專利名稱:同軸式活組織檢驗探測器的制作方法
本發(fā)明是一種超聲掃描儀器，特別是涉及帶有一個精確定位的活組織檢驗針的超聲掃描儀設(shè)備。
精確的活組織檢驗技術(shù)需要對被測人體表面上的有關(guān)位置精確地定位。以前的技術(shù)一直采用多束X射線或熒光檢查掃描儀，仔細地確定活組織檢驗針頭應(yīng)插入的病變的表面位置，從定位到活組織檢驗操作要花費相當(dāng)?shù)臅r間，因而檢驗的精度就會由于病人的移動以及操作中所引入的誤差而降低。
根據(jù)本發(fā)明的檢驗裝置，在結(jié)構(gòu)上是作為一種適合于共軸同心式活組織處置的超聲成象探測器而構(gòu)成的。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計，包括一個閉環(huán)連續(xù)定位反饋伺服系統(tǒng)。參考U.S.專利4479388中的振蕩鏡驅(qū)動系統(tǒng)(OMDS)的差動線圈位置敏感器的原理，采用了一種新穎的方式以使位置探測更為容易，否則，由于中心軸開孔引起的干擾，實現(xiàn)位置精確探測是困難的。
圖1和圖2示出了本發(fā)明檢驗裝置的應(yīng)用。
參考圖1，探測器10放在待檢驗的人體12上，以便在顯示裝置16上獲得一個對應(yīng)扇形掃描橫截面18的象。器官20部分地或整個地被顯示為22，其中包括器官20內(nèi)部的一個病變的象24(即腫瘤)。開始時調(diào)整扇形掃描18，使其覆蓋一個大的角度(即50°-60°)和一個深的視場(即15cm深)，以便能看見整個器官，當(dāng)病變組織26被識別出來以后，病變放射學(xué)專家(使用者)即選擇小的視場(即8cm)和角度(即30°)通過“變焦聚”而移向感興趣的病變組織26。用手操作控制器40以產(chǎn)生中心成卷形的光標(biāo)42，該光標(biāo)42在垂直方向下降，直到第一個小園點44降到病變組織26的正確深度為止，最后使用者使病變組織的象24保持在掃描的中心。
一個數(shù)字式深度顯示裝置46用cm作單位指示出位于第一個光標(biāo)園點44位置的病變組織26的深度。再使探測器10離開人體12，將一個活組織檢驗針頭(圖2的64)用一個可調(diào)的鎖緊裝置66安裝在探測器上，該鎖緊裝置對準(zhǔn)數(shù)字顯示裝置46上的厘米讀數(shù)和探測器高度的厘米讀數(shù)之和，參考圖2，將探測器10再放在人體12上，病變組織26的象24處在扇形顯示14的中心，重新把這第一個園點定位在圖1中的病變組織26的象24之上，按下控制器60使光標(biāo)42消失，而十字線62出現(xiàn)在圖1中第一個園點44原來的位置。這時針頭64由于已正確地固定在夾緊裝置66上，于是被推過探測器10后面的開口，并繼續(xù)推入到人體12里，直到針頭64的頂端68達到病變組織26的中心內(nèi)。在顯示裝置16上出現(xiàn)的景象描繪出向下移動的針頭64的頂部68的象，直至這個象同十字線62重合。這時使用者可以自由地取一個活組織樣品，吸出液體(如病變組織是囊狀的)，或者注射反差介質(zhì)(Renographin)。當(dāng)使用者欲觀察由于使用者的侵入而引起的效應(yīng)(病變組織的尺寸縮小或膨脹)，針頭64可在探測器不從人體上移開的情況下自行退回。如果目標(biāo)26不是一個病變，而是一個沿軸線81延伸的血管80，軸線81傾斜偏離于一條與探測器軸線垂直的直線82，則探測器10可以以標(biāo)準(zhǔn)的多譜勒模式工作。當(dāng)伺服控制達到一個選定的射線(即中心射線84)的位置時，探測器的連續(xù)扇形掃描動作就停止了?？梢韵扔谇懊婷枋龅姆椒ǘ_定多譜勒血流譜。