CN110037726B - 一种扫描床及其扫描位置切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种扫描床及其扫描位置切换装置，该扫描位置切换装置用于沿第一方向切换扫描床的工作位置，包括依次相连的至少两组四连杆机构；其中，第一四连杆机构的连杆形成于所述扫描床的床体，第二四连杆机构的机架杆固定设置，且相邻两个四连杆机构中一者的机架杆与另一者的连杆为同一杆件；并配置为：所述至少两组四连杆机构的连架杆可转动适配，以带动所述床体切换工作位置。本方案通过结构优化，无需在进床方向上增加相应行程在确保设备运行性能的基础上，可进一步控制产品制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种扫描床及其扫描位置切换装置。
背景技术
随着科技的进步，医学成像设备也得到了快速发展，现有医学领域通过不同模态成像能够反映生物体结构或功能方面的不同信息，例如但不限于，CT(ComputedTomography，电子计算机断层扫描)成像，PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描)成像以及CTA(CT angiography，血管造影)成像等等。由此，通过对多模态影像信息的互补和综合，可为疾病的检测与诊断提供更多有用信息，为医师进行诊断提供了临床可靠依据，同时也大大提高了诊断和治疗过程的精度和效率。
目前，市场上多模成像医学设备的两个扫描视野区大多是沿轴向间隔分布，两个视野区一前一后在物理上存在着固定的距离，该距离形成于扫描进床的方向。也就是说，为了满足扫描位置切换的运动距离，需要在进床方向上增加相应行程。行程加大后，对扫描支撑设备的物理尺寸、变形量、支撑强度、运动位置精度及速度平稳性等关键指标的控制难度大幅提升，并由此大大增加了产品制造成本。
有鉴于此，亟待另辟蹊径提供一种扫描位置切换解决方案，以在兼顾可靠实现设备运行性能的基础上，能够有效控制成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种扫描床及其扫描位置切换装置，该扫描位置切换装置通过结构优化，无需在进床方向上增加相应行程在确保设备运行性能的基础上，可进一步控制产品制造成本。
本发明提供的扫描位置切换装置，用于沿第一方向切换扫描床的工作位置，包括依次相连的至少两组四连杆机构；其中，第一四连杆机构的连杆形成于所述扫描床的床体，第二四连杆机构的机架杆固定设置，且相邻两个四连杆机构中一者的机架杆与另一者的连杆为同一杆件；并配置为：所述至少两组四连杆机构的连架杆可转动适配，以带动所述床体切换工作位置。
优选地，所述四连杆机构设置为相连接的两组，且第一四连杆机构和第二四连杆机构均为平行四连杆机构，并配置为：工作位置切换过程中的所述床体沿第二方向可保持位置不变，和/或沿第二方向调整位置过程中所述床体沿第一方向的位置可保持不变；其中，所述第一方向与所述第二方向相垂直。
优选地，还包括：第一驱动部件，其输出端连接驱动所述第一四连杆机构的至少一个连架杆转动；第二驱动部件，其输出端连接驱动所述第二四连杆机构的至少一个连架杆转动。
优选地，还包括：第一角度传感器，用于采集所述第一四连杆机构的连架杆的第一角度信号；第二角度传感器，用于采集所述第二四连杆机构的连架杆的第二角度信号；控制单元，根据所述第一角度信号和所述第二角度信号分别输出控制指令至所述第一驱动部件和所述第二驱动部件，以控制工作位置切换过程中的所述床体沿第二方向保持位置不变，和/或沿第二方向调整位置过程中所述床体沿第一方向的位置保持不变。
优选地，所述第一驱动部件和所述第二驱动部件均为电机，所述控制指令包括转向信号和速度信号。
优选地，还包括：驱动部件，其输出端连接驱动第一传动机构和第二传动机构的动力输入端；第一传动机构，其动力输出端连接驱动所述第一四连杆机构的至少一个连架杆转动；第二传动机构，其动力输出端连接驱动所述第二四连杆机构的至少一个连架杆转动。
优选地，还包括：第一离合机构，设置在所述驱动部件的输出端至所述第一传动机构的动力输入端之间；第二离合机构，设置在所述驱动部件的输出端至所述第二传动机构的动力输入端之间。
