CN103006262A - 一种用于3d超声成像的机械探头和3d超声成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于3D超声成像的机械探头，包括基座、传动机构、声头支架和声头，所述传动机构与所述声头支架连接以驱动所述声头支架摆动，所述传动机构包括旋转驱动部、与所述旋转驱动部连接的一级传动的旋转传动机构和与所述旋转传动机构连接的二级传动的绳索摆动传动机构，所述旋转传动机构包括输出旋转运动的中心转轴，所述绳索摆动传动机构将所述中心转轴的旋转运动转化为所述声头支架的摆动运动。本发明还提供了一种3D超声成像装置。本发明的有益效果是：由绳索摆动传动机构将中心转轴的旋转运动转化为声头支架的摆动运动，有利于缓冲振动，使传动更为平稳、可靠，并且，可以减小整体结构的尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及3D超声成像设备，尤其涉及一种用于3D超声成像的机械探头和3D超声成像装置。
背景技术
3D机械容积探头是用于三维超声成像系统的超声波探头，其内部一般有作为驱动动力源的步进电机，步进电机通过内部的机械传动机构驱动声头在一定的角度内摆动，在摆动的角度过程当中，3D机械容积探头可以像传统的探头一样发射和接收超声波，因而可以在摆动的角度范围内的每个角度对人体的组织进行三维成像，且不需要医生将探头在人体的表面滑动或者摆动。
这种探头的核心在于提供一种是探头声头实现在一定范围内的往复摆动的传动机构，通过该传动机构，就可以将探头内的动力源步进电机的旋转运动转换为声头在一定范围内的摆动。 现有设计能实现这种将旋转运动转换为摆动的机械传动有很多，例如齿轮传动，带传动，链传动等等，只用其中一种或者几种都可以实现，但是，步进电机本身运动不平缓，在改变方向运转时伴有振动，且传统机械传动也会在传动的过程中产生振动、传动不准确等问题，对于医用超声探头来说这都将影响探头的工作性能。
现有的3D机械容积探头体积较大，内部结构复杂，且输出不稳定，从而在一定程度上对探头的性能产生影响。因此需要一种能够有效缓冲探头工作过程的振动，保证传动准确的机械传动系统的探头。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于3D超声成像的机械探头和3D超声成像装置。
本发明提供了一种用于3D超声成像的机械探头，包括基座、设置在所述基座上的传动机构、与所述基座铰接的声头支架和设置在所述声头支架上的声头，所述传动机构与所述声头支架连接以驱动所述声头支架摆动，所述传动机构包括旋转驱动部、与所述旋转驱动部连接的一级传动的旋转传动机构和与所述旋转传动机构连接的二级传动的绳索摆动传动机构，所述旋转传动机构包括输出旋转运动的中心转轴，所述绳索摆动传动机构将所述中心转轴的旋转运动转化为所述声头支架的摆动运动。
作为本发明的进一步改进，所述绳索摆动传动机构包括绳索，所述绳索包括缠绕部和拉扯部，所述绳索的缠绕部缠绕在所述中心转轴上，所述绳索的拉扯部至少有二个并分别与所述声头支架连接，所述绳索的拉扯部与所述声头支架的连接处为摆动驱动处，所述声头支架与所述基座铰接所形成的旋转轴与所述摆动驱动处不重合。
作为本发明的进一步改进，所述声头支架的两侧分别连接有摆动驱动弧形槽，所述摆动驱动弧形槽的径向平面与所述声头支架与所述基座铰接所形成的旋转轴相垂直，所述绳索的拉扯部设置在所述摆动驱动弧形槽内。
作为本发明的进一步改进，所述中心转轴上设有主动绳轮，所述主动绳轮上设有螺旋槽，所述绳索的缠绕部缠绕在所述主动绳轮的螺旋槽上，所述声头支架的端部连接有被动绳轮，所述摆动驱动弧形槽设置在所述被动绳轮上，所述被动绳轮连接有弹性元件，所述绳索的二个拉扯部分别通过所述摆动驱动弧形槽的两侧与所述弹性元件的两端连接。
