CN116211340B - 智能超声波探头 - Google Patents

Abstract

智能超声波探头，涉及医学人体超声波检查领域，解决了现有超声波探头针对人体不同器官及组织(腹部、胸部、颈部、眼部、头部、血管、软组织等)检查时探头对肌肤施加压力控制问题。本发明的超声波探头包括外壳、活塞缸、密封环、调气压通道、端盖和恒定气源装置；恒定气源装置包括气源气缸，设置在所述气源气缸上的气源端口、通气口以及用于检测气源气缸内气体压力的压力传感器；设置在气源气缸内的气源活塞，以及驱动气源活塞运动的驱动电机；调气压通道的另一端与所述气源端口连接；驱动电机、压力传感器均与超声波电脑端电连接。本发明通过活塞缸内气压变化来控制超声波探头对于肌肤的压力，实现探头的智能检测。

Description

智能超声波探头

技术领域

本发明涉及医学人体超声波检查领域，具体涉及一种智能超声波探测头。采用该超声波探头实现对肌肤施加压力的大小进行控制。

背景技术

目前，做人体超声波检查时，针对人体各部位器官探头给予肌肤施加压力是不同的，由于不同的人本身个体差异、在检查同一个脏腑器官时压力也是有一定变化的，如身体肌肉健壮和身体文弱的探头的力就不同，但是针对压力敏感的器官；如：静脉检查时，判断静脉血管是否有血栓形成时，医生要看管腔结构及血流速度，此时，如果探头压力过大，引起血管受压变形导致管腔内部结构显示不清，且会影响血流速度，导致不同检查者对疾病的检测误差，易导致漏诊或误诊。

此外，进行眼部超声检查时避免对眼球的压迫，要求探头的压力是非常小的，也可以说是贴在肌肤上即可。在做眼睛超声波时，超声波探头自身的重量施加给眼部所产生的压力一般会超出眼部检测的要求。所以在做这部分器官检查时要求有长期积累经验的和手部运动控制稳定的医生才能完成，这也因此导致能精准检测静脉、眼部、软组织等器官的超声波医生稀缺。另外，基于临床对超声检测的需求，超声波医生一天工作时间过长的话也会疲劳影响医生检测准确性，所以自从有超声波检查设备以来人们就梦寐以求有一种智能超声波探头，在检测不同部位器官并给予检查不同部位指令后，超声波医生手持探头方向位置准确，智能超声波探头就能赋予不同组织、器官压力在其规定有效量程内是一定的压力值，进一步实现超声波探头的智能应用。

因此，亟需研发一种智能超声波探头。

发明内容

本发明为解决现有超声波探头针对人体不同器官(腹部、胸部、颈部、眼部、头部、血管、等)检查时探头对肌肤施加压力控制问题，提供一种智能超声波探头。

一种智能超声波探头，所述超声波探头包括外壳、活塞缸、密封环、调气压通道、端盖和恒定气源装置；

所述外壳的一端活动安装超声波探头，外壳内安装有活塞缸；

所述端盖与外壳的另一端固定，所述端盖底端凸起部与活塞缸通过密封环连接，所述凸起部与活塞缸内的活塞上端形成密封腔，所述调气压通道的一端穿过端盖及密封环与所述密封腔连通；

所述活塞下端与超声波探头伸入外壳内的一端连接；

所述活塞下端的腔通过超声波探头与外壳间隙、电源线和数据线之间的间隙与外部大气相通；

所述恒定气源装置包括气源气缸，设置在所述气源气缸上的气源端口、通气口以及用于检测气源气缸内气体压力的压力传感器；

设置在气源气缸内的气源活塞，以及驱动气源活塞运动的驱动电机；

所述调气压通道的另一端与所述气源端口连接；

所述驱动电机、压力传感器均与超声波电脑端电连接；

采用所述超声波探头进行检测时，针对不同的检测部位，在超声波电脑端设定所述超声波探头需要的压力范围，根据所述压力范围计算气源气缸内的气体压力值，根据所述压力值输出驱动信号至驱动电机，

所述驱动电机驱动气源活塞运动，所述压力传感器实时采集气源气缸内气体压力值并反馈给超声波电脑端，当所述压力传感器采集的压力值与设定的压力值相同，驱动电机停止运动；超声波探头实现在稳定气压下检测。

