CN103083042B - 环阵超声探头的弯曲成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种环阵超声探头的弯曲成型装置，用于片状压电材料弯曲成型，包括：成型部件，为两件，两件成型部件为中空结构过中轴线纵向剖开后的两个半截结构；圆柱体，直径与所述中空结构的内径适配；及定位锁紧结构，用于定位锁紧成型部件之间的组合及用于定位锁紧成型部件与圆柱体之间的配合。此外还提供一种环阵超声探头的弯曲成型方法，片状压电材料紧贴于涂抹有粘结剂的成型部件内表面，接着用定位锁紧结构将圆柱体与成型部件锁紧，待其冷却定型。然后如法炮制得到第二个半圆套筒形的片状压电材料后，将两个成型部件锁紧在一起，组合成完整套筒形的环阵压电材料，此过程操作简便，所使用的弯曲成型装置结构简单。

Description

环阵超声探头的弯曲成型装置及方法

【技术领域】

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种环阵超声探头的弯曲成型装置及方法。

【背景技术】

第一台超声内窥镜产生于二十世纪80年代，1980年由美国人首先将胃镜与超声组合在一起的电子线阵消化道超声内镜(10MHz)进行动物实验获得成功，同年日本阿洛卡(Aloka)与奥林巴斯(Olympus)公司合作制造了机械环扫式超声内镜。随后经过不断的改进，进入二十一世纪全数字超声系统运用于内镜超声检查，提高了超声影像的分辨率，由于还能进行3D重建，EUS(EndoscopicUltrasonography，超声内镜)获得了里程碑式的突破。经过二十多年的发展，已经有多家公司推出系列超声内镜产品。比较典型的有日本富士能(Fujinon)公司、奥林巴斯公司及宾得(Pentax)公司。早期的环扫超声内镜主要采用机械扫描方式，利用微型电机驱动连接杆，带动内镜顶端的单超声换能器实现360°旋转，获得与轴垂直的环形断层图像。这种扫描方式的优点在于换能器设计简单，但需要高精度的机械连接与驱动，易于损坏，获得的图像也不够稳定。由于新技术的出现较晚，现在仍然大量使用。二十一世纪，日本Fujinon、Olympus、Pentax等公司先后研发出360°电子环形扫描超声探头(见图一)，结合彩色超声波诊断仪，使用先进的全数字化图像处理功能，实现了新型全数字化超声内镜系统。可以兼容环阵扫描超声内镜以及凸阵扫描超声内镜，并具有Doppler(多普勒效应)彩色血流显示，可以对病人进行EUS内镜下超声检查以及EUS-FNA(超声内镜针穿刺术)，即EUS引导下的超声内镜细针穿刺术。比较有代表性的是，Pentax环形扫描超声电子内窥镜EG-3630UR，可实现在5/7.5/10MHz的大范围下呈现270°扫描角的高分辨图像，并可兼做彩色多普勒和彩色血流量图。采用无气泡的水囊注水法可以有效的对食道和十二指肠进行超声扫描。PentaxEG-3630U凸阵扇形扫描超声内窥镜保障了视野角130°(前倾60°)和100°扇形扫描角度内完美的观察，它可兼做彩色多普勒，提供彩色血流量图，对血管血流的微小变化也可提供高分辨率的图像。

目前我国也有少量科研机构在开展超声内镜的研究，但主要工作集中在机械扫描探头的驱动、电路设计、成像等方面，而核心技术——超声内镜探头则没有研发能力，也没有自主知识产权，需要依赖进口；探头(换能器)基本是采用以Olympus和Fujinon为代表的国外公司的产品。国内研究的主要工作还停留在机械扫描方式，而且主要是在国外超声探头技术的基础上，做一些外围辅助性的工作。本发明的核心技术——环形超声阵列探头则没有涉及。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种结构简单的环阵超声探头的弯曲成型装置。

此外，还提供了一种操作简便的环阵超声探头的弯曲成型方法。

一种环阵超声探头的弯曲成型装置，用于片状压电材料弯曲成型，包括：成型部件，为两件，所述两件成型部件为中空结构过中轴线纵向剖开后的两个半截结构；圆柱体，直径与所述中空结构的内径适配；及定位锁紧结构，用于定位锁紧所述成型部件之间的组合及用于定位锁紧所述成型部件与所述圆柱体之间的配合。

