DE69634986T2

DE69634986T2 - Modulares wandlersystem

Info

Publication number: DE69634986T2
Application number: DE69634986T
Authority: DE
Inventors: R. Vaughn MARIAN
Original assignee: Acuson Corp
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: EP0874589A4; WO1997024985A1; EP0874589A1; EP0874589B1; US5820549A; JP2001508314A; US5617866A; JP4490509B2; DE69634986D1; AU1350097A; KR19990072154A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Ultraschall-Bilddarstellungssysteme und im Besonderen ein modulares Ultraschall-Messwandlersystem, das leicht austauschbare Messwandlerelemente einsetzt.
Stand der Technik
Ultraschall-Bilddarstellungssysteme erfreuen sich auf dem Gebiet des Gesundheitswesens großer Beliebtheit, da sie es Anbietern aus dem Gesundheitswesen ermöglichen, Bilder aus dem Inneren des menschlichen Körpers sicher und nicht invasiv elektronisch darzustellen.
Um diese Bilder zu erhalten, wählt der Anbieter aus dem Gesundheitswesen einen Ultraschall-Messwandler aus – eine Vorrichtung, die häufig so klein ist, dass sie in der Hand gehalten werden kann, wie etwa ein elektrischer Rasierer – und schließt den Messwandler an einen speziellen Computer an. Wenn der Messwandler an der Haut des Patienten oder auf sichere Art und Weise in einer der Körperöffnungen platziert wird, emittiert der Messwandler ein Bündel von Ultrahochfrequenz-Schallwellen in den Körper. Einen Bruchteil einer Sekunde später wird der Schall durch innere Körperorgane zurück in den Messwandler reflektiert, wobei schwache elektrische Signale erzeugt werden. Diese schwachen Signale werden über ein Kabel zu dem Computer zurückgeführt, verstärkt und in ein angezeigtes Bild der inneren Organe umgesetzt.
Es gibt eine Vielzahl von Messwandlern, von denen sich jeder einzelne zur Betrachtung eines bestimmten Teils oder bestimmter Teile des Körpers eignet. Für gewöhnlich ist jeder Messwandler mit einem langen Kabel verbunden, das an einem Ende einen Steckverbinder zur Anbringung an der Systemkonsole aufweist.
Eine Untersuchung unter Verwendung von Ultraschall kann den Einsatz vieler Messwandler umfassen, die jeweils ein eigenes Kabel und einen eigenen Steckverbinder aufweisen. Der Anbieter aus dem Gesundheitswesen muss einen bestimmten Messwandler auswählen und danach dessen Steckverbinder an den Computer anschließen. Danach wird ein weiterer Messwandler ausgewählt, der erste Messwandler von dem Computer getrennt und der neue Messwandler angeschlossen und so weiter.
Viele der elektrischen Steckverbinder, die für den Anschluss von Ultraschall-Messwandlerkabeln an dem System verwendet werden, sind sperrig, komplex, schwierig zu lagern und umständlich in der Handhabung. Somit kann ein Wechsel von einem Messwandler zu dem nächsten die Geschwindigkeit der Ultraschalluntersuchung merklich verlangsamen. Darüber hinaus müssen die Messwandler samt ihren Kabeln und Steckverbindern in der Nähe des Ortes aufbewahrt bzw. gelagert werden, an dem die Untersuchung vorgenommen werden. Diese aufbewahrten Kabel und Verbinder bzw. Steckverbinder lassen sich nicht leicht sterilisieren und bieten somit eine Möglichkeit für Verunreinigungen.
Aufgrund der Probleme des physischen Zugriffs, der Aufbewahrung und der Sauberkeit, die dem Einsatz kennzeichnender Ultraschall-Messwandler zugeordnet sind, ist ein Ultraschall-Messwandler wünschenswert, bei welchem die Probleme in Bezug auf die Aufbewahrung und die Sauberkeit gelöst werden. Ferner ist es außerordentlich wünschenswert, dass eine Familie von in der Hand gehaltenen Messwandlern vorgesehen ist, die sich leicht und schnell an das Ultraschallsystem anschließen und von diesem trennen lassen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Familie von handgehaltenen Ultraschall-Messwandlern bereitzustellen, die ein einziges, gemeinsames Kabel und einen Systemverbinder gemeinsam nutzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein gemeinsames Kabel vorzusehen, mit einer Schnelltrennfassung, die in einen handgehaltenen Abschnitt integriert ist und den schnellen Austausch einer Vielzahl kompatibler Ultraschall-Messwandler ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein modulares Messwandlersystem vorzusehen, das sowohl die Probleme in Bezug auf die Aufbewahrung als auch den Anschluss und das Trennen löst, indem austauschbare Messwandler ein gemeinsames Kabel nutzen, das mit dem Ultraschallsystem-Computer verbunden bleibt.
Vorgesehen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine modulare Messwandlereinheit (10), die folgendes umfasst:
eine handgehaltene Fassung (14), die elektrisch mit einer Ultraschall-Messwandlersystemelektronik verbunden ist;
ein kompatibles Ultraschall-Messwandlermodul (12/120), wobei ein Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in der genannten Fassung aufgenommen werden kann; und
einen Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) für einen mechanischen und elektrischen Eingriff und eine entsprechende Freigabe des genannten Messwandlermodulabschnitts von der genannten Fassung;
dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Mechanismus eine Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) mit einem Bedienungshebel (16) umfasst, wobei der genannte Bedienungshebel drehbar ist zwischen einer entriegelten Position, an der der genannte Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in die genannte Fassung (14) eingeführt werden kann, und einer verriegelten Position, an der der genannte Abschnitt innerhalb der genannten Fassung (14) gehalten wird, wobei sich der genannte Messwandlermodulabschnitt (13/130) in elektrischem Kontakt mit der genannten Fassung befindet.
Vorgesehen ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fassungseinheit, die folgendes umfasst:
ein Kabel (18), das mit einem Ultraschallgerät festverdrahtet verbunden ist; und
eine handgehaltene Fassung (14), die festverdrahtet mit dem genannten Kabel verbunden ist und austauschbare Messwandlermodule (12/120) aufnehmen kann, wobei die genannte Fassung einen Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) für einen mechanischen und elektrischen Eingriff mit und einer entsprechenden Freigabe von einem Abschnitt (13/130) eines derartigen in die genannte Fassung eingeführten Messwandlermoduls aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Mechanismus eine Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) mit einem Bedienungshebel (16) umfasst, wobei der genannte Bedienungshebel drehbar ist zwischen einer entriegelten Position, an der der genannte Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in die genannte Fassung (14) eingeführt werden kann, und einer verriegelten Position, an der der genannte Abschnitt in der genannten Fassung (14) gehalten wird, wobei sich der genannte Messwandlermodulabschnitt (13/130) in elektrischem Kontakt mit der genannten Fassung befindet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das modulare Messwandlersystem mehrere austauschbare Ultraschall-Messwandlermodule auf, wobei die einzelnen Module vorbestimmte akustische Eigenschaften auf, die für die Systemkonsole durch offene binäre Codes identifizierbar sind.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel weist eine praktische, handgehaltene Fassungseinheit zum Anschluss der einzelnen Module an das Systemkonsolenkabel auf. Die Fassungseinheit weist einen Bedienungshebel zur Verriegelung und Entriegelung der einzelnen Module auf sowie zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Modul und der Systemkonsole.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel weist ein kompaktes Ultraschall-Messwandlermodul auf, das dicht verschlossen ist, so dass verhindert werden kann, dass Fluid den Messwandler und die elektrischen Verbindungen beschädigt. Die Module können in eine umfassende Vielzahl von Flüssigkeiten eingetaucht werden, einschließlich Reinigungslösungen und Desinfektionsmittel.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, den schnellen Austausch einer Vielzahl sterilisierter Messwandlermodule zu ermöglichen, die bequem an dem Untersuchungsort aufbewahrt werden können, ohne dass umständliche und zeitaufwändige Kabel- und Verbinderwechsel erforderlich sind. Ferner müssen die sterilisierten Messwandlermodule nicht mit Latex oder Kunststoff umhüllt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht, die ein modulares Messwandlersystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 eine seitliche Querschnittsansicht einer entriegelten Position einer Fassungseinheit des modularen Messwandlersystems aus 1;
