集成化探针结构的制作方法

本申请主张享有于2016年5月5日提交的美国临时申请no.62/332,133、于2016年1月5日提交的美国临时申请no.62/275,192和于2017年1月5日提交的美国申请no.15/399,440的权益和优先权，其内容通过援引整体并入本文。

本文描述的主题一般涉及医疗设备，更具体地涉及用于诊断医疗状况的探针。

背景技术

对于使用探针(例如，自动化经颅多普勒(transcranialdoppler，tcd)装置)的装置，存在与tcd探针相对于人类颅骨的放置和对准有关的患者安全问题。这种安全问题存在于自动化机器人头戴式耳机(automatedroboticheadset)的结构中或tcd探针的手动操作中。在现有的解决方案中，无论tcd探针的手动放置还是tcd探针机构的复杂性都可能不是最佳的。目前没有方法用于观察施加在患者颞窗或颅骨上的压力或力的量，因此，没有媒介在自动化或手动tcd探针放置期间用于监控患者的不适。

技术实现要素：

通常，各种实施例涉及用于提供一种结合与万向架(gimbal)结构或探针集成为一体的探针的集成化探针结构的系统和方法。

根据各种实施例，提供了一种探针结构。探针结构包括被构造为发出声能的探针。探针结构还包括位于探针下方并与探针对准的负荷传感器(loadcell)。探针结构还包括探针套(probehub)，该探针套包括用于接纳探针和负荷传感器的空腔。

在一些实施例中，探针结构还包括置于探针与负荷传感器之间的探针座。

在一些实施例中，探针套包括纵向槽。

在一些实施例中，纵向槽被构造成对准并保持连接到探针的电缆和连接到负荷传感器的导线。

在一些实施例中，连接到负荷传感器的导线被静态地保持在纵向槽内，而探针的电缆被构造为沿着纵向槽移动。

在一些实施例中，探针结构进一步包括在负荷传感器与探针套的空腔的底部之间的粘合层。

在一些实施例中，负荷传感器还包括置于探针与负荷传感器之间的探针座以及处于探针与探针座之间的粘合层。

在一些实施例中，粘合层包括环氧树脂。

在一些实施例中，负荷传感器包括凸部，并且探针包括用于接纳凸部以将负荷传感器和探针固定在一起的中空部。

在一些实施例中，探针结构还包括置于探针与负荷传感器之间的探针座，其中，探针座具有通孔，使得负荷传感器的凸部螺旋穿过通孔和探针的中空部。

在一些实施例中，探针套被构造为容纳负荷传感器和探针的一部分。

在一些实施例中，探针套的空腔包括一内径，该内径基本上等于探针的该部分的外径。

在一些实施例中，探针套的空腔包括第一内径和第二内径，该第一内径对应于容纳在空腔内的探针的该部分的位置，该第二内径对应于容纳在空腔内的负荷传感器的位置，该第一内径不同于第二内径。

在一些实施例中，第一内径大于第二内径。

在一些实施例中，第一内径基本上等于探针的该部分的外径，以及第二内径基本上等于负荷传感器的外径。

在一些实施例中，探针结构还包括置于探针与负荷传感器之间的探针座，其中，第一内径还对应于容纳在空腔内的探针座的位置。

在一些实施例中，负荷传感器被构造成检测沿多个轴线施加在探针上的力。

在一些实施例中，探针包括经颅多普勒(tcd)探针。

根据各种实施例，提供了一种制造探针结构的方法。该方法包括提供被构造为发出声能的探针。该方法还包括对准探针下方的负荷传感器。该方法还包括提供包括探针套，该探针套包括用于接纳探针和负荷传感器的空腔。

根据各种实施例，提供了一种用于检测对象(subject)的神经病症(neurologicalcondition)的系统。该系统包括被构造成使探针结构相对于对象定位的自动化机器人。探针结构包括被构造为发出声能的探针。探针结构还包括位于探针下方并与探针对准的负荷传感器。探针结构还包括探针套，该探针套包括用于接纳探针和负荷传感器的空腔。