作为本发明的进一步改进，所述弹性元件为第一扭转弹簧，所述绳索的二个拉扯部分别通过所述摆动驱动弧形槽的两侧与所述第一扭转弹簧的两端连接，所述基座内设有用于调整所述绳索的拉扯部穿过所述摆动驱动弧形槽位置的第一导向柱和第二导向柱，所述绳索的其中一个拉扯部绕过所述第一导向柱，所述绳索的的另一个拉扯部绕过所述第二导向柱，所述被动绳轮上设有限制所述第一扭转弹簧摆动角度的限位柱。
作为本发明的进一步改进，所述中心转轴上设有第二扭转弹簧和圆环状的主动绳轮，所述主动绳轮设有至少二个沿其轴线方向的轴线槽，每个所述轴线槽均连通有沿所述主动绳轮径向方向的径向槽，所述第二扭转弹簧的两端设置在所述径向槽内，所述绳索包括至少二条分侧绳索，所述分侧绳索的一端为缠绕部，所述分侧绳索的另一端为拉扯部，其中一条所述分侧绳索的缠绕部的末端与所述第二扭转弹簧的其中一端连接，另一条所述分侧绳索的缠绕部的末端与所述第二扭转弹簧的另一端连接。
作为本发明的进一步改进，所述主动绳轮上设有限定所述第二扭转弹簧轴向位置的弹簧压块。
作为本发明的进一步改进，所述基座上设有导向柱和滑轮，所述分侧绳索的拉扯部依次绕过所述导向柱、滑轮、摆动驱动弧形槽与所述声头支架连接，所述主动绳轮上设有螺旋槽，所述分侧绳索的缠绕部缠绕在所述螺旋槽上。
作为本发明的进一步改进，所述用于3D超声成像的机械探头还包括声窗和与所述声窗连接的手柄壳，所述声窗与所述手柄壳之间设有安装腔体，所述基座设置在所述安装腔体内，所述声头支架与所述基座通过轴承铰接，所述旋转传动机构为带传动机构。
本发明还提供了一种3D超声成像装置，包括如上述中任一项所述的用于3D超声成像的机械探头。
本发明的有益效果是：通过上述方案，由绳索摆动传动机构将中心转轴的旋转运动转化为声头支架的摆动运动，有利于缓冲振动，使传动更为平稳、可靠，并且，可以减小整体结构的尺寸。
附图说明
图1为本发明一种用于3D超声成像的机械探头的立体结构示意图；
图2为本发明一种用于3D超声成像的机械探头去除声窗和手柄壳后的主视图；
图3为本发明一种用于3D超声成像的机械探头去除声窗和手柄壳后的立体结构示意图；；
图4为本发明一种用于3D超声成像的机械探头去除声窗和手柄壳后的立体剖面结构示意图；
图5为实施例一的绳索摆动传动机构的爆炸视图一；
图6为实施例一的绳索摆动传动机构的爆炸视图二；
图7为实施例一的绳索摆动传动机构的部分结构示意图；
图8为实施例一的绳索摆动传动机构的左侧视图；
图9为实施例一的绳索摆动传动机构的正面视图；
图10为实施例一的绳索摆动传动机构的右侧视图；
图11为实施例二的绳索摆动传动机构的部分结构示意图一；
图12 为实施例二的绳索摆动传动机构的爆炸视图；
图13 为图11中的A方向的剖面视图；
图14 为图11中的B方向的剖面视图；
图15为实施例二的绳索摆动传动机构的部分结构示意图二；
图16为实施例二的绳索摆动传动机构的左侧视图；
图17为实施例二的绳索摆动传动机构的右侧视图；
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