3 eine Querschnittsendansicht durch 2 entlang der Linie 3-3 in Richtung der Pfeile;
4 eine seitliche Querschnittsansicht der Fassungseinheit an einer verriegelten Position;
5 eine Querschnittsendansicht durch 4 entlang der Linie 5-5 in Richtung der Pfeile;
die 6 bis 11 ein Gehäuse für die Fassungseinheit aus 2;
6 eine Draufsicht des Gehäuses;
7 eine Seitenansicht des Gehäuses;
8 eine Ansicht von dem rechten Ende aus 7;
9 eine Unteransicht des Gehäuses;
10 eine seitliche Querschnittsansicht des Gehäuses entlang der Linie 10-10 aus 8 in Richtung der Pfeile;
11 eine obere Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 aus 7 in Richtung der Pfeile; die 12 bis 17 einen Rahmen, ein Teil der Fassungseinheit aus 2;
12 eine Draufsicht des Rahmens;
13 eine seitliche Querschnittsansicht des Rahmens entlang der Linie 13-13 aus 14 in Richtung der Pfeile;
14 eine Endansicht des Rahmens von dem linken Ende aus 15;
15 eine Seitenansicht des Rahmens;
16 eine Endansicht des Rahmens von dem rechten Ende aus 15;
17 eine Unteransicht des Rahmens;
die 18 bis 23 eine Rutsche, ein Teil der Fassungseinheit aus 1;
18 eine Draufsicht der Rutsche;
19 eine seitliche Querschnittsansicht der Rutsche entlang der Linie 19-19 aus 20 in Richtung der Pfeile;
20 eine Endansicht der Rutsche von dem linken Ende aus 21;
21 eine Seitenansicht der Rutsche;
22 eine Endansicht der Rutsche von dem rechten Ende aus 21;
23 eine Unteransicht der Rutsche;
die 24 und 25 eine Halteeinrichtung, ein Teil der Fassungseinheit aus 2;
24 eine Seitenansicht der Halteeinrichtung von der linken Seite aus 25;
25 eine Draufsicht der Halteeinrichtung;
26 eine Perspektivansicht einer Ladeplatte, ein Teil der Fassungseinheit aus 2;
27 eine Perspektivansicht im Aufriss eines Kontaktmoduls zur Verwendung in Verbindung mit der Fassungseinheit aus 2;
die 28 und 29 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ultraschall-Messwandlermoduls gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sowie zur Verwendung in Verbindung mit der Fassungseinheit aus 2;
28 eine Querschnittsansicht im Profil eines Ausführungsbeispiels des Ultraschall-Messwandlermoduls;
29 eine seitliche Querschnittsansicht des Ultraschall-Messwandlermoduls aus 28;
30 eine Perspektivansicht von der unteren Kontaktseite einer Systemleiterplatte, Teil der Fassungseinheit aus 2, wobei ferner mehrere Kontaktflächen und mehrere Verdrahtungsabschlussflächen dargestellt sind;
31 eine Perspektivansicht eines geformten Gummiwischers, ein Teil der Fassungseinheit aus 2;
32 eine teilweise Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktmoduls unter Verwendung einer Oberflächenbefestigungstechnologie;
33 eine teilweise Perspektivansicht eines elastomeren Kontaktmoduls mit eingebetteten leitfähigen Elementen;
34 eine teilweise Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines zur Verwendung in dem modularen Messwandlersystem aus 1 geeigneten Kontaktmoduls;
35 eine teilweise Perspektivansicht einer Variation des Kontaktmoduls aus 34;
36 eine teilweise Perspektivansicht eines Kontaktmoduls unter Verwendung einer biegsamen Schaltung zur Verbindung entgegengesetzter Kontaktflächen; und
37 eine teilweise Perspektivansicht eines Kontaktmoduls unter Verwendung eines Z-Achsenmaterials.
Genaue Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die Erfindung wird nachstehend in Bezug auf 1 beschrieben, die eine Perspektivansicht eines modularen Messwandlersystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Zu den Hauptkomponenten des modularen Messwandlersystems 10 zählen ein austauschbares Ultraschall-Messwandlermodul 12, eine Fassungseinheit 14 und eine Mikrokoaxialkabeleinheit 18 zur Verbindung mit einer Ultraschallsystemkonsole (nicht abgebildet).
Die Fassungseinheit 14 weist einen Verriegelungs-/Entriegelungshebel 16 auf, der in dieser Abbildung an der "entriegelten" Position veranschaulicht ist. Der Hebel 16 kann in eine Aussparung 15 in dem Körper der Fassungseinheit 14 gedreht werden, wodurch eine "verriegelte" Position definiert wird.
Das austauschbare Ultraschall-Messwandlermodul 12 weist eine gedruckte Schaltung bzw. eine Leiterplatte 13 auf. Die Leiterplatte 13 kann in eine Öffnung 20 in einem Ende der Fassungseinheit 14 eingeführt werden, wenn sich der Hebel 16 an der entriegelten Position befindet. Durch Rotation des Hebels 16 an die verriegelte Position wird die Leiterplatte 13 in der Fassungseinheit 14 geklemmt, wobei elektrische Verbindungen zwischen der Mikrokoaxialkabeleinheit 18 und dem Ultraschall-Messwandlermodul 12 erzeugt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des modularen Messwandlersystems 10 weist austauschbare Ultraschall-Messwandlermodule auf. Jedes Ultraschallmodul weist eine vorbestimmte akustische Eigenschaft auf. Im Verlauf einer medizinischen Untersuchung tauscht ein Arzt die Ultraschallmodule aus, um die vorteilhafteste akustische Eigenschaft für eine richtige Diagnose zu erhalten.
Ein Messwandlermodul 12 wird gegen ein anderes ausgetauscht, indem der Hebel 16 aus der verriegelten an die entriegelte Position gedreht, die gedruckte Schaltung bzw. die Leiterplatte 13 aus der Fassungseinheit 14 gezogen, die Leiterplatte des anderen Ultraschallmoduls eingeführt und schließlich der Hebel 16 zurück an die verriegelte Position gedreht wird.
Das modulare Messwandlersystem 10 ermöglicht es, dass die Einzelkabeleinheit 18 an der Ultraschall-Bilddarstellungskonsole angebracht verbleibt, während der Arzt die geeigneten Module für die Durchführung der medizinischen Untersuchung auswählt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems ist die Kabeleinheit 18 dauerhaft an einer Ultraschallkonsole angebracht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kabeleinheit 18 über eine einziehbare Spule an der Konsole angebracht.
Darüber hinaus ermöglicht die geringe Größe der einzelnen Ultraschall-Messwandler 12 deren praktische Aufbewahrung im Untersuchungsbereich. Jedes Ultraschall-Messwandlermodul ist dicht verschlossen und kann in eine Vielzahl von Flüssigkeiten eingetaucht werden, einschließlich Reinigungslösungen und Desinfektionsmitteln. Zu den Reinigungslösungen zählen Seife und Wasser oder Isopropylalkohol. Zu den flüssigen Desinfektionsmitteln zählt CIDEX^TM (ein Warenzeichen von Johnson und Johnson Medical, Inc.), eine 2-prozentige Lösung von Glutaraldehydsalz in Wasser, oder STERIS 20^TM (ein Warenzeichen der STERIS Corp.), eine eigene bzw. proprietäre wässrige Lösung, wobei Peroxyessigsäure den aktiven Bestandteil darstellt. Diese beiden Desinfektionsmittel sind in dem nachstehend aufgeführten Anhang näher beschrieben.
Die Offenbarungen jeder der folgenden Referenzdokumente sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Nutzem: die gleichzeitig anhängige U.S. Patentanmeldung mit dem Titel "Submersible Connector System", einschließlich einem Anhang, eingereicht am 4. Oktober 1995 unter dem U.S. Aktenzeichen 08/538,870, übertragen auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung; die U.S. Patente US-A-4,550,607, US-A-4,669,009, US-A-5,190,473, US-A-5,308,252, US-A-5,310,352, US-A-5,358,411 und US-A-5,417,578 sowie "High-Density Zero Insertion Force Microcoaxial Cable Interconnection Technology" von P. Rothenberger et al, eine Veröffentlichung der AMP Incorporation. Die Offenbarung aus US-A-4,494,549 offenbart eine Vorrichtung zur Diagnose von Ultraschallwellen mit einer entfernbaren Wellenscannersonde.
Fassungseinheit, 2–5
Die Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben, welche Aspekte der Fassungseinheit 14 veranschaulichen. Im Besonderen veranschaulichen diese Abbildungen, wie die Bauteile der Fassungseinheit zusammenwirken, um einen Aufnahmeraum für die Messwandler-Leiterplatte 13 zu begrenzen, wie die Leiterplatte 13 in dem Raum festgeklemmt und aus diesem gelöst wird, und wie eine elektrische Verbindung zwischen der Mikrokoaxialkabeleinheit 18 und dem Ultraschall-Messwandler erzeugt wird.