本发明的有益效果：

本发明所述的智能超声波探头是根据压力传感器自动调节探头对于肌肤压力，智能超声波探头有显示有效量程(探头检查端处于全量程内的位置)发光显示光带(发光二级管等)。

智能超声波探头是根据器官所需要压力设定，在做超声波检查时，手持探头在正确位置，探头在量程光带显示绿色(假定绿色是量程内)，探头给予肌肤压力就是我们要求的，如果当探头本身自重过重时，智能超声波探头会自行施加一个反作用力，去平衡掉一定的探头自重，已获得人们需要的压力，智能超声波探头的实现与成功将使所有超声波医生胜任过去极少数只有百分之十的医生能才做的工作，所以它将对超声波检查与应用产生深远的影响。

附图说明

图1为本发明所述的智能超声波探头的结构示意图；

图2为本发明所述的智能超声波探头的探头端伸出时的结构示意图；

图3为图1的后视图；

图4为图2的后视图；

图5为恒定气源装置的结构示意图；

图6为本发明另一种智能超声波探头的结构示意图；

图7为图6中探头端伸出时的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，一种智能超声波探头，本实施方式的智能超声波探头压力设定主要是针对检查部位压力小的(眼部、颈部)、不容易控制的机构的应用而设计，对于压力大的部位检查时候，智能超声波探头活动端将退回外壳内，形成为一个整体，这样又可以保证探头能够承受大的压力。

针对较轻部位检测时(眼部)，需要首先设定探头的压力；利用的气压原理进行说明：本实施方式利用活塞作用是承载调气压通道输出气体压力，使智能超声波探头获得检查部位需要或要求的稳定压力(压强)，利用气压原理，调气压道输出稳定气压类似于天平(称重，一个托盘是砝码)一个托盘(是重量任意)增加或减少的水，智能超声波探头外壳本体类似是天平支座，假设托盘重的一端是(多出平衡50克是)探头与眼部(检查位置相)接触(的位置探头)，手持天平支座在杠杆允许的摆动范围内上下移动，托盘施加给眼部的力是不变的50克，由于天平杠杆有允许的摆动范围，所以可以做到对于某一部位施加一个稳定的力，调气压通道输出气体压力是一个根据要求变化并能输出恒定的气压源。本实施方式利用恒定气源装置实现。

如：当智能超声波探头需要50克压力时，假设气源气压对应是0.1帕，在这个检查时间范围内气源始终输出就是0.1帕，当智能超声波探头需要300克压力时，气源气压对应是0.6帕，在这个检查时间范围内气源始终输出就是0.6帕，以此类推500克压力时，气源气压对应是1帕，在这个检查时间范围内气源始终输出就是1帕。当超声波探头自身重量已经超出了对于检查眼部施加的压力时，气源气压大小类似于天平烧杯里承载水的多少，此时气源气压应该小于大气压(负压)，类似托盘增加50克水重了，如果需要的力是30克，另一端是不能放小砝码增加一个20克恒定的大气压力，当活塞(气囊)内压力小于大气压时，大气对活塞进行反作用，大气压给活塞一个反推力就可以平衡掉多出的重量，上述实现的条件必须是智能超声波探头显示的有效量程范围内，它就是杠杆允许移动范围L。

下面具体给出本实施方式所述的一种智能超声波探头的结构：所述超声波探头包括外壳2、活塞缸3、密封环5、端盖6、电源线7、调气压通道8和恒定气源装置；

所述外壳2的一端活动安装超声波探头1，外壳2内安装有活塞缸3；

所述端盖6与外壳2的另一端固定，所述端盖6底端凸起部与活塞缸3通过密封环连接，所述凸起部与活塞缸内的活塞4上端形成密封腔，所述调气压通道8的一端穿过端盖及密封环5与所述密封腔连通；

所述活塞4下端与超声波探头1伸入外壳2内的一端连接；

所述活塞4下端的腔通过超声波探头1与外壳2间隙、电源线7和数据线之间的间隙与外部大气相通；

所述恒定气源装置包括气源气缸，设置在所述气源气缸上的气源端口9、通气口10以及用于检测气源气缸内气体压力的压力传感器11；

设置在气源气缸内的气源活塞，以及驱动气源活塞运动的驱动电机(电缸)；

所述调气压通道8的另一端与所述气源端口9连接；

所述驱动电机、压力传感器11均与超声波电脑端电连接；

采用所述超声波探头进行检测时，针对不同的检测部位，在超声波电脑端设定所述超声波探头需要的压力范围，根据所述压力范围计算气源气缸内的气体压力值，根据所述压力值输出驱动信号至驱动电机，

所述驱动电机驱动气源活塞运动，所述压力传感器11实时采集气源气缸内气体压力值并反馈给超声波电脑端，当所述压力传感器采集的压力值与设定的压力值相同，驱动电机停止运动；超声波探头实现在稳定气压下检测。

