專(zhuān)利名稱(chēng)：基于后端掃描的三維超聲圖像的數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三維超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維超聲圖像的數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的B型超聲成像系統(tǒng)所提供的是人體某一斷面的二維圖像，醫(yī)生必須根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)多幅二維圖像在大腦中進(jìn)行合成以理解其三維解剖結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的二維超聲成像相比，三維超聲成像具有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的三維超聲成像基礎(chǔ)是基于二維超聲探頭的掃描數(shù)據(jù)然后通過(guò)重建算法而得到。扇掃和平掃是使用最為頻繁的掃描方式，但傳統(tǒng)的扇掃和平掃具有不可避免的缺陷因肋骨的影響無(wú)法掃描胸部臟器的解剖結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)胸部臟器的三維超聲圖像，當(dāng)前提出了一種基于前端固定后端掃描的掃描模式，在此模式下，二維超聲探頭頂端固定在人體兩條肋骨之間，探頭擺動(dòng)一定角度，在此角度下，完成二維超聲數(shù)據(jù)的采集。此種掃描模式成功避免了人體肋骨的影響，但掃描裝置有冗雜沉重，操作復(fù)雜，掃描角度小，精度不夠高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于后端掃描的三維超聲圖像的數(shù)據(jù)采集裝置，采用二維超聲探頭前端保持固定后端進(jìn)行擺動(dòng)的機(jī)械裝置，避免先前裝置的冗雜、精度不夠、掃描角度小等缺陷，提高了掃描的精度和三維成像的質(zhì)量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體實(shí)施方案如下—種基于后端掃描的三維超聲圖像的數(shù)據(jù)采集裝置，包括支架，包括兩塊對(duì)置平行放置的側(cè)面支撐板，該兩側(cè)面支撐板同向的一端通過(guò)固定連接板連接形成一體，其中，該側(cè)面支撐板由相互垂直的連接段和安裝段兩部分組成，整體呈“T”型；探頭夾，可擺動(dòng)地設(shè)置在兩側(cè)面支撐板之間的空間中，該探頭夾中安裝有探頭；兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，分別設(shè)置在兩側(cè)面支撐板外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)所述探頭夾在支架內(nèi)擺動(dòng)；其特征在于，還包括擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)所述探頭夾以探頭頂端的超聲波發(fā)射面為頂點(diǎn)作扇形掃描運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行超聲數(shù)據(jù)的采集。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)為兩組，分別設(shè)置在各側(cè)面支撐板與探頭夾端面之間，其包括與支架固定連接的弧形導(dǎo)航軌道、與探頭夾固定連接的弧形齒輪軌道以及與該弧形齒輪軌道嚙合的主動(dòng)齒輪，其中，所述探頭夾與側(cè)面支撐板連接的端面上開(kāi)設(shè)有凹槽，所述弧形導(dǎo)航軌道和弧形齒輪軌道布置在該凹槽中，所述電機(jī)的輸出軸穿過(guò)側(cè)面支撐板和所述弧形導(dǎo)航軌道后，其末端設(shè)置所述主動(dòng)齒輪，以與所述弧形齒輪軌道嚙合。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述弧形齒輪軌道上表面上的任一點(diǎn)到二維超聲探頭頂端所在的、與探頭中軸線垂直的平面的距離，等于該弧形齒輪軌道的半徑。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述側(cè)面支撐板的連接段為長(zhǎng)條形，其一端與固定連接板固定連接，另一端與安裝段連接，所述安裝段為呈矩形，其中部開(kāi)有中心孔，用于步進(jìn)電機(jī)輸出軸穿過(guò)，其外周開(kāi)有多個(gè)安裝孔，用于固定安裝電機(jī)以及弧形導(dǎo)航軌道。作為本發(fā)明的改進(jìn)，該裝置還包括手柄，其固定設(shè)置在所述固定連接板上。本發(fā)明的扇形掃描方式，即二維超聲探頭前端保持不動(dòng)，固定在人體需要掃描的某一部位，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，二維超聲探頭做前端固定的運(yùn)動(dòng)模式，可成功掃描人體肋骨下的臟器，采集數(shù)據(jù)并在相應(yīng)軟件作用下實(shí)現(xiàn)三維重建。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)二維超聲探頭前端固定的掃描模式，需保證二維超聲探頭以前端頂點(diǎn)為圓心，做往回?cái)[動(dòng)。