专利名称：磁性诊断探头连接器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医学诊断系统，例如超声系统，并且尤其涉及用于将这样的系统耦合到可拆卸探头的磁性连接器系统。本申请是于2007年6月I日提交的 美国申请No. 60/941427的续展部分。
背景技术：
医学诊断超声的长期缺点之一，特别是对于超声医师而言，是将扫描探头连接到超声系统的线缆。这些线缆较长并且常常由于需要容纳来自探头中的数十、数百甚至数千个换能器元件的许多同轴线而较粗。因此，这些探头线缆难以处理并且比较笨重。一些超声医师设法通过将线缆搭在手臂或肩上以在扫描的同时提供支持来解决线缆问题。这在许多情况下会导致重复性压迫损伤。另一问题是探头线缆会污染图像引导的手术流程的无菌场地。此外，这些探头线缆是相当昂贵的，常常是探头的最为昂贵的部件。因此，长期以来一直都希望使诊断超声摆脱探头线缆。美国专利6142946 (Hwang等人)描述了一种解决这一问题的超声探头和系统。该专利描述了具有集成射束形成器的电池供电的阵列换能器探头。收发器将所采集的超声数据发送至作为其基站的超声系统。图像处理和显示在该超声系统上进行。尽管无线超声探头将用户从线缆的不舒适中解放出来，但仍然存在无线探头可能需要或者要求线缆的情况。例如，线缆可以用于对探头中的电池再充电。如果电池在扫描流程期间运行到(电量)较低，那么线缆可以提供在完成该流程的同时为无线探头供电的手段。在其他情况下，用户可能出于各种原因喜欢被系连到超声系统的探头。线缆使得流程能够在无线链路似乎不能正常工作时继续进行。因此，希望在可能出现这些情况或环境时拥有用于执行这些功能的线缆。已公布的专利申请WO 2008/146205 (US No. 60/941427 (' 427申请))，通过引用将其技术并入本文，其描述了通过线缆有选择地耦合到主机系统的无线超声探头。主机系统可以仅仅用于为无线探头供电或者对探头的电池再充电。主机系统还可以是处理或显示由无线探头产生的图像数据的系统，并且线缆能够用于在出现无线数据链路链接困难的情况下将该图像数据通过电线提供给主机系统。在'427申请中所描述的范例中，利用磁性的、密封屏蔽的连接器系统将无线探头有选择地耦合到主机系统线缆。这种连接器系统实现了探头和主机系统线缆之间的脱离式“快速连接-断开”连接。
发明内容
本发明包括对磁性连接器系统的改进，其提高了主机系统线缆与探头的耦合强度，并且，另外，还降低了杂散磁场效应。本发明的优选实施例使用包括被布置成形成一个或多个四极子(quadrupole)的一组磁体的连接器系统。四极子布置增加了磁场强度相对于距离下降的速率，从而在与特定应用或流程相关的各距离处实现了医学安全值。
图1图示了通过包括本发明的优选实施例的连接系统耦合到主机系统线缆的手持式无线超声探头；图2图示了图I中所示的无线超声探头，其中连接系统处于去耦合位置；图3是图1-2中所示的在耦合位置的探头的另一视图；图4图示了包括图1-3中所示的根据本发明的实施例的连接系统的两个连接器部分；图5图示了图4中所示的本发明的实施例的连接系统的另一实施例。
具体实施例方式首先参考图1，示出了利用包括本发明10的磁性连接系统的实施例来耦合到主机系统线缆20的无线超声探头5。探头5被封装在硬质聚合物外罩或外壳中，其具有远端12和近端14。用于阵列换能器的换能器镜头或声学窗口 16处在远端12处。换能器阵列通过这一声学窗口发射超声波，并接收返回的回波信号。天线位于外壳内探头的近端14处，其向基站主机发送并从该基站主机接收射频波。该无线探头包含可再充电的电池以提供电力。尽管无线探头的主要优点是能够在探头不被机械地附接到系统主机线缆20的情况下使用该探头，但仍然存在需要将探头12耦合到系统主机线缆20的情况。例如，系统主机线缆20能够提供电力，其在被耦合到探头12时，能够为探头再充电。在其他情况下，如果超声医师是正在执行超声检查，而蜂鸣器发出响声，指示电池电量低的状况，超声医师可能想要继续使用该探头执行检查并且可能想要从电池电源切换到线缆电源。在那种情况下，耦合到电源线缆将是需要的，同时电池再充电。不管探头耦合到系统主机线缆或者从系统主机线缆去耦合，当磁性连接系统用于提供该耦合时，必须使杂散磁场效应最小化。本发明提供了使来自磁性连接系统的各部分的杂散磁场效应最小化的方式，而不管探头是在耦合位置或者是在去耦合位置。其还包括，但不限于，使用经改进的连接系统作为通过引用并入本文的'427申请中所公开的诊断系统的部分以及与之结合。极子(pole)沿相反方向取向的偶数个磁体使磁体强度在相对于医学应用的各距离处下降的速率最大化。奇数个(1、5等)双极子磁体不能通过这种方式进行优化。例如，单磁极子的磁场强度作为距离的平方的倒数下降。与之相对的是，四极子磁场的场强相对于远场(far-field)作为距离的立方的倒数下降。如由Wikipedia 所描述的，http://en.wikipedia. org/wiki/Quadrupole_magnet)“…最简单的磁四极子是彼此平行的两个相同的条形磁体，使得一个的北极靠近另一个的南极，并且反之亦然。