优选地，所述中空结构为中空圆柱结构，所述中空圆柱结构包括相互连接且共轴的第一中空圆柱和第二中空圆柱，所述第一中空圆柱的内径和外径均小于所述第二中空圆柱；所述圆柱体包括第一圆柱、第一套环及第二套环，所述第一套环和第二套环均套接在所述第一圆柱上，所述第二套环的外径等于所述第二中空圆柱的内径，所述第一套环的外径加上所述片状压电材料的厚度等于所述第一中空圆柱的内径。

优选地，所述成型部件的剖面设有螺孔，所述螺孔落在所述剖面两侧相对所述中空圆柱结构的轴线呈平均分布。

优选地，所述锁紧结构包括中部呈弧形两端呈平面状的第一定位锁紧结构，呈平面状的两端设有与所述螺孔相配的通孔。

优选地，所述第一定位锁紧结构呈弧形的中部与所述圆柱体外壁相配，可紧贴于所述圆柱体外壁表面。

优选地，所述锁紧结构还包括中部呈弧形两端呈平面状的第二定位锁紧结构，呈平面状的两端设有通孔，所述第二定位锁紧结构为两个。

一种环阵超声探头的弯曲成型方法，用所述的环阵超声探头的弯曲成型装置加工片状压电材料使其弯曲成型，包括以下步骤：

S10，提供分割好的两段长度相等的所述片状压电材料；

S20，将一段所述片状压电材料、一件成型部件及圆柱体加热；

S30，将粘结剂加热涂抹在所述一件成型部件的内表面；

S40，将一段所述片状压电材料沿长度方向卷在所述圆柱体上；

S50，将卷好的所述一段片状压电材料紧贴在所述一件成型部件的内表面上；

S60，用定位锁紧结构固定所述圆柱体、片状压电材料和一件成型部件并待冷却；

S70，冷却后，解开所述定位锁紧结构，取出所述圆柱体，得到固定在所述一件成型部件的内表面弯曲成型的片状压电材料；

S80，用另一段压电材料和另一件成型部件替换所述一段压电材料和一件成型部件，重复步骤S20至S70，加工得到第二个弯曲成型的片状压电材料；

S90，用所述定位锁紧结构把两个内表面固定有弯曲成型的所述片状压电材料的成型部件锁紧在一起，形成环阵压电材料。

优选地，所述片状压电材料分割的方法是将所述片状压电材料分割成长度相等的两段，再把每段按照环阵的阵元间距来分割。

优选地，两段所述片状压电材料具备：所包含的子阵元数相等，子阵元间距相等，两段所述片状压电材料的长、宽、厚与形状完全相同。

优选地，其特征在于，所述片状压电材料为压电陶瓷片。

上述环阵超声探头的弯曲成型装置通过环阵超声探头的弯曲成型方法操作，将片状压电材料卷在圆柱体上，将圆柱体置于成型部件的中空圆柱内，使片状压电材料紧贴于涂抹有粘结剂的成型部件内表面，接着用定位锁紧结构将圆柱体与成型部件锁紧，待其冷却定型得到第一个半圆套筒形的片状压电材料。然后如法炮制得到第二个半圆套筒形的片状压电材料后，将两个成型部件锁紧在一起，组合成完整套筒形的环阵压电材料。如此一个完整的环阵圆形片状压电材料成型，此过程操作简便，所使用的弯曲成型装置结构简单。

【附图说明】

图1为360°电子环形扫描超声探头；

图2为一实施例中片状压电材料示意图；

图3为一实施例中成型部件结构示意图；

图4为一实施例中圆柱体结构示意图；

图5为一实施例中定位锁紧结构示意图；

图6为一实施例中环阵超声探头的弯曲成型流程图；

图7为加热台示意图；

图8为粘结剂涂抹在一件成型部件的内表面上的示意图；

图9为片状压电材料沿长度方向卷向圆柱体上的示意图；

图10为片状压电材料沿长度方向卷在圆柱体上的示意图；

图11将卷有一段片状压电材料的圆柱体紧贴在所述一件成型部件的内表面上的示意图；

图12为用定位锁紧结构固定圆柱体、片状压电材料和一件成型部件的示意图；

图13为片状压电材料在一件成型部件的弯曲成型图；

图14为把两个图13所示片状压电材料弯曲成型图合在一起成一个整圆的装配图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种环阵超声探头的弯曲成型装置，用于图2示出的片状压电材料100弯曲成型，包括：图3示出的成型部件200、图4示出的圆柱体300、图5示出的定位锁紧结构400。