Die Abbildung aus 2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Fassungseinheit 14 des modularen Messwandlersystems 10 aus 1. Die Fassungseinheit 14 weist ein Kunststoffgehäuse 22 und eine Teileinheit 23 auf, welche den Verriegelngs-/Entriegelungshebel 16, einen Rahmen 24, eine Rutsche 26, eine Gummiladeplatte 28, ein Systemleiterplatte 30, ein Kontaktmodul 32, eine Halteeinrichtung 34 und einen Wischer 36 aufweist. Das Kunststoffgehäuse 22 weist einen hohlen Innenraum 37 auf, in dem die Teileinheit 23 während der Fertigung platziert wird.
Der Rahmen 24 bildet eine Einfassung, in der sich die Rutsche 26 über eine kurze Strecke in die vertikale Richtung frei bewegen kann (im Verhältnis zu der Ausrichtung der Bauteile aus 2). Wenn sich der Hebel 16 an der entriegelten (oberen) Position befindet, wie dies in 2 dargestellt ist, befindet sich die Rutsche 26 an ihrer oberen Bewegungsgrenze. Die Gummiladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30 und das Kontaktmodul 32 befinden sich jeweils innerhalb der hohlen Rutsche 26 und folgen der Bewegung der Rutsche 26 innerhalb des Rahmens 24. Der Rahmen ist an einem Ende 39 verschlossen, und eine Halteeinrichtung 34 ist in den Rahmen 24 eingepasst, um das entgegengesetzte Ende zu verschließen, um die Rutsche 26 in dem Rahmen 24 zu halten und um die Gummiladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30 und das Kontaktmodul 32 in der Rutsche 26 zu halten.
Sowohl der Rahmen 24 als auch die Rutsche 26 weisen an dem der Halteeinrichtung 34 entgegengesetzten Ende eine Öffnung 20 auf, um das Einführen der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls zu ermöglichen. In der Abbildung aus 2 ist ein Abschnitt der Leiterplatte 13 des Messwandlers in die Öffnung 20 eingeführt dargestellt. Ein Plattenaufnahmeraum 40 ist in dem Rahmen 24 und der Rutsche 26 begrenzt und befindet sich zwischen einer unteren Oberfläche des Kontaktmoduls 32 und einer oberen Oberfläche eines unteren Abschnitts des Rahmens 24. Die Öffnung 20 sieht einen Zugang in den Aufnahmeraum 40 vor.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung legt die Halteeinrichtung 34 eine Grenze in Bezug auf die einwärts gerichtete Bewegung der eingeführten Leiterplatte 13 fest, während die Einführungsstrecke in einem anderen Ausführungsbeispiel durch die Abschnitte 25 des Rahmens 24 und das Kunststoffgehäuse 22 bestimmt wird.
Die Systemleiterplatte 30 weist elektrische Kontaktflächen (nicht abgebildet) auf der an das Kontaktmodul 32 angrenzenden Oberfläche auf. Die Leiterplatte 13 des Messwandlers weist entsprechende entgegengesetzte Kontaktflächen auf der an das Kontaktmodul 32 angrenzenden Oberfläche auf. Wenn der Hebel 16 aus der entriegelten Position in Richtung der verriegelten Position gedreht wird (abgebildet in den 4 und 5), so bewegt sich die Rutsche 26 innerhalb des Rahmens 24 nach unten.
Wenn sich die Rutsche 26 abwärts bewegt, drückt sie die Gummiladeplatte 28 zusammen, wobei die Kraft auf die obere Oberfläche der Systemleiterplatte 30 verteilt wird. Die Systemleiterplatte 30 wird nach unten gegen das Kontaktmodul 32 gedrückt, so dass die nachgiebigen Kontaktfedern (nicht abgebildet) beginnen, sich unter der Last zu verformen. Gleichzeitig wird das Kontaktmodul 32 innerhalb dem Aufnahmerahm 40 abgesenkt, so dass dessen untere Oberfläche und der untere Abschnitt der Kontaktfedern in Kontakt mit den entsprechenden entgegengesetzten Kontaktflächen (nicht abgebildet) der Leiterplatte des Messwandlers gelangen. Während die Rotation des Hebels 16 in Richtung der verriegelten Position fortgesetzt wird, können die verformten Kontaktfedern eine Wisch- bzw. Schleifwirkung über die entsprechenden Kontaktflächen ausführen, wobei eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Kabeleinheit 18 und dem Ultraschall-Messwandler hergestellt wird (siehe die U.S. Patente US-A-5,308,252 und US-A-5,358,411).
An der verriegelten Position ist der Hebel 16 vollständig in die Aussparung 15 gedreht, und die Rutsche 26 befindet sich am unteren Ende ihrer begrenzten Bewegung innerhalb des Rahmens 24. Die Gummiladeplatte 28 wird vollständig komprimiert, und die Systemleiterplatte 30, deren Dicke so begrenzt ist, dass sie ein nachgiebiges Element vorsieht, das Kontaktmodul 32 und die Messwandler-Leiterplatte 13 werden zusammengeklemmt.
Der Heben 16 wird um einen Passstift 42 in dem Rahmen 24 gedreht und ist in der Abbildung aus 2 an der entriegelten Position dargestellt, wobei er sich von der Fassungseinheit 14 nach oben erstreckt. Der Hebel 16 weist ein Nadellager 44 mit einem Mittenversatz von dem Passstift 42 auf. Wie dies bereits vorstehend erwähnt worden ist, bewegt sich die Rutsche 26 innerhalb des Rahmens 24 aufwärts und abwärts. Eine Nocke 46, die an der Oberseite der Rutsche 26 angeordnet ist, greift mit dem versetzten Nadellager 44 ein. Wenn der Hebel 16 gedreht wird, bewegt sich das versetzte Nadellager 44 in einem Bogen um den Passstift 42, wobei bewirkt wird, dass die Nocke dem Bogen folgt. Die Rutsche 26 ist durch den Rahmen 24 so beschränkt, dass sie sich innerhalb des Rahmens in eine vertikale Richtung bewegt. Wenn der Hebel gegen den Uhrzeigersinn aus der entriegelten Position aus 2 gedreht wird, bewegt sich das Nadellager 44 in dessen Bogen, wobei die Nocke 46 abwärts geführt wird, und wobei die Kontaktfedern (nicht abgebildet) in dem Kontaktmodul 32 in elektrischen Kontakt mit den entgegengesetzten Kontaktflächen (nicht abgebildet) an den beiden Leiterplatten 30, 13 gebracht werden.
Während der Montage werden die Ladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30 und das Kontaktmodul 32 innerhalb der Rutsche 26 gemäß der Abbildung zusammengesetzt, und danach wird die Rutsche 26 innerhalb des Rahmens 24 platziert. Danach wird die Halteeinrichtung 34 über einem Teil der Rutsche 26 angebracht sowie in ein Ende des Rahmens 24, um die Rutsche 26 und andere Bauteile an der Verwendungsposition zu halten. Die Teileinheit wird danach in das Gehäuse 22 geschoben und durch den engen Sitz und durch eine Verbindung zwischen einem Abschnitt des Kunststoffgehäuses 22 und einem zusammenpassenden Abschnitt des Rahmens 24 (siehe die Merkmale 54 und 55 aus den entsprechenden Abbildungen der 6 und 12) an der Verwendungsposition gehalten.
Ein Gummiwischer 36 erstreckt sich lateral über die Öffnung 20 zu dem begrenzten Aufnahmeraum 40. Wenn die Messwandler-Leiterplatte 13 in den Aufnahmeraum 40 geschoben wird, wischt der Gummiwischer 36 die Oberflächen der Kontaktflächen der Leiterplatte 13 frei von Rückständen.
Unter den Anbietern aus dem Gesundheitswesen ist es allgemein üblich, ein akustisch koppelndes Gel zwischen der Haut des Patienten und dem Messwandler aufzutragen, um die Qualität des angezeigten Bilds zu verbessern. Das Gel wird mit der Hand aufgetragen und neigt dazu, allmählich alles zu überziehen, was die Anbieter aus dem Gesundheitswesen berühren können, einschließlich der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls.
Wenn das Gel nicht von den Oberflächen der Kontaktflächen der Leiterplatte 13 gewischt wird, arbeitet sich das Gel in das Kontaktmodul 32 vor und wird im Laufe der Zeit hart. Das gehärtete Gel beeinträchtigt die ordnungsgemäße Funktionsweise der Kontaktfedern innerhalb des Kontaktmoduls 32. Der Gummiwischer 36 entfernt die größeren Gelstücke und sonstige Rückstände von der Kontaktoberfläche, wenn die Leiterplatte 13 des Messwandlers in den Aufnahmeraum 40 geschoben wird, wodurch die Lebensdauer des Kontaktmoduls 32 verlängert werden kann.
