專利名稱：具有改進的電隔離的超聲波探頭的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及超聲波探頭，更具體地，涉及提供傳感器組件的導電部分的改進的電隔離的超聲波探頭。
本發明還涉及用于制造超聲波探頭的方法，其提供了可靠的電隔離而不管制造過程中的變化。
超聲波探頭包括包含各種帶電部分(例如，產生并返回電信號的路徑)和接地部分的組件，接地部分提供對組件是必要的RFI抗干擾性，使以它們預定的方式行使功能。為了病人的安全并且為了滿足指定的IEC-60601工業標準的要求，病人必須完全與探頭內部的任何電/接地路徑隔離。當探頭暴露到正常使用中產生的應力時，例如，化學暴露，熱和機械磨損，以及通過各種多重的故障狀態，例如，探頭和病人之間很高的電壓差額時，該電隔離必須保持完整。
對于外部身體使用的超聲波探頭，其通常不具有限制的空間約束，通過合適的材料選擇和探頭外殼的部件的設計，這些要求相對容易滿足。探頭從而容易滿足電泄漏和間隙限制(其與到達帶電部分的路徑長度有關)。然而，當前考慮到人類工程學，設計外部使用的超聲波探頭是一個趨勢，并且這引入在空間約束上的限制。
然而，對于內部身體使用的超聲波探頭，經常有緊密的空間約束，使得外部身體使用的超聲波探頭的設計不能用來滿足電隔離的要求。具體地，對于為了腔內使用設計的超聲波探頭，諸如經食道超聲心動圖超聲波探頭(此后稱為TEE探頭)，經常存在非常緊密的空間約束，另外，由于在正常的腔內使用期間出現的連續環境應力，存在材料限制。與外部身體使用的超聲波探頭比較，對于內部使用的超聲波探頭，由于限制的空間和材料上的限制，因此為了在這種內部使用的超聲波探頭，具體地包括TEE探頭內實現需要的電隔離，存在更大的設計挑戰。
在一些當前的TEE探頭中，電隔離通過在外部塑料外殼內的堅固的環氧樹脂內封裝傳感器組件的金屬/帶電部分實現。參考圖3，示出了現有技術的TEE探頭100的部分。TEE探頭100包括由上外殼部分104和下外殼部分106形成的，從而在其中限定了沿著兩個外殼部分104，106之間的整個界面延伸的接縫108的塑料外殼102，連接到外殼102的后端的彎曲的頸或套110，和放置在形成在外殼102的上外殼部分104內的孔內的聲窗或透鏡112。外圍接縫114形成在聲窗112和上外殼部分104之間。探頭100還包括傳感器組件116，其具有導電部分118和鄰近聲窗或透鏡112布置的聲匹配層120。導電部分118經常填裝環氧樹脂122，即，外殼102和導電部分118之間的整個空間充滿環氧樹脂。
使用上面描述的類型的現有技術TEE探頭的一個問題在于，外殼102的兩個外殼部分104，106彼此連接的接縫108，代表很容易受包含在環氧樹脂122內或在填裝步驟期間產生的氣泡或空隙損壞的區域。包括這些氣泡或空隙的環氧樹脂122的區域被電削弱了，因為氣泡和空隙產生從傳導部分118至接縫108的電荷的路徑或通道。這個削弱區域能造成探頭100無法達到隔離要求，因為來自導電部分118的電荷將移動到接縫104，從而是病人安全的危險。
另外，聲窗112粘貼到上外殼部分104的窗接縫114，及彎曲的頸110連接到外殼102的接縫124，是相似的易損壞區域。
這些氣泡和空隙的形成起因于制造探頭的方式，即，傳感器組件116填裝環氧樹脂122。因為傳感器組件116填裝環氧樹脂122對每個探頭固有地變化，盡管一些探頭可能不具有任何氣泡或空隙，但以同樣的方式制造的其他探頭可能具有一些氣泡或空隙。
氣泡和空隙形成的不連續和隨機的特性引起問題，因為探頭在制造后進行電安全測試。這些包括氣泡或空隙的探頭經常無法達到電安全測試并需要重做以修補在環氧樹脂內帶有氣泡或空隙的區域。
能夠構造內部身體使用的，可以可靠地制造而沒有在探頭的傳感器組件的導電部分和探頭的外殼內的任何接縫之間形成電路徑或通道的危險，并且不妨礙傳感器組件的聲功能的超聲波探頭是有益的。
