МАГНИТНАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ЗОНДА
MAGNETIC CONNECTION SYSTEM FOR DIAGNOSTIC PROBE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к медицинским диагностическим системам, например системам для ультразвукового исследования, и, в частности, к магнитным соединительным системам для соединения таких систем со съемными зондами.
Эта заявка является частичным продолжением заявки US 60/941,427, зарегистрированной 1 июня 2007.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним из существующих долгое время недостатков ультразвукового оборудования для медицинской диагностики, в частности для сонографистов, является кабель, который соединяет сканирующий зонд с системой для ультразвукового исследования. Эти кабели являются длинными и часто толстыми из-за необходимости размещения внутри них множества коаксиальных проводов от десятков, сотен или даже тысяч преобразовательных элементов, находящихся в зонде. Как следствие, работа с этими кабелями зондов может быть неудобной, и они могут быть тяжелыми. Некоторые сонографисты пытаются решить проблему с кабелем, перекидывая кабель через руку или плечо, чтобы обеспечить ему опору при сканировании. Во многих случаях это может нанести вред из-за неоднократных нагрузок. Другой проблемой является то, что кабель зонда может внести загрязнения в стерильную зону хирургической процедуры, проведение которой контролируют с использованием изображения. Кроме того, эти кабели для зондов являются довольно дорогими, часто являясь самым дорогим компонентом зонда. Таким образом, давно назрела необходимость избавить диагностическое ультразвуковое оборудование от кабелей для зондов.
В патенте США 6142946 (Hwang и др.) описаны зонд и система для ультразвукового исследования, позволяющие это сделать. В этом патенте описан зонд на основе матричного преобразователя с питанием от аккумулятора, имеющий встроенный формирователь луча. Приемопередатчик посылает полученные данные ультразвукового исследования в систему для ультразвукового исследования, служащую в качестве его базовой станции. Обработка и вывод изображения выполняются системой для ультразвукового исследования.
При том, что беспроводной ультразвуковой зонд освобождает пользователя от неудобств, связанных с наличием кабеля, существуют ситуации, когда кабель для беспроводного зонда может оказаться необходимым или желательным. Например, кабель можно использовать для повторной зарядки аккумулятора в зонде. Если аккумулятор разряжается во время процедуры сканирования, кабель может иметь средство для питания беспроводного зонда при завершении этой процедуры. В других случаях пользователь по различным причинам может предпочесть, чтобы зонд имел механическую связь с системой для ультразвукового исследования. Кабель может сделать возможным продолжение процедуры, если окажется, что линия беспроводной связи не работает должным образом. Поэтому желательно иметь кабель для выполнения таких функций в случае возникновения подобных ситуаций или обстоятельств.
В опубликованной заявке на патент WO 2008/146205 А1 (US 60/941427 (заявка '427)), материалы которой включены в настоящее описание посредством ссылки, рассмотрен беспроводной ультразвуковой зонд, избирательно соединяемый с главной системой при помощи кабеля. Главная система может использоваться исключительно для питания беспроводного зонда или повторной зарядки его аккумулятора. Кроме того, главная система может представлять собой систему, которая обрабатывает или отображает данные изображения, полученные беспроводным зондом, и кабель может быть использован для передачи данных изображения в главную систему по проводной линии в случае возникновения проблем с беспроводной линией передачи данных.
В примере, рассмотренном в заявке '427, беспроводной зонд избирательно соединяют с кабелем главной системы, используя магнитную соединительную систему с герметичным разъемом. Эта соединительная система обеспечивает разъемное соединение типа "быстрая стыковка/расстыковка" между зондом и кабелем главной системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящим изобретением предлагаются усовершенствования магнитной соединительной системы, позволяющие повысить прочность соединения кабеля главной системы с зондом, и одно из этих усовершенствований, помимо прочего, позволяет уменьшить влияние магнитных полей рассеяния.
