CN208313464U - 一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模(1)，其结构包括体模外壳、声‑热仿组织材料(7)和支护板(4)；体模外壳固定连接在支护板(4)上，体模外壳内灌充声‑热仿组织材料(7)；体模外壳为圆柱体形状，其包括：底板(9)、上面板(3)、金属圆筒(2)和腔口套筒(5)和腔内声窗(21)；体模外壳的底板(9)通过第一螺栓(10)和第二螺栓(11)与支护板(4)紧固；底板(9)的中部开有圆孔，并通过封闭橡皮(12)封堵所述圆孔；金属圆筒(2)的顶部装有上面板(3)，上面板(3)的中部圆孔处安装有腔口套筒(5)以及腔内声窗(21)；金属圆筒内壁一侧粘贴有吸声内衬(8)。

Description

一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模

技术领域

本实用新型涉及医疗器械质量检测技术领域，具体涉及一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模。

背景技术

医用超声诊断-监护设备是经由超声探头向人体指定部位发射一定频率、强度和形式的超声波，接收、处理反射-散射回波信号，然后以图像、图形、数字、声音等形式展示人体该部位的生理和病理信息，从而对疾病、损伤的有无、性质、程度做出判断，或者对人体体征参数进行监测的复杂系统。然而，所发超声波在作为信息载体的同时，也是力和能量的载体，将以辐射力、声流和组织吸收声能后转化成的热能作用于组织，有些情况下还会引发空化，空化又引发高温、高压作用于组织。当声压、声强高到一定程度时，其中的一种或数种作用将引起组织的破坏或变性，即发生生物学效应。

但后来发现，经由超声探头对人体组织造成伤害的，还有换能元件自身产生的热量和导致的温升，对进入体腔和手术切口的侵入式探头，这种风险尤为严重。侵入式超声探头主要用于对人体腔体和表皮下切口侵入的内窥检查，临床上包括对如阴道、直肠、尿道、消化道进行内窥检查和治疗的医用超声探头，这类超声探头需要进入人体腔体和皮下组织内。为此，国际电工委员会(IEC)和我国的医用超声诊断-监护设备基础安全和紧要性能专用标准已经将其涵盖在内。按照标准规定，超声探头表面温度的测量分为模仿使用状态和模仿空载状态两种情况。其中，模仿使用状态的测量，是在以负载体模作为负载的情况下，利用薄膜或丝状热电偶进行；模仿空载状态的测量，是在没有任何耦合媒质和负载媒质的情况下，利用薄膜或丝状热电偶进行。

针对这一需求，英国国家物理实验室研制了一个称为“表面温度检测体模(surface temperature test phantom)”的装置，系在有机玻璃圆筒内灌注一层厚度约11cm的琼脂凝胶型声-热仿组织材料，首先，该装置的名称是不准确的，作为体模其仅仅是作为超声探头负载的人体组织替代物，而不是一种测量手段。使用时临时覆盖一片室温硫化硅橡胶组合而成，顶面呈平面。但这一装置不仅在用于体表探头时存在多项严重缺陷，其平面声窗仅适用于平面线阵探头，不适用于临床所用占绝大多数的凸阵探头；另外，其内声程过短，无法保证超声波的有效衰减，且其侧壁传热不佳，均会导致探头表面温度测值的偏差；其开放式结构将导致液体蒸发损失，从而造成仿组织材料声-热特性的改变，故仅能用于短期研究实验，不能作为固定设备长期(数年)使用。再者，其开放式结构还导致无法在水浴中使用。该装置只适用于平面探头，根本未考虑侵入式探头的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为解决侵入式探头表面温度无法进行测量和检定的问题，本实用新型提供了一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模，作为侵入式超声探头的负载，在模仿使用状态下，进行超声探头表面温度的测量，具有供嵌入式超声探头插入和耦合的圆筒状的腔内声窗，可确保现有的各种侵入式超声探头辐射面的适形耦合，不致因耦合不佳而影响探头表面温度的测量结果。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模，其包括：体模外壳、声-热仿组织材料和支护板；体模外壳固定在支护板上，体模外壳内灌充声-热仿组织材料；支护板和体模外壳均为圆柱体状结构，体模外壳的外径小于支护板的直径；所述体模外壳进一步包括：底板、上面板、金属圆筒、腔口套筒和腔内声窗；靠近底板的两端处对称地开有两个固定螺孔，分别通过第一螺栓和第二螺栓穿过对应的固定螺孔，并固定在底板上；底板的中部开有圆孔，并通过封闭橡皮封堵所述圆孔；金属圆筒位于支护板上，金属圆筒的顶部装有上面板，上面板的中部开有圆孔，并在所述圆孔处安装腔口套筒和腔内声窗。