本發明的目的為提供新的提供改進的電隔離的超聲波探頭，尤其是內部身體使用的超聲波探頭，例如，腔內超聲波探頭，而不妨礙探頭的聲效果。
本發明的另一個目的為提供新的可以可靠地制造而沒有在探頭的傳感器組件的導電部分和探頭的外殼內的任何接縫之間形成電路徑或通道的危險的超聲波探頭。在這點上，提供用于制造提供可靠的電隔離而不管制造過程中的變化的超聲波探頭的方法也是本發明的目的。
本發明的另一個目的為提供新的超聲波探頭，其中導電部分填裝在外殼內部的環氧樹脂內，并且即使在環氧樹脂內存在氣泡或空隙，探頭也提供電隔離。
為了實現這些和其他的目的，根據本發明的超聲波探頭包括外殼，布置在外殼內并包括發射，接收和處理波的導電部分的傳感器組件，及布置在外殼內把導電部分與外殼電隔離的聲匹配層。因為外殼通常包括形成在兩個外殼部分之間或外殼和另一個連接到其上的部件，例如，聲窗或透鏡或布置在外殼后部的連接構件之間的接縫，聲匹配層作為導電部分和接縫之間的屏障，從而防止電荷通過接縫從外殼出去。由于探頭充分地降低了病人電擊的危險，本發明從而增加了探頭的安全。
而且，通過使用聲匹配層來提供電隔離，傳感器組件的聲效果不受到妨礙，即，以希望的方式影響通過傳感器組件發射和接收的波。
匹配層可以完全包裹導電部分并延伸通過形成在外殼的后端在外殼和連接構件之間的接縫，并且匹配層的接縫形成在外殼的底端。可選地，匹配層可以修整得更短并圍繞導電部分密封。
如上面描述的用于制造具有聲匹配層的超聲波探頭的方法包括將聲匹配層包裹在傳感器組件上，把包裹的傳感器組件插入第一外殼部分，把聲窗接附到第一外殼部分內或配套第一外殼部分的第二外殼部分內的孔內，把聲窗接附到包裹的傳感器組件，把第一和第二外殼部分連接在一起，并在第一和第二外殼部分及包裹的傳感器組件之間填充環氧樹脂。由于在匹配層內導電部分的封裝，在制造過程期間出現的環氧樹脂內氣泡或空隙的存在不會導致外殼內或外殼和另一個部件之間的接縫區域內的任何易損壞性。
在探頭內的接縫上匹配層的存在增加了探頭使用中的安全和可靠性，而且還降低了探頭關于電隔離的無法達到安全要求的可能性。具體地，傳感器組件上聲匹配層的包裹改進了探頭在使用期間的可靠性，因為聲匹配層防止可能損害傳感器組件的化學物質與其接觸并且還把傳感器組件與潮濕和由機械損壞造成的環氧樹脂和外殼內的可能的裂縫隔離。因此，通過當起作用時的環氧樹脂和聲匹配層防止可能通過外殼內的任何接縫的流體接觸傳感器組件。
本發明連同其另外的目的和優點，通過參考下面結合附圖做出的描述可以更好地理解，其中相似的參考數字標識相似的元件。
圖1為根據本發明的超聲波探頭的第一個實施例的部分的截面圖，其穿過探頭的傳感器組件獲取。
圖2為根據本發明的超聲波探頭的第二個實施例的部分的截面圖，其穿過探頭的傳感器組件獲取。
圖3為現有技術TEE探頭的一部分的截面圖，其穿過探頭的傳感器組件獲取。
參考圖1和2，其中相似的參考數字指的是相同的或相似的元件，根據本發明的超聲波換能器探頭10包括限定空腔14的電介質(塑料)外殼12，布置在空腔14內的超聲波傳感器組件16和布置在外殼12的孔20內的聲窗或透鏡18。傳感器組件16包括導電部分22，導電部分例如包括布置為與聲窗或透鏡18對齊的換能器陣列的部分，并通過電介質傳感器支撐部分24支撐在外殼12內。
外殼12包括在其中形成用于聲窗或透鏡18的孔20的上外殼部分26，及下外殼部分28。上和下外殼部分26，28的外圍邊緣26a，28a分別設計為彼此配套，從而在其間形成外殼12的接縫30。由兩個外殼部分26，28形成外殼12使得探頭10能夠通過把傳感器組件16插入一個外殼部分并隨后把其他外殼部分連接到其上來組裝。然而，如上所述，接縫30的存在導致潛在的問題，因為接縫30附近內的區域很易受包含在填充外殼12內部沒有被其他部件占據的區域的封裝環氧樹脂32內的氣泡和空隙的損壞，這是個缺點。在探頭10的制造期間，環氧樹脂32填充到外殼12和傳感器組件16之間的區域內。如果位于來自導電部分24的電荷的路徑內，氣泡或空隙把電荷運送到接縫30，并且如果探頭10正在病人的腔內使用將可能使病人遭受傷害。