В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения используется соединительная система, содержащая группу магнитов, установленных с формированием одного или более квадруполей. Квадрупольная компоновка повышает скорость снижения напряженности магнитного поля в зависимости от расстояния, в результате чего на расстояниях, специфичных для конкретной области применения или процедуры, обеспечивается значение, безопасное с медицинской точки зрения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 изображен ручной беспроводной ультразвуковой зонд, соединенный с кабелем главной системы при помощи соединительной системы, содержащей предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения.
На Фиг.2 изображен беспроводной ультразвуковой зонд, показанный на Фиг.1, с соединительной системой в разъединенном состоянии.
Фиг.3 представляет собой другой вид зонда, показанного на Фиг.1 - Фиг.2, в состоянии соединения.
На Фиг.4 изображены две части соединителя, образующего соединительную систему в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.1 - Фиг.3.
На Фиг.5 изображен еще один вариант соединительной системы в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сначала обратимся к Фиг.1, на которой беспроводной ультразвуковой зонд 5 показан соединенным с кабелем 20 главной системы с использованием варианта осуществления магнитной соединительной системы 10, являющейся предметом настоящего изобретения. Зонд 5 заключен в твердую полимерную оболочку или корпус, имеющий дистальный конец 12 и проксимальный конец 14. Линза преобразователя или акустическое окно 16 матричного преобразователя находится на дистальном конце 12. Именно через это акустическое окно ультразвуковые волны передаются матрицей преобразователей, а также принимаются обратные эхо-сигналы. Внутри корпуса у проксимального конца 14 зонда расположена антенна, которая передает радиоволновые сигналы в базовую станцию главной системы и принимает такие сигналы от нее. Беспроводной зонд содержит перезаряжаемый аккумулятор для снабжения энергией.
При том, что основным преимуществом беспроводного зонда является возможность применять зонд без его механического прикрепления к кабелю 20 главной системы, существуют ситуации, когда соединение зонда 12 с кабелем 20 главной системы является желательным. Кабель 20 главной системы, например, может снабжать энергией, которая при соединении кабеля с зондом 12 может обеспечивать повторную зарядку зонда. В других ситуациях, когда сонографист проводит ультразвуковое обследование, а блок звуковой сигнализации издает сигнал, указывающий на низкий уровень заряда аккумулятора, сонографист может захотеть продолжить использование зонда для проведения обследования и перейти с питания от аккумулятора на питание по кабелю. В этой ситуации было бы желательным соединение с кабелем питания, пока аккумулятор заряжается повторно.
Однако в случае использования магнитной соединительной системы для обеспечения такого соединения вне зависимости от того, соединен ли зонд с кабелем главной системы или отсоединен от него, необходимо снизить до минимума влияние магнитных полей рассеяния. Настоящим изобретением предлагается метод снижения до минимума влияния магнитных полей рассеяния от частей магнитной соединительной системы вне зависимости от того, находится ли зонд в соединенном или отсоединенном состоянии. Это изобретение также предполагает применение (но не ограничивается применением) усовершенствованной соединительной системы в качестве части диагностических систем или совместно с диагностическими системами, описанными в заявке '427, которая включена в настоящее описание посредством ссылки.
Четное число магнитов, полюса которых ориентированы в противоположных направлениях, повышает до максимума степень снижения напряженности магнитного поля на расстояниях, специфичных для медицинских областей применения. Нечетное число дипольных магнитов (1, 5 и т.д.) не может быть оптимизировано таким же образом. Например, снижение напряженности магнитного поля одного магнитного диполя обратно пропорционально квадрату расстояния. В противоположность этому, снижение напряженности поля квадрупольного магнита обратно пропорционально кубу расстояния в дальних областях поля.
Как указано в Википедии (http://en.wikipedia.org/wiki/Quadrupole magnet):
"Простейший магнитный квадруполь представляет собой два одинаковых стержневых магнита, установленных параллельно таким образом, чтобы северный полюс одного располагался рядом с южным полюсом другого, и наоборот. Такая конфигурация не будет иметь дипольного момента, и ее поле будет уменьшаться с увеличением расстояния быстрее, чем у диполя".
