用于针与压电聚合物传感器的连接器

相关申请信息

本申请要求于2014年4月11日提交的美国临时申请No.61/978,220的优先权，该申请的内容被通过引用全部结合到本文中。

技术领域

本公开涉及医疗器械，并且更具体地涉及一种用以将其上形成有超声波接收器的装置连接到成像系统的连接器装置或系统。

背景技术

在超声波成像中，由于针表面的将光束反射远离成像探头的镜面特性，导致针的可见度往往很差。为了减轻该问题，一些针制造商已经生产了带有特定回声涂层的针，但显影改进是有限的。超声波成像系统制造商已经研发出了使用来自变化角度的多个成像光束的算法，但改进是有限的并且这种策略主要仅适用于线性阵列。当垂直于成像平面插入针或针路径相对于成像平面具有小偏移量时，这两种策略均未提供帮助。

已被提出以使介入工具的末端(例如针)以及导管显影的一个解决方案是在该工具的末端附近添加超声波接收器。当成像光束略过视野时，来自传感器的信号表明光束与传感器有多么接近。该信息被用于以超过0.5mm的位置精度来计算相对于超声波图像的传感器位置，甚至是在针在该超声波图像中是不可见的状况下也是如此。传感器需要不妨碍该装置(例如，自动活检装置)的功能，也就是说，不阻塞住管腔，不妨碍机械结构等。

发明内容

根据本发明的原理，一种连接器包括用于连接到位于医疗装置上的传感器触头的内部导电体。绝缘体形成在该内部导电体上。外部导电体形成在该绝缘体的上方并且环绕该内部导电体，但与该内部导电体电气绝缘。该外部导电体用于在该内部导电体的相对两侧上、在位于医疗装置上的两个位置处进行接触。

另一连接器包括第一导电体，该第一导电体被构造成用以在其中接收具有圆形横截面的医疗器械。该第一导电体在第一电触头处以及在第二电触头处接触该医疗器械的外表面。该第一导电体形成空腔。第二导电体被放置在该空腔内并且在第三电触头处接触该医疗器械的外表面。该第三电触头被放置在第一电触头和第二电触头之间。绝缘材料被放置在该空腔中，介于第一导电体和第二导电体之间并且使第一导电体和第二导电体电气绝缘。同轴电缆具有中心导体和屏蔽，其中，该中心导体和该屏蔽各自连接到第一导电体和第二导电体中的一个。

又一连接器包括针，该针具有形成在该针上的超声波传感器。该传感器被通过电迹线连接到位于该针的套筒端部上的传感器触头。该电迹线具有形成在该迹线的上方的屏蔽。内部导电体连接到该传感器触头。绝缘体形成在该内部导电体上，并且外部导电体形成在该绝缘体的上方并环绕该内部导电体，但与该内部导电体电气绝缘。该外部导电体在该内部导电体的相对两侧上接触针和屏蔽。绝缘涂层形成在外部导电体的外表面上。同轴电缆具有中心导体和同轴屏蔽，其中，该中心导体连接到内部导电体并且该同轴屏蔽连接到外部导电体。

通过待结合附图阅读的对于本公开的说明性实施例作出的下列详细描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得明显。

附图说明

本公开将详细地呈现参照以下附图对优选实施例作出的下列描述，其中：

图1是示出了根据本发明的原理的其上形成有传感器并且在套筒(hub)端部上带有三个环形触头的针的透视图；

图2是示出了根据本发明的原理的其上形成或放置有内部导电体及外部导电体的图1的针的透视图；

图3是示出了根据本发明的原理的在内部导电体和外部导电体之间设置有绝缘材料的图2的针的透视图；

图4是示出了根据本发明的原理的在外部导电体上形成有绝缘材料的图3的针的透视图；

图5是示出了根据本发明的原理的具有同轴电缆的图4的针的透视图，该同轴电缆具有连接到内部导电体和外部导电体的部分；

图6是示出了根据本发明的原理的形成或放置在图1的针上的连接器的透视图，该连接器具有用于连接到电子器件的同轴电缆；

图7是示出了根据本发明的原理的放置在针上的蛤壳连接器(clamshell connector)的前视图，该蛤壳连接器包括用于固定蛤壳部分的铰链和卡扣件(clasp)；