Die Abbildung aus 3 zeigt eine Endansicht im Querschnitt durch 2 entlang der Linie 3-3 in Richtung der Pfeile. Der Hebel 16 ist wie in der Abbildung aus 2 an der entriegelten Position dargestellt. Das versetzte Nadellager 44 hat die Nocke 46 und die angebrachte Rutsche 26 an die obere Begrenzung der Bewegung innerhalb des Rahmens 24 gedrückt. Der Rahmen 24 bildet an der Oberseite, Unterseite und den beiden Seiten der Rutsche 26 einen geschlossenen Käfig. Die Rutsche 26 ist an der Unterseite offen, um Platz für die eingefügte Leiterplatte 13 des Messwandlers vorzusehen.
Wie dies in der Abbildung aus 3 dargestellt ist, erstreckt sich eine überhängende Leiste 48 entlang zweier entgegengesetzter Seiten des Kontaktmoduls 32. Zwei entgegengesetzte Schienen 50 an den Seiten der Rutsche 26 greifen mit der überhängenden Leiste 48 ein, heben das Kontaktmodul 32 von der eingefügten Leiterplatte 13 des Messwandlers an, während sich der Hebel 16 an der entriegelten Position befindet. Entgegengesetzte Bezugskanten 52 der Leiterplatte 13 des Messwandlers werden durch zwei entgegengesetzte Schienen 50 geführt, wobei die gedruckte Leiterplatte 13 lateral in dem Aufnahmeraum 40 positioniert wird.
Die Abbildung aus 4 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Fassungseinheit, die an einer verriegelten Position dargestellt ist. Die veranschaulichten Teile bzw. Bauteile entsprechen den in 2 abgebildeten Teilen. Der Hebel 16 ist um ungefähr 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn an eine verriegelte Position gedreht dargestellt, was bewirkt, dass das versetzte Nadellager 44 und die Nocke 46 die Rutsche 26 an das untere Ende der Bewegung innerhalb des Rahmens 24 drücken.
Die Abbildung aus 5 zeigt eine Endansicht im Querschnitt durch 4 entlang der Linie 5-5 in Richtung der Pfeile. Die Abwärtsbewegung der Rutsche 26 drückt die Ladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30 und das Kontaktmodul 32 nach unten gegen die gedruckte Leiterplatte 13 des Messwandlers. Die entgegengesetzten Kontaktflächen der beiden gedruckten Leiterplatten 30, 13 verformen die einzelnen Kontaktfedern in dem Kontaktmodul 32. Die Ladeplatte 28 besteht aus einem elastischen Material wie etwa Gummi und verformt sich, um die Kraft gleichmäßig über die Oberfläche der Kontaktfläche zu verteilen.
Die beiden entgegengesetzten Schienen 50 entlang den Seiten der Rutsche 26 passen verschiebbar mit den entgegengesetzten Bezugskanten 52 der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers zusammen, wobei eine laterale Ausrichtung der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers in Bezug auf das Kontaktmodul 32 aufrechterhalten wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewegt sich die Rutsche um ungefähr 0,080 Zoll zwischen den entriegelten und verriegelten Positionen. Auf diese Weise wird die Ladeplatte um ungefähr 0,025 Zoll komprimiert. Vor der Komprimierung erstrecken sich die unbelasteten Kontaktfedern innerhalb des Kontaktmoduls 32 um ungefähr 0,009 Zoll oberhalb und unterhalb des Kontaktmoduls.
Gehäuse der Fassungseinheit, 6–11
Die Abbildungen der 6 bis 11 veranschaulichen das Gehäuse 22 der Fassungseinheit 14 aus 2. Das Gehäuse ist innen hohl und stützt den montierten Rahmen 24, die Rutsche 26, die Ladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30, das Kontaktmodul 32 und die Halteeinrichtung 34.
Die Abbildung aus 6 zeigt eine Draufsicht des Gehäuses 22, das die Aussparung 15 aufweist, in welche sich der Hebel 16 (nicht abgebildet) an der verriegelten Position faltet. Ein entgegengesetztes Paar von Ansätzen 54 passt mit kompatiblen Aussparungen 55 in einem Abschnitt des Rahmens 24 zusammen (siehe 12). Die Abbildung aus 7 zeigt eine Seitenansicht des Gehäuses 22. Die Abbildung aus 8 zeigt eine Endansicht des Gehäuses 22 von dem rechten Ende aus 7. Die Aussparung 15 erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses 22 zu dem anderen Ende. Die Abbildung aus 9 zeigt eine Unteransicht des Gehäuses. Die Abbildung aus 10 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Gehäuses entlang der Linie 10-10 aus 8 in Richtung der Pfeile. Das Gehäuse 22 weist einen Innenraum 56 auf, der an dem rechten Ende offen ist, um das Einführen der montierten Bauteile zu ermöglichen, und es weist an dem linken Ende eine Öffnung 58 auf. Während der Endmontage wird die Kabelzugentlastung 20 (1) in die Öffnung 58 eingeführt. Die Öffnung 58 ist in der Abbildung aus 8 sichtbar. Die Abbildung aus 11 zeigt eine Querschnittsansicht von oben entlang der Linie 11-11 aus 7 in Richtung der Pfeile.
Rahmen, 12–17
Die Abbildungen der 12 bis 17 veranschaulichen den Rahmen 24 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Hebel 16 wird von dem Drehzapfen 42 in dem Rahmen 24 gedreht. Der Rahmen 24 bildet eine Einfassung um die bewegliche Rutsche 26. Die Ladeplatte 28, die Systemleiterplatte 30 und das Kontaktmodul 32 befinden sich innerhalb der beweglichen Rutsche 26. Schließlich bildet die Halteeinrichtung 34 ein Ende der durch den Rahmen 24 ausgebildeten Einfassung. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Rahmen aus 7075-T6 Aluminiumwerkstoff gearbeitet.
Die Abbildung aus 12 zeigt eine Draufsicht des Rahmens 24, der einen Schlitz 60 zur Aufnahme eines Teils der Halteeinrichtung 34 aufweist. Die Aussparungen 55 passen mit entgegengesetzten Ansätzen 54 des Kunststoffgehäuses 22 zusammen, um die Teileinheit 23 (siehe 2) in dem Gehäuse 22 zu halten. Die Abbildung aus 13 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Rahmens 24 entlang der Linie 13-13 aus 14 in Richtung der Pfeile. Der Rahmen 24 umfasst den Schlitz 60, eine Kerbe 62 zum Eingriff mit einem Teil der Halteeinrichtung 34, eine Bohrung 64, in welche der Drehzapfen 42 eingeführt wird, um eine Stützfunktion vorzusehen und eine Rotationsmitte für den Hebel 16, einen Eintrittsweg 66 in den Körper des Rahmens 24 zum Einführen der Leiterplatte 13 des Messwandlers und eine Aussparung 68, in welche der Gummiwischer 36 eingeführt wird.
Die Abbildung aus 14 zeigt eine Endansicht des Rahmens von dem linken Ende aus 15. Die Abbildung aus 14 veranschaulicht die Drehzapfenbohrung 64 und den Eintrittsweg 66. Die Abbildung aus 15 zeigt eine Seitenansicht des Rahmens 24, wobei sie die Halteeinrichtungskerbe 62 und die Drehzapfenbohrung 64 veranschaulicht. Die Abbildung aus 16 zeigt eine Endansicht des Rahmens 24 von dem rechten Ende aus 15. Der Eintrittsweg 66 ist so bearbeitet, dass ein Abschnitt dessen unteren und seitlichen Kanten eine leichte Schräge 70 aufweist, um das Einführen der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers zu erleichtern. Die Abbildung aus 17 zeigt eine Unteransicht des Rahmens 24, wobei der Halteeinrichtungsschlitz 60 und ein Bearbeitungsartefakt 72 dargestellt sind, die aus der Bearbeitung der Wischeraussparung 68 resultieren.
Rutsche, 18–23
Die Abbildungen der 18 bis 23 veranschaulichen die Rutsche 26 aus dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fassungseinheit aus den 2 bis 5. Die Rutsche weist eine Oberseite 74, zwei Seiten 76 und ein Ende 78 auf und ist an dem anderen Ende sowie unten offen. Die Nocke 46, die mit dem versetzten Nadellager 44 eingreift, um die Rutsche in dem Rahmen zu erhöhen und zu senken, bildet einen Teil der Oberseite der Rutsche 26.
