一种在使用过程中曲率可调探头及其制备方法与流程

1.本发明涉及超声设备技术领域，具体是一种在使用过程中曲率可调探头及其制备方法。


背景技术：

2.超声探头作为医疗超声诊断设备的重要部件，对设备的使用场景、使用方法以及使用效果起到重要的制约作用，根据不同的使用场景，大多数超声探头生产公司会根据客户的具体需求制备出不同规格型号的探头。一般情况下探头种类主要分为：线阵、相控阵、凸阵、容积及矩阵探头等几大类。每一类别探头还会根据不同的应用场景调整具体设计参数，从而致使探头种类极为繁多。探头在实际开发过程中牵涉到产品结构设计、材料选型、工装设计、电路板卡设计等诸多步骤，因而会给探头设计公司造成极大的资源损耗。
3.尤其是凸阵探头，不同生产厂家会根据不同使用场景设计出一系列不同曲率半径的产品，而该系列产品之间除了曲率半径有所区别外，其他功能参数基本一致，给客户和探头设计制造商都造成了很多不必要的成本浪费。
4.常规凸阵探头的结构外形如图1所示，其中101为原声透镜；102为原叠层；103为原背衬块；104为原支撑件，可以是fr4、电木或铝块等；105为原手柄壳；106为原电缆线组件。原手柄壳105内一般不刻意填充任何材料，原叠层102和原背衬块103的曲率半径决定了凸阵探头的工作曲率半径，常规是固定不变的。
5.医护人员在使用过程中也需要根据不同使用场景更换不同曲率半径的探头，增加了很多的工作量；或者在不同使用场景中使用相同曲率探头则会影响患者的感受，同时造成最终诊断结果误差较大。