图8是示出了根据本发明的原理的放置在针上的蛤壳连接器的前视图，该蛤壳连接器包括用于固定蛤壳部分的弹性或机械夹持件；以及

图9是示出了根据本发明的原理的放置在针上的蛤壳连接器的侧视图，该蛤壳连接器包括用于固定蛤壳部分的机械闭锁件或卡扣件。

具体实施方式

根据本发明的原理，提供了用于将针或其它装置连接到成像系统的装置、系统和方法，它们使关于一次性针侧的成本最小化并且允许用于一种非一次性的针连接装置。在一个特别有用的实施例中，在套筒端部(近侧端部)处，裸露的针表面、信号追踪环形电极和外部屏蔽(shield)形成三个圆形接触垫。公开了一种被构造成用以夹持到这三个圆形接触垫上的小型连接器。

该连接器的设计使关于一次性针的成本最小化并将该连接的较为昂贵的部分放置在附接到该针的可重复使用的夹持件上。能够使用增材制造技术来实施本实施例，该增材制造技术例如为保形的微分配系统或喷墨沉积技术。针或其它装置可包括针套筒端部处的一个或多个环形接触垫结构。这一个或多个环形接触垫结构提供了用于形成在针或其它装置上或与针或其它装置集成为一体的超声波接收器或其它部件的连接点。针或其它装置优选地提供了较低的一次性成本。专用的非一次性/可重复使用的连接器夹持或被模制到接触垫结构上。在一个实施例中，可重复使用的连接器具有打开位置和闭合位置。在打开位置中，针可以被定位在该连接器内。在闭合位置中，一组接触电极压靠在针接触垫上，并且针通过该连接器的夹持机构被牢固地保持在适当位置中。

应该理解的是，将在医疗器械方面描述本发明；然而，本发明的教导是广泛得多的并且适用于将器械与多个连接点相连的任何连接器。在一些实施例中，本发明的原理被用在到医疗器械或其它生物或机械系统的低轮廓连接中。特别地，本发明的原理适用于在生物系统的体内追踪术中使用的设备并且适用于在身体的各个区域(例如肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中进行的手术。附图中描绘的元件可以在硬件和软件的多种组合中实施，并且提供了可被结合在单个元件或多个元件中的功能。

此外，本文中详述本发明的原理、方面和实施例及其具体示例的所有声明均旨在涵盖其结构和功能的等效方案。此外，意图是这种等效方案包括当前已知的等效方案及未来研发的等效方案(即，无论结构如何，实施相同功能的所研发的任何元件)。由此，例如，所属领域技术人员将了解到的是，本文中所呈现的结构图表示对于采用本发明的原理的说明性的系统部件和/或电路的方案视图。同样，将会了解到的是，任何流程图、作业图等表示可被大致呈现在计算机可读存储介质中并且由此由计算机或处理器执行的多种过程，无论这种计算机或处理器是否被明确地示出均是如此。

同样将明白的是，当将诸如层、区域或材料之类的元件被称之为位于另一元件“上”或“上方”时，它可直接位于其它元件上或者也可存在居间元件。相反，当元件被称之为“直接”位于另一元件“上”或“上方”时，则不存在居间元件。同样将了解的是，当元件被称之为被“连接”或“联接”到另一元件时，它可以被直接地连接或联接到另一元件或者可存在居间元件。相反，当元件被称之为被“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在居间元件。

在本专利说明书中参照本发明原理的“一个实施例”或“一种实施例”及其别的变型进行的说明意味着，结合该实施例描述的具体特征、结构、特性等均被包括在本发明原理的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在一种实施例中”及在整个专利说明书的多个位置中出现的任何其它变型并非必需指代同一实施例。

应该了解到的是，下列“/”、“和/或”以及“中的至少一个”中的任一种的使用(例如，在“A/B”、“A和B”以及“A和B中的至少一个”的情况下)旨在涵盖仅对于第一所列选项(A)的选择，或仅对于第二所列选项(B)的选择，或对于两个选项(A和B)的选择。作为另一示例，在“A、B和/或C”以及“A、B和C中的至少一个”的情况下，这种用语旨在涵盖仅对于第一所列选项(A)的选择，或仅对于第二所列选项(B)的选择，或对于仅第三所列选项(C)的选择，或仅对于第一和第二所列选项(A和B)的选择，或仅对于第一和第三所列选项(A和C)的选择，或仅对于第二和第三所列选项(B和C)的选择，或对于所有的三个选项(A和B和C)的选择。如所属领域及相关领域技术人员容易明白的那样，这可被扩展到所列出的一样多的项目。