為了大致消除通過環氧樹脂32內的氣泡或空隙運送電荷的危險，根據本發明，聲匹配層34包裹傳感器16的導電部分22以提供導電部分22的電隔離。除了插入傳感器組件16和聲窗或透鏡18(在現有技術構造中聲匹配層存在于該位置)之間外，聲匹配層34延伸過接縫30，即，從傳感器組件16和聲窗或透鏡18之間的位置至接縫30下面的下外殼部分28旁邊的位置。聲匹配層34從而延伸過接縫30，即，在它的兩側上。聲匹配層34可以覆蓋電絕緣材料。通過圍繞傳感器組件16的導電部分22包裹聲匹配層34，聲匹配層34達到雙重目的，即，在由傳感器組件16產生和接收的波的處理中作為傳統的聲匹配層，及作為用于隔離導電部分22的電隔離體以防止電荷通過環氧樹脂32內的任何氣泡或空隙運送到接縫30。聲匹配層34從而以希望的方式聲影響由傳感器組件16發射和接收的波而不妨礙波的發射和接收。而且，在電荷源之間，即，導電部分22和接縫30之間聲匹配層34的存在增加了導電部分22和接縫30之間的距離，這關于探頭10的滿足或超過漏電和間隙要求改進了探頭10的安全和可靠性。而且，即使探頭10不能滿足漏電和間隙的要求，其也大致改進了有關的電隔離。
除了接縫30，在外殼12內還有其他不連續的點，包括聲窗或透鏡18和容納聲窗或透鏡18的上外殼部分26內的孔20之間的接縫36。聲匹配層34因此延伸以插入傳感器組件16的導電部分22和接縫36之間。聲匹配層34從而向前朝著接縫30延伸以延伸通過接縫30至下外殼部分28的旁邊的位置，并且向后延伸直到電介質傳感器支撐部分24。
考慮到上述部分，最少，在應用根據本發明的電隔離技術構造的超聲波探頭中，聲匹配層34應該延伸過外殼12內的任何不連續，包括但不限于形成在上和下外殼部分26，28(或任何配套的外殼部分)之間的接縫和形成在聲窗或透鏡18和上外殼部分26之間的接縫36。在圖1所示的實施例中，聲匹配層34延伸過整個傳感器組件16，傳感器支撐部分24并通過外殼12的后端38伸出。以這種方式，聲匹配層34還保護形成在外殼12的后端38和連接到外殼12的彎曲的頸或套42之間的接縫40，即，在導電部分22和接縫40之間插入電隔離屏障。以這種方式構造，聲匹配層34具有接縫30旁邊閉合的前端和鄰近傳感器支撐部分24的打開的后端，并且彎曲的頸42的內部部分和/或連接探頭到控制系統的電纜46延伸進入打開的后端，如圖1所示。聲匹配層34從而限定了伸長的空腔，導電部分22封閉在空腔內并與外殼12內的接縫(接縫30)，和外殼12與其他部件，即，聲窗或透鏡18之間的接縫(接縫36)，和彎曲的頸或套42內的接縫(接縫40)隔離。
彎曲的頸或套42通常存在于TEE探頭內。在其他可以應用上面描述的隔離技術的腔內探頭內，這種彎曲的頸或套可以不存在，但是另一種連接構件連接到探頭外殼的后端，諸如應變消除構件或電纜護套，并且封閉一個或更多把探頭接附到控制系統的電纜。用于這些探頭的聲匹配層從而從探頭外殼內的位置周向延伸至連接構件內的位置，從而延伸過外殼和連接構件之間的接縫。
參考圖2，在可選的實施例中，修整聲匹配層44使得其不完全包裹傳感器組件16(圖2中沒有示出)的底端。具體地，聲匹配層44在外殼12的接縫30的下面修整并通過傳感器支撐部分24向內，使得導電部分22(圖2中沒有示出)仍然如圖1所示的實施例一樣與接縫12電隔離。由于在傳感器組件16的下側上的聲匹配層44的范圍的減小使得探頭10能夠更容易地構造，所以獲得了優點。修整的聲匹配層44通過傳感器部分24保持并可選擇地連接到其上。
通常，提供電隔離并且具有希望的聲特性的任何聲匹配層可以在本發明中使用。聲匹配層內包含保護的電覆蓋物不包括由傳感器組件16的波發射和接收。
優選的聲匹配層為涂有聚對二甲苯的聚氨酯聲層，其提供極度的電隔離(大約4000V)。可選地，適于聲匹配層使用的其他柔性的塑料，諸如聚烯烴和熱塑性彈性體可以具有或沒有聚對二甲苯涂層使用。