附图说明

图1示出了本领域中先前已知的tcd探针的立体图。

图2示出了用于结合tcd探针的机器人头戴式耳机。

图3示出了根据各种实施例的集成化tcd探针结构的立体图。

图4是根据各种实施例的集成化tcd探针结构的分解图。

图5示出了根据各种实施例的集成化tcd探针结构的侧视剖视图。

图6示出了根据各种实施例的集成化万向架探针结构的立体图。

图7示出了根据各种实施例的集成化万向架探针结构的侧视图。

图8示出了根据各种实施例的适于与具有盖的集成化万向架探针结构一起使用的tcd探针的立体图。

图9示出了根据各种实施例的集成化力中心探针的立体图。

图10示出了根据各种实施例的适于与三件式集成化万向架探针结构一起使用的tcd探针的侧面剖视图。

图11示出了根据各种实施例的适于与集成有盖的集成化万向架探针结构一起使用的tcd探针的分解立体图。

图12a示出了根据各种实施例的集成化探针结构的立体图。

图12b示出了根据各种实施例的图12a所示的集成化探针结构的分解图。

图12c示出了根据各种实施例的图12a所示的集成化探针结构的立体剖视图。

图13a示出了根据各种实施例的集成化探针结构的立体图。

图13b示出了根据各种实施例的图13a所示的集成化探针结构的透视立体图。

图13c示出了根据各种实施例的图13a所示的集成化探针结构的分解图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种构造的描述，并且不旨在仅表示可以实践本文所描述概念的构造。详细描述包括用于提供对各种概念透彻理解的具体细节。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在某些情况下，为了避免混淆这些概念，以框图形式显示了众所周知的结构和组件。

图1示出了压在人类颅骨104上的现有技术tcd探针102的侧视图。在现有技术中，当人类操作者(例如，操作tcd探针的熟练的超声医师)操纵tcd探针102时，减小tcd探针102的尺寸并不是关键。

图2示出了安装在人类颅骨104上的机器人头戴式耳机106。为了便于在不使用操纵tcd探针的人类操作员的情况下进行自动化tcd扫描，减小tcd探针的尺寸以将其装配在合理尺寸的头戴式耳机106内将是有利的。

图3示出了安装在万向架204中的tcd探针202的立体图，万向架204用于机器人头戴式耳机106中。虽然本说明书频繁地讨论tcd探针，但是通常，本文中所讨论的具体描述为使用tcd的技术和装置也可以通过使用探针而用于以下各种实施例：诸如超声、经颅彩色编码超声(tccs)、相控阵列以及其他已知超声能量形式的方法。此外，使用在诸如功能性近红外光谱学(fnirs)或eeg的电磁频谱中发出或接收能量的探针的其他技术也可以被运用。在一些实施例中，万向架204包括枢转支撑件，枢转支撑件允许物体(例如，探针202)围绕轴线(例如，围绕单个轴线)旋转。在一些实施例中，万向架204是探针套。下面描述关于探针套的进一步公开内容。数据/电力电缆206允许电流向tcd探针202供电以及来自tcd探针202的数据的流动。万向架204允许tcd探针202平移(pan)和倾斜。