图1至图17中的附图标号为：声窗1；手柄壳2；声头3；被动绳轮4；斜槽C1；斜槽C2；限位柱d1；d2；附加轮5；基座6；电机基座7；同步齿轮带8；主动同步带轮9；被动同步带轮10；中心转轴11；步进电机12；电机基板13；储油软管组件14；声头支架15；孔15a；孔15b；容纳腔15c；容纳腔15d；钢丝绳索16；钢丝绳索16的两端16a、16b；轴承17；轴承17a；轴承17b；主动绳轮18；轴线槽18a；轴线槽18c；径向槽18b；径向槽18d；第一扭转弹簧19；第一扭转弹簧19的两端19a、19b；第一导向柱20；导向柱支架21；第二导向柱22；轴承23；垫块24a；垫块24b；第三导向柱26a ；第三导向柱26b；导绳架27 ；“L”型孔28a；“L”型孔28b；滑轮基座29；滑轮30；第一侧滑轮30a；第二侧滑轮30b；导向柱31；导向柱31a；导向柱31b；第二扭转弹簧32；第二扭转弹簧32的两端32a、32b；弹簧压块33；第二侧钢丝绳索34；第二侧钢丝绳34的两端34a、34b；螺钉36；挡块37；螺钉38。
图1至图10所示为本发明一种用于3D超声成像的机械探头的实施例一，包括：声窗1、手柄壳2、声头3、基座6、传动系统、电机基座7、步进电机12、电机基板13、声头支架15以及储油软管组件14，声窗1与手柄壳2配合连接构成机械探头的外部形状，声头3固定安装于声头支架15上，所述声头支架15通过轴承17安装于基座6上，并可相对于基座6自由摆动一定角度，步进电机12通过电机基板13固定安装在电机基座7上，所述电机基座7通过螺钉固定安装在基座6上，所述基座6安装于由声窗1和手柄壳2所构成的安装腔体中。
如图1至图3所示。步进电机12通过电机基座7固定连接在基座6上并输出动力带动机械传动系统。
本发明中机械传动系统分为两级，其中第一级传动为旋转传动机构，优选为同步齿轮带传动机构，具体包括：主动同步带轮9、同步齿轮带8、被动同步带轮10和中心转轴11。步进电机12的输出轴上固定连接有主动同步带轮9，主动同步带轮9通过同步齿轮带8将步进电机12的运动传递输出至被动同步带轮10，被动同步带轮10固定连接在中心转轴11上，中心转轴11通过轴承23安装于基座6上并可以自由的旋转，如图2、图3所示。
第二级传动为绳索传动，优选为绳索摆动传动机构，具体包括：主动绳轮18、中心转轴11、被动绳轮4、钢丝绳索16、第一扭转弹簧19、第一导向柱20、导向柱支架21、第二导向柱22、轴承23、垫块24a和垫块24b。主动绳轮18固定安装在中心转轴11上，钢丝绳索16的中部（即缠绕部）按照主动绳轮18上的螺旋槽的旋向缠绕在主动绳轮18上，分别引出钢丝绳索16的两端16a、16b，即拉扯部，第一导向柱20和第二导向柱22分别安装在导向柱支架21上，钢丝绳索16的两端16a、16b交叉分别绕过第一导向柱20和第二导向柱22至被动绳轮4的两侧，并缠绕在被动绳轮4的摆动驱动弧形槽内，摆动驱动弧形槽位于被动绳轮4的外侧边缘，被动绳轮4一侧面上设有至少二个斜槽C1、C2，另一侧设有至少二个限位柱d1、d2，用于第一扭转弹簧19的限位。当钢丝绳索16的两端分别顺着被动绳轮4两侧的斜槽C1与C2，并穿过被动绳轮的两个“L”型孔28a、28b，将钢丝绳索16的两端16a、16b分别通过被动绳轮4上的导绳架27的里侧和外侧，并分别挂扣在第一扭转弹簧19的两端19a、19b，第一扭转弹簧19支撑在被动绳轮4上，第一扭转弹簧19的两端限制在被动绳轮4上的限位柱d1、d2内，并利用挡块37、螺钉38固定于被动绳轮4上。当机械探头工作时，步进电机12启动并带动主动同步带轮9转动，主动同步带轮9通过同步齿形带8带动从动同步带轮18运动，此时步进电机12的动力经过带传动被传递至中心转轴11，步进电机12的振动被同步齿轮带传动机构减弱，与中心转轴11固定连接的主动绳轮18同步进行旋转运动，通过所述钢丝绳索16将动力传动到被动绳轮4，带动被动绳轮4相对于基座6进行自由转动。被动绳轮4和附加轮5通过声头支架15固定连接在一起，并分别固定于声头支架15的两端，声头3容置于声头支架15上，当被动绳轮4转动时，与之固定连接的声头支架15也将一起转动，而安装在声头支架15上的声头3也将一起转动，工作过程中若重复改变步进电机12的转动方向，就可以实现声头3在一定范围内做摆动运动的要求。
