[发明专利]一种机械3D探头

说明书

技术领域

本发明涉及超声波成像，尤其是机械3D探头。

背景技术

机械3D探头是一种具有三维成像功能的超声波探头，探头内部的电机在信号控制下通过传动系统驱动发射并接收超声波的声头在一定角度内来回摆动。在每一个摆动角度，机械3D探头都可以像传统探头一样发射超声波并接收带有人体组织信息的回波，超声成像系统再将在不同角度所采集到的2维信息进行处理，合成为3维图像。

图1和图2为现有技术中一种机械3D探头的整体机械传动方案示意图，电机2通过支架3固定在基座1上，电机2通过同步带6将其输出运动从同步带轮4传递给同步带轮5，同步带轮5带动轴7旋转，轴7通过绳索8带动轮9旋转，轮9带动声头10旋转。

如图3所示，声窗12与基座1连接，在声窗12与基座1之间形成密闭空间13。密闭空间13内充满耦合液，耦合液的作用是填充声头10和声窗12之间的间隙14以传导超声波。

当温度升高时耦合液体积膨胀，密闭空间13中耦合液会产生较大的压力。当声头10摆动时，密闭空间13中耦合液会产生波动压力。为了减小压力对声窗13和基座1以及他们的连接面的作用，一般用一个软管15连接在基座1上，软管内腔与密闭空间13相连通，利用软管壁的变形来缓冲密闭空间内部压力的作用。

一种现有技术是用一个有孔的塞子16将软管15紧压在基座1的孔中，塞子16的孔用来连通密闭空间13和软管15的内腔。密闭空间13注满耦合液后，再用一个实心塞子17塞在软管15的末端，塞子17的外侧有一些倒扣以增加塞子17从软管15中脱落的阻力。为了防止塞子17从软管15末端脱落下来，用至少一个环套在软管15与塞子17配合处的外侧，压紧此处的软管以增大塞子17从软管15中脱落的阻力。环也可以用金属丝如钢丝缠绕的方法来代替。

在目前的技术方案中，软管一般具有横截面的内外轮廓为同心圆的特征。本文中，若非特殊说明，横截面均指经过软管轴线上一点并垂直于软管轴线的截面。因为软管具有内壁和外壁，因此软管横截面为环形截面，环形横截面的内轮廓即为软管内壁轮廓，环形横截面外轮廓即为软管外壁轮廓。

在常温下通过软管向密闭空间中注满耦合液并封堵后，软管内外压力相等，软管横截面处于自然状态，即软管横截面的内外轮廓直径与未注耦合液时相同。本文中，若非特殊说明，自然状态均指软管内腔压力和软管外部压力相等时的状态。

当温度升高并高于常温时，密闭空间中耦合液体积变大，密闭空间中耦合液压力变大，耦合液的压力大于外部大气压力，在内外压力差的作用下软管横截面的内截面轮廓半径变大，周长变大，软管横截面内轮廓所包围的面积变大，软管内部空间变大，以补偿因温度升高而多出来的耦合液体积对空间的要求，并降低内部压力。由于软管内部空间变大是通过软管横截面的内截面轮廓半径变大即软管壁的拉伸变形来实现的，因此软管壁弹性不好的情况下内部压力仍然会比较大，密闭空间中的耦合液从各个密封部位泄漏的风险就比较大。为了防止内部压力过大，软管壁的弹性必须足够好，软管材料的弹性模量必须足够小，壁厚必须足够薄，这对软管材料及制作软管的工艺有较高的要求。

当温度降低并低于常温时，密闭空间中耦合液体积变小，密闭空间中耦合液压力变小，耦合液的压力小于外部大气压力，在内外压力差的作用下软管变扁，软管横截面不再是同心的圆形，软管截面内轮廓周长不变，形状变为非圆形，即内轮廓上至少一部分点处的曲率半径大于该内轮廓上至少另外一部分点处的曲率半径。对于周长相同的几何形状，圆形时面积最大，因此当软管横截面内轮廓变为非圆形后横截面内轮廓所包围的面积变小，软管内部空间变小，以补偿因温度降低而减少的耦合液体积对空间的要求，并增大内部压力。由于内部压力仍然小于外部压力，很容易导致外部气体从各个密封部位以及管壁进入密闭空间。一旦密闭空间中有气泡存在，气泡就有可能移动到声头与声窗之间的区域，由于超声波在气液界面具有强烈反射，因此阻碍了超声波的传播，会在图像上形成黑影等干扰，影响医生作出正确的诊断判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械3D探头，能够降低因内部压力过大而导致的耦合液泄漏风险，能够降低因外部气体压力大于密闭空间内部压力而导致外部气体进入密闭空间的风险。