图4示出了tcd探针202与万向架204的连接的分解图。为了允许将tcd探针202连接到万向架204，通常用胶将tcd探针202紧固到止推板208。止推板208具有多个腿210a、210b、210c、210d，这些腿被设计成安装在相应的接纳孔212a、212b中(未示出其他孔212c、212d)并与相应的接纳孔对准。止推板208通过万向架204底部上的卡环(未示出)固定到万向架204。也可以采用本领域技术人员已知的其他紧固方法，例如但不限于通过接口(例如，埋头孔特征)。负荷传感器214典型地通过将用于初始对准的埋头孔特征以及用于稳定化的胶配合到万向架204的形式，而被紧固，并被设计为装配在万向架204与止推板208之间。如本领域已知的，负荷传感器214是用于将物理现象转换成电信号的换能器(transducer)，在该情况下，电信号的量值与测量到的力成正比。从负荷传感器214延伸的导线216提供响应于负荷传感器214上的力从负荷传感器214发出的电信号(例如，数据和功率信号)。在操作中，当tcd探针202被压在人类颅骨104上时，力也将通过接口止推板208施加于负荷传感器214，这将引起可被测量的电信号。

图5示出连接到止推板208的tcd探针202的立体剖视图，止推板208进而与连接到万向架204的负荷传感器214接触。

图6示出了集成化万向架tcd探针300的优选实施例的立体图，而图7示出了集成化万向架tcd探针300的主视图。与图4的实施例相比，集成化万向架tcd探针300减少了部件的数量。集成化万向架tcd探针300具有能够将超声波传输到人类颅骨104中的tcd探针302。超声波通过压在人类颅骨104的皮肤上的换能器表面303传输。tcd探针302不呈圆柱形，而是具有适于接纳盖的锥形部304(如图8所示)。在锥形部304之外，tcd探针302的探针本体306延伸到万向架安装座314。万向架安装座314具有多个螺孔310a、310b，这些螺孔被设计成安装并允许万向架安装座314紧固到万向架接口。数据/电力电缆312从集成化万向架tcd探针300的万向架安装座314延伸，使得其与万向架具有适当的间隙。

图8示出了具有与图6所示的集成化万向架tcd探针300类似的形状的tcd探针402。tcd探针402具有适于接纳盖406的锥形部404。盖406被紧密地安装到锥形部404，以防止患者的皮肤被夹在tcd探针402与机器人头戴式耳机106的任何其他机构之间。此外，在操作中，通常将凝胶放置在tcd探针402的换能器表面408上，以提供患者的皮肤与换能器表面408之间的改善的传导性。采用与锥形部404紧密地安装的盖406，有助于防止凝胶移动通过锥形部进入机器人头戴式耳机106的机构的其余部分。如果凝胶移动到机器人头戴式耳机106的机构中，则凝胶可能会劣化机器人头戴式耳机106的操作，或者机器人头戴式耳机106可能需要被时常清洁以去除不需要的凝胶。

图9示出了集成化力中心探针500的立体图。集成化力中心探针500包括能够将超声波传输到人类颅骨104中的tcd探针502。tcd探针502具有适于接纳盖的锥形部504(如图8所示)。在锥形部504下方，tcd探针502的探针本体506延伸到万向架安装座514。在万向架安装座514与探针本体506之间，包覆模制件(overmoldpiece)516连接万向架安装座514和探针本体506。万向架安装座514具有多个螺孔510，这些螺孔510被设计成与万向架514安装并允许将万向架安装座514紧固到万向架。数据/电力电缆512从集成化万向架tcd探针500的万向架安装座514延伸，使得其具有与万向架的适当间隙。

图10示出了集成化力中心探针500的剖视侧视图。负荷传感器508被模制到具有探针本体506的tcd探针502的底部。然后，负荷传感器508和tcd探针502的组件被模制到万向架安装座514上，使得当负荷传感器508接触万向架安装座514时，特定的预定义预载荷被施加到负荷传感器508上的按钮518上。然后，万向架514和探针体506与包覆模制件516被模制到一起。数据/电力电缆512从集成化力中心探针500的万向架安装座514延伸出来，使得其具有与万向架的适当间隙。

图11示出了沿与图10相反的方向被定向的集成化力中心探针500的分解部分的立体图。该视图不显示万向架安装座514或数据/电力电缆512。负荷传感器508被安装在探针本体506的凹部或埋头孔520内。从负荷传感器508延伸的导线522提供响应于负荷传感器508上的力从负荷传感器508发出的电信号。导线522通过探针本体506中的凹部524而离开探针本体506。

