CN215534800U - 一种n阶变幅杆及包含其的泌尿系统超声碎石设备 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供一种N阶变幅杆，所述变幅杆具有一输出端和一输入端，所述输出端与泌尿系统超声碎石探针连接，所述变幅杆沿着轴线长度可分为N+1部分；所述N+1部分各自具有一输出端面和一输入端面，沿着所述输出端至所述输入端，各部分输出端面的面积依次增大，且相邻部分的输出端面的面积大于输入端面的面积；所述N+1部分中至少一部分为非圆柱体；其中，所述N为≥2的整数。本公开内容有助于实现如下效果之一：有效增大换能器的振幅；有效降低了超声波换能器的发热量提高耐热性；延长换能器的使用寿命，兼顾超声碎石设备的增益和稳定性。

Description

一种N阶变幅杆及包含其的泌尿系统超声碎石设备

技术领域

本公开内容涉及一种变幅杆及包含其的超声碎石设备，更具体而言，涉及一种变幅杆及包含其的泌尿系统超声碎石设备。

背景技术

超声换能器是一种将电磁能转化为机械能(声能)的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成。超声换能器的内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统。当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，进而对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射超声波。

超声波变幅杆是配合超声波换能器以改变超声波振动幅度的部件。其可以增大换能器的振幅、提高耐热性，延长换能器的使用寿命。超声波换能器通过安装变幅杆能有效降低超声波换能器的发热量。超声换能器和变幅杆常常应用于外科超声仪器系统中。示例性的如超声碎石设备、超声刀等等。

本领域技术人员尝试将超声波碎石技术用于输尿管碎石，由于局限于输尿管的尺寸，本领域技术人员通常选择频率约为25KHz、直径约为1.5mm、工作时的振幅为30μm～100μm的探针来进行输尿管的超声碎石，现有的超声碎石设备的超声能量高、探针振幅大、探针直径大的特点，容易造成输尿管侧壁损伤、折损率高等等技术问题的存在。

基于此，实用新型人在输尿管碎石中设计出一种高效的高频超声碎石设备，突破本领域中频率选择上的思维定式，极大提高了对输尿管中的结石进行碎石处理的成功率。

为进一步提高所述高频超声碎石设备的性能，充分考虑输尿管的结构特性，希冀所述超声碎石设备在工作过程中产生的热量尽可能低。为了实现上述目的，有必要增加超声碎石设备的增益。但是，太大的增益会降低系统的稳定性。为此，在不牺牲稳定性情况下提高超声碎石设备增益是期望的。

本公开内容针对上述技术问题，提供了一种用于超声碎石设备的变幅杆，着重对结构和参数进行了设计改进，极好的兼顾了超声碎石设备的增益和稳定性。

实用新型内容

在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开内容的一方面提供一种N阶变幅杆，所述变幅杆具有一输出端和一输入端，所述输出端与泌尿系统超声碎石探针连接，所述变幅杆沿着轴线长度可分为N+1部分；所述N+1部分各自具有一输出端面和一输入端面，沿着所述输出端至所述输入端，各部分输出端面的面积依次增大，且相邻部分的输出端面的面积大于输入端面的面积；所述N+1部分中至少一部分为非圆柱体；其中，所述N为≥2的整数。

进一步的，所述非圆柱体部分中，在该部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有至少一横截面面积既小于该部分输入端面面积又小于该部分输出端面面积的区域。

进一步的，所述非圆柱体部分中，在该部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有至少一横截面面积既大于该部分输入端面面积又大于该部分输出端面面积的区域。

进一步的，所述N+1部分的各部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内的截面皆为圆形，且各部分中具有的最小直径的圆形截面面积由变幅杆的所述输出端至所述输入端依次增大。

进一步的，所述N+1部分中距离所述输出端最近的所述部分的最小直径为3-8mm，且相邻两部分的各自输出端面的直径差值为1-5mm。

进一步的，所述非圆柱体部分中的所述输入端面面积等于所述输出端面面积；或者所述输出端面面积小于所述输入端面面积。

进一步的，所述N+1部分既包括圆柱体又包括非圆柱体，其中所述非圆柱体部分选自葫芦体或沙漏体，各部分组合成复合形状的所述变幅杆。

进一步的，所述N+1部分中至少有两部分的长度相等，且N阶变幅杆的总长度不大于100mm。

进一步的，所述N+1部分中从所述输出端至所述输入端方向顺次连接的第一部分和第二部分长度相等。

根据本公开内容的一方面提供一种泌尿系统超声碎石设备，所述超声碎石设备具有如前所述的N阶变幅杆。

本公开内容的方案至少能有助于实现如下效果之一：其可以有效增大换能器的振幅，有效降低了超声波换能器的发热量提高耐热性，延长换能器的使用寿命，极好的兼顾了超声碎石设备的增益和稳定性。