Die Abbildung aus 18 zeigt eine Draufsicht der Rutsche 26, wobei die Oberseite 74 und die Nocke 46 dargestellt sind. Die Abbildung aus 19 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Rutsche entlang der Linie 19-19 aus 20 sowie in Richtung der Pfeile. Das offene Ende der Rutsche weist ein Paar von Ansätzen 82 auf, die mit einem Schlitz auf jeder Seite der gedruckten Leiterplatte 30 des Systems eingreifen. Das geschlossene Ende 78 der Rutsche weist eine Öffnung 84 zur Aufnahme der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers auf.
Die Abbildung aus 20 zeigt eine Endansicht der Rutsche 26 von dem linken Ende aus 21. Die beiden Ansätze 82 erstrecken sich abwärts von der Oberseite 74, um mit einem entsprechenden Paar von Schlitzen entlang jeder Seite der gedruckten Leiterplatte 30 des Systems einzugreifen. Dieser Eingriff erfasst die Leiterplatte 30 des Systems und erhält eine grobe mechanische Ausrichtung innerhalb der Rutsche 26 aufrecht.
Die Abbildung aus 21 zeigt eine Seitenansicht der Rutsche 26, wobei eine Seite 76 und die Nocke 46 dargestellt sind. Die Abbildung aus 22 zeigt eine Endansicht der Rutsche 26 von dem rechten Ende aus 21. Die Öffnung 84 an der Unterseite des geschlossenen Endes 78 gibt die Leiterplatte 13 des Messwandlers frei. Die Öffnung 84 weist entgegengesetzte Seitenschienen 50 auf, die verschiebbar mit den Bezugskanten 52 der gedruckten Leiterplatte 13 zusammenpassen, um die gedruckte Leiterplatte 13 lateral in dem definierten Aufnahmeraum 40 (2 bis 5) zu positionieren.
Die Abbildung aus 23 zeigt eine Unteransicht der Rutsche 26. Die verdeckten Linien veranschaulichen ein Paar von Leisten 85, welche das Kontaktmodul 32 von der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers weg bewegen, wenn der Hebel 16 an die entriegelte Position gedreht wird.
Halteeinrichtung, 24, 25
Die Abbildungen der 24 und 25 veranschaulichen eine Halteeinrichtung 34 zur Verwendung in Verbindung mit der Fassungseinheit aus 2. Die Abbildung aus 24 zeigt eine Seitenansicht der Halteeinrichtung von der linken Seite aus 25. Die Abbildung aus 25 zeigt eine Draufsicht der Halteeinrichtung. Die Halteeinrichtung 34 ist U-förmig, mit einem unteren Abschnitt 86 und einem Paar von entgegengesetzten Schenkeln 88, die sich an den Enden aufwärts erstrecken. Der untere Abschnitt 86 weist einen Ansatz 92 auf, der während der Montage in den Schlitz 60 des Rahmens 24 eingeführt wird. Die Schenkel 88 erstrecken sich durch Ausschnitte 188 entlang von zwei Seiten der Systemleiterplatte 30 (siehe 32) und verhindern es, dass sich die Systemleiterplatte 30 aus einer bevorzugten Ausrichtung bewegt, wenn sich der Hebel 16 an der entriegelten Position befindet.
Ladeplatte, 26
Die Abbildung aus 26 zeigt eine Perspektivansicht der komprimierbaren Ladeplatte 28. Die Ladeplatte 28 besteht aus einem komprimierbaren Material mit gutem Speicherverhalten, wie etwa Silikonkautschuk. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Platte 28 aus einer Lage Silikonkautschuk mit einer Dicke von 0,062 Zoll geschnitten. Die Platte 28 weist runde Öffnungen bzw. Löcher 29 auf, die so platziert sind, dass sie die Kraft anpassen, die durch die Ladeplatte 28 auf die Systemleiterplatte 30 ausgeübt wird, wenn der Hebel 16 an die verriegelte Position gedreht wird. Die Kraft ist zudem eine Funktion der Steifheit des Gummis, ausgedruckt in den Werten eines Härtemessgeräts bzw. Durometers.
Kontaktmodul, 27
Die Abbildung aus 27 zeigt eine Perspektivansicht im Aufriss eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktmoduls 32 zur Verwendung in Verbindung mit der Fassungseinheit aus 2 (weitere Ausführungsbeispiele eines Kontaktmoduls, die sich zur Verwendung in Verbindung mit dem modularen Messwandler 10 eignen, sind in den Abbildungen der 32 bis 37 dargestellt, die nachstehend im Text näher beschrieben sind). Das Kontaktmodul 32 weist einen Nestblock 94 mit Reihen von Schlitzen 96 und entgegengesetzte Seiten 95 und 97 auf. Ein Abschnitt des Nestblocks 94 ist im Aufriss dargestellt, um einen kennzeichnenden Schlitz 98 offen zu legen, mit einer Kontaktfeder 100 mit einem oberen Kontakt 102 und einem unteren Kontakt 104. Im unkomprimierten Zustand erstrecken sich die Kontakte 102, 104 um ungefähr 0,009 Zoll über den Nestblock 94 hinaus.
Der obere Abschnitt der beiden entgegengesetzten Seiten 95 des Nestblocks erstreckt sich über den unteren Abschnitt der Seiten hinaus, wobei entgegengesetzte Überhänge 48 erzeugt werden. Die Überhänge 48 greifen mit den Leisten 85 (23) der Schienen 50 entlang den Seien der Rutsche 26 ein, wobei die Rutsche das Kontaktmodul 32 anheben kann, wobei der Aufnahmeraum 40 vergrößert wird, wenn der Hebel 16 an die entriegelte Position gedreht wird. Die entgegengesetzten Seiten 95–95 und 97–97 des Kontaktmoduls 32 werden zur Ausrichtung des Kontaktmoduls 32 in der Rutsche 26 und dem Aufnahmeraum 40 verwendet.
Modulares Messwandlermodul, 28 und 29 Die Abbildungen der 28 und 29 veranschaulichen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ultraschall-Messwandlermoduls gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung und zur Verwendung in Verbindung mit der Fassungseinheit aus 2.
Die Abbildung aus 28 zeigt eine Querschnittsansicht im Profil eines Ausführungsbeispiels des Ultraschall-Messwandlermoduls, das allgemein mit der Bezugsziffer 120 bezeichnet ist. Das Ultraschall-Messwandlermodul 120 weist mehrere piezoelektrische Elemente auf, die in einer linearen Anordnung 140 angeordnet sind, eine biegsame Schaltung 134, eine Schnittstellenplatte 130, eine elektrische und mechanische Zwischenverbindung 136 zwischen der nachgiebigen Schaltung 134 und der Schnittstellenplatte 130, einen Stützblock 142, ein Gehäuse 122, eine akustische Linse 143, eine obere Abdeckung 139 und einen internen Einsatz 141.
In einem bilddarstellenden System mit Ultraschall in phasengesteuerter Anordnung weist der Abtastkopf mehrere unabhängige piezoelektrische Elemente auf, die in einer linearen Anordnung angeordnet sind, wie etwa der Ultraschall-Messwandler 140. Eine derartige Anordnung wird in den U.S. Patenten US-A-4,550,607 und US-A-4,669,009 offenbart, die jeweils hierin durch Verweis enthalten sind. Für gewöhnlich wird jedes Element der linearen Anordnung unabhängig über eine eigene bzw. getrennte Koaxialsignalleitung in dem Schnittstellenkabel der Messwandlereinheit gesteuert (z.B. der Kabeleinheit 18 aus 1).
In dem in den Abbildungen der 28 und 29 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist jedes piezoelektrische Element der Anordnung 140 in der Lage, ein elektrisches Signal von dem elektrischen Leiter in der biegsamen Schaltung 134 in Schall umzuwandeln. Dieser Schall bzw. Ton wird über das Akustikfenster 143 (auch als eine Akustiklinse bezeichnet) in einen bestimmten Bereich des Körpers eines Patienten zu übertragen. Der durch die internen Strukturen des Körpers des Patienten reflektierte Schall wird durch das Akustikfenster 143 zu der Anordnung der piezoelektrischen Elemente 140 zurückgeführt. Jedes piezoelektrische Element der Anordnung 140 wandelt die reflektierte Schallenergie in ein elektrisches Signal um, das zu dem entsprechenden elektrischen Leiter in der biegsamen Schaltung 134 übertragen wird.
