一种应用于体内超声碎石仪中的换能器

摘要

本发明涉及一种应用于体内超声碎石仪中的换能器，包括：不锈钢针管、连接头、弹性管、变幅杆、压电陶瓷片、配重、压紧螺栓、外壳、气管接头O型密封环、气管接头、吸石导管、绝缘套管、电极片、锥体帽、导线、导线接口帽、导线接口座；所述外壳上部的导线接口座及其上的导线接口帽，设于偏离轴线的位置处；所述外壳内位于压紧螺栓的上方还包括有转接器，该转换器为四通结构，其轴向的中心通孔的前端连通吸石导管，该中心通孔的后端固定连接在外壳的顶端；所述转换器对应于导线接口座及其上的导线接口帽、在偏离轴线的位置处沿轴向设有周边通孔，其上端连通导线接口座；所述转换器偏离周边通孔沿径向开设有两个径向通孔。

说明书

技术领域

本发明涉及超声换能器的领域，特别是涉及一种应用于体内超声碎石仪中的换能器。

背景技术

对于一般的肾结石、输尿管结石和膀胱结石，可以采用体外冲击波碎石法进行碎石，或采用医用钬激光、医用钕激光、气压弹道碎石等方法碎石。体外冲击波碎石、超声碎石只对约15％的易碎的小结石有效。医用钬激光、医用钕激光以及气压弹道碎石可以解决约80％结石病人的治疗难题。这些治疗方法借助膀胱镜、输尿管软镜进行，激光光纤或设备的治疗端通过尿道抵达结石部位，然后由激光能量或气压弹道碎石能量，将结石击碎。以上这几种方法都无需开刀，对人体无损伤或损伤极小，是绝大多数结石如肾结石、输尿管结石和膀胱结石病人都愿意接受的治疗方法。缺点是上述治疗方法对部分肾结石，尤其是顽固坚硬的肾下盏结石和膀胱结石常常无能为力，而且治疗时只能碎石，不能当场清石，留下结石复发和碎石堵塞尿路的隐患。超声波体内碎石是一种较好的微创治疗结石的技术，一般采用中空的碎石探针，配合真空负压吸引设备，在用超声波将结石击碎的同时，利用负压将结石吸出体外，实现碎石清石的治疗目的，这种方法的好处是去石彻底，治疗后一般两天就可以康复，并且不容易复发。目前生产这种超声碎石设备的公司不多，主要有德国的R-Wolf公司和瑞士的EMS公司，这两家公司的碎石设备又都存在有不足之处。

其中，Wolf的设备的结构大致如图1所示，该体内超声碎石换能器，包括：不锈钢针管1、连接头2、连接头O型密封环3、弹性管4、变幅杆5、变幅杆O型密封环6、压电陶瓷片7、配重9、压紧螺栓10、外壳11、套筒O型密封环12、气管接头O型密封环16、气管接头17、压紧螺栓O型密封环19、吸石导管20、绝缘套管21、电极片22、锥体帽23、导线24、导线接口帽25、导线接口座26。由于外壳与配重、变幅杆等之间只是简单的O型环压接，变幅杆也是性能一般的铜合金材质，所以其机械品质因数较低，振幅放大倍数也较小，使超声碎石能力显著减弱；加上没有配备气压弹道和钬激光、钕激光等碎石设备的接口，当遇到体积较大、质地较硬的结石就显得无能为力。

EMS的设备虽然经过了几代的改进，实现了超声和气压弹道的结合，但其术中操作不是很方便，负压强度只能在负压吸引设备上调节，术者无法随心所欲的控制吸力的大小，而且当探针不小心触到软组织的时候，不能及时卸压，既会造成针管堵塞、换能器发热，又容易对身体组织造成伤害。

发明内容

本发明的目的在于：解决已有的体内超声碎石换能器的超声碎石机碎石能力差，对不同大小的结石吸引击碎不容易操作，以及由于吸到软组织造成的针管堵塞的问题，从而提供一种应用于体内超声碎石仪中的换能器。