图12a示出了根据各种实施例的集成化探针结构1200的立体图。图12b示出了根据各种实施例的图12a所示的集成化探针结构1200的分解图。图12c示出了根据各种实施例的图12a所示的集成化探针结构1200的立体剖视图。

参照图12a至图12c所示，探针结构1200包括探针1202、探针套或万向架1204、探针座1206和负荷传感器1208。在一些实施例中，探针1202包括第一端(例如，自由且面向空的空间的端部)和与第一端相对的第二端。在一些实施例中，第一端包括被构造为与扫描表面相邻或接触的凹面。凹面被构造有特定间距，以将生成的能量朝向扫描表面聚焦。在一些实施例中，探针结构是经颅多普勒(tcd)装置，使得探针的第一端被构造为与人的头部(例如，人头部的一侧)相邻或接触并对准，并且探针1202的第一端被构造为提供从第一端发出并且被引导进入人体头部(例如朝向大脑)的超声波。在其他实施例中，探针1202被构造为在操作期间发出其他类型的波，例如但不限于红外波、x射线等。

在一些实施例中，探针1202的第二端连结到探针座1206。探针1202包括延伸穿过探针1202中心的中空部1202a。在一些实施例中，中空部1202a包括螺纹空腔型接口。中空部1202a允许探针1202、探针座1206和负荷传感器1208之间对准。例如，探针座1206包括限定通孔1206b的环形脊1206a，并且环形脊1206a向上延伸到探针1202的中空部1202a中。环形脊1206a包括限定或容纳通孔的唇部，并且该唇部被装配成从探针座1206向上延伸。探针1202在探针座1206的一侧连结或附接到探针座1206，而负荷传感器1208连结或附接到探针座1206的相对侧，使得探针座1206被置于探针1202与负荷传感器1208之间。因此，在一些实施例中，探针座1206由任何适于将施加到探针1202第一端的全部或几乎全部的力传递到负荷传感器1208的材料制成，例如但不限于非金属材料(例如，聚氨酯)等。在一些实施例中，探针结构1200不包括探针座1206，使得探针1202和负荷传感器1208彼此接触。

在一些实施例中，探针座1206通过粘合层粘附到探针1202。粘合层可以是任何适于将探针座1206和探针1202牢固地连结在一起的材料，例如但不限于环氧树脂。在其他实施例中，探针1202通过任何其他合适的连接装置固定在探针座1206中，上述连接装置例如但不限于焊接、灌封(pot)、一个或多个钩和闩锁、一个或多个分离螺钉、压配件等。

在一些实施例中，负荷传感器1208连结到探针座1206。因此，探针座1206也可以用作为负荷传感器寄存器(loadcellregister)。在一些实施例中，负荷传感器1208被构造成对施加在探针1202上的压力或力进行测量。在一些实施例中，负荷传感器1208被组装以显示预载荷。例如，负荷传感器1208可被设计成显示并包括处于约2牛顿至约3牛顿范围内的预载荷。在一些实施例中，因为负荷传感器1208与探针1202对准并靠近探针1202(例如，经由探针座1206连结到探针1202)，所以施加在探针1202的第一端的凹面上(例如，由凹面压在人体头部上引起的)的力在负荷传感器1208处被记录和测量。

在一些实施例中，负荷传感器1208是用于产生电信号的换能器，该电信号的量值与测量到的力成比例。在一些实施例中，从负荷传感器1208延伸的导线1212提供响应于由探针1202引起的负荷传感器1208上的力从负荷传感器1208产生的电信号。在操作过程中，在一些实施例中，当探针1202压在人类颅骨上时，力也将通过探针座1206施加到负荷传感器1208，该力可由负荷传感器1208测量和传输。