附图说明

参照附图下面说明本公开内容的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开内容的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开内容的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1-3示出了根据第一实施方案的的示意图；

图4示出了根据第二实施方案的示意图；

图5示出了根据第三实施方案的示意图；

图6-7示出了根据第四实施方案的示意图；

图8示出了根据第五实施方案的示意图；

图9示出了根据第六实施方案的示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本公开内容的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本公开内容的过程中可以做出很多特定于本公开内容的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本公开内容的不同而有所改变。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开内容并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本文中，在可行的情况下，特征可替换或借用、以及可省略一个或多个特征。

第一实施方案

如图1-2所示，本公开内容的变幅杆可以是二阶变幅杆。所述二阶变幅杆3设置在换能器2内，具有输出A和输入端B，所述输出端A可与泌尿系统超声碎石探针1连接。所述二阶变幅杆沿着轴线方向的总轴向长度L不大于100mm。示例性的，所述总轴向长度L设置为约40-60mm，其长度可分为第一、第二和第三部分，其中第一部分L1的长度设置为约10-15mm，第二部分L2的长度设置为10-15mm第三部分L3的长度设置为20-30mm。所述第一部分和第二部分的长度可相等或不等。

进一步的，如图3所示，所述二阶变幅杆第一、第二和第三部分设置成外周面向着其中心轴线内凹的曲面形(即沙漏体)。

所述第一至第三部分各自具有对应的输出端面和输入端面，所述输出端面和输入端面的面积可相等或不等。沿着所述输出端至所述输入端，各部分输出端面的面积依次增大，相邻部分间各自输出端面的直径差值为1-5mm。也就是说第二部分输出端面的面积大于第一部分输出端面的面积，但小于第三部分输出端面的面积。相邻部分的输出端面的面积大于输入端面的面积。也就是说所述第二部分的输出端面的面积大于第一部分输入端面的面积。所述第三部分输出端面的面积大于第二部分输入端面的面积。

其中所述各部分的截面皆为圆形，所述各部分沿着各自的所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有所述连续区间内横截面积最小的区间。各部分中横截面积最小的区间沿着变幅杆的所述输出端至所述输入端依次增大。也就是说所述第二部分中横截面积最小的区间小于所述第三部分中横截面积最小的区间，但大于所述第一部分中横截面积最小的区间。

示例性的，所述第一部分中最小截面的直径d11可设置为3-8mm，最优为6mm，所述第二部分中最小截面的直径d21可设置为约4-13mm，最优为10mm，所述第三部分中最小截面的直径d31可设置为约5-18mm，最优为12mm。

对所述二阶变幅杆的结构及其参数进行优化后，将使得所述改进后的二阶变幅杆相较于各部分为圆柱体的二阶变幅杆，超声频率衰减更小，其将具有更大的超声振动频率，因此在变幅过程中有效降低了变幅杆振幅的波动性，使输出端的振幅更稳定、更精确；而且相较于现有的一阶变幅杆，所述二阶变幅杆能具有更大的变幅系数，即便所述换能器的压电陶瓷具有较小的振幅，其也能输出较大的振幅。

第二实施方案

图4示出本公开的第二实施方案。第二实施方案与第一实施方案不同在于将所述二阶变幅杆的第一、第二和第三部分设置成葫芦体。

也就是说，将所述二阶变幅杆的第一部分至第三部分由沙漏体改进为葫芦体，其中所述第一至第三部分中各自具有相应的输入端面和输出输入端面，其中所述输出端面和所述输入端面的面积大小可相同，所述第一至第三部分的每一部分中各自还具有第一横截面和第二横截面，所述第一横截面的面积小于所述输入和输出输入端面的面积，所述第二横截面的面积大于所述输入和输出端面的面积。

可替代的，所述输出端面的面积小于所述输入端面的面积，所述第一横截面的面积小于所述输出端面的面积，所述第二横截面的面积大于所述输入端面的面积。

以输出端面的面积小于输入端面的面积为例进行详细说明。也就是说如图4所示，其中d11是第一部分中所述第一横截面的面积，d1q是所示第一部分中所述输出端面面积，d12是第一部分中所述第二横截面的面积，d1z是所示第一部分中所述输入端面面积。在所述二阶变幅杆的第一部分中所述d11＜d1q＜d1z<d12。其中d21是第二部分中所述第一横截面的面积，d2q是所述第二部分中所述输出端面的面积，d22是第二部分中所述第二横截面的面积，d2z是所述第二部分中所述输入端面面积。在所述二阶变幅杆的第二部分中将所述d21＜d2q＜d2z<d22。其中d31是第三部分中所述第一横截面的面积，d3q是所述第三部分中所述输出端面的面积，d32是第三部分中所述第二横截面的面积，d3z是所述第二部分中所述输入端面面积。在所述二阶变幅杆的第三部分中所述d31＜d3q＜d3z<d32。