本实施方式中，所述驱动电机驱动气源活塞运动，气体通过调气压通道8至密封腔，所述压力传感器11采用气源气缸内的气体压力值即为密封腔内的气体压力值。用于监控或保证气源压力的稳定。

如图3和图4所示，本实施方式中，所述外壳2上设置有量程指示器12，所述量程指示器12通过数据线与超声波探头的行程开关连接；所述行程开关安装活塞缸3与外壳2间。只要不触碰上下位置开关量程指示器可显示为绿色，超声波探头对于眼部压力就是给定的。所述的行程开关可为非接式开关。

本实施方式中，所述外壳1上还设置有压力调节钮13，所述压力调节钮13与超声波探头电脑端连接，压力调节钮13通过输出电压或电流信号强弱给超声波电脑端，电脑在输出信号给气源调节压力电缸和压力传感器11，这时压力传感器11监控设定压力范围内的一定变化量。

采用本实施方式所述的探头针对眼部超声检查时，根据在超声波电脑端设定的超声波探头检测眼部的压力范围，此时需要智能超声波探头活塞上端的密封腔内的压力小于大气压，即：密封腔内为负压，当产生负压时，超声波探头由活塞作用使活动端产生向上的牵引拉力，所述超声波探头检测眼部时的压力即为超声波探头自重减去活塞向上牵引的力的差值。

本实施方式中应用的都是气缸上面部分，全部是利用负压原理，如果应用气缸下面部分要想平衡超声波探头重量时，气缸下端腔就得是大于大气压的正压，这两种方法均可以实现智能超声波探头压力控制。

具体实施方式二、结合图5至图7说明本实施方式，本实施方式所述的所述的一种智能超声波探头与具体实施方式一所述的超声波探头的区别在于，采用气囊14代替活塞缸3；其他结构不变。即：

所述超声波探头包括外壳2、调气压气道8、电源线7、端盖6、量程指示器12、压力调节钮13、压力传感器11；

所述外壳2的一端活动安装超声波探头1，所述端盖6与外壳2的另一端固定，所述端盖底端凸起部与气囊14连接，气囊14另一端与超声波探头1的顶端连接；所述调气压通道8穿过端盖与气囊14连接。所述气囊14与端盖6以及超声波探头之间形成伸缩腔，伸缩腔与调气压通道8相通。

本实施方式中，为了对于眼部和颈部血管能更精准检查，通过智能超声波的压力调节钮实现，假设通常智能超声波探头设有压力30到100克范围内任意压力输出，这个压力是不变的，如输出35或58、77、95等等，它们都是一个固定的压力，一般医生是可以做正常检查，但是医生有时可能遇到检查这部分压力是58，移动到另一部分压力可能就需要70时效果更好的时候，对于检验丰富的医生就可以控制智能超声波探头上压力调节钮来实现不同部位压力的微变化，最终获得智能超声波探头检查结果是一般普通医生做的检查是现在有经验医生检查结果的效果，而对于有经验优秀医生可以更灵活针对每一部位调节最佳压力获得想要的检查结果。

本实施方式中，智能超声波探头和量程指示器类似天平托盘允许上下移动的范围，对于智能超声波探头来说手持探头对于某一部位检查时指示灯在量程内，探头给予检查部位的压力是不变的。

为证明实施方式一和实施方式二的可行性，给出如下验证过程：

设定智能超声波探头需要100克压力时，假设智能超声波探头活塞缸直径是30毫米，活塞移动距离范围从6毫米到11毫米，超声波探头自重500克，检查眼部压力需要100克，超声波探头自重超出400克，这样可以通过计算算出活塞缸体内的压力是多少，S活塞面积＝15×15×π＝707平方毫米＝7平方厘米，一个大气压作用在一平方厘米约等于1000克，活塞上端是封闭的，活塞上端要是恒定的一个大气压，超声波探头在自重作用下是滑到下端的，而且力是500克，为了让向下的力是要求的100克，则需要给超声波探头一个400向上的牵引拉力，这样活塞内部压力就需要小于外部的大气压，让外部大气压反推超声波探头以及活塞使其有一个向上力，这个力就是400克。活塞直径7厘米，承载大气压力7000克，要想获得100克的向下的力，活塞缸内气压力应该是L缸内＝{1000gL大气压(0.1MPa)×7-400g}/7＝943g＝0.094MPa,要想保住超声波探头向下来的是恒定的100克力，活塞内部压力必须是一个恒定值，获得这个压力方法是：一活塞能容积是V活塞＝707×11＝7777立方毫米＝7.8立方厘米，二、气源压力提供是直径160毫米气缸，活塞移动行程是100-200毫米，气源容积是V气源