技术实现要素：

6.本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的第一个发明目的在于提供一种在使用过程中曲率可调探头，该探头结构巧妙，应用范围广，能够解决不同应用场景频繁更换探头的技术问题，降低使用成本，有利于上述探头在超声检查技术领域的推广及应用。本发明的第二个发明目的在于提供一种在使用过程中曲率可调探头的制备方法，用于制作上述探头，同样能够解决不同应用场景频繁更换探头的技术问题，降低使用成本的优点。
7.上述一种在使用过程中曲率可调探头与一种在使用过程中曲率可调探头的制备方法在技术上相互关联，属于同一个发明构思。
8.为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种在使用过程中曲率可调探头，包括声头组件、电缆线组件及手柄壳；所述声头组件包括声透镜、叠层、柔性材料片a及柔性材料片b；所述电缆线组件包括电缆线；所述手柄壳内填充有填充液体；还包括用于调节所述声头组件曲率的调节装置。
9.作为本发明的一种优选方案，所述调节装置包括顶端万向节固定接头、顶端精密自动伸缩杆、底端万向节固定接头及底端精密自动伸缩杆，所述顶端万向节固定接头连接
所述柔性材料片b，所述顶端精密自动伸缩杆连接于所述顶端万向节固定接头与所述底端万向节固定接头之间，所述底端精密自动伸缩杆连接所述底端万向节固定接头。
10.作为本发明的一种优选方案，所述叠层包括相叠的匹配层、压电陶瓷及背衬翼，所述压电陶瓷的上表面与下表面均镀金或镀银电极，且上表面上的电极与下表面上的电极通过导线导通。
11.作为本发明的一种优选方案，所述柔性材料片a由具有磁性的材料制成；所述柔性材料片b由永磁材料制成。
12.作为本发明的一种优选方案，所述手柄壳采用独立密封结构。
13.作为本发明的一种优选方案，所述填充液体的声阻抗在1.2
‑
1.5mrayl。
14.作为本发明的一种优选方案，所述填充液体为超纯无汽水、橄榄油、硅油或硅橡胶中。
15.作为本发明的一种优选方案，所述顶端精密自动伸缩杆为多个，所述顶端万向节固定接头的数量与所述顶端精密自动伸缩杆的数量相适配。
16.作为本发明的一种优选方案，所述底端精密自动伸缩杆固定于所述手柄壳底部中心位置。
17.与现有技术相比，本发明中的有益效果是：本发明中的一种在使用过程中曲率可调探头，结构巧妙，通过设置调节装置，使探头的曲率可以调节，扩大探头的使用范围，降低工作过程中更换探头的频率，同时降低使用成本，有利于上述探头在超声检查技术领域的推广及应用。
18.为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种在使用过程中曲率可调探头的制备方法的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
19.步骤1、将匹配层、压电陶瓷及背衬翼叠加形成叠层，其中，压电陶瓷的上表面与下表面均镀金或镀银电极，且上表面上的电极与下表面上的电极通过导线导通；
20.步骤2、制备柔性材料片a；
21.步骤3、将叠层与柔性材料片a粘接固定后进行切割，切割深度根据柔性材料片a的韧性进行，切割后，按需求曲率半径进行自由弯折；
22.步骤4、制备柔性材料片b，并将顶端万向节固定接头均匀分布在柔性材料片b上，并通过磁力将柔性材料片a吸附固定；
23.步骤5、使用5
‑
10个顶端精密自由伸缩杆，通过顶端万向节固定接头将柔性材料片b与底端万向节固定接头进行固定，其中，底端万向节固定接头固定于底端精密自动伸缩杆上；
24.步骤6、将底端精密自动伸缩杆固定于手柄壳底部中心位置，通过调整顶端精密自由伸缩杆的长度，调整叠层曲率半径，再调整底端精密自动伸缩杆的长度，使叠层的圆心与声透镜的圆心重合；
25.步骤7、浇筑声透镜，完成声头组件的制备；
26.步骤8、将声头组件与电缆线组件和手柄壳固定完成后，完成探头的制备。
27.与现有技术相比，本发明中的有益效果是：本发明中的一种在使用过程中曲率可调探头的制备方法，该制备方法用于制作上述在使用过程中曲率可调探头，同样能够解决不同应用场景频繁更换探头的技术问题，降低使用成本的优点。
附图说明
28.图1是现有技术中凸阵探头的结构示意图；
29.图2是实施例1中在使用过程中曲率可调探头的结构示意图；
30.图3是图2中a处的结构放大示意图；
31.图4是实施例2中在使用过程中曲率可调探头的部分结构放大示意图。
32.附图标记：101、原声透镜；102、原叠层；103、原背衬块；104、原支撑件；105、原手柄壳；106、原电缆线组件；201、声透镜；202、叠层；203、柔性材料片a；204、柔性材料片b；205、顶端万向节固定接头；206、顶端精密自动伸缩杆；207、底端万向节固定接头；208、底端精密自动伸缩杆；209、手柄壳；210、填充液体；211、电缆线；301、匹配层；302、压电陶瓷；303、背衬翼；401、柔性材料片。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
34.实施例1：如图2至图3所示，一种在使用过程中曲率可调探头，具体包括声头组件、电缆线组件及手柄壳209，上述声头组件包括声透镜201、叠层202、柔性材料片a203及柔性材料片b204。图2中，l表示叠层202与声透镜201之间的距离。叠层202包括相叠的匹配层301、压电陶瓷302及背衬翼303，上述压电陶瓷302的上表面与下表面均镀金或镀银电极，且上表面上的电极与下表面上的电极通过导线导通。上述电缆线组件包括电缆线211；手柄壳209内填充有填充液体210，填充液体210要求应具备一定流动性，声损耗较小，且与超声换能器内部结构相容性较好，可以是超纯无汽水、橄榄油、硅油、低声损耗的硅橡胶等。为了防止填充液体210泄露造成不良影响，上述手柄壳209采用独立密封结构。
35.填充液体210的声阻抗在1.2
‑
1.5mrayl，声透镜201的声阻抗应与内部填充液体210的声阻抗一致(差异在0.5mrayl以内)，声透镜201的短轴曲率半径应根据固定聚焦深度计算而定，声透镜201的长轴曲率半径可根据实际需求而定，保证在曲率半径的调整范围内，叠层202和声透镜201能准确对位，不致出现边缘阵元无法正常工作的情况。