如图2所示，片状压电材料100，在本实施例中，片状压电材料100分割的方法是将片状压电材料100分割成长度相等的两段，再把每段按照环阵的阵元间距来分割。两段片状压电材料100具备：所包含的子阵元数相等，子阵元间距相等，两段片状压电材料100的长、宽、厚与形状完全相同。在其他实施例中，可根据环阵超声探头的弯曲成型装置的不同设计而采用相应的片状压电材料100分割方法，可以是一段、三段等形式。另外，在本实施例中，片状压电材料100是压电陶瓷片(带双层匹配层)，在其他实施例中，也可是其它具有压电性的材料，如压电复合材料，聚偏氟乙烯(PVDF)等高分子压电材料等。

如图3所示，成型部件200为两件，两件成型部件200为中空结构过中轴线纵向剖开后的两个半截结构。在本实施例中，成型部件200为不锈钢制成，具有导热性好冷却快的优点，同时在使用中不易变形。在其他实施例中，成型部件200可以为其他如铝合金等导热性好冷却快的金属材料制成。

在优选的实施例中，中空结构为中空圆柱结构。在其他实施例中，中空结构可以为其他形状的中空结构，如中空长方体结构等。

中空圆柱结构包括相互连接且共轴的第一中空圆柱222和第二中空圆柱224，第一中空圆柱222的内径和外径均小于第二中空圆柱224。另外，参考图12，第一中空圆柱222的高度不小于片状压电材料100的宽度，第一中空圆柱222的内圆周与片状压电材料100的长度相等；同时，圆柱体300减去第二套环370的所得的高度不小于片状压电材料100的宽度。如此在使片状压电材料100弯曲成型的过程中，第一圆柱310挤压片状压电材料100在第一中空圆柱222的内圆壁上可使片状压电材料100受力均匀，不会导致片状压电材料100出现其他变形。

成型部件200的剖面设有螺孔240，螺孔240落在剖面两侧相对中空圆柱结构的轴线呈平均分布。在本实施例中，螺孔240为两个，参考图12，两个螺孔240配有与螺孔240相配的螺钉4222，用于锁紧第一定位锁紧结构420，使圆柱体300、片状压电材料100及成型部件200致冷却后片状压电材料100弯曲成型。

如图4所示，圆柱体300直径与图2示出的中空结构的内径适配。即圆柱体300直径与中空圆柱结构的内径适配。在本实施例中，圆柱体300为不锈钢制成，具有导热性好冷却快的优点，同时在使用中不易变形。在其他实施例中，圆柱体300可以为其他如铝合金等导热性好冷却快的金属材料制成。

圆柱体包括第一圆柱310、第一套环350及第二套环370，第一套环350和第二套环370均套接在第一圆柱310上。

参考图12，第二套环的外径等于第二中空圆柱224的内径，第一套环350的外径加上片状压电材料100的厚度等于第一中空圆柱222的内径，可使在片状压电材料100的弯曲成型的过程中，片状压电材料100、中空圆柱结构及圆柱体300三者间的结构参数想匹配，压铸出高工艺的环阵超声探头。

如图5所示，定位锁紧结构400用于定位锁紧图3示出的成型部件200之间的组合及用于定位锁紧图3示出成型部件200与图4示出圆柱体300之间的配合。

定位锁紧结构400包括第一定位锁紧结构420和第二定位锁紧结构440。第一定位锁紧结构420中部呈弧形两端呈平面状，呈平面状的两端设有与螺孔240相配的通孔422，参考图12，呈弧形的中部与第二套环370外壁相配，可紧贴于第二套环370外壁表面。参考图14，在本实施例中，两个成型部件200结合后为中空圆柱结构，因此，两个第二定位锁紧结构440的中部呈弧形可紧贴于第二中空圆柱224外壁表面，呈平面状的两端设有通孔444，通孔444为用螺钉通过两个第二定位锁紧结构440锁紧两个成型部件200而设置，而在其他实施方式中，可在两个第二定位锁紧结构440上设置卡合结构代替通孔444的所起的作用。