Снижение до минимума напряженности магнитного поля является важным при применении ультразвукового преобразователя в непосредственной близости от имплантируемого устройства, такого как кардиостимулятор или система доставки лекарства, которые могут быть чувствительными к магнитным полям. Вместо использования одного магнита, расположенного внутри зонда на его проксимальном конце, который магнитным образом соединен с ферритовым материалом соединителя, установленного на конце кабеля главной системы, как описано в заявке '427, в настоящем изобретении применяются по меньшей мере два магнита, которые располагаются в противоположных частях магнитной соединительной системы таким образом, чтобы сформировать по меньшей мере один квадруполь.
На Фиг.2 изображен беспроводной зонд 5, отсоединенный от кабеля 20 главной системы, а также указаны две части соединительной системы 10.
Первая часть 10а соединителя расположена на проксимальном конце 14 зонда 5. Как более подробно показано на Фиг.4, часть 10а соединителя представляет собой по существу плоскую поверхность 30, которая по существу перпендикулярна продольной оси зонда 5.
Вторая часть 10b соединителя расположена на конце 18 кабеля 20 главной системы. Как более подробно показано на Фиг.4, часть 10b соединителя представляет собой по существу плоскую поверхность 40, которая по существу перпендикулярна продольной оси оставшейся части соединителя и выполнена с возможностью удобного сопряжения с частью 10а, как показано на Фиг.3.
Как рассмотрено в заявке '427, для избирательного соединения беспроводного зонда с главной системой могут использоваться различные типы кабелей главной системы и соединителей, например соединитель для USB-кабеля с множеством проводящих линий на одном конце для соединения с главной системой и магнитная соединительная система на другом конце для соединения кабеля с зондом. Такой кабель описан в заявке '427.
В варианте, показанном на Фиг.4, применяется группа из четырех магнитов. Два магнита 80, 85 находятся внутри части 10а поблизости от по существу плоской поверхности 30. Они показаны пунктирными линиями, чтобы отметить, что в данном примере они установлены внутри части 10а. Магниты 80, 85 размещены параллельно, при этом их соответствующие полюса расположены в конфигурации "Север-Юг, Юг-Север". Два других магнита 90, 95 находятся внутри части 10b и поблизости от плоской поверхности 40 и также показаны пунктирными линиями, чтобы указать, что в данном примере они установлены внутри части 10b. Они также размещены параллельно, при этом их соответствующие полюса расположены в конфигурации "Юг-Север, Север-Юг".
Пара магнитов 80, 85 установлена таким образом, чтобы каждый из их полюсов находился поблизости от края плоской поверхности 30. Пара магнитов 90, 95 установлена аналогичным образом по отношению к плоской поверхности 40. Часть 10b соединителя имеет удлиненный буртик 15, выступающий от ее поверхности и проходящий вокруг плоской поверхности 40. Буртик 15 выполнен таким образом, чтобы он примыкал к части 10а по окружности ее поверхности, как показано на Фиг.3, где части 10а и 10b соединены.
Когда плоские поверхности 30 и 40 частей 10а и 10b соединителя соответственно располагают рядом друг с другом на достаточно близком расстоянии (например, сводят вместе или прижимают друг к другу), полюса четырех магнитов 80, 85, 90, 95 будут стремиться состыковать части 10а и 10b соединителя вместе с получением надежного, но разъемного соединения между одним или более контактными штырями 200 "pogo", покрытыми золотом, которые выступают за плоскую поверхность 40 и расположены так, чтобы соответствовать соответствующим утопленным установленным заподлицо контактным площадкам 210, также покрытым золотом. Хотя в примере, показанном на Фиг.4, в качестве контактных средств используются покрытые золотом штыри 200 "pogo" и контактные площадки 210, изобретение предполагает применение любого типа сочетаемых контактных средств, подходящих для использования вместе с магнитной соединительной системой, например подпружиненных, плоских, волоконно-оптических соединений или соединений на основе радиосвязи очень небольшого радиуса действия.
Между магнитами 80 и 85, расположенными в части 10а, существует квадрупольное взаимодействие. Другое квадрупольное взаимодействие существует между магнитами 90 и 95 части 10b. Квадруполи в каждой части снижают до минимума напряженность магнитного поля, возникающего в каждой части, когда они не соединены вместе.