本发明提供的一种应用于体内超声碎石仪中的换能器，包括：不锈钢针管1、连接头2、连接头O型密封环3、弹性管4、变幅杆5、变幅杆O型密封环6、压电陶瓷片7、配重9、压紧螺栓10、外壳11、气管接头O型密封环16、气管接头17、压紧螺栓O型密封环19、吸石导管20、绝缘套管21、电极片22、锥体帽23、导线24、导线接口帽25、导线接口座26；其特征在于，所述外壳11上部的导线接口座26及其上的导线接口帽25，设于偏离轴线的位置处；所述外壳11内位于压紧螺栓10的上方还包括有转接器18，该转换器18为四通结构，其轴向的中心通孔的前端连通吸石导管20，该中心通孔的后端固定连接在外壳11的顶端；所述转换器18对应于导线接口座26及其上的导线接口帽25、在偏离轴线的位置处沿轴向设有周边通孔，其上端连通导线接口座26，用于容纳导线；所述转换器18偏离周边通孔沿径向开设有两个径向通孔，分别用于连通调压排气阀13和气管接头17，气管接头17和转换器18的连接处压有气管接头O型密封环16。

作为本发明的一种改进，所述中心通孔的后端可以连接相应的气压弹道或激光碎石装置；或螺纹连接有后盖15，并在后端和后盖之间压有密封垫14。

作为本发明的再一种改进，所述调压排气阀13包括同轴设置的针阀阀体、针阀阀芯、排气阀杆、排气阀帽、压缩弹簧和O型橡胶圈；所述针阀阀体呈圆管状，其外表面设有用于与外界的气体管路上的三通管连接的螺纹；该针阀阀体的下端套设有O型橡胶圈，通过压紧该O型橡胶圈保证针阀阀体和三通管之间的密封；所述针阀阀芯大致呈T形，由上至下套设于所述针阀阀体内；所述针阀阀芯上部的外表面和所述针阀阀体的上部内表面螺纹连接，所述针阀阀芯下部的外表面和所述针阀阀体的下部内表面之间留有间隙，所述针阀阀芯和所述针阀阀体下端口配合处为圆锥面；所述针阀阀芯是中空的，针阀阀芯下部的内表面设有凸缘，用于和排气阀杆滑动配合；所述针阀阀芯下部还开设有两个径向孔，该两个径向孔分别位于凸缘的上侧和下侧；所述排气阀杆呈倒T形，由下至上套设于所述针阀阀芯内，在针阀阀芯和排气阀杆上部之间的间隙处套设有压缩弹簧，该压缩弹簧的下端抵于凸缘所形成的阶梯孔上；该排气阀杆下端的凸缘和针阀阀芯的下端接触的限位端面间设有O型橡胶圈；所述排气阀帽通过螺纹连接在排气阀杆的顶端，该排气阀帽的下端面的中心部位开设有用于套置压缩弹簧的圆形凹槽，且该排气阀帽的下端面径向设有凹槽与圆形凹槽连通。

作为本发明的进一步的改进，所述针阀阀芯的上端部的纵切面呈H形，其上端面用作排气阀帽的台阶限位。所述排气阀帽的下端面径向的凹槽呈十字形。

作为本发明的又一种改进，所述配重9的直径比压电陶瓷片的直径大1～3mm。所述不锈钢针管1的长度为380～440mm。

作为本发明的另一种改进，所述的压电陶瓷片7可以是两片或两片以上，每相邻两片压电陶瓷片之间夹有电极片22。

作为本发明的另一种改进，所述外壳11和配重9之间还套设有套筒8，该套筒为聚四氟乙烯树脂材料，其两端连接有O型密封环。

作为本发明的另一种改进，所述变幅杆采用钛合金材料；所述变幅杆的外型为指数型曲线，y＝a×e^bx(0≤x≤20)。

本发明优点在于：本发明提供的一种体内超声碎石换能器，由于采用了高性能的压电陶瓷材料，合理的装配工艺，有效的降低了换能器的阻抗，使换能器的发热量显著降低，内部采用金属的吸石导管，可以更多的带走压电陶瓷产生的热量，保证使用过程中换能器频率阻抗等参数的一致性。其中，

本发明的变幅杆采用钛合金材料，其对超声的传导和对振幅的放大作用，远高于如铜合金等其他金属材料。本发明中的变幅杆是使用精密数控机床加工的指数曲线外形的变幅杆，这种外形的变幅杆既有很好的抗机械疲劳性能，又能有效的提高了振幅的放大倍数。

本发明在外壳和由配重、陶瓷、变幅杆组成的芯体之间，加了聚四氟材料的套筒，套筒两端压有O型环，这种结构可以有效减少超声向外壳的传导，并可以显著降低内部震动伴随产生的低频震动。其余芯体与外科及连接部分的触部位也都采用硅橡胶材质的O型环，使整个换能器具有较高的机械品质因数，可以有效地击碎较硬的结石。