Neben der piezoelektrischen Anordnung 140 weist der Akustikabschnitt des Messwandlermoduls 120 einen Stützblock 142 auf, der die mechanische Basis für die Anordnung bildet. Darüber hinaus wird der Stützblock 142 aus akustisch verlustbehafteten Werkstoffen hergestellt. Die von den Rückseiten der Akustikanordnung 140 emittierte Schallenergie wird absorbiert, so dass sie nicht zu der piezoelektrischen Anordnung 140 zurückkehrt, da der Schall von der Rückseite mehrdeutige und unerwünschte elektrische Signale in der Anordnung der piezoelektrischen Elemente 140 erzeugen würde.
Die Schnittstellenkarte 130 weist eine Signal führende gedruckte Leiterplatte 137 und einen Schnittstellenkartenträger 135 auf, die unter Verwendung von Glasepoxid-Prepreg während ihrer Fertigung laminiert werden. Die gedruckte Leiterplatte 137 wird zur Übertragung der bidirektionalen elektrischen Signale von der Fassungseinheit (1) zu den Leitern in der biegsamen Schaltung 134 verwendet. Die Signalführung in der gedruckten Leiterplatte 137 weist Kontaktflächen 132 mit einer Grenzfläche bzw. Schnittstelle mit den Federkontakten 102 in der Fassungseinheit auf. Die gedruckte Leiterplatte 137 weist eine Reihe von Zwischenverbindungsflächen 131 auf, die den ähnlichen Flächen 133 an der biegsamen Schaltung 134 entsprechen. Bidirektionale elektrische Signale werden von der gedruckten Schaltung an inneren Schichten der gedruckten Leiterplatte 137 von den Kontaktflächen 132 zu den Zwischenverbindungsflächen 131 übertragen. Die elektrische Zwischenverbindung zwischen den Anschlussflächen 131 und den Flächen 133 wird über eine Drahtverbindung oder eine Lötbrücke 136 erreicht.
Die Kontaktflächen 132 sind sowohl auf ihren Oberflächen als auch an ihren Kanten mit Hartgold plattiert. Die gleichzeitig anhängige U.S. Patentanmeldung "Submersible Connector System", U.S. Aktenzeichen 538,870, eingereicht am 4. Oktober 1995, lehrt ein bevorzugtes Verfahren zur Plattierung der Kontaktflächen 132. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die gedruckte Leiterplatte 137 zwölf Schichten mit einheitlichen Zwischenabständen auf. Der Schnittstellenkartenträger 135 kann aus Gasepoxid-Laminat oder aus einem thermischen Kunststoff wie etwa Radel hergestellt werden. Der Zweck des Kartenträgers 135 ist die elektrische Isolierung und der Schutz der Schaltkreisanordnung auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 137.
In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Schnittstellenkarte 130 insgesamt 0,093 Zoll. Alle Löcher bzw. Öffnungen in der gedruckten Leiterplatte 137 werden gebohrt und durchgängig plattiert. Die Kupferflächen der äußeren Schichten werden mit etwa 50 Mikrozoll Hartgold über Nickel plattiert. Die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung mit dem Titel "Submersible Connector System", die hierin durch Verweis enthalten ist, beschreibt ein bevorzugtes Verfahren zur Plattierung sowohl der Oberflächen als auch der Kanten der Schaltkreisanordnung auf der vorderen Oberfläche 132 der Schnittstellenkarte 130.
Die mechanischen Bauteile, die zur Fertigstellung des Messwandlermoduls 120 erforderlich sind, umfassen das Gehäuse 122, die Abdeckung 139 und das interne Einsatzmaterial 141. Ein Beispiel für ein geeignetes Material 141 ist ein Silikonkautschukelastomer der Loctite Corp., Nr. 1022 RTV. Das interne Einsatzmaterial 141 sieht eine Zugentlastung vor und verhindert den Eintritt von korrodierenden Fluids in das Innere der Einheit 120 sowie eine Beschädigung der Anordnung der piezoelektrischen Elemente 140, der biegsamen Verdrahtung 134 und der Zwischenverbindung 136. Die Abdeckung 139, das Gehäuse 122 und die gedruckte Leiterplatte 130 sehen ein starres und formbeständiges Verhältnis zwischen den Kontaktflächen 132, dem Gehäuse 122 und der Fassungseinheit (1) vor, mit denen das Messwandlermodul eine Schnittstelle bildet.
Systemleiterplatte, 30
Die Abbildung aus 30 zeigt eine Perspektivansicht von der Unterseite (Kontaktfläche) der Systemleiterplatte 30, die in der Fassungseinheit 14 aus 2 verwendet wird. Die Systemleiterplatte 30 weist eine Fläche 180 mit Kontaktflächen 182 auf (veranschaulicht ist eine repräsentative Anzahl dieser Anschlussflächen) und eine weitere Fläche 184 mit Verdrahtungsabschlüssen. Die Platte bzw. Karte 30 weist ferner ein Paar von Aussparungen 188 auf, die an entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Die Aussparungen 188 greifen mit den Schenkeln 88 der Halteeinrichtung 34 ein.
Gummiwischer, 31
Die Abbildung aus 31 zeigt eine Perspektivansicht des Gummiwischers 36, der einen Bestandteil der Fassungseinheit aus 2 darstellt. Der Wischer 36 weist einen Wischblattabschnitt 190 auf, der über die Oberfläche der Kontaktfläche der gedruckten Leiterplatte 13 des Messwandlers wischt, wenn das Modul in den Aufnahmeraum der Fassungseinheit 14 eingeführt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Wischer 36 aus Neoprengummi geformt.
Alternative Ausführungsbeispiele eines Kontaktmoduls, 32–37
Die Abbildungen der 32 bis 37 veranschaulichen eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen des Kontaktmoduls 32, das zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen entgegengesetzten Kontaktflächen verwendet wird.
Die Abbildung aus 32 zeigt eine teilweise Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktmoduls unter Verwendung einer Oberflächenbefestigungstechnologie. Die Abbildung veranschaulicht einen planaren Körper 200 mit einer Kontaktoberfläche 202, einer Befestigungsoberfläche 204, einer Mehrzahl U-förmiger Kontaktfedern 206, die in Nestern 208 angeordnet sind, die wiederum in parallelen Reihen 210 angeordnet sind. Jede Kontaktfeder 206 weist einen gekrümmten Kontaktarmabschnitt 212 und einen flachen Befestigungsarmabschnitt 214 auf. Die Einheit aus Körper 200 und Kontaktfedern 206 wird auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte 216 angebracht. Die Platte bzw. Karte 216 weist Oberflächenbefestigungsflächen 218 zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einem erweiterten Abschnitt 220 des Befestigungsarmabschnitts 214 und einer Oberflächenbefestigungsfläche 218 auf. Der Körper 200 wird vorzugsweise aus einem LCP-Kunststoff hergestellt.
Die Systemleiterplatte 30 aus 2 ist so modifiziert, dass eine Anbringung bzw. Befestigung des Oberflächenmontage-Kontaktmoduls gemäß der Abbildung aus 32 ermöglicht wird. In 32 ist ein Abschnitt der modifizierten Systemleiterplatte als das Element 216 dargestellt. Die gedruckte Schaltung (nicht abgebildet) in der modifizierten Systemleiterplatte 216 verbindet einzelne Signalleitungen mit den Oberflächenmontageflächen 218 und somit mit den einzelnen Kontaktfedern 206. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Federn 206 in Mitten von 0,040 Zoll angeordnet und innerhalb der Fassungseinheit 14 (2) mit entsprechenden Kontaktflächen der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls ausgerichtet.
Wenn der Bedienungshebel 16 aus der entriegelten (2) an die verriegelte (4) Position gedreht wird, wird der gekrümmte Kontaktarmabschnitt 212 gegen eine entgegengesetzte Kontaktfläche der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls gedrückt. Eine Verschiebung des Kontaktpunktes zwischen dem gekrümmten Armabschnitt 212 und der entgegengesetzten Kontaktfläche führt zu einer Wischwirkung des gekrümmten Armabschnitts 212 über die Kontaktfläche, wobei eine zuverlässigere elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Verbindern des Systemkabels 18 und den piezoelektrischen Elementen 140 des modularen Messwandlers hergestellt wird.