在上述技术方案中，所述金属圆筒采用不锈钢材料制成，其内壁贴有吸声内衬，用于吸收入射超声波，消除因其反射导致的声-热仿组织材料温升。其中，吸声内衬的位置标注在上面板上，用于耦合直肠探头等具有单侧辐射声场的情况。

在上述技术方案中，腔口套筒为一嵌置在上面板中部的圆孔的中空圆筒状结构；腔内声窗为嵌套在腔口套筒下方的半封闭的圆筒状结构，其下端为封闭的圆弧面，其上端为开口，形成圆柱形腔体，用于插入和耦合被测的侵入式超声探头。

在上述技术方案中，所述中金属圆筒内灌充声-热仿组织材料；其中，所述声-热仿组织材料为水性高分子凝胶基复合材料，用于模仿人体组织的声学和热学特性，具有标准规定的声学特性和热学特性。其中，声-热仿组织材料的声学特性参数包括：声速(1540±10)m/s、声衰减系数斜率(0.5±0.1)dB/(cm·MHz)；其热学特性参数包括：比热(3500±500)J/(kg·K)、导热率(0.5±0.1)W/(m·K),该声-热仿组织材料具有可保养性。

在上述技术方案中，采用保养液经底板中部圆孔封闭橡皮注入，以对声-热仿组织材料进行维护保养，可确保其声学、热学特性稳定不变。

在上述技术方案中，所述上面板、底板、支护板均采用有机玻璃材料制成。

在上述技术方案中，所述腔口套筒的筒壁采用聚氯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合塑料(ABS塑料)制成，腔内声窗采用透声橡胶薄层制成。

在上述技术方案中，所述封闭橡皮采用真空橡胶制成。

在上述技术方案中，所述声-热仿组织材料内的单向声程均在10cm以上，并在所发超声波束的前方敷设有吸声内衬，可确保其有效衰减，不致影响测温热电偶附近的热场和探头表面温度的测量值。

在上述技术方案中，所述负载体模既可在空气中，也可在水浴中使用；负载体模对侵入式超声探头表面温度测量的方式包括：非水浴测温和水浴测温。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的负载体模具有供嵌入式超声探头插入和耦合的圆筒形腔内声窗，可确保现有各种侵入式探头辐射面的适形耦合，不致因耦合不佳影响探头表面温度的测量结果。

2、以具有良好传热特性和材质稳定的薄壁不锈钢圆筒作为外壳的主体，确保所充声-热仿组织材料快速取得并恒定在标准规定的外部环境温度。

3、体模外壳为包含有机玻璃、不锈钢以及透声橡胶薄层多种材质的全封闭结构，既有利于声-热仿组织材料成分的稳定，又便于在标准规定的空气和水浴两种环境下使用。

4、声-热仿组织材料具有可保养性，确保材料成分和声-热特性稳定，增加了使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种用于侵入式探头表面温度测量的负载体模的结构示意图；