多譜勒技術(shù)的使用有助于在針頭64插入之前對血管80進行分類(動脈的或靜脈的血流，或無血流)。插入血管80之中或許是更為引人注意的，例如，當(dāng)要把一個導(dǎo)管通過腔壁引入血管80中時，就需要將針頭插入血管，沒有多譜勒定向或扇形圖象的幫助，血管的探測經(jīng)常是很困難的。參考圖1和圖2所描述的方法，也可以應(yīng)用于安全取出胸膜中的液體。這個方法還可應(yīng)用到腦瘤的活組織檢查上，且比現(xiàn)有的方法優(yōu)越，因為通過在顱骨上開的一個標(biāo)準(zhǔn)的小園孔可以直接顯示腦瘤，并且是活組織的檢查，而不需要在頭蓋骨的穹窿上增加一個活蓋。
圖3示出了活組織檢查的探測器10A朝上放置的透視圖，此時已去掉圖1和圖2的探測器蓋子。一個環(huán)狀的聚焦的超聲晶體100被固定在一個可機械加工的永久磁鐵102上，該永久磁鐵為電磁驅(qū)動的一個部件，是一結(jié)構(gòu)支撐件，從而改善了晶體100的瞬態(tài)響應(yīng)(軸向分辨率)，并作為聲學(xué)阻尼部件防止聲能返回探測器內(nèi)部。軸尖軸承104，106嵌入安裝在支承112、114上面凸起的片簧108、110中，轉(zhuǎn)子組件116包括晶體100和永久磁鐵102，它繞軸承軸118沿事先設(shè)計的弧線軌跡轉(zhuǎn)動，該弧的典型范圍為0-60°，來自晶體100的聲束沿著垂直于晶體100平面的軸向發(fā)射，整個機構(gòu)122裝在外殼(圖6中的500)的油(562中操作。用油的目的是把聲束120耦合到殼體的外表面。線圈124、126中的電流在U型磁極片構(gòu)件128中產(chǎn)生電磁場。
位置敏感金屬葉片150，152部分地蓋住線圈154、156一個角度，該角度值取決于轉(zhuǎn)子組件116的角度158，因此，需調(diào)節(jié)以差動方式工作的線圈154，156的電感和品質(zhì)因數(shù)，以便連到適宜的電路上;角度158的讀數(shù)則可連續(xù)記錄。在圖3中看不到通過軸120和針頭保護罩160的孔，此孔的作用是防止針頭插入時變形而引起線圈154、156所探測的位置讀數(shù)發(fā)生變化。線圈154、156由一般電平的460KHz射頻電流來激勵，為防止發(fā)生干擾，脈沖一回波信號頻率范圍最好在5MHz以下。發(fā)送到晶體100和從晶體100發(fā)出的信號經(jīng)過組件108、112、110、114傳到底座182和電纜196。最好將針頭保護罩160、葉片150、152、晶體100的前表面和底座182的上表面180接到電氣的地上，以便消除外來干擾。
電氣的連接要通過不漏液體的套管(即184)和組件112、114下部的液密接頭。彈簧108、110上有一對通過模壓加工的凹坑190、192，其中有一對對中的軸尖軸承104、106，軸尖軸承104、106被壓在彈簧108、110之間，以確保在油下面有可靠的電接觸。重要的是軸尖軸承104、106的金屬要與彈簧108、110的金屬不同，以確保無龜裂的研磨作用，從而增加掃描期間的接觸面積。這種表面積的增加有效地減少了在晶體100上產(chǎn)生脈沖期間的峰值電流密度，和有效地減少了工作周期內(nèi)軸承的阻力平均值和平均值的波動，這點是重要的，因為低的軸承阻抗?fàn)顟B(tài)允許人們把普通的分流電感器98(連接于晶體100)裝在轉(zhuǎn)子組件116外面，以減少組件116的轉(zhuǎn)動慣量，這樣就使轉(zhuǎn)子的功率減到最小。同時又使探測器的溫升減到最小，從而避免溫升造成的液體膨脹(大于容器的膨脹)，這就使簡單的小尺寸密封成為可能。這種液體必須是非氧化性的，以便增強軸承104、106和彈簧108、110的研磨作用。只要油和金屬選擇得合適，在檢驗裝置起動時偶而產(chǎn)生的打火會自熄，從而確?？煽康男盘杺魉?。適當(dāng)?shù)剡x擇材料和液體，例如油562，一個設(shè)計極其簡單的軸尖軸承可在1000小時的工作時間內(nèi)保持機械性能的堅固和可靠。電纜196和插銷198可以用明顯的接頭連到顯示裝置(圖1和圖2的16)上。