外殼12可以成形為TEE，經胸廓的，腔內，操作內，經鼻的或內部腔探頭的任何類型的形式。依賴于探頭的類型，成形上和下外殼部分26，28使得當結合時，外殼12采取希望的探頭的形狀。根據本發明的外殼12和傳感器組件16也可以在醫學領域內的任何成像設備內使用。從而，傳感器組件16代表成像儀器的任何類型。
使用應用上面描述的隔離技術的超聲波探頭，由于幾乎確保探頭滿足電安全測試變得可能，改進了探頭制造過程。隨后不需要探頭的再加工。制造過程需要使用聲匹配層34包裹傳感器組件16，把包裹的傳感器組件插入一個外殼部分，把聲窗或透鏡18接附到上外殼部分26內的孔20內及接附到包裹的傳感器組件，隨后把外殼部分26，28連接在一起。環氧樹脂32填充到外殼12和包裹的傳感器組件之間的空間。以這種方式制造的超聲波探頭10即使氣泡存在于環氧樹脂32內也很可能滿足標準安全要求。
考慮到在這樣的探頭內空間的約束，本發明特別適于用在腔內或內部使用的超聲波探頭。然而，因為通過使用本發明，提供電隔離傳感器組件及也向由傳感器組件正在發射和接收的波提供希望的聲影響的單一的材料是可能的，其同樣適于外部使用的探頭。
盡管參考附圖此處描述了本發明的示例性的實施例，將理解本發明不限于這些精確的實施例，并且不脫離本發明的范圍和精神，其中本領域內普通的技術人員可以實行各種其他的變化和更改。
權利要求
1.一種超聲波探頭(10)，其包括外殼(12)，其包括至少一個從所述外殼(12)的外部延伸至所述外殼(12)的內部的接縫(30，36，40)；布置在所述外殼(12)內且包括導電部分(22)的傳感器組件(16)，所述傳感器組件(16)布置為發射和接收波；及在所述傳感器組件(16)的所述導電部分(22)和所述至少一個接縫(30，36，40)的每個之間布置在所述外殼(12)內的聲匹配層(34，44)，所述聲匹配層(34，44)布置為以希望的方式聲影響由所述傳感器組件(16)發射和接收的波。
2.根據權利要求1所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)完全圍繞所述傳感器組件(16)的所述導電部分(22)布置。
3.根據權利要求1所述的探頭，其中所述外殼(12)包括具有在其間形成的接縫(30)的第一和第二外殼部分(26，28)，所述匹配層(34，44)從所述第一外殼部分(26)旁邊的位置延伸至所述第二外殼部分(28)旁邊的位置，并且從而延伸過所述第一和第二外殼部分(26，28)之間的所述接縫(30)。
4.根據權利要求1所述的探頭，還包括布置在所述外殼(12)的孔(20)內的聲窗(18)，使得接縫(36)形成在所述外殼(12)和所述聲窗(18)之間，所述匹配層(34，44)從鄰近所述聲窗(18)的位置延伸至從所述孔(20)向外的所述外殼(12)旁邊的位置，并且從而延伸過所述外殼(12)和所述聲窗(18)之間的所述接縫(36)。
5.根據權利要求1所述的探頭，還包括布置在所述匹配層(34，44)和所述外殼(12)之間的環氧樹脂(32)。
6.根據權利要求1所述的探頭，還包括布置在所述外殼(12)的前面部分的孔(20)內的聲窗(18)，所述導電部分(22)至少部分地相對所述聲窗(18)布置；及布置在所述外殼(12)的后部部分以支撐所述導電部分(22)的電介質傳感器支撐部分(24)，所述匹配層(34)具有閉合的前端和鄰近所述傳感器支撐部分(24)的打開的后端且限定伸長的空腔，所述導電部分(22)封閉在空腔內。
7.根據權利要求1所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)布置為包裹在所述導電部分(22)整體上。
8.根據權利要求1所述的探頭，還包括連接到所述外殼(12)的后端并在其間限定接縫(40)的連接構件(42)，所述匹配層(34)布置為延伸過所述連接構件(42)和所述外殼(12)之間的所述接縫(40)。
