CN102573645B - 三维超声波扫描仪 - Google Patents

三维超声波扫描仪 Download PDF

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Abstract

为了提供一种重量轻、容易握持、性能精密的三维超声波扫描仪，本发明提出了一种具有新型结构的摆动机构，在该新型结构中，电动机垂直地安装在换能器单元的摆动轴上，其中，该摆动机构通过小容量电动机进行操作，并且避免了间隙。为此，本发明的摆动机构包括：臂夹持器，连接到电动机的旋转轴；臂，连接到臂夹持器，以便臂在一定角度范围内往复运动并在预定的角度范围内围绕电动机的旋转轴进行旋转；连杆，连接到臂，为了与臂一起运动；以及轴，连接到连杆，用于将臂的旋转力传输给换能器单元。这样配置的摆动机构甚至可通过小容量的电动机进行操作，并且不使用滑轮、齿轮或者皮带，以避免间隙，由此提供一种重量轻且性能精密的三维超声波扫描仪。

Description

三维超声波扫描仪
技术领域
本发明涉及一种三维超声波扫描仪。更具体地，本发明涉及一种提供摆动机构(swing mechanism)的三维超声波扫描仪，使得容易握持该扫描仪，并且该扫描仪重量轻，便于操纵，以便为使用者提高方便性。
背景技术
在医疗领域，超声诊断技术广为人知。超声诊断设备包括用于超声诊断的主体以及超声波扫描仪。超声波扫描仪包括阵列换能器，该阵列换能器包括多个用于发送和接收超声波的换能器。当超声波扫描仪位于主体(body)的皮肤上时，从阵列换能器中发送的超声波撞击到诊断的物体之后反射回来。超声诊断设备处理并分析反射的信号，以通过监控器提供主体内部的横截面图像的视觉再现。
如果阵列换能器固定地安装在超声波扫描仪内，那么非常难以合成三维图像。使用者可故意倾斜或移动超声波扫描仪，以获得三维图像，但是，几乎不能在最佳的角度和位置观察诊断的物体，并且在数据获取的过程中会出现失真。
图1示出了传统的三维超声波扫描仪的内部构造。
如图所示，三维超声波扫描仪10由容纳阵列换能器14的扫描仪机箱(case)12封装，该阵列换能器处于摆动机构16造成的往复运动中。扫描仪机箱12的内部由基底(base)18分割成两个空间。摆动机构16设置在基底18上面的顶部空间内，阵列换能器14设置在基底18下面的底部空间内。
摆动机构16包括电动机20，该电动机安置(rest)在基底18、齿轮22、轴(shaft)24以及臂(arm)26的上面。阵列换能器14构造成通过臂26悬挂在摆动机构16上。在该结构中，启动电动机20时，齿轮22、轴24以及臂26相继进行运动，用于使阵列换能器14围绕轴24的轴进行摆动(swing)运动。随着阵列换能器14的反复摆动运动，在摆动的范围内连续地反复获取扫描的表面，据此可生成三维超声波图像。
发明内容
【技术问题】
然而，普通三维超声波扫描仪的问题在于，使用者不方便用手握持(hold)扫描仪，因为将电动机放置在摆动轴的旁边，膨胀了扫描仪手柄部分。
此外，由于普通三维超声波扫描仪所使用的多个滑轮、皮带或者齿轮需要高速以及高容量的电动机来增加减速齿轮速比(reduction gear ratio)，所以这些扫描仪最终成为有问题的并且特别重的产品。
这种笨重且不方便的扫描仪结构造成频繁使用扫描仪的使用者手腕疼痛。
而且，使用滑轮、皮带或者齿轮涉及在制造扫描仪的过程中所进行的对准难以达到所要求的精度水平，并且导致组件(component)之间产生间隙(backlash)，造成三维超声诊断现场的图像不精确，甚至造成扫描仪发生故障。
【技术解决方案】
鉴于上述问题，本发明提供了一种轻型舒适的三维超声波扫描仪，这种扫描仪在进行超声诊断时，不会损伤使用者的手腕。
此外，本发明提供的三维超声波扫描仪消除了摆动机构带来的间隙，从而提供了高精度。
为此，根据本发明的一个方面的三维超声波扫描仪包括：扫描仪机箱；换能器单元，设置在扫描仪机箱的内部地板(floor)上；电动机，设置为与换能器单元的摆动轴垂直；以及摆动机构，用于将电动机的旋转功率传输给换能器单元，以使换能器单元往复运动。
此外，根据本发明的另一个方面的三维超声波扫描仪包括：扫描仪机箱，包括手柄和扫描主体(scanning body)；换能器单元，设置在扫描主体的内部地板上；电动机，插入手柄内，具有与换能器单元的摆动轴垂直的旋转轴；第一功率传输器，跟随电动机的旋转操作，以在一定角度范围内围绕旋转的轴摆动；以及第二功率传输器，用于将第一功率传输器的旋转功率传输给换能器单元，以使换能器单元往复运动。
另外，根据本发明的又一方面的三维超声波扫描仪包括：扫描仪机箱；换能器单元，设置在扫描仪机箱的内部地板上；电动机，产生旋转功率，以促使换能器单元进行往复运动；臂夹持器(holder)，连接到电动机的旋转轴；臂，连接到臂夹持器，以便在一定角度范围内围绕电动机的旋转轴进行旋转；连杆(link)，连接到臂，为了与臂一起(in unison)运动；以及轴，连接到连杆，用于将臂的旋转功率传输给换能器单元。