如图6所示，一种环阵超声探头的弯曲成型方法，用环阵超声探头的弯曲成型装置加工图2示出的片状压电材料100使其弯曲成型，包括以下步骤：

S10，如图2所示，提供分割好的两段长度相等的片状压电材料100。在本实施中，片状压电材料100分割的方法是将片状压电材料100分割成长度相等的两段，再把每段按照环阵的阵元间距来分割。两段片状压电材料100具备：所包含的子阵元数相等，子阵元间距相等，两段片状压电材料100的长、宽、厚与形状完全相同。在其他实施例中，可根据环阵超声探头的弯曲成型装置的不同设计而采用相应的片状压电材料100分割方法，可以是一段、三段等形式。另外，在本实施例中，片状压电材料100是压电陶瓷片(带双层匹配层)，在其他实施例中，也可是其它具有压电性的材料，如压电复合材料，PVDF等高分子压电材料等。

S20，将一段图2示出的片状压电材料100、一件图3示出的成型部件200及图4示出的圆柱体300加热至八十摄氏度。在本实施例中，使用图7示出的加热台500将一段图2示出的片状压电材料100、一件图3示出的成型部件200及图4示出的圆柱体300加热至八十摄氏度。可以理解，前述的加热至八十摄氏度并非绝对地规定加热温度是八十度，而在实际情况中，满足弯曲成型的前提下，加热温度可以为70～100摄氏度之间的任意温度。

S30，如图8所示，将粘结剂600加热涂抹在加热后的一件成型部件200的内表面。粘结剂600为热熔冷凝的粘结材料，涂抹在成型部件200的第一中空圆柱222的内表面。在本实施例中，粘结剂600为粘结蜡，在其他实施例中，粘结剂600可以为其他热熔冷凝的粘结材料。

S40，如图9所示，将一段片状压电材料100沿长度方向卷在圆柱体300上。具体为，如图10所示，将片状压电材料100沿长度方向卷在圆柱体300的第一套环350外壁上，因第二套环370的外径比第一套环350的外径要大，片状压电材料100覆盖第一套环350的半周，所以片状压电材料100沿长度方向的边缘可以抵在第二套环370与第一套环350相近的一端，可使片状压电材料100与圆柱体300保持相对位置而不致产生相对的垂直移动。

S50，如图11所示，将卷好的一段片状压电材料100紧贴在一件成型部件200的内表面上。具体为，把卷好在第一套环350表面的一段片状压电材料100压紧在成型部件200的第一中空圆柱222的内表面上，并调整片状压电材料100在第一中空圆柱222的内表面里的位置，使片状压电材料100的边缘与第一中空圆柱222的内表面的边缘完全对齐，能使片状压电材料100的子阵元在圆柱体300与第一中空圆柱222的内表面间受力均匀。参考图12，粘结剂600用于在热熔状态下将被压成弯曲的片状压电材料100粘在第一中空圆柱222的内表面上，待温度降下以后粘结剂600冷凝固化在压成弯曲的片状压电材料100上使压成弯曲的片状压电材料100保持弯曲定型。

S60，如图12所示，用定位锁紧结构400固定圆柱体300、片状压电材料100和一件成型部件200并待冷却。具体为，用螺钉4222将第一定位锁紧结构420锁紧在成型部件200上，使第一定位锁紧结构420固定圆柱体300、片状压电材料100和一件成型部件200，并要保持三者的相对位置直到整个装置完全冷却到室温状态。

S70，如图13所示，冷却后，解开定位锁紧结构400，取出圆柱体300，得到固定在一件成型部件200的内表面弯曲成型的片状压电材料100。解开定位锁紧结构400具体为解开第一定位锁紧结构420。

S80，用另一段压电材料100和另一件成型部件200替换一段压电材料100和一件成型部件200，重复步骤S20至S70，加工得到第二个弯曲成型的片状压电材料100。

S90，如图14所示，用定位锁紧结构400把两个内表面固定有弯曲成型的片状压电材料100的成型部件200锁紧在一起，形成环阵压电材料。具体为，完成步骤S70、S80后，得到两个内表面固定有弯曲成型的片状压电材料100的成型部件200，然后将两者结合使两段半圆套筒形的片状压电材料100对接成一个完整套筒，用螺钉4442将两个第二定位锁紧结构440固定两个内表面固定有弯曲成型的片状压电材料100的成型部件200。加热冷凝后得出一个完整的环阵压电材料。

