CN106859683B - 心脏动态模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种心脏动态模拟装置，其能够模拟心脏的跳动，代替人体进行心脏图像重建算法的获得和优化，同时满足设备图像校正的需求。该心脏动态模拟装置使用变周期、间歇性或周期性运动的旋转模块作为心脏跳动的模拟装置，以模拟相应的心跳过程，同时，当旋转模块经电机模块驱动而转动到相应的位置时，传感器模决会发出脉冲信号，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。该心脏动态模拟装置能够准确模拟心脏跳动，同时能够模拟心律不齐所带来的脉冲输出的不稳定性，能够替代人体进行心脏影像算法的建立和优化，代替人体进行心脏影像的校正。

Description

心脏动态模拟装置

技术领域

本发明涉及医学设备设计领域，尤其涉及一种心脏动态模拟装置。

背景技术

CT(Computed tomography计算机断层扫描设备)是一种使用X射线和探测器进行图像重建的设备，通过对被扫描物体进行数据重建，得到物体的三维数据。由于图像重建需要一定的时间，若被测物体在此时间内发生移动，则会产生图像伪影，严重影响图像的成像质量。随着CT探测器层数的增多和转速的提高，对被检测物体一段时间内的位置变动的要求逐渐降低，因而可以进行心脏图像的重建和对心脏疾病(例如：冠心病)的诊断。

然而，由于受制于CT探测器层数和转速的限制，导致在一个或数个扫描周期内(时间很短)，心脏发生跳动，从而造成图像伪影，为解决此问题，需要进行合适的算法处理。

此算法的获得和优化需要进行反复的测试，然而CT是有一定辐射剂量的设备，若使用正常人体进行测试，则测试者必须承受高剂量的辐射，此辐射对人体具有很大的破坏性。故而，若使用机器代替人体，则可使人体免于辐射伤害，同时能够进行反复测试，从而可以获得和优化针对心脏的图像重建算法。

由于能够可靠扫描心脏的功能为CT的新功能，国内外并没有非常合适的解决办法。

发明内容

本发明提供一种心脏动态模拟装置，以满足CT心脏扫描功能测试的需求，模拟心脏跳动进而进行图像重建算法的开发和优化。

为了达到上述目的，本发明提供一种心脏动态模拟装置，其包括电机模块、旋转模块、支撑块和传感器模块，所述支撑块与外界支架连接，所述电机模块和传感器模块均与所述支撑块固定连接，所述旋转模块与所述电机模块连接，并随所述电机模块中输出轴的转动而转动，所述传感器模块用于在所述旋转模块转动到相应位置时向外界发出脉冲信号。

进一步的，所述电机模块包括驱动电机、转动轴和电机支架，所述驱动电机固定设置于所述电机支架上，所述电机支架与所述支撑块固定连接，所述旋转模块通过所述转动轴与所述输出轴连接。

进一步的，所述支撑块为一环形结构，所述转动轴的一端与所述输出轴连接，另一端穿过所述环形结构与所述旋转模块连接。

进一步的，所述旋转模块包括旋转托板、心跳模拟转子以及前、后旋转支撑板，所述旋转托板固定设置于所述后旋转支撑板上，并与所述电机模块连接，所述前、后旋转支撑板分别用于固定所述心跳模拟转子的两端。

进一步的，所述心跳模拟转子与所述电机模块分别设置于所述后旋转支撑板的两侧。

进一步的，所述心跳模拟转子包括至少两根旋转棒，至少两根所述旋转棒的两端均分别与所述前、后旋转支撑板固定连接。

进一步的，所述旋转棒的数量为两根，所述前、后旋转支撑板均呈圆形，其圆心之间的连线与所述转动轴及所述输出轴均位于同一直线上，两根所述旋转棒相对于所述输出轴的中轴线对称设置。

进一步的，至少两根所述旋转棒采用相同或不同透射率的材料制成。

进一步的，所述传感器模块包括传感器和传感器支架，所述传感器支架固定设置于所述支撑块上，所述传感器设置于所述传感器支架上，所述传感器用于在所述旋转模块转动到相应位置时向外界发出脉冲信号。

进一步的，所述心脏动态模拟装置还包括控制系统，所述电机模块与所述控制系统电信连接，所述控制系统控制所述电机模块中的输出轴转动，进而带动所述旋转模块进行变周期、间歇性或周期性旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