Die Abbildung aus 33 zeigt eine teilweise Perspektivansicht eines elastomeren Kontaktmoduls, das verwendet wird, um eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen an der Systemleiterplatte 30 und den Kontaktflächen an der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls bereitzustellen. Das Kontaktmodul weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine planare Basis 230 aus einem elastomeren Silikonkautschuk auf, die an vier Seiten durch einen Rahmen 236 getragen wird. Ausgebildete Drahtkontakte aus Stahl oder Kupfer-Beryllium sind in dem elastomeren Silikonkautschuk in parallelen Reihen 244 angeordnet. Abschnitte 240 und 242 jedes gebildeten Drahtkontakts 238 erstrecken sich über entsprechende entgegengesetzte Oberflächen 232 und 234 der planaren Basis 230. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die gebildeten Drahtkontakte 238 mit Nickel und einer Dicke von 50 Mikron mit Hartgold plattiert. Die entgegengesetzten Kontaktflächenpaare der beiden gedruckten Leiterplatten 30, 13 (2) sind versetzt, so dass sie einem Versatz zwischen den Abschnitten 240 und 242 jedes gebildeten Drahtkontakts 238 entsprechen.
Wenn sich das elastomere Kontaktnest zwischen entgegengesetzten Leiterplatten befindet, führt eine Kompressionskraft von dem Kontakt mit einer Anschlussfläche an einer gedruckten Leiterplatte zu einem lateralen Versatz der Abschnitte 240, 242 der gebildeten Drahtkontakte 238. Dieser Versatz erzeugt die wesentliche Wischwirkung zur Erzeugung einer zuverlässigen elektrischen Verbindung.
Die Abbildung aus 34 zeigt in einer Perspektivansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kontaktmoduls. Das Modul umfasst eine gedruckte Leiterplatte 250 mit entgegengesetzten planaren Oberflächen 252 und 254, und einer Mehrzahl U-förmig ausgebildeter Drahtfederkontakte 256, die in parallelen reihen 258 angeordnet sind. Jeder U-förmige Federkontakt 256 weist entgegengesetzt gekrümmte Abschnitte 260 und 262 auf, die durch einen Endabschnitt 264 verbunden sind. Jeder der gekrümmten Abschnitte 260, 262 endet in einer auswärts gekrümmten Spitze 266. Die gedruckte Leiterplatte 250 weist isolierte Lötflächen 268 auf, die an entgegengesetzten Oberflächen 252, 254 zur Lötverbindung der Federkontakte 256 an der gedruckten Leiterplatte 250 angeordnet sind.
Zum Betrieb wird das Kontaktmodul zwischen der Systemleiterplatte 30 (2) und der Leiterplatte 13 des Messwandlermoduls komprimiert. Während die Rotation des Bedienungshebels 16 den Abstand zwischen den entgegengesetzten gedruckten Leiterplatten 30, 13 verringert, erzeugen die gekrümmten Abschnitte 260, 262 der Kontaktfedern 256 einen Berührungspunkt mit entgegengesetzten Kontaktflächen. Die Kompressionskraft bewirkt einen lateralen Versatz dieses Berührungspunkts über die Kontaktflächen, was zu der benötigten Wischwirkung führt, die erforderlich ist, um eine zuverlässige elektrische Verbindung sicherzustellen.
Die Abbildung aus 35 zeigt in einer Perspektivansicht eine Variation des Kontaktmoduls aus 34. Das Modul weist eine gedruckte Leiterplatte 270 auf, mit entgegengesetzten planaren Oberflächen 272, 274 und Öffnungen 276. Die einzelnen U-förmig ausgebildeten Drahtkontaktfedern 278 sind in parallelen Reihen 280 entlang entgegengesetzten Kanten 279, 281 angeordnet. Jede U-förmige Kontaktfeder 278 weist gekrümmte Abschnitte 282, 284 zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit entgegengesetzten Kontaktflächen auf sowie einen Mittelabschnitt 286. Ein Ende 288 jedes gekrümmten Abschnitts ist in eine Öffnung 276 gefaltet. Jede Feder ist durch Lötmittel an Lötflächen angebracht, die in der Nähe entgegengesetzter Kanten 279, 281 angeordnet sind.
Das in der Abbildung aus 35 dargestellte Modul wird zwischen entgegengesetzten gedruckten Leiterplatten komprimiert, was zu einem Versatz bzw. einer Verschiebung eines Berührungspunktes führt, um die vorstehend beschriebene erforderliche Wischwirkung zu erzeugen.
Die Abbildung aus 36 zeigt eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktmoduls unter Verwendung einer biegsamen Schaltung zur Verbindung entgegengesetzter Kontaktflächen. Das Kontaktmodul der biegsamen Schaltung weist eine gedruckte Leiterplatte 290 mit entgegengesetzten planaren Oberflächen 292, 294 auf sowie ein Paar von zylindrischen Elementen 296, die entlang zweier entgegengesetzter Kanten angeordnet sind. Jedes zylindrische Element 296 weist eine Kerbe entlang einer Seite für einen Eingriff mit einer keilartigen Verlängerung 298 der gedruckten Leiterplatte 290 zur Anbringung an der gedruckten Leiterplatte auf. Die zylindrischen Elemente 296 werden vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet, und die Kerbe ist vorzugsweise mit der keilartigen Verlängerung 298 verbunden.
Ein Teil der biegsamen Schaltung 300 ist um jedes zylindrische Element 296 gewickelt, und die Enden sind an den entgegengesetzten Oberflächen 292, 294 der gedruckten Leiterplatte 290 angebracht. Jedes Stück der biegsamen Schaltung 300 weist mehrere parallele, elektrisch isolierte Leiter 301 auf. Die biegsame Schaltung 300 definiert eine äußere Oberfläche 302, die sich von einer Oberfläche 292 zu der entgegengesetzten Oberfläche 294 der gedruckten Leiterplatte 290 erstreckt. Die Isolierung wird von einem Abschnitt der äußeren Oberfläche 302 abgezogen, um einen elektrischen Kontakt mit den Leitern 301 zu ermöglichen.
Das Kontaktmodul der biegsamen Schaltung ist zwischen entgegengesetzten gedruckten Leiterplatten 30 und 13 (2) platziert, so dass der Abschnitt der frei liegenden Leiter 301, welche die zylindrischen Elemente 296 umwickeln, in Kontakt mit den entgegengesetzten Kontaktflächen gelangen. Die elastomeren, zylindrischen Elemente 295 gewährleisten die Nachgiebigkeit. Eine leichte Wischwirkung tritt aufgrund der Art der Verzerrung des Elastomers unter Druck auf. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die frei liegenden Leiter 301 der biegsamen Schaltung mit Gold plattiert.
Schließlich veranschaulicht die Abbildung aus 37 ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktmoduls unter Verwendung eines Z-Achsenmaterials wie etwa mit der Teilebezeichnung CP-ECPI, erhältlich von AT&T Microelectronics, 555 Union Blvd., Allentown, PA 18103. Das Z-Achsenmaterial ist eine elastomere, leitfähige Polymerzwischenverbindung, die ausschließlich über ihre Dicke leitet und einen nahezu unbegrenzten Widerstand in die laterale Richtung aufweist. Ein vergrößerter Abschnitt 312 der leitfähigen polymeren Zwischenverbindung veranschaulicht die zahlreichen leitfähigen Elemente, die das Material bilden. In einer Sandwich-Konstruktion zwischen den entgegengesetzten Kontaktflächen 314, 316 erzeugt das Z-Achsenmaterial 310 eine zuverlässige, niederohmige elektrische Verbindung zwischen den entgegengesetzten Flächen und isoliert benachbarte Flächen voneinander.
In der vorstehenden genauen Beschreibung wurden verschiedene Ausführungsbeispiele eines modularen Messwandlersystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass die vorstehende Beschreibung nur Veranschaulichungszwecken dient und die offenbarte Erfindung nicht einschränkt. Hiermit wird festgestellt, dass gemäß dem Umfang der vorliegenden Erfindung auch ein anderer Mechanismus vorgesehen sein kann, der eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindung zwischen entgegengesetzten Kontaktflächen vorsieht, die an zwei gedruckten Leiterplatten angeordnet sind, wobei eine Platte mit einem Ultraschall-Messwandler und die andere mit Mikrokoaxialkabeln verbunden ist, und wobei ein Kontaktmodul zwischen den entgegengesetzten Kontaktflächen angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist somit ausschließlich durch die nachstehend ausgeführten Ansprüche sowie deren rechtliche Äquivalente beschränkt.