现在参考附图，其中相同的标记表示相同或相似的元件，并且一开始参考图1，一种带有集成环形传感器10的针12具有环形的接触区域，这些接触区域包括针12的屏蔽22、套筒触头24及近侧端部。针12优选地包括一种诸如不锈钢之类的金属，尽管可以采用其它在外科手术方面互补排斥的材料。绝缘体14被沉积或印制在针12上。绝缘体14可包括粘附到针12的任何合适的介电材料。绝缘体14被沉积在针12上，而并不覆盖住末端区域处的小区段。针12的该小区段涂覆有压电共聚物(未示出)。金属针12在该说明性实施例中用作底部电极。在一个实施例中，该共聚物包括P(VDF-TrFE)环，尽管可以采用其它合适的材料。施加顶部电极16和被连接到该顶部电极16的信号迹线18。顶部电极16形成在共聚物的上方，并且该迹线形成在绝缘体14的一部分的上方。顶部电极16和迹线18可被使用导电油墨印制而成。也可以使用其它工艺，例如，掩蔽的气相沉积或气相沉积和蚀刻。顶部电极16和迹线18可具有小于1微米到几微米的厚度。

另一绝缘体20形成在迹线18和绝缘体层14的上方。可通过从针12的近侧端浸渍涂覆来生产该绝缘体20。绝缘体20被沉积或印制在该针12上。该绝缘体20可包括粘附到下层材料的任何合适的介电材料。绝缘体14、20可以均为约25-50微米厚，尽管可以采用其它的厚度。

在绝缘体20的上方施加导电屏蔽22。可通过在导电油墨中进行气相沉积或浸渍涂覆来生产该导电屏蔽20。需要注意的是，并不覆盖住该末端(针12的远侧端部)。针12和外部屏蔽22将被联接在一起，这是由于它们形成从动屏蔽。为了使顶部电极16与周围环境电气绝缘并且确保生物相容性，整个针可以被覆盖有例如聚对二甲苯或其它外部介电材料(未示出)。如果聚对二甲苯涂层(外部电介质)是极薄的，则可存在从顶部电极16到本体(其中将插入针12)以及从该本体到外部屏蔽22的电容耦合。在导电体的情况下，这可在传感器10上形成分流路径并由此形成低通滤波器。需要注意的是，截止频率明显高于所关心的超声波频率。作为选择，外部电介质和外部屏蔽22可被制成为在该末端的上方通过，从而使顶部电极16绝缘(但可能使灵敏度略微降级，这是因为声波必须通过它)。通过适当地选择声学特性和厚度，外部电介质可用作声匹配层。

对于介电层(例如绝缘体14、20和外部电介质)而言，有利的是选择一种介电常数相对低的材料，例如，聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、诸如聚氨酯之类的其它塑料/聚合物。也可以采用其它材料。

套筒触头24可形成有屏蔽22。套筒触头24经由迹线18连接到顶部电极16。狭窄的迹线18使传感器10的电容性负载最小化。细的互连迹线18同样被相对于带状线构造屏蔽住，以便对于低电容进行优化。传感器10可能对于注入噪声是更为敏感的，这是由于与组织电接触(当填充有液体或探针时)的针12为该互连的一部分。

顶部电极16的接触垫24形成在套筒端(近侧端部)处并提供了较低的一次性的低成本的连接性。可以提供专用电子器件以降低由于该互连的电容性负载而导致的信号损失。

本发明的原理可以被扩展到位于同一针上的多个传感器。这允许确定针的取向以及同样确定针末端的位置，而无需将传感器放置成非常接近该末端。基于来自多个传感器的信号计算该末端位置应该同样提高测量精度并且在该测量中提供了对于置信度的指示。代价是略微更复杂的制造过程和由多个传感器的额外电容性负载所导致的信号的些微损失。