为了定量分析心率、扫描速度、重建算法对冠状动脉成像质量的影响，本发明提供了一种心脏动态模拟装置，能够模拟心脏的跳动，代替人体进行心脏图像重建算法的获得和优化，同时满足设备图像校正的需求。该心脏动态模拟装置使用变周期、间歇性或周期性运动的旋转模块作为心脏跳动的模拟装置，以模拟相应的心跳过程，同时，当旋转模块经电机模块驱动而转动到相应的位置时，传感器模块会发出脉冲信号，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。该心脏动态模拟装置能够准确模拟心脏跳动，同时能够模拟心律不齐所带来的脉冲输出的不稳定性，能够替代人体进行心脏影像算法的建立和优化，代替人体进行心脏影像的校正。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的心脏动态模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的心脏动态模拟装置在进行CT的心脏扫描测试时的结构示意图。

在图1和图2中，

1：驱动电机；2：传感器；3：支撑块；4：后旋转支撑板；5：旋转棒；6：前旋转支撑板；7：输出轴；8：旋转托板；9：传感器支架；10：转动轴；11：电机支架；12：装配体；13：接收器；14：CT床；15：CT机架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的心脏动态模拟装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为便于说明，本发明实施例中所述的近端为支架输送系统前进的前端，即远离操作人员的一端，所述远端为靠近操作人员的一端。

本发明的核心思想在于，提供一种心脏动态模拟装置，其能够模拟心脏的跳动，代替人体进行心脏图像重建算法的获得和优化，同时满足设备图像校正的需求。该心脏动态模拟装置使用变周期、间歇性或周期性运动的旋转模块作为心脏跳动的模拟装置，以模拟相应的心跳过程，同时，当旋转模块经电机模块驱动而转动到相应的位置时，传感器模块会发出脉冲信号，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。该心脏动态模拟装置能够准确模拟心脏跳动，同时能够模拟心律不齐所带来的脉冲输出的不稳定性，能够替代人体进行心脏影像算法的建立和优化，代替人体进行心脏影像的校正。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的心脏动态模拟装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的心脏动态模拟装置在进行CT的心脏扫描测试时的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供一种心脏动态模拟装置，其包括电机模块、旋转模块、支撑块3和传感器模块，所述支撑块3与外界支架连接，所述外界支架可为固定结构也可为活动结构，所述电机模块和传感器模块均与所述支撑块3固定连接，所述旋转模块与所述电机模块连接，并随所述电机模块中输出轴7的转动而转动，当旋转模块经电机模块驱动而转动到相应的位置时，传感器模块会发出脉冲信号，旋转模块每转一周传感器模块会发出一组脉冲信号，当旋转模块高转速旋转时，各组脉冲信号之间的时间间隔变小，代表心脏跳动速度变快，反之，当旋转模块低速旋转时，各组脉冲信号之间的时间间隔变大，代表心脏跳动速度变慢，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。

进一步的，所述电机模块包括驱动电机1、转动轴10和电机支架11，所述驱动电机1固定设置于所述电机支架11上，所述电机支架11与所述支撑块3固定连接，所述旋转模块通过所述转动轴10与所述输出轴7连接，所述电机支架11的设置使所述驱动电机1的工作更为稳定。

在本实施例中，所述支撑块3为一环形结构，所述转动轴10的一端与所述输出轴7连接，另一端穿过所述环形结构与所述旋转模块连接，利用支撑块3的环形结构设置能够使驱动电机1及转动轴10的工作更为稳定。

进一步的，所述旋转模块包括旋转托板8、心跳模拟转子以及前、后旋转支撑板6、4，所述旋转托板8固定设置于所述后旋转支撑板4上，并与所述电机模块中的转动轴10连接，所述前、后旋转支撑板6、4分别用于固定所述心跳模拟转子的两端，所述心跳模拟转子能够通过其变周期、间歇性或周期性的转动模拟心跳的过程。

在本实施例中，所述心跳模拟转子与所述电机模块分别设置于所述后旋转支撑板4的两侧，以防止电机模块的存在影响到所述心跳模拟转子的工作。

进一步的，所述心跳模拟转子包括至少两根旋转棒5，至少两根所述旋转棒5的两端均分别与所述前、后旋转支撑板6、4固定连接。在本实施例中，所述旋转棒5的数量为两根，所述前、后旋转支撑板6、4均呈圆形，其圆心之间的连线与所述转动轴10及所述输出轴7均位于同一直线上，两根所述旋转棒5相对于所述输出轴7的中轴线对称设置，且两根所述旋转棒5采用不同透射率的材料制成，如一根旋转棒5使用PMMA(有机玻璃)或者其他材料制作，另一根旋转棒5使用ABS(工程塑料)或者其他材料制作，据此，两根所述旋转棒5在旋转时总会经过同一圆周上的某一个位置，所述传感器模块只需对准该位置进行探测便可在不同旋转棒5经过该位置时向外界发出不同的脉冲信号，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。