＝80×80×π×100＝2010619立方毫米＝2010.6立方厘米,活塞容积和气源容积比是：＝V活塞/V气源＝7.8/2010.6＝0.0039，从这个比值看超声波探头活塞容积从最小到最大范围内变化对于气源容积影响可以忽略不计，对于100克超声波探头重量压力的变化值仅有0.4克，这样也可以完全忽略不计。

本实施方式中，采用恒定气源装置提供压力，如图5所示，采用一个大直径气源气缸，假设直径是160毫米，行程210毫米，气源活塞在中间100毫米位置，两气缸内压力是大气压0.1MPa，气源活塞移动由电缸控制，如果要获得超声波探头向下100克的恒定力，需要气缸内部压力小于大气压，为0.094MP，这样就需要气源在气量不变化的情况下容积增大，以气缸直径160×100(毫米)为初始保证大气压为例，气缸轴向移动距离L为100(活塞在气缸100毫米的位置时是标准一个)大气压×100V(80×80×π×100)＝100L+Δ气源气压×100V+Δ，100V+Δ＝100L大气压×100V/L100+Δ气源气压

100L+Δ＝2010619×0.1MP/0.094MP＝2138956＝80×80×π×(100+Δ)＝106.4(毫米)，气缸活塞需要在电缸牵引向右容积增大方向移动6.4毫米就可以获得0.094MP压力(压强)气源。

本实施方式中，采用气囊结构的智能超声波探头，气囊是手风琴拉压结构气囊，这种结构简单，当气源产生负压时气囊收缩将超声波探头向上牵引提拉，这个力大小也是决定气源压力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (7)

1.一种智能超声波探头，所述超声波探头包括外壳，其特征是：该超声波探头还包括活塞缸、密封环、调气压通道、端盖和恒定气源装置；

所述外壳的一端活动安装超声波探头，外壳内安装有活塞缸；

所述端盖与外壳的另一端固定，所述端盖底端凸起部与活塞缸通过密封环连接，所述凸起部与活塞缸内的活塞上端形成密封腔，所述调气压通道的一端穿过端盖及密封环与所述密封腔连通；

所述活塞下端与超声波探头伸入外壳内的一端连接；

所述活塞下端的腔通过超声波探头与外壳间隙、电源线和数据线之间的间隙与外部大气相通；

所述恒定气源装置包括气源气缸，设置在所述气源气缸上的气源端口、通气口以及用于检测气源气缸内气体压力的压力传感器；

设置在气源气缸内的气源活塞，以及驱动气源活塞运动的驱动电机；

所述调气压通道的另一端与所述气源端口连接；

所述驱动电机、压力传感器均与超声波电脑端电连接；

采用所述超声波探头进行检测时，针对不同的检测部位，在超声波电脑端设定所述超声波探头需要的压力范围，根据所述压力范围计算气源气缸内的气体压力值，根据所述压力值输出驱动信号至驱动电机，

所述驱动电机驱动气源活塞运动，所述压力传感器实时采集气源气缸内气体压力值并反馈给超声波电脑端，当所述压力传感器采集的压力值与设定的压力值相同，驱动电机停止运动；超声波探头实现在稳定气压下检测。

2.根据权利要求1所述的一种智能超声波探头，其特征在于：所述驱动电机驱动气源活塞运动，气体通过调气压通道至密封腔，所述压力传感器采用气源气缸内的气体压力值即为密封腔内的气体压力值。

3.根据权利要求1所述的一种智能超声波探头，其特征在于：所述外壳上设置有量程指示器，所述量程指示器通过数据线与超声波探头的行程开关连接；所述行程开关安装活塞缸与外壳间。

4.根据权利要求1所述的一种智能超声波探头，其特征在于：所述外壳上设置有压力调节钮，所述压力调节钮与超声波探头电脑端连接，

通过压力调节钮输出电压或电流信号给超声波电脑端，所述超声波电脑端再输出信号至驱动电机，驱动电机驱动气源活塞运动，此时压力传感器监控设定压力范围内的变化量。

5.根据权利要求1所述的一种智能超声波探头，其特征在于：针对眼部超声检查时，根据在超声波电脑端设定的超声波探头检测眼部的压力范围，此时需要智能超声波探头活塞上端的密封腔内的压力小于大气压，即：密封腔内为负压，当产生负压时，超声波探头由活塞作用使活动端产生向上的牵引拉力，所述超声波探头检测眼部时的压力即为超声波探头自重减去活塞向上牵引的力的差值。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种智能超声波探头，其特征在于：采用气囊代替活塞缸。

7.根据权利要求6所述的一种智能超声波探头，其特征在于：所述气囊采用手风琴拉压结构气囊。