这样的构造将不具有偶极距，并且其场强将在大的距离处比双极子的场强下降更快。”当在对磁场敏感的诸如起搏器或药物递送系统的可植入装置附近使用超声换能器时，使磁场强度最小化是重要的。代替如在，427申请中所描述的使用设置在探头的近端之内的一个磁体，该磁体磁性地耦合到被连接到主机系统线缆的末端的连接器的铁性材料，本发明利用至少一组两个磁体，其中每个磁体设置在磁性连接系统的对侧部分上，以便形成至少一个四极子。图2图示了从系统主机线缆20去耦合的无线探头5，并且还指示了连接系统10的两个部分。第一连接器部分IOa位于探头5的近端14 中。如图4中更为详细所示，连接器部分IOa存在大致平的面30，其大致垂直于探头5的纵轴。第二连接器部分IOb位于主机系统线缆20的末端18处。如图4中更为详细所示，连接器部分IOb存在大致平的面40，其大致垂直于连接器部分的其余部分的纵轴，并且被设计成与图3中所示的部分IOa舒适地配对。如在'427申请中所论述的，能够将各种类型的主机系统线缆和连接器用于有选择地将无线探头耦合到主机系统，例如，在一端的用于连接到主机系统的多芯USB线缆连接器，以及在另一端的用于将线缆连接到探头的磁性连接器系统。在'427申请中描述了这样的线缆。在图4中所示的实施例中，使用了一组四个磁体。两个磁体，即80和85，被设置在接近大致平的面30的部分IOa之内。这些磁体以虚线示出，以指出在这一范例中它们被安装在部分IOa之内。磁体80和85彼此平行放置，使其相应的极子按照南_北、北_南配置进行布置。另两个磁体90和95被设置在部分IOb之内并接近平的面40，并且也以虚线示出，以指出在这一范例中它们被安装在部分IOb之内。它们也是彼此平行放置的，使其相应的极子按照南-北、北-南配置进行布置。布置磁体对，即80和85，使得极子中的每个接近平的面30的一角。相对于平的面40相似地布置磁体对，即90和95。连接部分IOb具有延伸缘15，该延伸缘15突出于其表面并围绕平的表面40延伸。缘15被设计成当部分IOa和部分IOb连接时，如图3中所示，在部分IOa的表面周围匹配。当连接部分IOa和IOb的平的面30和40分别以足够近的距离接近另一个放置(例如彼此压近或抵触)时，四个磁体的极子80、85、90和95将发生作用以将连接部分IOa和IOb接连在一起,从而在一个或多个镀金的接触(contact) “pogo”引脚200之间形成牢固但可拆解的连接，所述引脚延伸超出平的表面40并且被定位成与对应的凹陷的平齐安装的镀金接触盘210匹配。尽管在图4中示出的范例利用镀金的pogo引脚200和接触盘210作为接触装置，本发明还包括使用适于与磁性连接系统一起使用的任何类型的匹配接触装置，例如弹簧负载的、平的、光纤或非常短范围的射频连接。四极子关系存在于所定位的部分IOa的磁体80和85之间。另一四极子关系存在于部分IOb的磁体90和95之间。当它们未耦合在一起时，每个部分上的四极子使来自每部分的磁场强度最小化。当部分IOa和IOb被面向彼此定位时，如图5中所示，北极80a、85a、90a和95a分别被吸引向南极90b、95b、85b和85b。磁体的这种配置，连同如图3中所示的接近匹配和渐缩的缘15，得到将部分IOa耦合到IOb的磁性连接。在这种耦合位置中，额外的四极子在磁体80和90之间以及在85和95之间形成，从而提供来自耦合部分的最小化的磁场强度。如图4和5中所示，当四个或更多个磁体以相对于应变消除(例如缘15)的长度(L)的最小距离部分间隔时，将以其他方式脱离(peel-off)磁连接的非轴侧负载500的阻抗增加。由此，连接器部分IOb的“立足点(footing)”增加。一个或两个磁体不能在所有方向提供这种反杠杆作用，以抵抗在实际使用中在线缆上常常发生的侧负载效应。
尽管上文结合图4描述的本发明的实施例提供了在耦合位置上的最小杂散磁场强度，然而因为北极和南极之间的对称的吸引，可能所述部分会被相反地或以不正确地方式磁性地耦合，例如，使北极80a、85a、95a和90a分别与南极95b、90b、85b和80b耦合。这种类型的配置将引起一系列问题，因为接触点将颠倒并且仪器将不能正常工作。防止这种问题的一种方式是对磁体80和85的极子进行取向，使得每个磁体的北极彼此对准，并且南极相似地被对准，换言之，磁体85将被旋转180度，从而南极85b与南极80b对准，并且相似地，磁体95将被旋转180度，从而南极96b与南极90b对准。在这种配置中，当每个磁体的北极和南极对准时，所述部分将具有其适当连接的接触点，从而它们被磁性地吸引。不恰当地耦合各部分的任何努力都将导致磁体80和90的极子之间和磁体85和95的极子之间的磁排斥。尽管这种配置将防止部分IOa和IOb的不正确的连接，但在去耦合位置中，在每个位置中将不再存在四极子。然而，当部分IOa和IOb耦合在一起时，磁体80和90、以及85和95之间的四极子关系分别将仍然存在，但将失去即使在各部分去耦合时在每个个体部分中具有四极子以及杂散磁干扰下降的优点。图5描述了避免不正确地耦合部分IOa和IOb的另一种方式，同时仍然保持图4中所示的四极子关系的益处。在图5中，按照图4中的描述布置磁体。然而，为了防止接触部的不正确连接(在图5中未示出)，部分IOa和IOb的顶部分别相对于这些部分的底部渐缩。通过这种方式，各部分是“键合的”，从而即使在磁性配置将允许不正确地耦合时，两部分也仅仅能够以一种方式物理地耦合。也可以使用像“跳格”或“凹口”等其他键合机构。