上述葫芦体的二阶变幅杆相较于各部分为圆柱体的二阶变幅杆，变幅系数略有降低，但在超声频率衰减以及振幅稳定性上具有特别明显的优势。

第三实施方案

图5示出本公开的第三实施方案。第三实施方案与第一/第二实施方案不同在于将所述二阶变幅杆的第一、第二和第三部分设置成复合形状的组合。例如将所述第一、第二和第三部分的形状选自所述圆柱体、葫芦体或沙漏体，只要其中至少一部分与其他两部分的形状不同即可。

示例性的，将所述第二部分设置为圆柱体，所述第一部分设置成葫芦体，所述第三部分设置成沙漏体。

示例性的，所述第一部分和第三部分设置成圆柱体，所述第二部分设置成外周面向着其中心轴线L内凹的曲面形(即沙漏体)。

示例性的，将所述第二部分和第三部分设置成圆柱体，所述第一部分设置成外周面向着其中心轴线L内凹的曲面形(即沙漏体)；

可理解的，所述具有复合形状的二阶变幅杆在变幅系数以及超声频率衰减方面都更均衡。

第四实施方案

如图6-8所示，本公开的变幅杆可以是如图6中所示的三阶变幅杆。所述三阶变幅杆2’的总轴向长度L不大于100mm，示例性的，所述总轴向长度L设置为约50-70mm，优选设置为约60mm，所述三阶阶变幅杆沿着轴线长度可分为第一部分L1、第二部分L2、第三部分L3和第四部分L4。其中第一部分至第四部分可以是等均长度的设置。

进一步的，所述三阶变幅杆第一至第四部分的设置成外周面向着其中心轴线L内凹的曲面形(即沙漏体)。

所述第一至第四部分各自具有对应的输出端面和输入端面，所述输出端面和输入端面的面积可相等或不等。沿着所述输出端至所述输入端，各部分输出端面的面积依次增大，相邻部分间各自输出端面的直径差值为1-5mm。也就是说第一部分输出端面的面积小于第二部分输出端面的面积，第二部分输出端面的面积小于第三部分输出端面的面积，第三部分的输出端面的面积小于第四部分输出端面的面积。相邻部分的输出端面的面积大于输入端面的面积。也就是说所述第二部分的输出端面的面积大于第一部分输入端面的面积；所述第三部分输出端面的面积大于第二部分输入端面的面积；所述第四部分输出端面的面积大于第三部分输入端面的面积。

其中所述各部分的截面皆为圆形，所述各部分沿着各自的所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有所述连续区间内横截面积最小的区间。各部分中横截面积最小的区间沿着变幅杆的所述输出端至所述输入端依次增大。也就是说所述第三部分中横截面积最小的区间小于所述第四部分中横截面积最小的区间，所述第二部分中横截面积最小的区间小于所述第三部分横截面积最小的区间，所述第一部分中横截面积最小的区间小于所述第二部分横截面积最小的区间。

示例性的，其中所述第一部分中的最小直径d11可设置为3-8mm最优约为8mm，所述第二部分中最小直径d21可设置为约4-13mm，最优约为10mm，所述第三部分中最小直径d31可设置为5-18mm，最优约为12mm，所述第四部分中最小直径d41可设置为6-23mm，最优约为14mm。

对所述三阶变幅杆的结构及其参数进行优化后，将使得所述改进后的三阶变幅杆相较于各部分为圆柱体的三阶变幅杆，超声频率衰减更小，其将具有更大的超声振动频率，因此在变幅过程中有效降低了变幅杆振幅的波动性，使输出端的振幅更稳定、更精确；而且相较于现有的一阶变幅杆，所述三阶变幅杆能具有更大的变幅系数，即便所述换能器的压电陶瓷具有较小的振幅，其也能输出较大的振幅，提高碎石速度、缩短碎石时间，在提升握持舒适度的同时，降低了超声探针的折损率。

第五实施方案

图8示出本公开的第五实施方案。第五实施方案与第四实施方案不同在于将所述三阶变幅杆的第一至第四部分设置成葫芦体。所述第一至第四部分的每一部分中各自具有相对的输出端面和输入端面。