对于本示例，针12在被直接沉积到针12上的套筒端部(近侧端部)处具有环形的接触垫22、24、12。针12用作用于传感器10的信号引线。在套筒端处，裸露的针12形成一个触头。介电层14使信号迹线18与针表面绝缘。接触垫24形成连接到细的信号迹线18(其也连接到顶部电极16)的电极。外部绝缘层20将信号迹线18和外部屏蔽22分离开。

参考图2，示出了根据一个说明性实施例的连接器30。该连接器30包括两个导电部分32和34。导电部分32和34可由导电聚合物形成，该导电聚合物例如为导电硅树脂，例如可在市场上从Specialty Silicone Products,Inc.(sspinc.com)购买到的ssp550-45。连接器30被示出为是分半的(split-half)以使连接器30的内部是可见的。部分32和34的导电聚合物结构连接到环形电极12、24和22。针套筒12和外部屏蔽22在该实施例中需要被彼此电连接。这是用于形成从套筒连接到传感器的类似于带状线的连接件。部分32在外部屏蔽22和针12之间进行连接，并且同时完全遮蔽住部分34的内部导电聚合物。部分34连接到该信号追踪电极或接触垫24。部分34在所有尺寸中均通过孔隙、空腔或空间36而与部分32分离开。

参考图3，空间36被填充有电气绝缘材料40。导电聚合物32、34被通过电气绝缘材料40保持在一起。绝缘材料40可包括例如聚丙烯、聚亚安酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯或其它介电材料。

参考图4，连接器30可包括外部绝缘层42。外部绝缘层42被添加到连接器30。外部绝缘层42可采用任何合适的介电材料，例如聚对二甲苯、聚氨酯等。

参考图5，同轴电缆44附接到连接器30。电缆44的中心导体46被连接到部分34的内部导电聚合物，并且同轴屏蔽48被连接到部分32的外部导电聚合物。同轴电缆44可被通过焊接、导电粘合剂附接，或者被简单地以机械的方式保持在连接器30的剖开区段之间(例如，处于蛤壳布置中)。

参考图6，说明性地示出了一种完整的连接器30。在一个实施例中，连接器30可通过在该第一分半结构(蛤壳构造)上施加另一分半结构来完成。可通过将其上带有传感器10的针12放置在两个连接器半件之间来实施该蛤壳构造。连接器30的上半部无需附接于其的同轴电缆44，这是由于该同轴电缆可被卡扣在这两个半部之间。上半部需要屏蔽的导电聚合物(32)以使该屏蔽的效能最大化。

在另一实施例中，了例如通过成型工艺来制造用于连接器30的结构。该成型工艺可以通过形成内部导电聚合物(34)、内部绝缘体(40)、外部导电聚合物(32)和被模制到同轴电缆44上的外部绝缘体42而相继地构建该连接器30。

参考图7，前视图示出了一种连接器30，该连接器30具有闭合的蛤壳部分102和104以及从页面出来的针12。连接器30的蛤壳部分102、104之间的剖分可被制成为包括除了半部之外的部分(例如，一个扇区是270度而另一个是90度等)。可以采用任意数量的方法以将两个蛤壳102、104一起固定或按压到针14上。在一个实施例中，磁体110可被设置在蛤壳102、104内，使得当被围绕针12放置时，它们彼此吸引。在另一实施例中，可采用铰链106和卡扣、闭合或固定机构108，使得这两个蛤壳102、104在铰链106处相对于彼此旋转，并且在闭合机构108处卡扣装配在一起。在一个实施例中，闭合机构108可与磁体110合作或磁体可代替闭合机构108用于固定蛤壳102、104。

参考图8，另一前视图示出了连接器30，该连接器30带有闭合的蛤壳部分102和104以及从页面出来的针12。连接器30的蛤壳部分之间的剖分可被制成为包括除了半部之外的部分(例如，一个扇区为270度而另一个为90度等)。说明性地描绘了用于将这两个蛤壳102、104一起固定到针14上的其它装置。固定构件120可装配在连接器30的一侧或两侧上或其周围，以便将这两个蛤壳102、104固定在一起。该构件120可包括可伸缩的弹性衬套、弹性带、弹力绳等。在一个实施例中，可伸缩的带或绳可缠绕在连接器30的周围并粘附到其本身(如同自粘膜或自粘附的弹性绷带等)或者粘附到连接器30的外表面。在另一实施例中，制动件122(例如，销、长钉、钩等)可被用于保持该构件120。在一个实施例中，该构件120可以是可伸缩的并且包括用于将其固定在连接器30上的钩环部分。构件120可包括刚性夹持件或其它机构以固定该连接器30的这多个部分。