二維超聲探頭由探頭夾夾緊，所夾位置剛好滿足弧形齒輪軌道上表面到二維超聲探頭頂端的距離和齒輪軌道齒輪面的軌道半徑相等。兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)固定在支架兩側(cè)，成對(duì)稱(chēng)分布，夾有探頭的夾子剛好放置在支架內(nèi)側(cè)的滑塊上。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)其本身軸承直接將動(dòng)力傳輸?shù)侥┒她X輪上，末端齒輪再將動(dòng)力傳送給弧形齒形軌道，二維超聲探頭就可以在在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下做前端固定的掃描運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的掃描裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作輕便，雙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)保證了二維超聲探頭掃描過(guò)程的穩(wěn)定性和精確性，避免了人體肋骨對(duì)掃描的影響，對(duì)于三維超聲重建結(jié)果質(zhì)量的提高具有促進(jìn)作用，整套機(jī)械裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集裝置的整體示意圖。圖2為探頭支架各部件的配合示意圖。圖3為探頭支架總體示意圖。圖4為探頭夾及其與弧形導(dǎo)航滑塊、弧形齒輪軌道裝配關(guān)系示意圖。圖5為傳動(dòng)關(guān)系不意圖。圖6為探頭夾與二維超聲探頭固定關(guān)系示意圖。圖中，I為手柄，2探頭模型，3為探頭支架側(cè)面支撐板，4為步進(jìn)電機(jī)，5為弧形滑行軌道，6為弧形齒輪軌道,7為探頭夾,8為固定連接板,9為探頭夾固定板,10為主動(dòng)齒輪。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明的機(jī)械裝置可以用任何符合條件要求的材料加工實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例采用的材料為招。如圖I所示，本實(shí)施例的三維超聲成像掃描裝置包括手柄I、探頭2、側(cè)面支撐板3、 步進(jìn)電機(jī)4、弧形導(dǎo)航軌道5、弧形齒輪軌道6、主動(dòng)齒輪9、探頭夾7和固定連接板8。弧形導(dǎo)航軌道5、弧形齒輪軌道6和主動(dòng)齒輪構(gòu)成擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。支架3包括兩塊對(duì)置平行放置的側(cè)面支撐板，平行的兩側(cè)面支撐板一端的端部通過(guò)固定連接板8連接形成一體，使支架3整體呈“U”型結(jié)構(gòu)。側(cè)面支撐板采用非矩形設(shè)計(jì)， 由軸線相互垂直的連接段和安裝段兩部分組成，整體呈“T”型結(jié)構(gòu)，其中，連接段為長(zhǎng)條形， 其一端與固定連接板固定連接，另一端與安裝段連接。安裝段為呈矩形，其中部開(kāi)有中心孔，用于電機(jī)軸穿過(guò)，外周開(kāi)有多個(gè)安裝孔，用于固定安裝電機(jī)以及弧形導(dǎo)航軌道5。手柄I 設(shè)置在固定連接板的中部。探頭夾7架設(shè)在兩側(cè)面支撐板之間的空間中，可在兩側(cè)面支撐板之間的空間中擺動(dòng)，二維超聲探頭2卡裝在該探頭夾7中，隨探頭夾7的擺動(dòng)而擺動(dòng)，以進(jìn)行掃描成像。探頭夾7整體呈“U”型，其包括構(gòu)成“U”兩側(cè)邊的兩側(cè)安裝部，以及封閉U型槽的探頭夾固定板。安裝時(shí)，探頭2伸入U(xiǎn)型槽中，并通過(guò)該探頭夾固定板夾緊。側(cè)面的安裝部的外側(cè)面開(kāi)有凹槽，弧形齒輪軌道6固定設(shè)置該凹槽下部?jī)?nèi)側(cè)，凹槽上方外側(cè)與支架3的側(cè)面支撐板上所固定的弧形導(dǎo)航軌道5接觸，該探頭夾7可沿弧形導(dǎo)航軌道5表面滑動(dòng)，從而帶動(dòng)探頭2 進(jìn)行擺動(dòng)。探頭夾固定板可在探頭夾上伸縮，以便固定各種規(guī)格的探頭。步進(jìn)電機(jī)4為兩個(gè)，分別設(shè)置在支架3兩側(cè)的兩側(cè)面支撐板的外側(cè)，其用于提供動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)探頭夾7在支架3內(nèi)的擺動(dòng)。兩步進(jìn)電機(jī)的外廓規(guī)格剛好和側(cè)面支撐板的安裝段相應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了掃描裝置操作輕便、節(jié)約加工材料的優(yōu)點(diǎn)。兩步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸采用加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，穿過(guò)側(cè)面支撐板的中心孔和弧形導(dǎo)航軌道，軸末端配有齒輪。雙步進(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸將動(dòng)力直接傳輸?shù)狡淠┒说凝X論。