示例性的，其中第一和输入端面的面积大小相同，所述第一至第四部分的每一部分中各自还具有第一横截面和第二横截面，所述第一横截面的面积小于所述第一和输入端面的面积，所述第二横截面的面积大于所述第一和输入端面的面积。

可替代的，所述输出端面的面积小于所述输入端面的面积，所述第一横截面的面积小于所述输出端面的面积，所述第二横截面的面积大于所述输入端面的面积。

以输出和输入端面的面积大小相同为例进行详细说明。也就是说如图8所示，其中d11是第一部分中所述第一横截面的面积，d1是所示第一部分中所述输出端面和输入端面的面积，d12是第一部分中所述第二横截面的面积。在所述三阶变幅杆的第一部分中将所述d11＜d1＜d12。其中d21是第二部分中所述第一横截面的面积，d2是所述第二部分中所述输出端面和输入端面的面积，d22是第二部分中所述第二横截面的面积。在所述三阶变幅杆的第二部分中将所述d21＜d2＜d22。其中d31是第三部分中所述第一横截面的面积，d3是所述第三部分中所述输出端面和输入端面的面积，d32是第三部分中所述第二横截面的面积。在所述三阶变幅杆的第三部分中将所述d31＜d3＜d32。其中d41是第四部分中所述第一横截面的面积，d4是所述第四部分中所述输出端面和输入端面的面积，d42是第四部分中所述第二横截面的面积。在所述三阶变幅杆的第四部分中将所述d41＜d4＜d42。

上述葫芦体的三阶变幅杆相较于各部分为圆柱体的三阶变幅杆，变幅系数略有降低，但在超声频率衰减以及振幅稳定性上具有特别明显的优势。

第六实施方案

此外，可以理解的是，所述三阶变幅杆，还可以对所述三阶变幅杆的第一部分至第四部分的形状进行改进，将所述第一部分至第四部分在所述圆柱体、葫芦体和沙漏体中进行任意的选择及组合，只要其中一部分于其他两部分的形状不同即可。所述设置可以让所述三阶变幅杆既具有较佳的变幅系数，又具有较低的超声衰减，同时还具有稳定的振幅输出。

示例性的，如图9所示，所述第一部分为葫芦体，所述第二和第四部分为圆柱体，所述第三部分为沙漏体。

以上结合具体的设备结果和参数对本公开内容进行了详细描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本公开内容的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本公开内容的精神和原理对本公开内容做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本公开内容的范围内。

Claims (10)

1.一种N阶变幅杆，所述变幅杆具有一输出端和一输入端，所述输出端与泌尿系统超声碎石探针连接，其特征在于：

所述变幅杆沿着轴线长度可分为N+1部分；

所述N+1部分各自具有一输出端面和一输入端面，沿着所述输出端至所述输入端，各部分输出端面的面积依次增大，且相邻部分的输出端面的面积大于输入端面的面积；

所述N+1部分中至少一部分为非圆柱体；

其中，所述N为≥2的整数。

2.如权利要求1所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述非圆柱体部分中，在该部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有至少一横截面面积既小于该部分输入端面面积又小于该部分输出端面面积的区域。

3.如权利要求2所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述非圆柱体部分中，在该部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内具有至少一横截面面积既大于该部分输入端面面积又大于该部分输出端面面积的区域。

4.如权利要求3所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述N+1部分的各部分由所述输入端面至所述输出端面延伸的连续区间内的截面皆为圆形，且各部分中具有的最小直径的圆形截面面积由变幅杆的所述输出端至所述输入端依次增大。

5.如权利要求1-4任一项所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述N+1部分中距离所述输出端最近的所述部分的最小直径为3-8mm，且相邻两部分的各自输出端面的直径差值为1-5mm。

6.如权利要求1-4任一项所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述非圆柱体部分中的所述输入端面面积等于所述输出端面面积；或者所述输出端面面积小于所述输入端面面积。

7.如权利要求1-4任一项所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述N+1部分既包括圆柱体又包括非圆柱体，其中所述非圆柱体部分选自葫芦体或沙漏体，各部分组合成复合形状的所述变幅杆。

8.如权利要求1-4任一项所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述N+1部分中至少有两部分的长度相等，且N阶变幅杆的总长度不大于100mm。

9.如权利要求8所述的N阶变幅杆，其特征在于：所述N+1部分中从所述输出端至所述输入端方向顺次连接的第一部分和第二部分长度相等。

10.一种泌尿系统超声碎石设备，其特征在于：所述超声碎石设备具有如权利要求1-9中所述的N阶变幅杆。

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