Claims

Modulare Messwandlereinheit (10), die folgendes umfasst: eine handgehaltene Fassung (14), die elektrisch mit einer Ultraschall-Messwandlersystemelektronik verbunden ist; ein kompatibles Ultraschall-Messwandlermodul (12/120), wobei ein Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in der genannten Fassung aufgenommen werden kann; und einen Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) für einen mechanischen und elektrischen Eingriff und eine entsprechende Freigabe des genannten Messwandlermodulabschnitts von der genannten Fassung; dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Mechanismus eine Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) mit einem Bedienungshebel (16) umfasst, wobei der genannte Bedienungshebel drehbar ist zwischen einer entriegelten Position, an der der genannte Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in die genannte Fassung (14) eingeführt werden kann, und einer verriegelten Position, an der der genannte Abschnitt innerhalb der genannten Fassung (14) gehalten wird, wobei sich der genannte Messwandlermodulabschnitt (13/130) in elektrischem Kontakt mit der genannten Fassung befindet.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 1, wobei: der genannte Messwandlermodulabschnitt (13/130) durch ein plattenartiges Element (13) mit parallelen und planaren oberen und unteren Oberflächen begrenzt ist; und die genannte Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) so angeordnet ist, dass der genannte Druck des mechanischen Eingriffs und der genannte elektrische Kontakt in eine senkrecht zu den genannten planaren Oberflächen verlaufende Richtung ausgeübt werden.
Modulare Messwandlereinheit nach Anspruch 1, wobei der genannte Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) ein Kontaktmodul (32) mit nachgiebigen Kontaktfedern (100/206/238/256/278/301) umfasst, die sich unter Belastung verformen, so dass sie eine Wischwirkung über Kontaktflächen (132) einer gedruckten Schaltung (13) des genannten Messwandlermoduls (12/120) ausführen.
Modulares Messwandlereinheitssystem, das folgendes umfasst: eine handgehaltene Fassung gemäß der Definition aus Anspruch 1; eine Mehrzahl austauschbarer Ultraschall-Messwandlermodule (12/120), die jeweils der Definition aus Anspruch 1 entsprechen; und einen Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) gemäß der Definition aus Anspruch 1, 2 oder 3 zum selektiven mechanischen Eingriff und zur entsprechenden Freigabe des Messwandlermodulabschnitts (13) mit bzw. von der genannten Fassung (14).
Modulares Messwandlereinheitssystem nach Anspruch 4, wobei: die genannte Fassung (14) darin einen Aufnahmeraum (40) aufweist; jedes genannte Messwandlermodul (12/120) einen Abschnitt (13/130) aufweist, der in dem genannten Aufnahmeraum aufgenommen werden kann; und die genannte modulare Messwandlereinheit eine Reinigungsvorrichtung (36) zur Reinigung des genannte Messwandlermodulabschnitts (13/130) umfasst, wenn sich der genannte Messwandlerabschnitt in dem genannten Aufnahmeraum bewegt.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 1, wobei: die genannte handgehaltene Fassung (14) elektrische Kontakte (102, 104; 206; 260, 262; 242, 244; 260, 262; 282, 284) aufweist, die mit der genannten Ultraschall-Messwandlersystemelektronik verbunden sind; das genannte kompatible Ultraschall-Messwandlermodul (12/120) einen piezoelektrischen Messwandler und elektrische Kontakte umfasst, die mit dem genannten piezoelektrischen Messwandler verbunden sind; und der genannte Mechanismus (16, 24, 26, 28, 44, 46) so angeordnet ist, dass er die genannten elektrischen Kontakte der Fassung mit entsprechenden Ultraschall-Messwandlermodulkontakten elektrisch koppelt und entkoppelt.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 1, wobei: die genannte handgehaltene Fassung (14) einen Fassungsaufnahmeraum (40) aufweist und eine Reinigungsvorrichtung (36) umfasst, die angrenzend an den genannten Fassungsaufnahmeraum angeordnet ist; und mit einem kompatiblen Ultraschall-Messwandlermodul (12/120), wobei ein Einsatzabschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in dem genannten Fassungsaufnahmeraum aufgenommen werden kann, wobei die genannte Reinigungsvorrichtung in die genannte Fassung auf einen Einsatzabschnitt des genannten Messwandlermoduls wirkt, während sich der genannte Einsatzabschnitt in dem genannten Fassungsaufnahmeraum bewegt, um eine Reinigungswirkung an dem genannten Messwandlermodul-Einsatzabschnitt zu bewirken.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 7, wobei: der genannte Messwandlermodul-Einsatzabschnitt (13/130) daran angeordnete frei liegende elektrische Kontakte (132) aufweist; und die genannte Reinigungsvorrichtung einen Wischer (36) angrenzend an dem genannten Fassungsaufnahmeraum (40) umfasst, wobei der genannte Wischer über die genannten elektrischen Kontakte des genannten Messwandlermodul-Einsatzabschnitts wischt, während sich der genannte Messwandlermodul-Einsatzabschnitt in dem genannten Aufnahmeraum bewegt.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 8, wobei: der genannte Messwandlermodul-Einsatzabschnitt (13/130) eine im Wesentlichen planare Form aufweist; es sich bei den genannten elektrischen Kontakten um Kontaktflächen (132) handelt, die an einer planaren Oberfläche des genannten Messwandlermodul-Einsatzabschnitts angeordnet sind; und der genannte Wischer (36) einen Wischerblattabschnitt (190) angrenzend an eine Eintrittsöffnung (20) in den genannten Aufnahmeraum (40) aufweist, wobei der genannte Wischerblattabschnitt so positioniert ist, dass er an den genannten Kontaktflächen an der genannten einen planaren Oberfläche wischt, wenn der genannte Messwandlermodul-Einsatzabschnitt in den genannten Aufnahmeraum der genannten Fassung eingeführt wird.
Modulare Messwandlereinheit (10) nach Anspruch 7, wobei das genannte Ultraschall-Messwandlermodul (12/120) folgendes umfasst: einen Messwandlereinsatzabschnitt (13/130); und ein Gehäuse (22), welches den genannten Messwandlereinsatzabschnitt umschließt, wobei das genannte Gehäuse an einer Fluiddichtung mit dem genannten Messwandlermoduleinsatzabschnitt angebracht ist und diese bildet, wobei das genannte Messwandlermodul in Fluids und Flüssigkeiten eingetaucht werden kann, einschließlich Reinigungslösungen und Desinfektionsmittel.
Fassungseinheit, die folgendes umfasst: ein Kabel (18), das mit einem Ultraschallgerät festverdrahtet verbunden ist; und eine handgehaltene Fassung (14), die festverdrahtet mit dem genannten Kabel verbunden ist und austauschbare Messwandlermodule (13/130) aufnehmen kann, wobei die genannte Fassung einen Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) für einen mechanischen und elektrischen Eingriff mit und einer entsprechenden Freigabe von einem Abschnitt (13/130) eines derartigen in die genannte Fassung eingeführten Messwandlermoduls aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Mechanismus eine Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) mit einem Bedienungshebel (16) umfasst, wobei der genannte Bedienungshebel drehbar ist zwischen einer entriegelten Position, an der der genannte Abschnitt (13/130) des genannten Messwandlermoduls in die genannte Fassung (14) eingeführt werden kann, und einer verriegelten Position, an der der genannte Abschnitt in der genannten Fassung (14) gehalten wird, wobei sich der genannte Messwandlermodulabschnitt (13/130) in elektrischem Kontakt mit der genannten Fassung befindet.
Fassungseinheit nach Anspruch 11, wobei die genannte Fassung (14) einen Aufnahmeraum (40) begrenzt, der so konfiguriert ist, dass er einen planaren Einsatzabschnitt (13/130) eines Messwandlermoduls (12/120) aufnimmt.
Fassungseinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei der genannte Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) eine Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) umfasst, die selektiv zwischen dem eingeführten Messwandlermodulabschnitt (13/130) und der genannten Fassung (14) einen mechanischen Eingriffsdruck und elektrischen Kontakt ausübt.
Fassungseinheit nach Anspruch 13, wobei: der genannte Aufnahmeraum (40) so konfiguriert ist, dass er einen planaren Einsatzabschnitt (13/130) eines Messwandlermoduls (12/120) mit parallelen und planaren oberen und unteren Oberflächen empfängt; und die genannte Klemmvorrichtung (16, 24, 26, 28, 44, 46) so angeordnet ist, dass sie den genannten mechanischen Eingriffsdruck und den genannten elektrischen Kontakt in eine senkrechte Richtung zu den planaren Oberflächen des genannten Einsatzabschnitts ausübt.
Fassungseinheit nach Anspruch 11, wobei der genannte Mechanismus (16, 24, 26, 28, 30, 32, 44, 46) ein Kontaktmodul (32) mit nachgiebigen Kontaktfedern (100/206/238/256/278/301) aufweist, die sich unter Last verformen, so dass eine Wischwirkung über Kontaktflächen (132) einer gedruckten Schaltung (13) des genannten Messwandlermoduls (12/120) vorgesehen wird.