可選擇形狀大小力矩步進(jìn)角合適的步進(jìn)電機(jī)4兩臺(tái)，本實(shí)施例優(yōu)選采用寶來(lái)公司生產(chǎn)的兩相42BY100BX型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由與支架3固定連接的弧形導(dǎo)航軌道5、與探頭夾7固定連接的弧形的齒輪軌道6以及與該齒輪軌道6嚙合的主動(dòng)齒輪組成。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在側(cè)面支撐板與探頭夾 7端面之間，用于帶動(dòng)所述探頭夾7以及探頭2，頂端的超聲波發(fā)射面為頂點(diǎn)作扇形掃描運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二維超聲數(shù)據(jù)的采集。弧形導(dǎo)航軌道5和弧形齒輪軌道6布置在探頭夾7側(cè)面安裝部的凹槽中，其中弧形導(dǎo)航軌道5位于凹槽內(nèi)側(cè)的下部，弧形齒輪軌道6位于凹槽外側(cè)上部，與凹槽上部?jī)?nèi)壁接觸。步進(jìn)電機(jī)4的動(dòng)力輸出軸穿過(guò)弧形導(dǎo)航軌道5，其末端設(shè)置有主動(dòng)齒輪，該主動(dòng)齒輪與弧形齒輪軌道6嚙合。弧形導(dǎo)航軌道5被直接固定在探頭支架兩側(cè)面支撐板3上，弧形導(dǎo)航軌道5上有三個(gè)孔，中間的孔有步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力輸出軸穿過(guò)，旁邊兩孔為固定孔，用于將弧形導(dǎo)航軌道5 固定在支架上的兩側(cè)面支撐板3上。弧形導(dǎo)航軌道5通過(guò)兩固定孔直接固定在兩側(cè)面支撐板的內(nèi)側(cè)，探頭夾7裝配到兩弧形導(dǎo)航軌道5上，由主動(dòng)齒輪直接驅(qū)動(dòng)探頭夾7在弧形導(dǎo)航軌道上滑動(dòng)。探頭夾7的兩側(cè)開(kāi)的弧形的凹槽，弧形齒輪軌道6固定在凹槽側(cè)面的底部，弧形滑塊軌道5恰好放置在弧形齒輪軌道6的外面,凹槽的規(guī)格(寬度及深度)恰好和齒輪軌道 6和弧形滑塊軌道5的規(guī)格相配合，尤其是凹槽和弧形滑塊軌道5的配合，弧形滑塊軌道5 的上下弧形面所在圓的半徑和凹槽弧形上下面的半徑相吻合(弧形滑塊5的寬度略小于凹槽的寬度，例如，本實(shí)施例中弧形滑塊軌道5的寬度比凹槽寬度小O. 3mm，滑塊和凹槽就可輕松完成相對(duì)滑動(dòng)，還能保證穩(wěn)定性)，兩弧形導(dǎo)航軌道5左右完全對(duì)稱(chēng)。透過(guò)弧形滑塊的中間大孔會(huì)有步進(jìn)電機(jī)4的動(dòng)力輸出軸通過(guò)，在動(dòng)力輸出軸的頂端鑲嵌有設(shè)計(jì)好的主動(dòng)齒輪，該齒輪剛好和齒輪軌道6相配合。由此，步進(jìn)電機(jī)4通過(guò)其動(dòng)力輸出軸將動(dòng)力直接傳送到其末端的齒輪，末端齒輪和探頭夾7的齒輪軌道6相配合，齒輪將動(dòng)力傳送給齒輪軌道6， 齒輪軌道6被固定在探頭夾7上，進(jìn)而齒輪通過(guò)齒輪軌道6將動(dòng)力傳送給探頭夾7，探頭2 被固定在探頭夾7上，因此，動(dòng)力通過(guò)探頭夾7被傳送到探頭2上，最終探頭在步進(jìn)電機(jī)4 的帶動(dòng)下，做出前端固定后端掃描的運(yùn)動(dòng)模式。弧形齒輪軌道6上表面任一點(diǎn)到二維超聲探頭2頂端點(diǎn)所在的、與探頭2中軸線垂直的平面的距離，與該弧形齒輪軌道6的半徑相等，如示意圖6。探頭夾7是根據(jù)當(dāng)前主流的二維超聲探頭的規(guī)格而設(shè)計(jì)的，在大小形狀在能夠穩(wěn)固夾住探頭的條件下，選擇恰當(dāng)?shù)某叽鐏?lái)加工實(shí)現(xiàn)。二維超聲探頭2在探頭夾7中的固定不是隨意的，其固定的位置是由探頭夾上的齒形軌道6的齒面的半徑所決定的，固定位置中心(探頭夾7的齒輪軌道6面)到二維超聲探頭2的頂端的垂直距離L等于弧形齒輪軌道面的半徑R，本實(shí)施例中L = R = 65mm。當(dāng)上述條件滿足時(shí)，二維超聲探頭可以嚴(yán)格按照前端固定后端掃描的運(yùn)動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)。裝置中提供動(dòng)力的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，兩步進(jìn)電機(jī)同時(shí)由計(jì)算機(jī)通過(guò)單片機(jī)所控制。步進(jìn)電機(jī)由脈沖數(shù)目和高低電平來(lái)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向，本發(fā)明中兩步進(jìn)電機(jī)所接受的脈沖數(shù)目完全相同，即兩步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度是相同的，但高低電平的信號(hào)方向剛好相反(一個(gè)為高電平，另一個(gè)必為低電平)，即保證了兩步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向剛好相反，達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)的目的。