36.叠层202的曲率半径调整可以是固定的，如根据预设的几种曲率半径设定程序，如45mm、50mm、55mm和60mm几种常用曲率半径；也可以是无极调整的，及可以根据一种程序精确控制曲率半径大小，如(45
‑
60)mm中间任意曲率半径均可调整到位。
37.为保证产品设计的通用性，声透镜201的曲率半径可设定为63mm，声透镜201的材料选用具备一定硬度和密封性较强的材料，如硬质硅橡胶、pebax树脂、tpx等，声透镜201短轴曲率半径需根据实际设计聚焦深度进行计算，如聚焦深度为80mm时，短轴曲率半径为35
‑
50mm，具体还要参照内部填充液体210和声透镜201的声阻抗比值大小；
38.声透镜201与手柄壳209需通过密封胶水粘接固定，粘接力要求要能耐受一定的温度范围，一般要求为
‑
34
‑
65℃，即在此温度范围内不会出现密封性变差的问题。
39.当声透镜201的曲率半径设定为63mm时，如果叠层202的曲率半径调整为60mm，两者之间的距离l为1
‑
2mm，因为叠层202的曲率半径是以压电陶瓷302的曲率半径为基准进行计算，匹配层301的厚度一般为1
‑
2mm。
40.实际工作过程中，如果需要将叠层202的曲率半径由60mm调整为45mm时，则需要将调整顶端精密自由伸缩杆206的长度在原来的基础上减少15mm，同时底端精密自由伸缩杆
208则在此基础上同样缩短15mm，此时叠层202和声透镜201依然是同心圆，不过此时叠层202和声透镜201之前的距离l则增大了15mm，故而要求手柄壳内部填充液体210在满足声阻抗要求的基础上，声损耗也要足够小的原因，一般要求为不大于0.2db/mm
·
mrayl。
41.为了解决不同应用场景频繁更换探头的技术问题，本实施例中的在使用过程中曲率可调探头还包括用于调节上述声头组件曲率的调节装置，调节装置包括顶端万向节固定接头205、顶端精密自动伸缩杆206、底端万向节固定接头207及底端精密自动伸缩杆208，上述顶端万向节固定接头205连接上述柔性材料片b204，上述顶端精密自动伸缩杆206连接于上述顶端万向节固定接头205与上述底端万向节固定接头207之间，上述底端精密自动伸缩杆208连接上述底端万向节固定接头207。上述顶端精密自动伸缩杆206为多个，上述顶端万向节固定接头205的数量与上述顶端精密自动伸缩杆206的数量相适配。将上述底端精密自动伸缩杆208固定于上述手柄壳209底部中心位置，通过调整顶端自由伸缩杆206的长度将叠层202曲率半径调整为所需大小，如50mm，然后调整底端精密自动伸缩杆208的长度确保叠层202与声透镜201的圆心重合。
42.柔性材料片a203由具有磁性的材料制成，可选用具备一定磁性的材料制备，该材料可以是本身就具备磁性的材料，如铁、钴、镍、四氧化三铁、铁氧体等，或是含有此类物质复合材料，如将具备磁性材料的粉末与环氧树脂按照一定的百分比进行混合制备；
43.柔性材料片b204是一种永磁体或永磁体复合材料，具备一定刚性和韧性，其背面均匀分布有5
‑
10个顶端万向节固定接头205，使用时通过磁力将柔性材料片a203吸附固定。
44.柔性材料片a203与柔性材料片b204通过磁力固定叠层202有助于后期维护，即如果后期发现产品出现质量问题(如阵元损坏、线路老化等)时，可直接拆开探头将叠层202更换成合格品即可重新封装使用，在长期使用过程中可有效节约探头使用单位的成本。
45.一种在使用过程中曲率可调探头的制备方法的制备方法，具体包括以下步骤：
46.步骤1、将匹配层301、压电陶瓷302及背衬翼303叠加形成叠层202，其中，压电陶瓷302的上表面与下表面均镀金或镀银电极，且上表面上的电极与下表面上的电极通过导线导通，给其输入激励信号，即可使压电陶瓷302形成振动产生所需频率的超声波；
47.步骤2、制备柔性材料片a203，柔性材料片a203可选用具备一定磁性的材料制备，该材料可以是本身就具备磁性的材料，如铁、钴、镍、四氧化三铁、铁氧体等，或是含有此类物质复合材料，如将具备磁性材料的粉末与环氧树脂按照一定的百分比进行混合制备；
48.步骤3、使用环氧胶水将叠层202与柔性材料片a203粘接固定后进行叠层切割，切割深度可根据具体材料的韧性进行设计，要求切割后产品可以按需求曲率半径进行自由弯折，一般为(45
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60)mm；
49.步骤4、柔性材料片b204是一种永磁体或永磁体复合材料，具备一定刚性和韧性，其背面均匀分布有5
‑
10个顶端万向节固定接头205，使用时，通过磁力将柔性材料片a203吸附固定；
50.步骤5、使用5
‑
10个顶端精密自由伸缩杆206通过顶端万向节固定接头205将柔性材料片b204与底端万向节固定接头207进行固定，其中底端万向节固定接头207固定在底端精密自动伸缩杆208上；
51.步骤6、将底端精密自动伸缩杆208固定于手柄壳209底部中心位置，通过调整顶端精密自由伸缩杆206的长度，调整叠层202曲率半径，再调整底端精密自动伸缩杆208的长
度，使叠层202的圆心与声透镜201的圆心重合；
52.步骤7、浇筑声透镜201，完成声头组件的制备；
53.步骤8、将声头组件与电缆线组件和手柄壳209固定完成后，完成探头的制备。
54.实施例2：如图4所示，本实施例与实施例1相比，区别特征在于：本实施例中只使用一种柔性材料片，固定方式由之前的磁力更改为环氧胶水粘接，具体结构详见图4，其中叠层202的结构与实施例1中一致，不同点在于该结构中只采用1片柔性材料片401，柔性材料片401具备一定刚性和韧性，不要求具备磁性，然后通过环氧胶水将叠层202与柔性材料片401粘接固定，其余结构和工作模式同实施例一。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
56.尽管本文较多地使用了图中附图标记：101、原声透镜；102、原叠层；103、原背衬块；104、原支撑件；105、原手柄壳；106、原电缆线组件；201、声透镜；202、叠层；203、柔性材料片a；204、柔性材料片b；205、顶端万向节固定接头；206、顶端精密自动伸缩杆；207、底端万向节固定接头；208、底端精密自动伸缩杆；209、手柄壳；210、填充液体；211、电缆线；301、匹配层；302、压电陶瓷；303、背衬翼；401、柔性材料片等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。