因此，在一些实施例中，探针结构1200利用负荷传感器1208的测量值来调节探针1202所施加的压力(例如，通过附接到探针结构1200的机器人装置)。例如，在一些实施例中，当由负荷传感器1208测量到的压力被确定为相对较高(例如，压力测量值超过预定阈值)时，探针结构1200减小由探针1202施加在人体头部上的力。在一些实施例中，预定阈值是用户定义的并且可以根据需要进行调整。

在一些实施例中，负荷传感器1208包括从负荷传感器1208向上延伸的圆柱形凸部1208a。凸部1208穿过探针座1206的通孔1206b并且延伸到探针1202的中空部1202a(或中空部1202a的螺纹空腔型接口)中。因此，探针1202、探针座1206和负荷传感器1208能够保持对准，使得最大量的力从探针1202被传递到负荷传感器1208。在一些实施例中，负荷传感器1208通过粘合层被粘附到探针套(或万向架)1204的底部内表面。粘合层可以是任何适于将负荷传感器1208和探针套1204牢固地连结在一起的材料，例如但不限于环氧树脂、灌封等。

在一些实施例中，探针套1204提供多个单轴线枢转支撑件并且与构件和电机接口，以提供关于相应的y轴和x轴的平移和倾斜。在一些实施例中，探针套1204是如上所述的万向架。在一些实施例中，探针套1204具有配合空腔，配合空腔用于接纳和容纳探针1202、探针座1206和负荷传感器1208的一部分，以提供探针结构1200的进一步的安全性和对准。探针套(或万向架)1204的空腔包括埋头孔第一内径d1，埋头孔第一内径对应于当负荷传感器1208被容纳在探针套1204内时负荷传感器1208的位置。第一直径d1基本上等于(例如略大于)负荷传感器1208的外径，使得负荷传感器1208在被容纳于探针套(或万向架)1204中时不会径向移位。因此，负荷传感器1208与探针座1206和探针1202的轴端保持轴向地对准。

类似地，探针套1204的空腔包括第二内径d2，第二内径对应于当探针1202和探针座1206被容纳在探针套1204内时探针1202和探针座1206的位置。第二内径d2基本上等于(例如略大于)探针座1206和探针1202的轴端的外径，使得探针1202和探针座1206在被容纳在探针套1204中时不会径向地移位。因此，探针1202和探针座1206与负荷传感器1208保持轴向地对准。在一些实施例中，第二内径d2大于第一内径d1。

在一些实施例中，探针套(或万向架)1204的长度长到足以包围和容纳负荷传感器1208(例如全部)、探针座1206(例如全部)、和部分(例如大部分)的探针1202。在一些实施例中，探针套1204长到足以容纳探针1202的本体的大约50％的长度。在其他实施例中，探针套1204长到足以容纳探针1202的本体的50％以上的长度(例如，大约55％、60％、65％或更多)。在其他实施例中，探针套1204容纳探针1202的本体的少于50％的长度(例如，大约45％、40％、35％或更少)。在特定实施例中，探针套1204容纳探针1202的本体的大约33％的长度。

在一些实施例中，探针套1204包括纵向槽1204a。槽1204a可以沿着探针套1204的本体的全长延伸。在其他实施例中，槽1204a沿着小于探针套1204的本体的全长延伸。槽1204a被构造成接纳并保持源自被容纳在探针套1204内的部件的导线和电缆。例如，槽1204a接纳并保持源自负荷传感器1208的导线1212和源自探针1202的电缆1210。因此，导线1212和电缆1210可被对准并固定(例如，在组装期间和在探针套或万向架1204的外部)，使得导线和电缆在探针结构1200的组装或操作期间不会成为障碍。在一些实施例中，导线1212在槽1204a中保持静止，而电缆1210被构造为在槽1204a内移动(例如，弯曲或以其他方式沿着槽1204a的长度移动)。在一些实施例中，探针套1204还包括万向架接口1214，万向架接口1214用于附接到可控制探针结构1200的万向架联动装置。