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來(lái)概述，本發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不能限制本發(fā)明，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于后端掃描的三維超聲成像的數(shù)據(jù)采集裝置，包括支架(3)，包括兩塊對(duì)置平行放置的側(cè)面支撐板，該兩側(cè)面支撐板同向的一端通過(guò)固定連接板(8)連接形成一體，該側(cè)面支撐板由相互垂直的連接段和安裝段兩部分組成，整體呈“T”型；探頭夾(7)，可擺動(dòng)地設(shè)置在兩側(cè)面支撐板之間的空間中，該探頭夾(7)中安裝有探頭⑵；兩個(gè)電機(jī)(4)，分別設(shè)置在兩側(cè)面支撐板外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)所述探頭夾(7)在支架(3)內(nèi)擺動(dòng)；其特征在于，還包括擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在所述電機(jī)(4)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)所述探頭夾(7)以探頭(2)頂端的超聲波發(fā)射面為頂點(diǎn)作扇形掃描運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行超聲數(shù)據(jù)的采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維超聲成像的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)為兩組，分別設(shè)置在各側(cè)面支撐板與探頭夾(7)端面之間，其包括與支架(3)固定連接的弧形導(dǎo)航軌道(5)、與探頭夾(7)固定連接的弧形齒輪軌道￠)以及與該弧形齒輪軌道(6)嚙合的主動(dòng)齒輪(10)，其中，所述探頭夾(7)與側(cè)面支撐板連接的端面上開(kāi)設(shè)有凹槽，所述弧形導(dǎo)航軌道(5)和弧形齒輪軌道(6)布置在該凹槽中，所述電機(jī)(4)的輸出軸穿過(guò)側(cè)面支撐板和所述弧形導(dǎo)航軌道(5)后，其末端設(shè)置所述主動(dòng)齒輪，以與所述弧形齒輪軌道(6)嚙口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的三維超聲成像的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述弧形齒輪軌道(6)上表面上的任一點(diǎn)到二維超聲探頭(2)頂端所在的、并與探頭(2)中軸線垂直的平面的距離，等于該弧形齒輪軌道(6)的半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的三維超聲成像的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述側(cè)面支撐板的連接段為長(zhǎng)條形，其一端與固定連接板(8)固定連接，另一端與安裝段連接，該安裝段為呈矩形，其中部開(kāi)有中心孔，用于電機(jī)(4)輸出軸穿過(guò)，其外周開(kāi)有多個(gè)安裝孔， 用于固定安裝電機(jī)(4)以及弧形導(dǎo)航軌道(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的三維超聲成像的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，該裝置還手柄(I)，其固定設(shè)置在所述固定連接板(8)上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于后端掃描的三維超聲成像掃描裝置，包括探頭支架，其包括兩塊對(duì)置平行放置的側(cè)面支撐板，該兩側(cè)面支撐板同向的一端通過(guò)固定連接板連接形成一體；探頭夾(7)，其可擺動(dòng)地設(shè)置在兩側(cè)面支撐板之間的空間中，該探頭夾(7)中安裝有探頭(2)；兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)(4)，其分別設(shè)置在兩側(cè)面支撐板外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)所述探頭夾(7)在支架(3)內(nèi)擺動(dòng)；還包括擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在所述步進(jìn)電機(jī)(4)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)所述探頭夾(7)以探頭(2)頂端的超聲波發(fā)射面為頂點(diǎn)作扇形掃描運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二維超聲數(shù)據(jù)的采集。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，結(jié)構(gòu)合理，成像效果好。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102599934SQ20121006510
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者丁明躍, 尉遲明, 齊建 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)