权利要求
1.一种磁性连接系统，其用于将诊断或治疗装置耦合到能拆卸的探头，其中，所述装置具有线缆，所述线缆具有耦合到所述装置的第一端，以及第二端，所述连接系统包括 第一连接器部分，其终结所述装置线缆的所述第二端； 第二连接器部分，其定位在所述探头之内或之上； 其中，所述第一和第二连接器部分包括被布置为四极子的至少两个磁体。
2.根据权利要求I所述的磁性连接系统，其中，所述第一连接器部分包括被布置为第一四极子的第一对磁体。
3.根据权利要求2所述的磁性连接系统，其中，所述第二连接器部分包括被布置为第二四极子的第二对磁体。
4.根据权利要求3所述的磁性连接系统，其中，所述第一和第二对磁体中的至少两个被布置成当所述第一和第二连接器部分被耦合在一起时形成至少一个额外的四极子。
5.根据权利要求I所述的磁性连接系统，其中，所述第一和第二连接器部分每个都包括至少一个接触部，并且其中，所述第一和第二连接器部分被磁性地配置，以使得所述接触部仅以预定的方式连接。
6.根据权利要求I所述的磁性连接系统，其中，所述第一和第二连接器部分每个都包括至少一个接触部，并且其中，所述第一和第二连接器部分被物理地配置，以使得所述接触部仅以预定的方式连接。
7.一种无线超声探头，其适于与线缆一起使用，其包括根据权利要求I所述的磁性连接系统，并且还包括 探头外壳，其包括所述连接系统的所述第一连接器部分； 阵列换能器，其位于所述外壳中； 采集电路，其位于所述外壳中并且耦合到所述阵列换能器； 位于所述外壳中的收发器，其用于将图像信息信号无线地发送至主机系统； 位于所述外壳中的电源电路，其用于为所述阵列换能器、所述采集电路和所述收发器提供供能电压； 能量存储装置，其位于所述外壳中并且耦合到所述电源电路； 耦合到所述线缆的线缆连接器，其包括所述连接的所述第二连接器部分。
8.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述线缆传送用于为所述能量存储装置充电的供能电势。
9.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述线缆将图像信息信号传送至主机系统，以供显示超声图像。
10.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述线缆将来自主机系统的控制信号传送至所述无线探头。
11.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述第一连接器部分至少部分位于所述外壳中，并且被保护性的覆盖物覆盖。
12.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述第一连接器部分还包括多个接触部，并且所述第二连接器部分包括第二多个接触部，并且其中，所述第一和第二多个接触部适于在所述第一连接器部分被耦合到所述第二连接器部分时分别配对。
13.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述第一连接器部分包括被布置为第一四极子的第一对磁体。
14.根据权利要求13所述的无线超声探头，其中，所述第二连接器部分包括被布置为第二四极子的第二对磁体。
15.根据权利要求14所述的无线超声探头，其中，所述第一和第二对磁体中的至少两个被布置成当所述第一和第二连接器部分被耦合在一起时形成至少一个额外的四极子。
16.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述第一和第二连接器部分每个都包括至少一个接触部，并且其中，所述第一和第二连接器部分被磁性地配置，以使得所述接触部仅以预定的方式连接。
17.根据权利要求7所述的无线超声探头，其中，所述第一和第二连接器部分每个都包括至少一个接触部，并且其中，所述第一和第二连接器部分被物理地配置，以使得所述接触部仅以预定的方式连接。
全文摘要
一种适于与无线超声探头一起使用的磁性连接系统，其利用多个磁体，以便于通过使所述装置上的杂散磁场效应最小化的方式，在所述探头和诊断或临床装置之间进行耦合。
文档编号H01R13/62GK102625966SQ201080038374
公开日2012年8月1日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月31日
发明者J·D·弗雷泽, T·C·布雷克比尔, T·F·诺格伦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司