图2是图1的本实用新型的一种用于侵入式探头表面温度测量的负载体模的前视剖面图；

图3是本实用新型的一种用于侵入式探头表面温度测量的负载体模采用非水浴方式测温的结构示意图；

图4是本实用新型的一种用于侵入式探头表面温度测量的负载体模采用水浴方式测温的结构示意图。

附图标记：

1、负载体模 2、金属圆筒

3、上面板 4、支护板

5、腔口套筒 6、圆柱形腔体

7、声-热仿组织材料 8、吸声内衬

9、底板 10、第一螺栓

11、第二螺栓 12、封闭橡皮

13、被测侵入式探头 14、医用超声耦合剂

15、热电偶探杆 16、热电偶式点温计

17、热电偶导丝 18、控温水槽

19、蒸馏水 20、温度计

21、腔内声窗

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1和2所示，本实用新型提供了一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模1，其包括：体模外壳、声-热仿组织材料7和支护板4；体模外壳固定在支护板4上，体模外壳内部灌充声-热仿组织材料7；支护板4和体模外壳均为圆柱体状结构，体模外壳的外径小于支护板4的直径；所述体模外壳进一步包括：底板9、上面板3、金属圆筒2、腔口套筒5和腔内声窗21；靠近底板9的两端处对称地开有两个固定螺孔，分别通过第一螺栓10和第二螺栓11穿过对应的固定螺孔，并固定在底板9上；底板9的中部开有圆孔，并通过封闭橡皮12封堵所述圆孔；金属圆筒2位于支护板4上，金属圆筒2的顶部装有上面板3，上面板3的中部开有圆孔，并在所述圆孔处安装腔口套筒5和腔内声窗21。

在上述技术方案中，腔口套筒5为一嵌置在上面板中部的圆孔的中空圆筒状结构；腔内声窗21为嵌套在腔口套筒5下方的半封闭的圆筒状结构，其下端为封闭的圆弧面，其上端为开口，形成圆柱形腔体6，用于插入和耦合被测的侵入式超声探头。

在上述技术方案中，所述腔口套筒5的筒壁采用聚氯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合塑料(ABS塑料)制成，其下部的腔内声窗21采用透声橡胶制成。

在上述技术方案中，所述金属圆筒2内灌充声-热仿组织材料7；其中，所述声-热仿组织材料7为水性高分子凝胶基复合材料，具有标准规定的声学特性和热学特性。声-热仿组织材料的声学特性特性参数为：声速(1540±10)m/s，声衰减系数斜率(0.5±0.1)dB/(cm·MHz)；其热学特性参数为：比热(3500±500)J/(kg·K)，导热率(0.5±0.1)W/(m·K)。其中，该声-热仿组织材料7具有可保养性，可借助经封闭橡皮12注射的保养液进行维护保养，确保其成分和声学、热学特性的稳定，增长了使用寿命。

在上述技术方案中，采用保养液对声-热仿组织材料7进行维护保养，保养液经底板9中部的封闭橡皮12注入。

在上述技术方案中，所述金属圆筒2采用厚度为5mm的不锈钢圆管制成，其具有传热迅速和性能稳定的特点；金属圆筒2内壁粘贴吸声内衬8，用于吸收入射的超声波，消除因声波反射导致的声-热仿组织材料7温度升高。

在上述技术方案中，如图1和2所示，所述上面板3、底板9、支护板4均采用厚度为10mm的有机玻璃材料制成。

在上述技术方案中，所述封闭橡皮12采用真空橡胶制成。

在上述技术方案中，所述负载体模1既可在空气中，也可在水浴中使用；负载体模1对侵入式超声探头表面温度测量的方式包括：非水浴测温和水浴测温。

具体地，所述负载体模1用于非水浴方式时，是将负载体模1露置于空气中并保持环境温度恒定，然后将侵入式探头13插入腔内声窗21内并与其耦合，使用热电偶式点温计16测量侵入式探头13的表面温度变化情况。所述负载体模1用于水浴方式时，是将负载体模1置于控温水槽18中，通过控温水槽18的温度控制，使负载体模1取得并恒定在水浴温度，然后将侵入式探头13插入腔内声窗21并与其良好耦合，使用热电偶式点温计16测量侵入式探头13的表面温度。

图3为用于侵入式探头表面温度测量的负载体模1用于非水浴方式时的示意图，其中，负载体模1、被测探头13和医用超声耦合剂14放置在装有空调器的房间或大房间内的小隔离间内，温度控制在23±3℃范围内，维持3小时，以使负载体模1内部的声-热仿组织材料7取得外部环境的温度，记录环境温度的确切值；然后向负载体模1的腔内声窗21内的圆柱形空腔6内注入适量医用超声耦合剂14；将热电偶导丝17的前端部分用胶纸贴紧在被测探头13辐射面的中央，热电偶探杆15用胶纸扎紧在被测探头的柄部，一起放入腔内声窗21，以探头自重实现与腔内声窗21底部的耦合，对于辐射面在侧向的直肠探头，应将辐射面方向对准上面板3上指示的吸声内衬8的位置方向进行耦合；其中，侵入式探头13的柄部应使用机械夹持装置固定。连接被测探头13和被检超声设备，之后将被测超声设备开机，按超声仪器规定时间预热，将超声仪器屏幕显示“解冻”，使被测探头13处于工作状态，持续30分钟，从热电偶式点温计16的表头上读取探头辐射面的温度并予记录，其值与环境温度之差不超过6℃为合格。