参考图9，在其它实施例中，卡扣件108可包括自锁定的剪刀型结构130，该结构130包括通过偏压构件134而被偏置在一起的活动构件132。随着来自一个蛤壳部分104的制动件136在构件132之间移动，这些构件在箭头“A”的方向中移动分离并且恢复以将蛤壳102、104部分固定在一起。同样设想到了其它机构。

再次参考图5，在套筒端处，裸露的针表面12、信号追踪环形电极24和外部屏蔽22形成该连接器30可以夹持到其上的三个圆形接触垫。该设计使得关于一次性针的连接器成本最小化并将连接的较为昂贵的部分放置在将会连接到针和其它触头的可重复使用的夹持件上。可以使用增材制造技术来实施这些实施例，这些增材制造技术例如为保形的微分配系统或喷墨沉积技术。

一种使用该连接器30形成的等效电路可包括形成分压器电路的传感器电容和互连电容(连接到针的连接件)。寄生电缆电容对性能具有显著的影响。作为传感器10上的电阻负载，联接到同轴电缆44的放大器的足够高的输入电阻同样是重要的并且将形成高通滤波器。在该示例中，30千欧姆的放大器电阻会导致约2.5MHz的-3dB截止频率。

存在一些电子策略以降低寄生电容对性能的影响。一种这样的技术被称之为“从动屏蔽”。该方法中的关键因素是通过使环绕承载有所关注的信号的导线的电场最小化来减少来自该导线的寄生电流。这采用了该互连中的总共三个导体：接地、信号线及环绕该信号线的屏蔽。对该信号线上的电压进行测量并且利用反复再现该电压来驱动该屏蔽。即使该信号线相对于该屏蔽具有寄生电容，由于在该寄生电容上不存在电压变化，因此也不存在流动的寄生电流。地线由放大器电源保持处于稳定电压并且不由该传感器驱动，由此其相对于其它结构的寄生电容并不具有有害影响。另一种技术包括使用电容消除放大器(CCA)。为了减少外部噪声注入，可使用平衡放大器。这涉及一种具有两个信号迹线的传感器，这两个信号迹线既与外部屏蔽绝缘，又与针绝缘，并且被屏蔽结构所环绕。

已经就针并且更为具体地就活检针描述了本发明的原理。然而，本发明的原理可以应用到需要压电传感器(接收器)、发射器或变换器的任何器械。这种装置可包括导管、导丝、内窥镜、可植入装置等。本发明的原理可提供成本相对低的可重复使用的连接器装置以与一种被保形地施加到外表面的内置传感器连接。为了保持产品成本低，所使用的材料需要是低成本的并且制造工艺应在大体积的情况下是高度自动化的，以避免劳动力和设备成本。根据本发明原理的装置提供了一种被保形地形成并放置在医疗装置或器械上的低形状因素。在特别有用的实施例中，本发明的原理被用于超声波引导针介入术，例如，射频消融术、肝活检术、神经阻滞术、血管入径术、脓肿引流术等。

在解释所附权利要求时，应该理解的是：

a)词语“包括”并不排除除在给定权利要求中所列出的那些元件或动作之外的其它元件或动作的存在；

b)在元件前面的词语“一个”或“一种”并不排除多个这种元件的存在；

c)权利要求中的任何附图标记均不限制它们的范围；

d)几种“设备”可由相同物品或硬件或软件实施的结构或功能来表示；以及

e)除非特别指出，意在不要求特定的动作序列。

尽管已经描述了用于针与压电聚合物传感器的连接器的优选实施例(其意在是说明性的而非限制性的)，但需要指出的是，所属领域技术人员可以根据上述教导作出修改和变化。因此将会理解的是，可以在所公开的本公开的具体实施例中作出改变，这些改变处于本文中所公开的实施例的如由所附权利要求所概述的范围内。尽管由此已经描述了由专利法所要求的细节和特殊性，但在所附权利要求中阐明了所主张的并且意在受到专利许可证保护的内容。