【有利效果】
如上所述，将用于该摆动机构的驱动电动机设置成垂直于换能器单元的摆动轴，给三维超声波扫描仪的手柄的设计带来了更大的灵活性，该手柄便于使用者握持。
此外，简化的摆动机构能够使用更小容量的电动机，利于实施更轻的三维超声波扫描仪。
进一步地，在制造这种扫描仪的过程中，由于不需要使用滑轮、皮带或者齿轮，因此排除了对准问题，同时，因磨损部件造成的间隙几乎为零，这推动了精密的三维超声波扫描仪的实施。
附图说明
图1为传统的三维超声波扫描仪的示意图；
图2为根据本发明的三维超声波扫描仪的横截面图；
图3为根据本发明的摆动机构的立体图；以及
图4为根据本发明的连杆的立体图。
具体实施方式
首先，本发明提供了一种性能精密的三维超声波扫描仪，由于建议摆动机构使用新的结构，所以该扫描仪灵活，容易用手握持，其中垂直于摆动轴的驱动电动机的布置(arrangement)需要小容量的电动机，消除了出现的间隙。
下面参见附图具体描述本发明的一个方面。
图2为根据本发明的三维超声波扫描仪的横截面图。
如图2所示，三维超声波扫描仪40由扫描仪机箱42封装，该机箱42容纳有：换能器单元44，该换能器单元44具有多个用于发送和接收超声波的换能器；用于使换能器单元44进行往复运动的摆动机构46；以及用于产生旋转功率以操作摆动机构46的电动机60。
摆动机构46和电动机60的新的布置限定扫描仪机箱42的形状，以具有手柄42a以及扫描主体42b。电动机60设置在扫描仪40的手柄42a内，换能器单元44设置在扫描主体42b的内部地板上。
虽然未显示，但是换能器单元44包括多个安装在凸面上的换能器元件(element)、用于会聚从多个换能器元件中发送的超声波的声透镜(acousticlens)、提供换能器元件和透镜之间阻抗匹配的匹配层、以及吸收不需要的超声波部分的支持层。在摆动机构46的协助下，换能器单元44进行往复运动，在往复运动的范围内连续地反复获取扫描的表面。
摆动机构46包括臂夹持器48、臂50和轴54。参见图2和图3，详细描述了摆动机构46的结构。臂夹持器48连接到电动机60的旋转的轴68，以将电动机60的旋转功率传输给臂50。臂50共同旋转地(co-rotationally)连接到臂夹持器48，以便臂50在一定角度范围内围绕电动机60的旋转的轴68进行旋转。连杆52与臂50连接，以随臂50一起运动。参见图4，将描述连杆52的结构。轴54连接到连杆52，以将臂50的旋转功率传输给换能器单元44。
扫描仪机箱42内安装有机架(frame)56，以将电动机60安装在其上部空间内，以及将换能器单元44安装在其下部空间内。将换能器单元44构造成悬挂在摆动轴58上，该摆动轴58安装在机架56的两端(opposite ends)，以便换能器单元44围绕摆动轴58摆动。电动机60设置在机架56的顶部，以便电动机60的旋转的轴68可垂直于摆动轴58。
一旦从电源接收到能量，电动机60就旋转，电动机60和与其相连的轴68一起还转动臂夹持器48。电动机60在一定角度范围内以预定的角速度反复进行向前和倒退旋转。相应地，连接到臂夹持器48的臂50在所述一定角度范围内围绕轴68反复地摆动。
通过连杆52，将臂50的旋转往复运动传输给安装在换能器单元44顶部的轴54。连杆52连接臂50和轴54，以有效地将臂50的旋转功率传输给换能器单元44。当通过连杆52将臂50的往复旋转运动传输给轴54时，轴54在其旋转方向跟随臂50，以在往复运动的过程中将换能器单元44推向一旁。
参见图4，连杆52包括两个部件(member)。具体地，连杆52由第一连杆部件62和第二连杆部件64构成，第一连杆元件具有用于臂50的开口62a，第二连杆部件具有用于收纳轴54的孔(bore)64a。第一连杆部件62和第二连杆部件64通过连杆耦合器66相连接，并且它们优选地通过滚珠轴承互相连接。通过滚珠轴承铰接，连杆52适合补偿臂50和轴54之间的角度的变化。
球轴套系统70应用于用于收纳臂50的第一连杆部件62的开口62a、以及用于收纳轴54的第二连杆部件64的孔64a。球轴套系统70主要用于，减小在反复的旋转往复运动的过程中臂50、轴54以及连杆52之间的摩擦力。
本领域技术人员可将本发明的技术理念改进或变化成不同的形式。因此，本发明不应理解为限于所阐述的那一方面，但是本发明的权利范围应严格地理解成上面的权利要求书及其等效的理念。
相关应用的交叉引用
若适用，那么根据美国专利法第35条第119(a)款，该申请要求2009年7月24日在韩国申请的申请号为10-2009-0067761的专利申请的优先权，该专利申请的全文以引用的方式并入本文中。此外，该非临时申请要求除美国以外的其他所有国家的优先权，根据该韩国专利申请使用相同的理由，该专利申请的全文以引用的方式并入本文中。

