Ультразвуковой сканирующий датчик

 

Изобретение относится к медицинским приборам для диагностических целей. Ультразвуковой сканирующий датчик состоит из герметичного сосуда, заполненного иммерсионной жидкостью, в котором установлена излучающая пьезоголовка. Пьезоголовка вращается относительно оси сканирования на подшипниках. Привод излучающей пьезоголовки состоит из центрального магнитопровода - башмака в виде сегмента тора, полуторового башмака на постоянном магните, соединенном с магнитопроводом. Подвижная система пьезоголовки имеет цилиндрическую рамку, охватывающую сегмент тора. Изобретение позволяет повысить надежность, качество изображения и снизить чувствительность к осевым перемещениям. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинским приборам для диагностических целей (МПК A 61 B 1/00-16/00), а точнее к приборам диагностирования с помощью ультразвуковых волн (МПК A 61 B 8/00).

По технической сущности к предлагаемому датчику наиболее близко устройство, изложенное в патенте N 2026009, кл. A 61 B 8/10, 10.01.95, RU).

Известный ультразвуковой сканирующий датчик содержит герметичный сосуд, включающий ультразвуковой колпачок и корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, в котором размещены излучающая ультразвуковая пьезоголовка, укрепленная на подвижной системе с помощью держателя, с возможностью ее вращения относительно оси сканирования, установленной на подшипниках, привод излучающей ультразвуковой пьезоголовки с токоподводами и датчик ее положения, выполненный в виде фотодатчика с излучающими светодиодами и приемными фотодиодами.

Известные диагностические системы и датчики имеют следующие недостатки: 1. Недостаточная надежность из-за наличия передаточного механизма с трением от мотора к оси сканирования и как следствие - небольшой срок службы.

2. Значительные габаритные размеры и стоимость снова из-за наличия передаточного механизма.

3. Недостаточно качественное изображение из-за искажения треугольной формы сигнала сканирования, так как присоединенный момент инерции привода и мотора не позволяет развить нужные угловые ускорения при треугольном законе движения.

4. Чувствительность датчика положения к осевым перемещениям и недостаточная линейность характеристики.

Целью изобретения является уменьшение всех перечисленных недостатков.

Цель достигается тем, что привод выполнен без передаточного механизма в виде магнитоэлектрической системы, силовая катушка которой закреплена непосредственно на подвижной системе, при этом башмаки выполнены в виде сегментов тора и полутора, постоянного магнита, прикрепленного к полутору, магнитопровода в виде двух полос, плоскость, проходящая через середину которых, перпендикулярна центральной плоскости тора и кольца, скрепленного с тором.

Частота сканирования составляет обычно 25 Гц, а угол сканирования 45^o, поэтому датчик положения выполнен в виде фотодатчика, как датчика безинерционного и с большим диапазоном угла. С целью улучшения линейности характеристики и нечувствительности датчика угла к осевым смещениям фотодатчик сделан фактически из двух датчиков, установленных симметрично относительно подвижной системы. Оси излучающих светодиодов и фотодиодов перпендикулярны оси сканирования и разделены поворотными диафрагмами в виде отбортовок от держателя с щелевыми вырезами по винтовой спирали и углом наклона к оси сканирования 87-89^o, причем, наклон спиралей выполнен встречно друг к другу. Такое выполнение датчика исключает влияние осевого смещения на показания фотодатчика.

Токоподводы к рамке и к пьезоголовке выполнены в виде двух износоустойчивых контактных пар, установленных таким образом, что оси центральных неподвижных контактов, заканчивающихся полусферами, лежат на оси сканирования и упираются в пружинящие плоские подвижные контакты.

На фиг.1 и 2 представлена конструкция предлагаемого устройства.

Герметичный корпус 1 герметизируется с одной стороны ультразвукопроницаемым колпаком 2 (обычно из полиэтилена) и с другой стороны сильфоном 3 и платой с гермоколодками 4. Плата с гермоколодками герметизируется резиновым кольцом 5. Внутри корпуса находится иммерсионная (т.е. проницаемая для ультразвука) жидкость 6. На оси 7 сканирования установлена излучающая пьезоголовка 8, прикрепленная к держателю 9. Привод выполнен в виде магнитоэлектрической системы, состоящей из башмака 10 в виде сегмента полутора и центрального магнитопровода - башмака 11, выполненного в виде сегмента тора. Такое выполнение позволяет за счет потоков выпучивания использовать более половины длины цилиндрической рамки 12, что для таких систем является оптимальным. Постоянный магнит 16 прикреплен к полутору 10 и намагничен в арматуре вдоль оси прибора. С другой стороны магнита установлен магнитопровод 17, который выходит с нижней стороны в виде двух полос 18, причем плоскость середины этих полос перпендикулярна центральной плоскости тора 11. С полосами 18 и тором 11 скреплено кольцо магнитопровода 19. Цилиндрическая рамка 12, охватывающая тор, прикреплена к оси сканирования с помощью держателя 9. В держателе 9 выполнены две отбортовки диафрагмы 13, находящейся между светодиодами 14 и фотодиодами 15. Фотодиоды выполнены в инфракрасном диапазоне излучения (ИК-излучения), что исключает влияние замутнения жидкости. Два фотодатчика установлены симметрично относительно подвижной системы, причем оси излучающих светодиодов 14 и оси приемных фотодиодов 15, перпендикулярные плоскости чувствительного слоя фотодиодов (позиция 20 на фиг.3), перпендикулярны оси сканирования, а фотодиоды и светодиоды разделены поворотными диафрагмами 13 (их можно назвать заслонками), выполненными в виде цилиндрических отбортовок от держателя 9 излучающей пьезоголовки с осью отбортовок, совпадающей с осью сканирования. На цилиндрических диафрагмах (отбортовках, заслонках) выполнены щелевые прямоугольные вырезы в виде винтовой линии на цилиндрах диафрагм, угол наклона которых в развернутом состоянии составляет 87-89^o к оси сканирования, причем наклоны правой и левой винтовой линии выполнены встречно друг к другу.