同时，该换能器也配备了弹道碎石接口，对超大超硬结石可以使用超声和弹道相结合的方式治疗，并且该接口也适用于钬激光和钕激光等激光碎石设备。

另外，本发明的另一个创新点是换能器手柄后端安装了调压排气阀，解决术中吸附压力的调节和容易吸到软组织堵塞针管、伤害人体器官的问题，使碎石手术操作更为方便容易，也更加安全可靠。

附图说明

图1是现有技术中R-Wolf公司的体内超声碎石换能器结构示意图；

图2是本发明的体内超声碎石换能器结构示意图；

图3是图2沿B—B线的换能器电缆引线部分的剖示图；

图4是图2沿A—A线的换能器径向通孔的剖示图；

图5是本发明的调压排气阀的结构剖示图；

图6是本发明的调压排气阀的结构的立体分解图；

图7a～d本发明的调压排气阀的针阀阀芯的结构示意图；

图8a～d本发明的调压排气阀的排气阀帽的结构示意图。

附图标识

1、不锈钢针管             2、连接头           3、连接头O型环

4、弹性管                 5、变幅杆           6、变幅杆O型环

7、压电陶瓷片             8、套筒             9、配重

10、压紧螺栓              11、外壳            12、套筒O型环

13、调压排气阀            14、密封垫          15、后盖

16、气管接头O型环         17、气管接头        18、转接器

19、压紧螺栓O型环         20、吸石导管        21、绝缘套管

22、电极片                23、锥体帽

24、导线                  25、导线接口帽      26、导线接口座

131、针阀阀芯             132、针阀阀体       133、三通管接头

134、排气阀帽             135、压缩弹簧       136、排气阀杆

137、排气阀体             138、密封O型圈

具体实施方式

如图2～4所示，本发明的应用于体内超声碎石仪中的换能器，由不锈钢针管1、连接头2、连接头O型环3、弹性管4、变幅杆5、变幅杆O型环6、压电陶瓷片7、套筒8、配重9、压紧螺栓10、外壳11、套筒O型环12、调压排气阀13、密封垫14、后盖15、气管接头O型环16、气管接头17、转接器18、压紧螺栓O型环19、吸石导管20、绝缘套管21、电极片22、锥体帽23、导线24、导线接口帽25、导线接口座26构成。

其中，所述的不锈钢针管1为中空的细长不锈钢管，连接头2为一端是圆锥形、另一端是圆柱形、柱面有螺纹、整体轴向有一圆形通孔的结构，在圆锥端与不锈钢针管1同轴焊接在一起，通过圆柱端的外螺纹和变幅杆5锥端的内螺纹连接，弹性管4在变幅杆5的内部，夹在连接头2和吸石导管20之间，其中弹性管4为聚四氟乙烯塑料管，吸石导管20为薄壁不锈钢管；所述的压电陶瓷片7可以是两片或两片以上，每两片之间夹有电极片22，变幅杆5和配重9将压电陶瓷片7夹在中间，压紧螺栓10穿过配重9、压电陶瓷片7和电极片22，与变幅杆5连接，压紧螺栓10轴向为一通孔，吸石导管20穿过其中，插入转接器18轴向的通孔，压紧螺栓10和转接器18之间压有压紧螺栓O型环19，压紧螺栓10穿过压电陶瓷片7和电极片22的部分套有绝缘套管21；所述的转接器18为四通结构，径向的两个孔分别连接调压排气阀13和气管接头17，其中和气管接头17的连接处压有气管接头O型环16，轴向前端连接吸石导管20，后端螺纹连接有后盖15，两者之间压有密封垫14；外壳11和锥体帽23为螺纹连接，锥体帽23锥端内部和变幅杆5锥端外部之间垫有连接头O型环3，锥体帽23较大直径端内部和变幅杆5直径较大端外部，也就是整个换能器节点所在的位置，之间压有变幅杆O型环6，套筒8套在外壳11和配重9之间，与转接器18之间压有套筒O型环12，另一端与变幅杆O型环6压力接触。

在上述的技术方案中，所述的换能器的工作频率为23～28kHz；所述的变幅杆的放大倍数为10～16倍左右；所述的不锈钢针管末端振幅为40～100um；外壳是耐高温树脂材料，套筒为聚四氟乙烯树脂材料，两端的O型环为硅橡胶材料，三者保证其内部的压电陶瓷和电极片与外部壳体的绝缘和密封；整个装置即可以在125摄氏度条件下熏蒸消毒，也可以在常压下消毒液中浸泡消毒。