9.根據權利要求1所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)包括涂有聚對二甲苯的聚氨酯。
10.根據權利要求1所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)包括聚烯烴或熱塑性彈性體之一。
11.根據權利要求1所述的探頭，其中所述外殼(12)為用于經食道超聲心動圖的超聲波探頭的外殼的形式。
12.根據權利要求1所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)涂覆有電絕緣材料。
13.一種超聲波探頭(10)，其包括外殼(12)；布置在所述外殼(12)內并包括導電部分(22)的傳感器組件(16)，所述傳感器組件(16)布置為發射和接收波；及包裹所述導電部分(22)以把所述導電部分(22)與所述外殼(12)電隔離的聲匹配層(34，44)，所述聲匹配層(34，44)布置為以希望的方式聲影響由所述傳感器組件(16)發射和接收的波。
14.根據權利要求13所述的探頭，其中所述匹配層(34，44)限定伸長的空腔，其具有鄰近所述外殼(12)的末端的閉合的前端和打開的后端，所述導電部分(22)布置在所述空腔內。
15.根據權利要求14所述的探頭，還包括布置在所述外殼(12)的后部部分以支撐所述導電部分(22)的電介質傳感器支撐部分(24)，所述匹配層(44)的所述后端位于所述傳感器支撐部分(24)的附近。
16.根據權利要求13所述的探頭，還包括連接到所述外殼(12)的后端并在其間限定接縫(40)的連接構件(42)，所述匹配層(34)布置為延伸過所述連接構件(42)和所述外殼(12)之間的所述接縫(40)。
17.根據權利要求13所述的探頭，所述匹配層(34，44)包括涂有聚對二甲苯的聚氨酯。
18.一種用于制造超聲波探頭(10)的方法，其包括在傳感器組件(16)上包裹聲匹配層(34，44)，聲匹配層(34，44)構造為以希望的方式聲影響由所述傳感器組件(16)發射和接收的波；把包裹的傳感器組件(16)插入第一外殼部分(26)；把聲窗接附到第一外殼部分(26)內或配套第一外殼部分(26)的第二外殼部分(28)內的孔內；把聲窗(18)接附到包裹的傳感器組件(16)；把第一和第二外殼部分(26，28)連接在一起；及在第一和第二外殼部分(26，28)及包裹的傳感器組件(16)之間填充環氧樹脂。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括把連接構件(42)接附到第一和第二外殼部分(26，28)的后端以在其間限定接縫(40)；及延伸匹配層(34)經過第一和第二外殼部分(26，28)的后端延伸過限定在第一和第二外殼部分(26，28)及連接構件(40)之間的接縫(40)。
全文摘要
具有改進的電隔離的超聲波探頭(10)，其包括外殼(12)，布置在外殼(12)內并包括發射，接收和處理波的導電部分(22)的傳感器組件(16)，及布置在外殼(12)內以把導電部分(22)與外殼(12)電隔離的聲匹配層(34，44)。匹配層(34，44)作為導電部分(22)和形成在外殼(12)的兩個部分(26，28)之間和/或外殼(12)和連接到其上的另一個部件，例如，聲窗(18)或布置在外殼(12)的后部的連接構件(42)之間的接縫(30，36，40)之間的屏障。由于探頭充分降低了電擊病人的危險，本發明從而增加了探頭(10)的安全。通過使用匹配層(34，44)來提供電隔離，沒有妨礙傳感器組件(16)的聲效果，即，以希望的方式影響由傳感器組件(16)發射和接收的波。
文檔編號A61B8/14GK1937962SQ200580010786
公開日2007年3月28日 申請日期2005年4月4日 優先權日2004年4月8日
發明者H·克諾勒斯, J·拜倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司