图13a示出了根据各种实施例的集成化探针结构1300的立体图。图13b示出了根据各种实施例的图13a所示的集成化探针结构1300的立体图中的透明探针壳体。图13c示出了根据各种实施例的图13a所示的集成化探针结构1300的分解图。

探针结构1300包括探针壳体1302、探针1304、互连结构1306和负荷传感器1308。在一些实施例中，探针结构1300包括例如与机械臂(例如，6轴机械臂)结合使用的末端执行器。探针壳体1302覆盖并容纳探针1304、互连结构1306和负荷传感器1308。探针1304延伸穿过探针壳体1302的顶部开口。互连结构1306提供用于将组件固定在一起的探针结构1300的框架。负荷传感器1308位于探针1304附近(例如，直接位于探针1304的下方)。探针结构1300可以与机械臂(例如包括多个自由度的机器人手臂，例如但不限于六个自由度)结合使用。

尽管本公开示出和描述了包括用于检测沿单轴线(例如，沿着垂直于面向扫描表面的探针的上表面的轴线)施加在探针上的力的负荷传感器的集成化探针系统，但是在一些实施例中，负荷传感器和集成化探针系统可以被构造为检测多个轴线上的力。例如，集成化探针系统可以被构造为检测沿两个轴线、三个轴线、四个轴线、五个轴线或六个轴线施加在探针上的力。在一些实施例中，使用沿着多个轴线(例如，沿着六个不同的轴线)检测力的负荷传感器连续地调整探针以维持沿着扫描表面的正常位置。

如本文所使用的，术语“大致”、“基本上”、“实质上”和“约”用于描述和解释小的变化。当结合事件或情况使用时，这些术语可以指事件或情况确切发生的情况以及事件或情况发生的近似情况。例如，当结合数值使用时，这些术语可以指小于或等于该数值的±10％的变化范围，诸如小于或等于±5％，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。例如，如果两个数值之间的差值小于或等于这些值的平均值的±10％，例如小于或等于±5，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±4％或等于±0.1％，或者小于或等于±0.05％，那么可以认为两个数值“基本上”相同或相等。

上述使用的术语，包括“附接”、“连接”、“固定”等可以互换使用。此外，尽管某些实施例已被描述为包括被“连结”(或“附接”、“连接”、“紧固”等)到第二元件的第一元件，但第一元件可以直接连结到第二元件或者可以经由第三元件间接连结到第二元件。

上述描述被提供以使本领域的任何技术人员能够实践本文描述的各个方面。这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且这里定义的一般原理可以应用于其他方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的方面，而是要符合与语言权利要求相一致的全部范围，其中以单数形式引用某个元件并非意在表示其为“一个且仅一个”，除非具体如此陈述，而是意在“一个或多个”。除非特别说明，术语“一些”是指一个或多个。本领域普通技术人员已知或以后将为本领域普通技术人员已知的整个先前描述中描述的各个方面的元件的所有结构和功能性等价物通过引用明确地并入本文，并且旨在由权利要求涵盖。而且，在此公开的任何内容都不旨在致力于公众，不管这些公开是否在权利要求中明确记载。除非使用短语“用于……的装置”明确来表述元件，否则任何权利要求中的元件都不应被解释为装置加功能。

应该理解的是，所公开的过程中的步骤的具体顺序或层次是说明性方法的示例。基于设计偏好，可以理解的是，在保持在上述描述的范围内的同时，可以重新排列过程中的步骤的具体顺序或层次。所附方法权利要求以示例顺序给出了各种步骤的元素，并不意味着限于所给出的具体顺序或层次。

对所公开的实施方式的上述描述被提供以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用所公开的主题。对于本领域技术人员来说，对这些实施方式的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离上述描述的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，上述描述并非旨在限于本文所示的实施方式，而是应被赋予与本文所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。