上述环阵超声探头的弯曲成型装置通过环阵超声探头的弯曲成型方法操作，将片状压电材料100卷在圆柱体300的第一套环350上，将圆柱体300置于成型部件200的中空部分，使片状压电材料110紧贴于涂抹有粘结剂的成型部件200内表面，接着用定位锁紧结构400将圆柱体300与成型部件200锁紧，待其冷却定型，得出第一个半圆套筒形的片状压电材料100。然后如法炮制得到第二个半圆套筒形的片状压电材料100后，将两个内表面固定有弯曲成型的片状压电材料100成型部件200锁紧在一起，组合成完整的环阵压电材料。如此一个完整套筒形的环阵片状压电材料成型，此过程操作简便，所使用的弯曲成型装置结构简单。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种环阵超声探头的弯曲成型装置，用于片状压电材料弯曲成型，包括：

成型部件，为两件，所述两件成型部件为中空结构过中轴线纵向剖开后的两个半截结构；

圆柱体，直径与所述中空结构的内径适配；及

定位锁紧结构，用于定位锁紧所述成型部件之间的组合及用于定位锁紧所述成型部件与所述圆柱体之间的配合；

其特征在于，所述中空结构为中空圆柱结构，所述中空圆柱结构包括相互连接且共轴的第一中空圆柱和第二中空圆柱，所述第一中空圆柱的内径和外径均小于所述第二中空圆柱；

所述圆柱体包括第一圆柱、第一套环及第二套环，所述第一套环和第二套环均套接在所述第一圆柱上，所述第二套环的外径等于所述第二中空圆柱的内径，所述第一套环的外径加上所述片状压电材料的厚度等于所述第一中空圆柱的内径。

2.根据权利要求1所述的环阵超声探头的弯曲成型装置，其特征在于，所述成型部件的剖面设有螺孔，所述螺孔落在所述剖面两侧相对所述中空圆柱结构的轴线呈平均分布。

3.根据权利要求2所述的环阵超声探头的弯曲成型装置，其特征在于，所述锁紧结构包括中部呈弧形两端呈平面状的第一定位锁紧结构，呈平面状的两端设有与所述螺孔相配的通孔。

4.根据权利要求3所述的环阵超声探头的弯曲成型装置，其特征在于，所述第一定位锁紧结构呈弧形的中部与所述圆柱体外壁相配，可紧贴于所述圆柱体外壁表面。

5.根据权利要求3所述的环阵超声探头的弯曲成型装置，其特征在于，所述锁紧结构还包括中部呈弧形两端呈平面状的第二定位锁紧结构，呈平面状的两端设有通孔，所述第二定位锁紧结构为两个。

6.一种环阵超声探头的弯曲成型方法，其特征在于，用根据权利要求1-5中任意一项所述的环阵超声探头的弯曲成型装置加工片状压电材料使其弯曲成型，包括以下步骤：

S10，提供分割好的两段长度相等的所述片状压电材料；

S20，将一段所述片状压电材料、一件成型部件及圆柱体加热；

S30，将粘结剂加热涂抹在所述一件成型部件的内表面；

S40，将一段所述片状压电材料沿长度方向卷在所述圆柱体上；

S50，将卷好的所述一段片状压电材料紧贴在所述一件成型部件的内表面上；

S60，用定位锁紧结构固定所述圆柱体、片状压电材料和一件成型部件并待冷却；

S70，冷却后，解开所述定位锁紧结构，取出所述圆柱体，得到固定在所述一件成型部件的内表面弯曲成型的片状压电材料；

S80，用另一段压电材料和另一件成型部件替换所述一段压电材料和一件成型部件，重复步骤S20至S70，加工得到第二个弯曲成型的片状压电材料；

S90，用所述定位锁紧结构把两个内表面固定有弯曲成型的所述片状压电材料的成型部件锁紧在一起，形成环阵压电材料。

7.根据权利要求6所述的环阵超声探头的弯曲成型方法，其特征在于，所述片状压电材料分割的方法是将所述片状压电材料分割成长度相等的两段，再把每段按照环阵的阵元间距来分割。

8.根据权利要求7所述的环阵超声探头的弯曲成型方法，其特征在于，两段所述片状压电材料具备：所包含的子阵元数相等，子阵元间距相等，两段所述片状压电材料的长、宽、厚与形状完全相同。

9.根据权利要求6、7或8所述的环阵超声探头的弯曲成型方法，其特征在于，所述片状压电材料为压电陶瓷片。