优选地，所述第一传动机构和所述第二传动机构均为齿轮传动机构，所述齿轮传动机构具有离合齿轮副。
本发明还提供一种扫描床，包括用于承载患者的可沿第一方向切换工作位置的床体，以及如前所述的扫描位置切换装置。
优选地，还包括进床机构，所述扫描位置切换装置设置在所述床体与所述进床机构之间。
基于现有技术，本发明另辟蹊径地提出了上述用于切换扫描床工作位置的装置，可有效控扫描进床方向的运行行程。本方案采用依次相连适配的至少两组四连杆机构，其中，相邻四连杆机构中的位于上方的第一四连杆机构的机架杆与位于下方的第二四连杆机构的连杆为同一杆件，通过至少两组四连杆机构的连架杆所形成的匹配摆动实现扫描床工作位置的切换。与现有技术相比，本发明具有下述有益效果：
首先，第一四连杆机构的连杆形成于扫描床的床体，本方案创新性地提出了一种扫描视野切换的运动轨迹，通过组合运动实现并满足扫描工作位置切换的水平运动行程，充分利用了空间尺寸，无需依据切换行程预留扫描床的结构设置，具有结构稳定可靠的优点。同时，基于本方案的扫描视野切换运动轨迹，可最大限度地压缩结构长度及床体长度，减小了床体变形量，无需增加零部件的加工和装配成本，即可有效提升支撑强度、运动位置精度及速度平稳性等性能指标。具有成本可控的优点。
其次，基于床体变形量减少的特点，可大大降低设计难度。同时，无需引入除床体以外的机构，可完全规避不可控因素的引入，从而最大程度地减小了床体相对变形量差异。
再次，本发明的优选方案采用平行四连杆机构，并进一步配置为在沿第二方向调整过程中扫描床沿第一方向的位置可保持不变，也就是说，通过两组四连杆机构的连架杆匹配摆动实现扫描床高度的调整，一者摆动过程中在水平方向产生的位移，由另一者的摆动形成在水平方向形成反向相应位移，实现扫描床的准确升降，确保自适应消化过程中可能发生，高度调整过程中的扫描床保持竖直位移。如此设置，可集成利用扫描床升降机构，并优化相应驱动关系，在不增加线性结构尺寸的基础上，达到功能最优配置，从而有效兼顾了功能集成及空间利用率，并进一步降低了成本。
附图说明
图1为具体实施方式所述扫描位置切换装置的使用状态示意图；
图2a、图2b和图2c分别示出了扫描床的工作位置切换过程示意图；
图3a和图3b分别示出了扫描床的升降调整过程示意图；
图4为具体实施方式所述扫描位置切换装置的一种驱动原理简图；
图5示出了本实施例一所述的控制原理框图；
图6示出了本实施例二所述的控制原理框图。
图中：
床体10；
扫描位置切换装置20、第一四连杆机构21、第二四连杆机构22、第一连架杆1、第二连架杆2、第三连架杆3、第四连架杆4、杆件5、第一扫描工作位置A、第二扫描工作位置B、第一气动缸61、第二气动缸62、第一角度传感器71、第二角度传感器72、主动带轮81、从动带轮82、控制单元9、第一驱动部件10、第二驱动部件11、驱动部件12、第一传动机构13、第二传动机构14、第一离合机构15、第二离合机构16；
进床机构30。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
不失一般性，本实施方式以图中所示的扫描床为描述主体，详细说明用于扫描床工作位置切换的技术方案。该扫描床的床体10设置在扫描位置切换装置20上，通过该扫描位置切换装置20，可驱动承载患者的床体10沿第一方向X运动(图中水平方向)在第一扫描工作位置A和第二扫描工作位置B之间切换，该扫描床的高度方向即为图中箭头Y所示的第二方向。应当理解，本实施方式中沿水平方向的两个扫描工作位置仅为示例性说明，并未对本申请请求保护的扫描位置切换装置构成任何实质性的限制，其具体设置数量及相对位置关系可根据不同医用设备功能需求进行设置。
本方案的核心的在于，通过上下依次相连的至少两组四连杆机构；其中，图中所示上部四连杆机构为第一四连杆机构，其连杆形成于所述扫描床的床体，图中所示下部四连杆机构为第二四连杆机构，其机架杆固定设置；并且，上下相邻的两个四连杆机构中，位于上方的第一四连杆机构的机架杆与位于下方的第二四连杆机构的连杆为同一杆件；并配置为：至少两组四连杆机构的连架杆可转动适配，以带动所述床体切换工作位置。