圖4示出了一個在US專利4092867中所提出的一般連續(xù)位置反饋伺服探測裝置控制系統(tǒng)中所用的探測器10B。一個指令波形發(fā)生器200產(chǎn)生三角掃描波或隔直流角度信號電壓，該電壓在誤差檢測器204中從位置傳感器202的輸出信號中減去，誤差信號206被放大并在平衡放大器內(nèi)部再次差分，輸出210供給電流反饋電流放大器212，以形成一個最佳穩(wěn)定伺服系統(tǒng)，放大器221向探測器10A的驅(qū)動線圈124A、126A提供電流，以使轉(zhuǎn)子組件116A產(chǎn)生振蕩運動。同時主振時鐘226觸發(fā)脈沖發(fā)生器在接收器230中產(chǎn)生一個斜波函數(shù)，視頻輸出信號240和同步信號242一起送到顯示裝置16。
卷形光標(biāo)顯示器44由卷形發(fā)生器232產(chǎn)生，卷形發(fā)生器具有控制器40及與其相連的深度指示器46，打開光標(biāo)顯示器42和44以使聲束掃描的中心處在掃描18內(nèi)而與其一致。因為每一次掃描指示一個據(jù)超聲反射信號的時間而得出的深度，所以相應(yīng)的光標(biāo)顯示42和44在一個對應(yīng)的掃描周期內(nèi)選通一個信號(或一系列產(chǎn)生“點”顯示光標(biāo)的脈沖信號)，該深度由最后的光標(biāo)44的時間來確定，并顯示在46上。
位置敏感器202包括圖5中所示的電路圖212A，這是一個位置敏照電路。電路212A響應(yīng)由差分線圈位置敏感器組件150、152、154、156(圖3)產(chǎn)生的信號，在320提供一個誤差信號輸出，參考圖5，哈特萊振蕩器300，通過磁耦合302到低阻抗繞組304，該繞組提供兩個460KHz的射頻恒流源306，308，以便激勵位置傳感線圈154A，156A，它們分別對應(yīng)圖3的探測器10內(nèi)部的線圈154和156。在310、312處產(chǎn)生的差動變化的射頻包絡(luò)在314和316中波放大，而后，包絡(luò)在322和320中被檢測出來，這些信號在326和324中經(jīng)緩沖放大和在326中差分放大。327中的輸出經(jīng)328再次放大，330的輸出信號反饋到誤差檢測器(圖4的204)，參考圖5，裝有一個增益校準(zhǔn)350和偏置補償調(diào)節(jié)裝置360。
圖6為探測器10D的剖面圖，具有環(huán)形設(shè)計特點的殼體500的剖面是最引人注目的部分。針頭孔從502開口，通過底座182和開口504，里面的一個O形環(huán)506起著對針頭孔附近的液體562密封的作用，外面的一個O形環(huán)508起著對殼體500的外法蘭的密封作用，檔圈520沿軸向壓緊殼體500的法蘭522，以確保O形環(huán)508的密封作用，O形環(huán)530在鎖緊螺釘532的壓力下密封電纜196。電氣組件184的不漏液密封，是利用環(huán)氧樹脂542填充在環(huán)形區(qū)540中。
針頭保護罩160的橫截面已經(jīng)表示在圖中，保護罩160防止線圈154的磁場因針頭64的插入而產(chǎn)生變化。線圈154磁場唯一隨時間而變的變化是由位置敏感的葉片的部分遮擋作用而引起的。液體562盛裝在560區(qū)內(nèi)。