На фиг.3 представлена конструкция диафрагм, причем в развернутом положении относительно оси сканирования. Изображение на фиг.3 дано в среднем положении подвижной системы, когда фотоприемные пластины 20 находятся посередине заслонки и освещены световым потоком одинаково. Таким образом, винтовая линия в развернутом виде превращена в прямую линию, наклоненную к оси сканирования под углом 87-89^o (в зависимости от требуемой чувствительности датчика положения). Наклон щелей выполнен навстречу друг другу, что позволяет избавиться от влияния осевого люфта на показания датчика положения.

Токоподводы выполнены в виде двух износоустойчивых контактных пар 21, установленных симметрично таким образом, что оси центральных неподвижных контактов, заканчивающихся полусферами, лежат на оси сканирования и опираются в подпружиненные пружинами 22 плоские подвижные контакты 23.

Как показал опыт работы, целесообразно использовать для штырей 24 и контактов 23 сплав палладий-серебро-кобальт. Подвижная система с заслонкой удерживается шарикоподшипниками 25. Ось 4 неподвижно закреплена в неподвижном держателе 26 (в отличие от подвижного держателя 9). Датчик включен в отрицательную обратную связь типа "электрической" пружины (фиг.4) (т.е. выход фотодатчика через усилитель обратной связи подключен к рамке и датчик стоит в нуле фотодатчика). Для сканирования и производства съемки системы на вход усилителя подается последовательно сигнал с генератора треугольной формы. Треугольная форма сигнала с генератора отрабатывается с задержкой по фазе и сглаживанием вершин треугольника электромеханической системой датчика (фиг. 5). Качество изображения определяется остротой треугольника обрабатываемого сигнала и сдвигом фаз.

Сигнал с генератора возбуждения пьезопреобразователя (3-5 МН) и с пьезоголовки через схему синхронизации подается на систему отображения органа пациента. При этом основным входом в эту систему является сигнал с пьезопреобразователя, отраженный от органа. Сигнал о положении сканирующей головки также поступает в систему изображения органа пациента в качестве развертки.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой сканирующий датчик, содержащий герметичный сосуд, включающий ультразвукопроницаемый колпак и корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, в котором размещены излучающая пьезоголовка, укрепленная на держателе подвижной системы с возможностью ее вращения относительно оси сканирования, установленной на подшипниках, привод излучающей пьезоголовки с токоподводами и датчик ее положения, выполненный в виде фотодатчика, отличающийся тем, что привод выполнен в виде магнитоэлектрической системы, состоящей из центрального магнитопровода - башмака в виде сегмента тора, полуторового башмака, установленного на постоянном магните, соединенном с магнитопроводом, снабженным двумя полосами, установленными так, что плоскость их середин перпендикулярна центральной плоскости сегмента тора, кольцо магнитопровода, скрепленного с сегментом тора, и цилиндрической рамки, охватывающий сегмент тора и закрепленной на держателе подвижной системы.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что датчик положения содержит два фотодатчика, установленных симметрично подвижной системы, каждый из которых выполнен в виде излучающего светодиода и приемного фотодиода с чувствительным слоем, с осями перпендикулярными оси сканирования, при этом между излучающим светодиодом и приемным фотодиодом размещена с возможностью перемещения поворотная диаграмма, выполненная в виде отбортовки на держателе подвижной системы, имеющей форму цилиндрической относительно оси сканирования поверхности с нанесенным на ней щелевым прямоугольным вырезом в виде винтовой линии с углом наклона 87 - 89^o к оси сканирования, при этом наклоны вырезов фотодатчиков выполнены навстречу друг другу.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что токоподводы установлены симметрично относительно оси сканирования и выполнены в виде четырех износоустойчивых контактных пар, каждая из которых состоит из полусферического неподвижного контакта, упирающегося в пружинящий плоский подвижный контакт.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5