在本实施例一中，将钢丝绳索16的两端16a、16b分别设置环扣，分别将环扣挂扣在第一扭转弹簧19的两端19b、19a后，应使第一扭转弹簧19的两端19a、19b的产生一定的预变形，因为声头3的运动过程中，要保证传动的精度，必须使钢丝绳索16在运动过程中始终保持绷紧的状态，环扣的加工可采用常用的打结或者压铸方法，可根据具体需要，钢丝绳索16的两端16a、16b的环扣可以为钩环，绳结或者其他类似的结构。
如图7至图10，钢丝绳索16两端的具体缠绕方式为：当钢丝绳索16缠绕在主动绳轮18上后，该钢丝绳索16的其中一端16a绕着第一导向柱20的边缘至被动绳轮4的一侧，并依次通过被动绳轮4上的第三导向柱26b、26a，使钢丝绳索16顺着被动绳轮4上的斜槽C2而下，并绕过安装在被动绳轮4的L型孔28a中的垫块24a，接着穿过被动绳轮4上的导绳架27的里侧，最后将钢丝绳索16的一端16a的末端挂扣在第一扭转弹簧19的一端19b上。钢丝绳索16的另一端16b则绕着第二导向柱22的边缘至被动绳轮4的另一侧并缠绕其上，使钢丝绳索16顺着处于该侧的斜槽C1而下，并绕过安装在被动绳轮4绳的L型孔28b中的垫块24b，接着穿过被动绳轮4上的导绳架27的外侧，最后将钢丝绳索拉紧，钢丝绳索16的一端16b的末端挂扣在第一扭转弹簧19的一端19a后，第一扭转弹簧19产生一定的变形，整条钢丝绳索16处于绷紧状态，防止机械探头在工作过程中由于传动失效而影响性能。
图11至图17为本发明一种用于3D超声成像的机械探头的实施例二，与实施例一的区别在于绳索摆动传动机构。
如图11、图12所示，一种用于3D超声成像的机械探头包括：声头3、基座6、声头支架15、第一侧钢丝绳索16、第二侧钢丝绳索34、第一侧滑轮30a、第二侧滑轮30b、滑轮基座29、中心转轴11、轴承23、第二扭转弹簧32、主动绳轮18、弹簧压块33。各组件的连接方式为：主动绳轮18设置在中心转轴11上，可随中心转轴11转动，通过主动绳轮18的轴线方向开设至少二个轴线槽18a、18c和径向方向开设至少二个径向槽18b、18d，第二扭转弹簧32空套在中心转轴11上，并处于主动绳轮18的内部，第二扭转弹簧32的两端32a、32b分别可在主动绳轮18的径向槽18b、18d中活动一小角度，即主动绳轮18的径向槽18b、18d用于限制第二扭转弹簧32的摆动角度。弹簧压块33处于第二扭转弹簧32和主动绳轮18之间，并使弹簧压块33的一端面贴紧主动绳轮18的上端面，以控制第二扭转弹簧32在轴向方向上的串动，滑轮基座29通过螺钉36固定连接在基座6上，滑轮30安装在滑轮基座29上，可在滑轮基座29上自由转动，滑轮30和导向柱31主要起到的作用是改变传动方向和传递动力，其表面应较光滑。安装时，先组装好主动绳轮18、第二扭转弹簧32、弹簧压块33之后，再将中心转轴11穿过该组件，即可固定主动绳轮18相对与基座6的位置，所述绳索优选为钢丝绳索16，所述钢丝绳索16包括至少二条分侧绳索，二条分侧绳索分别为第一侧钢丝绳16a和第二侧钢丝绳34。
将第一侧钢丝绳16的一端16a挂扣在第二扭转弹簧端32a上，之后缠绕于主动绳轮18上，即第一侧钢丝绳16的一端16a为缠绕部，具体圈数可视情况确定，将第一侧钢丝绳16的另一端16b引出，绕过基座6上的导向柱31a至滑轮30a，当第一侧钢丝绳16的另一端16b绕过滑轮30a后，将第一侧钢丝绳16继续向上拉动直至声头支架15上，之后将第一侧钢丝绳16的另一端16b穿过被动绳轮15上的孔15b至容纳腔15d，再将第一侧钢丝绳16的另一端16b打结或构成其他环扣形式，防止第一侧钢丝绳16的另一端16b从孔15b处脱离，即第一侧钢丝绳16的另一端16b为拉扯部，这样就完成了第一侧钢丝绳16的连接，被动绳轮15通过一对轴承17a、17b安装在基座6上，并可相对与基座6自由转动。