Когда части 10а и 10b расположены против друг друга, как показано на Фиг.5, северные полюса 80а, 85а, 90а и 95а притягиваются к южным полюсам 90b, 95b, 80b и 85b соответственно. Эта конфигурация магнитов вместе с плотно примыкающим и коническим буртиком 15, как показано на Фиг.3, обеспечивает магнитное соединение, которое соединяет часть 10а с 10b. В этом состоянии соединения между магнитами 80 и 90 и между магнитами 85 и 95 формируются дополнительные квадруполи, что позволяет обеспечить сниженную до минимума напряженность магнитного поля, возникающего в соединенных частях.
Когда четыре или более магнитов расположены на минимальном расстоянии (d) друг от друга по сравнению с длиной (L) компенсатора натяжения (например, буртика 15), как показано на Фиг.4 и 5, увеличивается сопротивление к неосевым боковым нагрузкам 500, которые, в противном случае, привели бы к расстыковке магнитного соединения. Таким образом, увеличивается "устойчивость" фиксации части 10b соединителя. Один или два магнита не могут обеспечить этот противорычаг во всех направлениях, чтобы противостоять влиянию тянущего усилия, приложенного к кабелю в боковом направлении, которое часто возникает при реальной эксплуатации.
Хотя вариант реализации настоящего изобретения, описанный выше с использованием Фиг.4, обеспечивает минимальную напряженность магнитного поля рассеяния в состоянии соединения, благодаря симметричному притяжению северных и южных полюсов имеется возможность магнитного соединения частей противоположным и неправильным образом, например соединения северных полюсов 80а, 85а, 95а и 90а с южными полюсами 95b, 90b, 85b и 80b соответственно. Этот тип конфигурации будет создавать серьезную проблему, так как положение точек контакта будет изменено на обратное, и оборудование не будет функционировать должным образом.
Одним из методов устранения этой проблемы могло бы стать ориентирование полюсов магнитов 80 и 85 таким образом, чтобы северные полюса каждого магнита были выровнены друг над другом, и южные полюса магнитов были выровнены аналогичным образом. Другими словами, магнит 85 был бы повернут на 180 градусов, в результате чего южный полюс 85b был бы выровнен с южным полюсом 80b и аналогичным образом был бы повернут на 180 градусов магнит 95, в результате чего южный полюс 95b был бы выровнен с южным полюсом 90b. В этой конфигурации будет обеспечиваться должное соединение точек контакта этих частей при выравнивании северных и южных полюсов каждого магнита так, чтобы они притягивались магнитным образом. Любая попытка состыковать части неправильно приведет к магнитному отталкиванию между полюсами магнитов 80 и 90 и между полюсами магнитов 85 и 95. Хотя эта конфигурация предотвратит неправильное соединение частей 10а и 10b, в каждой части в расстыкованном состоянии больше не будет квадруполя. При этом квадрупольное взаимодействие между магнитами 80 и 90, а также между магнитами 85 и 95 соответственно по-прежнему будет иметь место при соединении вместе частей 10а и 10b, но преимущество в виде наличия квадруполя в каждой отдельной части и уменьшение магнитных помех рассеяния даже при отсоединенных частях будут потеряны.
На Фиг.5 рассмотрен другой метод устранения проблемы неправильного соединения частей 10а и 10b при одновременном сохранении выгод квадрупольного взаимодействия, показанного на Фиг.4.
На Фиг.5 магниты показаны установленными таким же образом, как описано с использованием Фиг.4. Однако, чтобы избежать неправильного соединения контактов (на Фиг.5 не показаны), верхние области частей 10а и 10b могут быть выполнены сужающимися на конус относительно их нижних областей. При этом данные части выполнены с "согласованием", в результате чего две части можно физически соединить единственным путем, даже если магнитная конфигурация будет допускать неправильное соединение. Также можно было бы использовать и другие механизмы согласования, например "язычки" или "прорези" и т.д.