極靴130、132制成一定的形狀，以使掃描波形的線性和驅(qū)動效率達到最佳，和具有能使轉(zhuǎn)子被動地停在扇形掃描中心的功能。磁場終止于特定形狀的極片128(圖6和圖7)的極靴130，132同磁鐵102相互作用產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)加速度，它們引起組件116的振蕩運動。極靴的形狀是重要的，因為它確定了1)使轉(zhuǎn)子組件116無源地保持(無需線圈124和126的激勵)在垂直于軸120的位置。2)高的綜合驅(qū)動效率。3)在扇形掃描的極端位置114起到一個“磁性恢復(fù)彈簧”的作用。4)提供一個對位置傳感器和外殼都適合的間隙(例如標(biāo)準(zhǔn)距離為18mm頭蓋骨小園孔)。
具體地說，如圖7所示，磁極葉片的極靴132和相對的磁極葉片極靴130(在圖7中未畫出)從線圈的底部133到頂部131是呈楔形的，它們同轉(zhuǎn)子100組合時具有其相對表面為北極(N)和南極(S)的磁鐵102(圖3和圖4中未畫出)，產(chǎn)生一個均勻的(恒定的)朝向中心位置的恢復(fù)力。根據(jù)磁力參數(shù)和磁極間隙以及其它尺寸來確定精確的楔形形狀，電磁驅(qū)動裝置也可以采用葉片形的磁極，例如向前面所說US專利4399703檢驗裝置中的葉片狀磁極。
此外如圖6所示，磁極片130、132制成彎曲形狀，以使磁極片130、132在整個弧形區(qū)同轉(zhuǎn)子之間形成一個均勻的最小的間隙，磁極片129和130頂端伸出磁鐵102的前面(位于中間位置，即在圖中用實線畫的靜態(tài)位置)，最好在磁鐵102厚度的一半處。磁極片的極靴130、132的彎曲部分圍繞轉(zhuǎn)子100的轉(zhuǎn)動軌跡呈園周狀，直至144和145處變成平直部分，磁場線圈124、126即安裝在該平直部分。如果磁鐵102的后表面103繼續(xù)運動(從中間線)超過磁極定位點44時(或者磁極片130的對應(yīng)位置145)，由于磁阻的增加，受力急劇增加，從而形成一個陡增的恢復(fù)力，從相反方向“沖擊”轉(zhuǎn)子，因此，楔形極片130、132和磁極片在144、145處結(jié)構(gòu)特點的結(jié)合，產(chǎn)生了一個具有可予測中間位置的磁力驅(qū)動，而不需要輔助彈簧常數(shù)，可以產(chǎn)生一種固有的轉(zhuǎn)子運動逆轉(zhuǎn)效應(yīng)。
通用的消毒技術(shù)(例如覆蓋)和標(biāo)準(zhǔn)的超聲技術(shù)(如用外科手術(shù)潤滑油建立聲學(xué)耦合)不包括在本方法的說明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一個帶有活組織檢驗針頭的超聲探測器，包括產(chǎn)生一個運動的超聲束、并使該超聲束在一定角度內(nèi)沿一定軌跡運動的裝置，該裝置內(nèi)有一個開孔；導(dǎo)引該活組織檢驗針頭通過該開孔，以便堵塞該通路的裝置。
2.如權(quán)利要求
1所述的超聲探測器，其特征在于所說產(chǎn)生超聲束的裝置提供自該裝置輻射出的超聲信號，以及接收沿該聲束方向的超聲信號。
3.如權(quán)利要求
1所述的超聲探測器，其特征在于所說產(chǎn)生一束運動的超聲束的裝置包括一個環(huán)形組件。
4.如權(quán)利要求
1所述的超聲探測器，其特征在于所說產(chǎn)生一束運動的超聲束的裝置包括一個固定在該裝置輻射表面上的一個超聲傳感器。
5.如權(quán)利要求
1所述的超聲探測器，其特征在于所說的產(chǎn)生一束運動的超聲束的裝置，包括伺服驅(qū)動裝置，所說的超聲束根據(jù)一個位置信號指向所說的軌跡。