第二侧钢丝绳34的连接与第一侧钢丝绳16相似，具体为：第二侧钢丝绳34的一端34a挂扣在第二扭转弹簧的一端32b上，之后也缠绕于主动绳轮18上，即第二侧钢丝绳34的一端34a为缠绕部，具体圈数可视情况确定，将第二侧钢丝绳34的另一端34b引出绕过基座6上的导向柱31b至滑轮30b，并绕过滑轮30b后，将第二侧钢丝绳34继续向上拉动直至声头支架15的另一侧，之后将第二侧钢丝绳34的另一端34b穿过声头支架15上的孔15a至容纳腔15c，再将第二侧钢丝绳34的另一端34b打结或构成其他环扣形式，防止第二侧钢丝绳34的另一端34b从孔34b处脱离，即第二侧钢丝绳34的另一端34b为拉扯部，值得注意的是，此时由于已完成了第一侧钢丝绳16的连接，在将第二侧钢丝绳34的另一端34b打结时，第二扭转弹簧32两侧都有环扣连接，为了使第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16在机械探头的工作过程中始终保持绷紧的状态，在第二侧钢丝绳34的另一端34b打结之前，应使第二扭转弹簧32预先产生一定的变形，使第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16处于绷紧状态，变形量可视情况而定。声头3固定安装在声头支架15上，随声头支架15一起转动，如图11至图17，在具体的实施时，导向柱31a、31b也可以用滑轮等机构替代，以减小摩擦等问题。
绳索摆动传动机构的具体传动方式为：机械探头工作时，当步进电机12动力传递至中心转轴11后，带动固定安装其上的主动绳轮18转动，主动绳轮18通过两侧的第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16将其运动传递至声头支架15，带动声头支架15及安装于声头支架15上的声头3转动。在工作过程中重复改变步进电机12的转动方向，即可实现机械探头的声头3在一定范围内往复摆动。
第二扭转弹簧32的预变形可以使第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16保持持续绷紧，可以防止步进电机12在改变转动方向时所产生的运动冲击，起到缓冲减震的作用。其次，第二扭转弹簧32还可以降低对第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16的要求，本实施例中的第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16可以采用其他符合要求的绳索替换，第二侧钢丝绳34和第一侧钢丝绳16两端的加工可根据实际需要加工成绳结、环扣或者其他类似的结构。
本发明还提供了一种3D超声成像装置，包括如上述中任一项所述的用于3D超声成像的机械探头。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于3D超声成像的机械探头，包括基座、设置在所述基座上的传动机构、与所述基座铰接的声头支架和设置在所述声头支架上的声头，所述传动机构与所述声头支架连接以驱动所述声头支架摆动，其特征在于：所述传动机构包括旋转驱动部、与所述旋转驱动部连接的一级传动的旋转传动机构和与所述旋转传动机构连接的二级传动的绳索摆动传动机构，所述旋转传动机构包括输出旋转运动的中心转轴，所述绳索摆动传动机构将所述中心转轴的旋转运动转化为所述声头支架的摆动运动。