本例中，压电陶瓷片7是两片，两片之间夹有电极片22，变幅杆5和配重9将压电陶瓷片7和电极片22夹在中间，压紧螺栓10穿过配重9、压电陶瓷片7和电极片22，与变幅杆5连接，并且变幅杆5、配重9、压电陶瓷片7和电极片22等的接触面上，都涂有匹配胶，经压紧螺栓10压紧后可以得到较低的阻抗和合适的频率。压紧螺栓10轴向为一通孔，吸石导管20穿过其中，插入转接器18轴向的通孔，压紧螺栓10穿过压电陶瓷片7和电极片22的部分套有绝缘套管21。转接器18为四通结构，径向的两个孔分别连接调压排气阀13和气管接头17，其中和气管接头17的连接处压有气管接头O型环16，后端螺纹连接有后盖15，两者之间压有密封垫14；后盖15和密封垫14取下后，转接器18可以连接相应的气压弹道或激光碎石装置。不锈钢针管1和连接头2同轴焊接在一起，通过连接头2上的外螺纹和变幅杆5锥端的内螺纹连接，弹性管4在变幅杆5的内部，夹在连接头2和吸石导管20之间，外壳11和锥体帽23为螺纹连接，锥体帽23锥端内部和变幅杆5锥端外部之间垫有连接头O型环3，锥体帽23较大直径端内部和变幅杆5直径较大端外部，也就是整个换能器节点所在的位置，之间压有变幅杆O型环6，套筒8套在外壳11和配重9之间，与转接器18之间压有套筒O型环12，另一端与变幅杆O型环6压力接触。

本发明还提供了一种用于气体管路上的气压调节装置—调压排气阀，通过一种调压针阀和快速排气阀的组合结构，克服单手同时操作调压针阀和排气阀的困难，用于负压吸引管路的调压和快速排气。

如图5～8所示，所述调压排气阀由O型橡胶圈138、排气阀杆136、针阀阀芯131、针阀阀体132、排气阀帽134和压缩弹簧135组成，排气阀杆136和排气阀帽134通过螺纹连接，压缩弹簧135套在排气阀杆136上，穿过针阀阀芯131的内孔，排气阀杆136和针阀阀芯131之间有O型橡胶圈，针阀阀芯131和针阀阀体132直接通过螺纹连接，下端配合处为圆锥面，针阀阀体132外表面有用于与外界安装的螺纹，针阀阀体132的一端套有O型橡胶圈138。针阀阀芯131上有一个轴向的阶梯孔，两个径向孔。并具有下述特征：1、排气阀杆136和针阀阀芯131之间用O型橡胶圈保持密封，针阀阀体132与外界管路通过螺纹连接，通过压紧O型橡胶圈138保证密封。针阀阀芯131与排气阀杆136接触的限位端面间通过O型橡胶圈138保持密封。2、所有零件装配在同一轴线上。3、针阀阀芯1轴向有一阶梯孔，排气阀杆136通过这个阶梯孔，在孔径较小的地方两者径向滑动配合，并在端面有台阶限位。4、针阀阀芯131有两个径向孔，系统正压调节时气体从针阀阀芯131与针阀阀体132之间的间隙，经针阀阀芯131上的径向孔，再通过针阀阀芯131上轴向的阶梯孔流出，系统负压调节时气体流向与正压时相反。

本发明的针阀阀体和针阀阀芯的上部是螺纹连接，使用的时候逆时针旋动针阀阀芯，两者之间在轴向上会相对分开，下端的锥面处形成环形的间隙，间隙的大小由两者轴向分开的距离决定，这样就实现的压力的调节；针阀阀芯同时充当快速排气阀体的作用。其优点在于，气压调节装置的整个结构通过针阀阀体上的螺纹安装到负压吸引管路上，用O型橡胶圈保证密封。当需要调节管路气压时，旋动针阀阀芯，针阀打开，外界气体经由经针阀阀芯上的两个径向孔进入管路；当需要快速排气时，按下排气阀帽，带动排气阀杆，使O型橡胶圈离开针阀阀芯的下端面，实现快速排气，松开排气阀帽，在压缩弹簧的作用下，排气阀帽带动排气阀杆复位；且本发明结构简单、紧凑，易于加工，方便拆卸清洗，调压排气动作单手就可以实现。