6.如權(quán)利要求
5所述的超聲探測器，其特征在于該伺服驅(qū)動裝置包括一個差動的電感位置敏感組件。
7.如權(quán)利要求
5所述的超聲探測器，其特征在于該伺服驅(qū)動裝置包括一個與所說產(chǎn)生運動的超聲束的裝置相連的永久磁鐵;一個產(chǎn)生隨所說位置信號變化的磁場的驅(qū)動電磁鐵。
8.如權(quán)利要求
2所述的超聲探測器，包括提供一個沿著聲束角度軸線方向和反射軸的深度方向接收的信號的二維可見圖象。
9.如權(quán)利要求
8所述的超聲探測器，包括光標(biāo)裝置，它為所選聲束角度的選擇深度提供可見指示;以及數(shù)值顯示裝置，它提供相應(yīng)于所說選定光標(biāo)的深度值。
10.一個超聲探測器，包括一個帶有激勵連接導(dǎo)線的超聲傳感器;一個支承所說超聲傳感器的可移動平臺裝置，它包括同所說傳感器連接導(dǎo)線連接的軸尖軸承。以壓縮狀態(tài)支承所說軸尖軸承的彈簧，其特征在于所說的軸尖軸承是由不同的金屬組成，以便在不同材料間的接觸點處實現(xiàn)無龜裂的研磨作用，從而保證可靠的電接觸。
11.一個具有減少熱損耗特性的超聲探測器，包括一個傳感器;具有無龜裂自研磨式互接表面的導(dǎo)電軸承，以此軸承為支樞支承所說傳感器;一個與所說的傳感器在電氣上相連接而在機械上相隔離的分路電感器。
12.如權(quán)利要求
11所述的超聲探測器，包括一個裝有所說傳感器和所說導(dǎo)電軸承的液體填充殼體。
13.如權(quán)利要求
12所述的超聲探測器，包括一個驅(qū)動所說傳感器在液體填充殼體內(nèi)沿選定軌跡和方向運動的電動機。
14.如權(quán)利要求
12所述的超聲探測器，其特征在于所說的導(dǎo)電軸承具有不同金屬組成的互接面。
15.一個電磁馬達，包括一個沿一定軌跡運動的轉(zhuǎn)子，其上具有選擇地配置的磁極;一對沿著該轉(zhuǎn)子磁極延伸的楔形磁極片，每片磁極有相同的極性，彼此相互交叉，一個隨每片磁極片的楔形面變化的累進磁場，至少通過所說軌跡的一段上產(chǎn)生一個恒定轉(zhuǎn)矩。
16.如權(quán)利要求
15所述的電磁馬達，其特征在于所說的每一個磁極片至少在所說的轉(zhuǎn)子軌跡的一部分和轉(zhuǎn)子均勻地隔開，以及在該軌跡上的某一點失去均勻性，以產(chǎn)生一個阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿軌跡運動的力。
17.如權(quán)利要求
15所述的電磁馬達，其特征在于轉(zhuǎn)子是由沿著每個磁極片的楔形截面配置的北極和南極所組成，每個磁極片都延伸到北極和南極的最外面。
專利摘要
一個適合于同軸活組織檢驗程序的超聲成象檢驗裝置，包括一個孔，活組織檢驗針頭通過該孔插入以在由超聲探測器預(yù)先定位的目標(biāo)組織上取樣，在操作時，超聲探測器首先放置在包括目標(biāo)組織的客體上，移動光標(biāo)使同客體上目標(biāo)組織相重合，深度在對應(yīng)顯示裝置上指出，當(dāng)活組織檢驗針頭通過超聲檢驗裝置和傳感器的孔而插入客體時，調(diào)整活組織檢驗針頭以伸到所指示深度。本發(fā)明裝置因此最大限度地減小了通常傍軸針頭插入方式引起的風(fēng)險和誤差。
文檔編號G01N29/00GK87102702SQ87102702
公開日1988年9月14日 申請日期1987年3月6日
發(fā)明者特雷斯·馬茨克 申請人:迪馬克斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan