往復式超聲裝置的制造方法
【專利說明】往復式超聲裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年I月4日提交的美國臨時專利申請第61/748，773號的權益，其通過引用并入本文。
技術領域
[0003]本公開涉及一種用于在病人體內(nèi)使用超聲的裝置和方法。特別地，其涉及允許在較小身體區(qū)域中(比如，在血管內(nèi))的超聲束的有效往復運動的特征。
【背景技術】
[0004]超聲技術已被用于治療和診斷醫(yī)療程序中，所述治療和診斷醫(yī)療過程可以包括提供身體內(nèi)部部分的成像。超聲程序通常使用換能器組件來傳送和/或接收信號。在一些情況下，由于在陣列中的多個超聲元件的特殊布置或電子轉向，因此固定換能器組件可以觀察全部圖像區(qū)域。在其他設計中，可以通過連接至機械致動器的一維陣列而得到三維超聲圖像，所述機械致動器在體內(nèi)移動陣列。這樣的設計成本很高，并且會導致裝置對于一些脈管或其他用途來說過大。為了達到良好的圖像質(zhì)量，陣列換能器必須在很多單獨的通道上順序地進行傳送和接收。該條件要求很多昂貴且體積大的同軸電纜。可以使用較少的同軸電纜，但是這樣會降低圖像的質(zhì)量和圖像幀率。
[0005]已經(jīng)提出的設計包括旋轉換能器組件。通過在變化的旋轉位置處發(fā)送連續(xù)超聲脈沖的換能器組件而獲得數(shù)據(jù)。在與陣列設計相比較時，單一元件旋轉設計的優(yōu)點包括更小的導管直徑、更好的圖像質(zhì)量、可能更高的中心頻率、更低的用于超聲成像操縱臺的成本以及更少的環(huán)暈偽像(ring down artifact)(死區(qū))。但是，由于必須繞垂直于導管軸線的軸線旋轉換能器，所以在平行于導管軸線的平面上執(zhí)行超聲過程或當執(zhí)行三維掃描時，這些設計存在問題。由于在俯仰方向(elevat1n)上的完整360°旋轉通常是不現(xiàn)實的，所以需要進行往復運動。
[0006]單一元件設計也可以包括某些缺點，比如不均勾旋轉扭曲(NURD)。在包括單一元件設計的成像過程期間，超聲元件通常利用扭矩式電纜(torque cable)進行旋轉。在超聲元件均勻旋轉速度的理想情況下，以相等間隔時間順序方式發(fā)送超聲脈沖。每個反射的超聲回聲信號表示圖像的掃描線或其一部分。圖像處理器基于代表圖像的數(shù)據(jù)點來自相等間隔脈沖的假設收集數(shù)據(jù)。然而，可能難以在將扭矩式電纜用作驅動裝置時實現(xiàn)超聲元件的均勻旋轉速度。超聲元件可以與扭矩式電纜的驅動端相距大約一米。理想的是，扭矩式電纜將具有足夠的剛度以在兩端處提供均勻旋轉的同時具備可操縱性。然而，實際上，足夠可操縱的扭矩式電纜在將扭矩從電纜的一端傳輸至另一端時有可能會造成延遲，這是因為電纜存儲并釋放彈性能量，即使在旋轉源以均勻速度進行旋轉時，所述彈性能量也可以使換能器組件以不均勻速度進行旋轉。不均勻旋轉速度導致生成的圖像扭曲。
[0007]因此，需要具備這樣的超聲系統(tǒng)設計，其能夠集成有價格劃算、體積較小并且生成沒有NURD偽影且不阻擋觀察區(qū)域的圖像的導管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—個方案可以使用電機，所述電機提供在導管軸線上以及垂直于導管軸線的軸線上的換能器組件的往復運動，這去除了旋轉機械/電聯(lián)接的需要。但是，利用電機提供往復運動需要大功率的電機以及復雜的反饋控制系統(tǒng)。
[0009]在本申請的一個方面，公開了用于體內(nèi)超聲過程的裝置以及用于制造和使用該裝置的方法的實施方案。例如，醫(yī)療裝置包括單向旋轉電機、雙向超聲換能器以及單向至雙向的傳動組件，所述單向至雙向的傳動組件運行性地設置在電機和換能器之間。另外，用于體內(nèi)超聲治療的裝置可以包括旋轉電機，其與驅動軸運行性地聯(lián)接，其中驅動軸設置于電機的徑向內(nèi)部并且基本沿著旋轉軸線延伸，從而電機的運行使驅動軸繞旋轉軸線旋轉。包括換能器組件，其配置為傳輸和/或接收超聲信號。傳動組件配置為在單方向旋轉和同時的往復旋轉中進行轉換，并且包括內(nèi)齒輪與第一和第二外齒輪。第一和第二外齒輪彼此內(nèi)接合。內(nèi)齒輪設置為繞旋轉軸線旋轉。傳動組件與第一驅動軸和換能器運行性地聯(lián)接。內(nèi)齒輪具有第一齒部分和第一無齒部分，并且設置為在內(nèi)齒輪的旋轉期間，第一齒部分交替地接合第一外齒輪和第二外齒輪。
[0010]該裝置還可以包括相對第一外齒輪(diametric first external gear)和相對第二外齒輪(diametric second external gear)。相對第一外齒輪設置為與第一外齒輪相對相對，并且相對第二外齒輪設置為與第二外齒輪相對相對。相對第一外齒輪與第二外齒輪和相對第二外齒輪兩者接合。相對第二外齒輪與第一外齒輪和相對第一外齒輪兩者接合。外齒輪的配置通過傳動組件建立了徑向中心孔，所述徑向中心孔遵循旋轉軸線。裝置可以包括導電路徑，其從換能器延伸通過孔。
[0011]裝置可以包括第二驅動軸，其運行性地設置在換能器和傳動組件之間。第一驅動軸可以包括經(jīng)過第一驅動軸行進的第一管腔，第二驅動軸可以包括經(jīng)過第二驅動軸行進的第二管腔。第一驅動軸可以與內(nèi)齒輪運行性地連接，使得導電路徑從換能器延伸通過第二和第一管腔。
[0012]該裝置可以包括第三外齒輪和驅動齒輪，使得第三外齒輪設置為響應于第二外齒輪的旋轉并且同軸旋轉。驅動齒輪可以與第三外齒輪內(nèi)接合，并且設置為繞旋轉軸線旋轉。驅動齒輪可以包括徑向中心孔，使得導電路徑延伸通過該孔。第二驅動軸可以與驅動齒輪運行性地連接。
[0013]內(nèi)齒輪可以包括第二齒部分，其設置為與第一齒部分徑向相對。第一和第二齒部分可以具有由等式L= 0r定義的弧長(L)，其中r是從旋轉軸線至齒部分而測量出的半徑，并且其中Θ <90°。該裝置可以安裝在導管中。裝置可以配置為使得換能器在每個方向上往復旋轉通過至少360°的范圍。
[0014]用于體內(nèi)超聲的裝置的替代性實施方案可以包括第一電機，其與第一驅動軸運行性地聯(lián)接，使得第一驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，其中第一電機的運行使第一驅動軸繞旋轉軸線旋轉。換能器，其配置為用于傳輸和/或接收超聲信號，并且設置為繞樞轉軸線旋轉，所述樞轉軸線基本垂直于旋轉軸線。第一驅動軸包括凸輪表面，其設置為在第一驅動軸旋轉時將樞轉運動傳給換能器。該裝置可以包括伸長開孔，其設置為接收凸輪表面，使得凸輪表面設置在第一驅動軸相對于旋轉軸線以角度偏置彎曲的部件上。該裝置可以包括凸輪板，使得伸長開孔位于凸輪板內(nèi)，其中凸輪板從換能器的表面延伸。
[0015]該裝置可以包括第二電機，其與第二驅動軸運行性地聯(lián)接，從而使第二驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，所述第二驅動軸包括經(jīng)其延伸的管腔，其中第二電機的運行使得第二驅動軸繞旋轉軸線旋轉。換能器可以與第二驅動軸運行性地連接，使得第一電機的旋轉速度和第二電機的旋轉速度之間的差確定換能器繞樞轉軸線的旋轉速度。第一和第二驅動軸可以設置為同心的。第一電機可以為沿著旋轉軸線是可移動的，使得第一電機沿著旋轉軸線的移動改變繞樞轉軸線的換能器的運動范圍。
[0016]用于體內(nèi)超聲裝置的另一個實施方案可以包括換能器，其配置為用于傳輸和/或接收超聲信號。第一電機，其運行性地設置為將繞樞轉軸線的旋轉運動傳給換能器，所述樞轉軸線基本垂直于旋轉軸線。第二電機，其運行性地設置為將繞旋轉軸線的旋轉運動傳給換能器。通過第一電機的旋轉速度和第二電機的旋轉速度之間的差確定換能器繞樞轉軸線的旋轉速度。第一電機，其可以與第一驅動軸運行性地聯(lián)接，使得第一驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，其中第一電機的運行使第一驅動軸繞旋轉軸線旋轉。第二電機，其可以與第二驅動軸運行性地聯(lián)接，使得第二驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，其中第二電機的運行使第二驅動軸繞旋轉軸線旋轉。換能器可以樞轉地連接至第二驅動軸。第二驅動軸可以為中空驅動軸，使得第一和第二驅動軸設置為同心的。
[0017]第一電機，其可以與第一驅動軸運行性地聯(lián)接，使得第一驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，其中第一電機的運行使第一驅動軸繞旋轉軸線旋轉。第一驅動軸可以包括凸輪表面，其設置為在第一驅動軸旋轉時將樞轉運動傳給換能器。第二電機，其可以與第二驅動軸運行性地聯(lián)接，使得第二驅動軸基本沿著旋轉軸線延伸，其中第二電機的運行使第二驅動軸繞旋轉軸線旋轉。換能器可以樞轉地連接至第二驅動軸。該裝置可以包括伸長開孔，其設置為接收凸輪表面，使得凸輪表面設置在第一驅動軸相對于旋轉軸線以角度偏置彎曲的部件上。該裝置可以包括凸輪板，其中伸長開孔位于凸輪板上，其中凸輪板從換能器的表面延伸。
【附圖說明】
[0018]圖1為具有傳動組件的超聲成像裝置的示意性部分橫截面圖。
[0019]圖2為傳動組件的示意性部分橫截面圖。
[0020]圖3為沿線3-3所呈現(xiàn)的圖2的傳動組件的橫截面圖。
[0021]圖4為沿線4-4所呈現(xiàn)的圖2的傳動組件的橫截面圖。
[0022]圖5為具有傳動組件的超聲成像裝置的示意性部分橫截面圖。
[0023]圖6為傳動組件的示意性部分橫截面圖。
[0024]圖7為沿線7-7所呈現(xiàn)的圖6的傳動組件的橫截面圖。
[0025]圖8為具有樞轉組件的超聲成像裝置的示意性部分橫截面圖。
[0026]圖9為沿線9-9呈現(xiàn)的換能器28和樞轉組件的示意性部分前視圖。
[0027]圖10為具有樞轉組件和樞轉的換能器的超聲成像裝置的示意性部分橫截面圖。
[0028]圖11為傳動組件的橫截面圖。
[0029]圖12為傳動組件的示意性部分橫截面圖。
[0030]圖13為圖12的傳動組件的示意性部分橫截面圖。
[0031]圖14為具有鄰近齒部分的接瓣(lobe)的齒圈的示意性部分橫截面圖。
[0032]圖15為包括接瓣和盤結構的傳動組件的示意性部分橫截面圖。
【具體實施方式】
[0033]為了促進對本公開原理的理解的目的，將參照示于附圖中的實施方案，并使用特定的語言描述該實施方案。然而應了解這并不旨在限制權利要求的范圍。本公開相關領域的技術人員通常會想到所描述的具體實施方案中的任何變化和進一步的修改，以及本文所述的本公開的原理的任何進一步的應用。
[0034]通常地，參照所附附圖，示出了適合于冠狀動脈醫(yī)療過程的裝置20的實施方案。裝置20可以與包括操縱臺(未顯示)的系統(tǒng)一起使用，所述操縱臺用于處理從超聲換能器接收的數(shù)據(jù)或信號。超聲操縱臺可以為通常用于醫(yī)療超聲成像的類型，例如，通常包括由醫(yī)師使用