2.根据权利要求1所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述绳索摆动传动机构包括绳索，所述绳索包括缠绕部和拉扯部，所述绳索的缠绕部缠绕在所述中心转轴上，所述绳索的拉扯部至少有二个并分别与所述声头支架连接，所述绳索的拉扯部与所述声头支架的连接处为摆动驱动处，所述声头支架与所述基座铰接所形成的旋转轴与所述摆动驱动处不重合。
3.根据权利要求2所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述声头支架的两侧分别连接有摆动驱动弧形槽，所述摆动驱动弧形槽的径向平面与所述声头支架与所述基座铰接所形成的旋转轴相垂直，所述绳索的拉扯部设置在所述摆动驱动弧形槽内。
4.根据权利要求3所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述中心转轴上设有主动绳轮，所述主动绳轮上设有螺旋槽，所述绳索的缠绕部缠绕在所述主动绳轮的螺旋槽上，所述声头支架的端部连接有被动绳轮，所述摆动驱动弧形槽设置在所述被动绳轮上，所述被动绳轮连接有弹性元件，所述绳索的二个拉扯部分别通过所述摆动驱动弧形槽的两侧与所述弹性元件的两端连接。
5.根据权利要求4所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述弹性元件为第一扭转弹簧，所述绳索的二个拉扯部分别通过所述摆动驱动弧形槽的两侧与所述第一扭转弹簧的两端连接，所述基座内设有用于调整所述绳索的拉扯部穿过所述摆动驱动弧形槽位置的第一导向柱和第二导向柱，所述绳索的其中一个拉扯部绕过所述第一导向柱，所述绳索的的另一个拉扯部绕过所述第二导向柱，所述被动绳轮上设有限制所述第一扭转弹簧摆动角度的限位柱。
6.根据权利要求3所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述中心转轴上设有第二扭转弹簧和圆环状的主动绳轮，所述主动绳轮设有至少二个沿其轴线方向的轴线槽，每个所述轴线槽均连通有沿所述主动绳轮径向方向的径向槽，所述第二扭转弹簧的两端设置在所述径向槽内，所述绳索包括至少二条分侧绳索，所述分侧绳索的一端为缠绕部，所述分侧绳索的另一端为拉扯部，其中一条所述分侧绳索的缠绕部的末端与所述第二扭转弹簧的其中一端连接，另一条所述分侧绳索的缠绕部的末端与所述第二扭转弹簧的另一端连接。
7.根据权利要求6所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述主动绳轮上设有限定所述第二扭转弹簧轴向位置的弹簧压块。
8.根据权利要求6所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述基座上设有导向柱和滑轮，所述分侧绳索的拉扯部依次绕过所述导向柱、滑轮、摆动驱动弧形槽与所述声头支架连接，所述主动绳轮上设有螺旋槽，所述分侧绳索的缠绕部缠绕在所述螺旋槽上。
9.根据权利要求2所述用于3D超声成像的机械探头，其特征在于：所述用于3D超声成像的机械探头还包括声窗和与所述声窗连接的手柄壳，所述声窗与所述手柄壳之间设有安装腔体，所述基座设置在所述安装腔体内，所述声头支架与所述基座通过轴承铰接，所述旋转传动机构为带传动机构。
10.一种3D超声成像装置，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一项所述的用于3D超声成像的机械探头。
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