进一步的，所述传感器模块包括传感器2和传感器支架9，所述传感器支架9固定设置于所述支撑块3上，所述传感器2设置于所述传感器支架9上，在本实施例中，所述后旋转支撑板4与所述旋转棒5接触的部分上均开有便于传感器2探测的孔洞，需要时旋转托板8的对应位置上也开有相同的孔洞，所述传感器2只需位于电机模块一例便可在不同旋转棒5经过某一位置时透过该孔洞探测到对应的旋转棒5经过了该位置，随后便向外界发出相应的脉冲信号。

进一步的，所述心脏动态模拟装置还包括控制系统，所述电机模块与所述控制系统电信连接，所述控制系统使用单片机、ARM、DSP或者FPGA进行搭建，通过烧录到控制系统内部的固件来控制所述电机模块中的输出轴7转动，进而带动所述旋转模块进行变周期、间歇性或周期性旋转。

如图2所示，在进行CT的心脏扫描测试时，将心脏动态模拟装置置于一装配体12中，所述装配体12放置在CT床14的床板上，传感器2的信号输出线与接收器13相连接。测试时，只需打开控制系统上的开关，该心脏动态模拟装置即会开始工作，当旋转模块旋转到一定位置后，触发传感器2，传感器2发出脉冲信号，该脉冲信号分两路传输，一路脉冲信号传输到所述控制系统中，另一路脉冲信号经调理电路处理后传输到接收器13，之后，接收器13将脉冲信号传输给CT的信号采集单元。

综上所述，为了定量分析心率、扫描速度、重建算法对冠状动脉成像质量的影响，本发明实施例提供了一种心脏动态模拟装置，能够模拟心脏的跳动，代替人体进行心脏图像重建算法的获得和优化，同时满足设备图像校正的需求。该心脏动态模拟装置通过控制系统控制作为心脏跳动的模拟装置的旋转模块进行变周期、间歇性或周期性运动，以模拟相应的心跳过程，同时，当旋转模块的心跳模拟转子中的旋转棒5经驱动电机1中的输出轴7驱动而转动到相应的位置时，传感器模块中的传感器2便会发出脉冲信号，以此模拟接上电极的心脏输出的脉冲信号。该心脏动态模拟装置能够准确模拟心脏跳动，同时能够模拟心律不齐所带来的脉冲输出的不稳定性，能够替代人体进行心脏影像算法的建立和优化，代替人体进行心脏影像的校正。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种心脏动态模拟装置，其特征在于，包括电机模块、旋转模块、支撑块和传感器模块，所述支撑块与外界支架连接，所述电机模块和传感器模块均与所述支撑块固定连接且同侧，所述旋转模块与所述电机模块连接，并随所述电机模块中输出轴的转动而转动，所述传感器模块用于在所述旋转模块转动到相应位置时向外界发出脉冲信号；

所述旋转模块包括旋转托板、心跳模拟转子以及前、后旋转支撑板；所述心跳模拟转子包括至少两根旋转棒，至少两根所述旋转棒的两端均分别与所述前、后旋转支撑板固定连接；

所述后旋转支撑板与至少两根所述旋转棒接触的部分上均开有孔洞，当所述旋转棒经过所述孔洞时，所述传感器模块通过该孔洞探测到所述旋转棒经过时，发出脉冲信号，以此模拟心脏输出的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述电机模块包括驱动电机、转动轴和电机支架，所述驱动电机固定设置于所述电机支架上，所述电机支架与所述支撑块固定连接，所述旋转模块通过所述转动轴与所述输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述支撑块为一环形结构，所述转动轴的一端与所述输出轴连接，另一端穿过所述环形结构与所述旋转模块连接。

4.根据权利要求1所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述旋转托板固定设置于所述后旋转支撑板上，并与所述电机模块连接。

5.根据权利要求4所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述心跳模拟转子与所述电机模块分别设置于所述后旋转支撑板的两侧。

6.根据权利要求1所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述旋转棒的数量为两根，所述前、后旋转支撑板均呈圆形，其圆心之间的连线与所述转动轴及所述输出轴均位于同一直线上，两根所述旋转棒相对于所述输出轴的中轴线对称设置。

7.根据权利要求1所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，至少两根所述旋转棒采用相同或不同透射率的材料制成。

8.根据权利要求1所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，所述传感器模块包括传感器和传感器支架，所述传感器支架固定设置于所述支撑块上，所述传感器设置于所述传感器支架上，所述传感器用于在所述旋转模块转动到相应位置时向外界发出脉冲信号。

9.根据权利要求1至8任一项所述的心脏动态模拟装置，其特征在于，还包括控制系统，所述电机模块与所述控制系统电信连接，所述控制系统控制所述电机模块中的输出轴转动，进而带动所述旋转模块进行变周期、间歇性或周期性旋转。

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