Claims (2)

1.一种三维超声波扫描仪，其特征在于，该三维超声波扫描仪包括：
换能器单元，设置在扫描仪机箱的内部底板上并且悬挂在摆动轴上；
电动机，产生旋转功率；以及
摆动机构，配置为将所述电动机的旋转功率传输给所述换能器单元，以使换能器单元围绕所述摆动轴进行摆动，
其中，所述摆动机构包括：
臂夹持器，连接到所述电动机的旋转轴；
臂，连接到所述臂夹持器，并且配置为依赖于所述电动机的旋转，在一定角度范围内围绕所述旋转轴进行摆动；
连杆，与所述臂连接，为了与所述臂一起运动；以及
轴，从所述连杆延伸到所述换能器单元，并且配置为依赖于经由所述连杆传递至所述轴的所述臂的摆动运动，将所述换能器单元推向一旁，从而使所述换能器单元围绕所述摆动轴进行摆动，
其中，所述连杆包括：
第一连杆部件，配置为具有用于收纳所述臂的第一开口；
第二连杆部件，配置为具有用于收纳所述轴的第二开口；以及
滚珠轴承，配置为连接所述第一连杆部件和所述第二连杆部件，其中，所述滚珠轴承根据所述电动机的旋转功率导致所述第一连杆部件和所述第二连杆部件之间的铰接运动，从而对所述臂和所述轴之间的角度的变化进行补偿，
其中，球轴套被分别应用于所述第一开口和所述第二开口。
2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中，所述电动机的旋转轴与所述换能器单元的摆动轴垂直。
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