉空間中耦合液的體積變化，軟管一直在非圓形截面內(nèi)輪廓的狀態(tài)下工作，無需拉伸軟管壁即可對因工作溫度變化導(dǎo)致的耦合液的體積變化提供補償，從而減小了密閉空間中的壓力，對軟管的氣密性、彈性模量等性能指標(biāo)要求比較低；軟管的變形主要通過軟管截面內(nèi)輪廓的形狀變化來實現(xiàn)，無需拉伸軟管壁，故而對壁厚沒有嚴(yán)格的要求，因此對工藝要求比較低；密閉空間不會產(chǎn)生較大的內(nèi)部壓力，對探頭各處密封結(jié)構(gòu)的密封性能、各承受內(nèi)部壓力的連接結(jié)構(gòu)的可靠性的要求也比較低，因此既可以降低成本，也避免了內(nèi)部耦合液壓力較大使得聲窗與基座之間的密封結(jié)構(gòu)容易失效的問題；且內(nèi)部耦合液的壓力一直稍大于外部壓力，可以避免外部氣體進(jìn)入內(nèi)部密閉空間而影響成像質(zhì)量。以上通過具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種3D機械探頭，包括基座、聲窗、軟管、堵頭，所述聲窗連接到所述基座，且所述聲窗與所述基座之間包括一密閉空間，所述基座上連接有接頭，所述軟管一端連接到所述接頭，所述接頭包括貫穿該接頭的通道，所述軟管的內(nèi)腔通過所述通道與所述密閉空間連通， 所述堵頭與所述軟管的另一端連接，所述密閉空間和所述軟管中充滿耦合液，其特征在于 所述軟管在至少一部分長度上各處垂直于所述軟管軸線的截面的內(nèi)輪廓滿足該內(nèi)輪廓上至少一部分點處的曲率半徑大于該內(nèi)輪廓上至少另外一部分點處的曲率半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的3D機械探頭，其特征在于所述軟管在至少一部分長度上各處垂直于所述軟管軸線的截面的內(nèi)輪廓的形狀為橢圓形、長圓形或雙曲形。
3.如權(quán)利要求1所述的3D機械探頭，其特征在于在軟管工作狀態(tài)下所述截面的內(nèi)輪廓圍成的面積小于該截面內(nèi)輪廓為圓形且周長不變時圍成的面積。
4.如權(quán)利要求1或3所述的3D機械探頭，其特征在于在軟管工作狀態(tài)下所述截面的內(nèi)輪廓圍成的面積大于所述軟管在自然狀態(tài)下的該截面的內(nèi)輪廓圍成的面積。
5.如權(quán)利要求1所述的3D機械探頭，其特征在于當(dāng)所述軟管處于最高工作溫度時， 所述截面的內(nèi)輪廓圍成的面積小于該截面內(nèi)輪廓為圓形且周長不變時圍成的面積。
6.如權(quán)利要求1或5所述的3D機械探頭，其特征在于當(dāng)所述軟管處于最低工作溫度時，所述截面的內(nèi)輪廓圍成的面積大于所述軟管在自然狀態(tài)下的該截面的內(nèi)輪廓圍成的面積。
7.如權(quán)利要求1所述的3D機械探頭，其特征在于所述軟管包括頭部、中部、尾部，所述軟管在至少一部分長度上各處垂直于所述軟管軸線的截面的內(nèi)輪廓滿足該內(nèi)輪廓上至少一部分點處的曲率半徑大于該內(nèi)輪廓上至少另外一部分點處的曲率半徑，且所述頭部和 /或尾部的截面內(nèi)輪廓的周長小于或大于所述中部的截面內(nèi)輪廓的周長。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種3D機械探頭，包括基座、聲窗、軟管、堵頭，該聲窗連接到基座，且與基座之間包括一密閉空間，基座連接有接頭，軟管一端連接到該接頭，接頭包括貫穿該接頭的通道，軟管的內(nèi)腔通過該通道與密閉空間連通，堵頭與軟管的另一端連接，密閉空間和軟管中充滿耦合液，軟管在至少一部分長度上各處垂直于軟管軸線的截面的內(nèi)輪廓滿足該內(nèi)輪廓上至少一部分點處的曲率半徑大于該內(nèi)輪廓上至少另外一部分點處的曲率半徑。本發(fā)明實施例中軟管截面的內(nèi)輪廓為非圓形，軟管一直在非圓形截面內(nèi)輪廓狀態(tài)下工作，無需拉伸軟管壁，僅通過截面內(nèi)輪廓的形狀改變即可提供對耦合液體積的補償，從而減小了密閉空間中耦合液的壓力。
文檔編號A61B8/00GK102551792SQ201010607330
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者唐生利, 王振常, 白樂云, 陳振宇 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司