图4为侵入式探头表面测温的负载体模1在水浴测试使用模式的装置示意图，测试使用时，需要将负载体模1放入到控温水槽18内，该控温水槽18应包含加热和搅拌功能，并可通过温度计20测量水温。向控温水槽18内加入蒸馏水19至高出负载体模1约1cm；将水温设定在37℃，开启水浴系统的搅拌和加热功能，维持3小时，以使负载体模1内的声-热仿组织材料7取得水浴温度；然后将控温水槽18内的蒸馏水19取出一部分，至负载体模1的上半段露出水面；将水浴的搅拌暂停，将负载体模1自控温水槽18中取出，倒掉腔内声窗21内的蒸馏水19后重新放回，然后注入适量医用超声耦合剂14；将热电偶导丝17的前端部分用胶纸贴紧在被测探头13辐射面的中央，热电偶探杆15用胶纸扎紧在被测探头13的柄部，一起放入负载体模的腔内声窗21内，以被测探头13的自重实现与腔内声窗21底部的耦合。对于辐射面在侧向的直肠探头，应将辐射面方向对准上面板3上指示的吸声内衬8的位置方向进行耦合；其中，被测探头13的柄部应使用机械夹持装置固定。连接被测探头13和被测超声设备，恢复水浴的搅拌，以保持控温水槽18的温度均匀，将被测超声设备开机，超声仪器按其规定时间预热；将屏幕显示“解冻”，使被测探头处于工作状态，持续时间规定为：对于不具备自动冻结功能的被测探头13，其工作持续时间为30分钟；对于具备自动冻结功能的探头，当其自动冻结前的时间长度小于30分钟时，令其立即再次启动，直至凑足30分钟，保证其持续工作30分钟。从热电偶式点温计16的表头上读取被测探头13辐射面的温度并予记录，其值不超过43℃即与环境温度之差不超过10℃为合格。

在其他具体实施例中，所述蒸馏水19可被替换为去离子水。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种用于侵入式超声探头表面温度测量的负载体模(1)，其特征在于，其结构包括体模外壳、声-热仿组织材料(7)和支护板(4)；体模外壳固定连接在支护板(4)上，体模外壳内灌充声-热仿组织材料(7)，支护板(4)和体模外壳均为圆柱体形状；所述体模外壳进一步包括：底板(9)、上面板(3)、金属圆筒(2)、腔口套筒(5)和腔内声窗(21)；靠近底板(9)的两端处对称地开有两个固定螺孔，分别通过第一螺栓(10)和第二螺栓(11)穿过对应的固定螺孔，并固定在底板(9)上；底板(9)的中部开有圆孔，并通过封闭橡皮(12)封堵所述圆孔；金属圆筒(2)位于支护板(4)上，金属圆筒(2)的顶部装有上面板(3)，上面板(3)的中部开有圆孔，并在所述圆孔处安装腔口套筒(5)和腔内声窗(21)。

2.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述金属圆筒(2)采用不锈钢材料制成，其内壁上贴有吸声内衬(8)。

3.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，腔口套筒(5)为一嵌置在上面板(3)中部的圆孔的中空圆筒状结构；腔内声窗(21)为嵌套在腔口套筒(5)下方的半封闭的圆筒状结构，其下端为封闭的圆弧面，其上端为开口，形成圆柱形腔体(6)。

4.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述金属圆筒(2)内部灌充声-热仿组织材料(7)；其中，所述仿组织材料(7)为水性高分子凝胶基复合材料。

5.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述上面板(3)、底板(9)、支护板(4)均用有机玻璃材料制成。

6.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述腔口套筒(5)采用聚氯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合塑料制成；腔内声窗(21)采用透声橡胶制成。

7.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述封闭橡皮(12)采用真空橡胶制成。

8.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述声-热仿组织材料(7)采用保养液进行保养，所述保养液经由底板(9)上的封闭橡皮(12)注入。

9.根据权利要求1所述的负载体模(1)，其特征在于，所述负载体模(1)对侵入式超声探头表面温度测量的方式包括：非水浴测温和水浴测温。