如此设置，通过至少两组四连杆机构的连架杆匹配摆动，可实现扫描床工作位置的切换，进而可靠地确保沿水平方向切换工作位置。这里，四连杆机构可以为上下依次相连的两组、三组或其他复数组，例如但不限于图1中所示的两组。
需要说明的是，本方案中“连杆”、“连架杆”和“机架杆”均为根据平面四连杆机构的结构特点进行的构件命名，其中，“机架杆”等同于传统平面四连杆模型中“机架”的关联机理相同，在本方案中，基于位于上方的第一四连杆机构的机架杆与位于下方的第二四连杆机构的连杆为同一构件，并与下方的四连杆机构随动，且第二四连杆机构22的机架杆可能固定设置或与进床机构30随动，故命名为“机架杆”。
请参见图1，该图为本实施方式所述扫描位置切换装置的使用状态示意图。当然，进床机构30的具体实现方式非本申请的核心发明点所在，故图中以清晰表达其与第二四连杆机构22的连接关系进行了局部示明。
该扫描位置切换装置20主要包括第一四连杆机构21和第二四连杆机构22。其中，第一四连杆机构21的连杆(10)形成于扫描床的床体10，第一四连杆机构21的机架杆(5)与第二四连杆机构22的连杆(5)为同一杆件5，该第二四连杆机构22的机架杆(30)固定设置；并配置为：该第一四连杆机构21的连架杆(第一连架杆1和第二连架杆2)和第二四连杆机构22的连架杆(第三连架杆3和第四连架杆4)可转动适配，以带动扫描床沿水平方向(第一方向X)切换扫描工作位置。
如前所述，本方案以两个扫描工作位置进行方案说明。这里，图1中以实线条示意第一扫描工作位置A下各构件间的相对位置关系，并以虚线条示意第二扫描工作位置B下各构件间的相对位置关系。
可以理解的是，上述“连杆”、“连架杆”和“机架杆”等构件仅用于清晰表达本方案的核心设计构思，并非局限于图中所示的等截面细长构件。
下面结合图2a、图2b和图2c简要说明扫描床的扫描位置切换过程。例如但不限于，以图2a所示的位于第一扫描工作位置A的扫描床作为切换原理描述基础。
首先，如图2a所示，扫描床位于第一扫描工作位置A。第一四连杆机构21的第一连架杆1和第二连架杆2顺时针转动，与此同时，第二四连杆机构22的第三连架杆3和第四连架杆4也作顺时针转动。作为优选，两者转动速度的匹配原则为：第一连架杆1和第二连架杆2摆动过程中在高度方向(第二方向Y)上产生的向上位移量，与第三连架杆3和第四连架杆4摆动形成在高度方向Y上产生的向下位移量，保持实时相等；由此，基于第一四连杆机构21的机架杆与第二四连杆机构22的连杆共用同一杆件3，可进一步确保扫描位置切换过程中的扫描床始终保持水平位移，大大提升了患者体验。
接下来，当第一连架杆1和第二连架杆2转动至图2b所示的处于竖直状态时，扫描床尚未到达第二扫描工作位置B。此时，第一四连杆机构21的第一连架杆1和第二连架杆2继续顺时针转动，而第二四连杆机构22的第三连架杆3和第四连架杆4需要转为逆时针转动，也就是说，相对于第一四连杆机构21摆动过程中在高度方向Y上产生的位移量，第二四连杆机构22需要实时形成在高度方向Y上的反向位移量。直至，扫描床切换至图2c所示的第二扫描工作位置B。反之亦然。
当然，根据具体医用设备的其他参数限制，例如，扫描位置间的间距、高度，以及扫描床的长度及工作高度等，各组连架杆之间的转动方向和转动速度的匹配方式将各自不同，只要作动方式与前述工作原理一致均在本申请请求保护的范围内。
进一步地，该扫描位置切换装置还集成了扫描床高度调整机构的功能，同时还能够使得高度调整过程中的扫描床在水平方向X的位置可保持不变。
下面结合3a和图3b简要说明扫描床的高度调整过程。例如但不限于，以图3a所示的扫描床所示高度H作为预调高的描述基础。如图3a所示，扫描床的高度为H，当需要调高扫描床时，第一四连杆机构21的第一连架杆1和第二连架杆2顺时针转动，与此同时，第二四连杆机构22的第三连架杆3和第四连架杆4作逆时针转动。作为优选，两者转动速度的匹配原则为：第一连架杆1和第二连架杆2摆动过程中在水平方向X上产生的向右位移量，与第三连架杆3和第四连架杆4摆动形成在水平方向X上产生的向左位移量，保持实时相等；反之亦然。由此，基于第一四连杆机构21的机架杆与第二四连杆机构22的连杆共用同一杆件3，可进一步确保扫描床的高度调整过程始终无水平位移，以适用不同的使用工况。
本方案中，每个四连杆机构可以均采用气动缸作为执行元件，两端分别铰接，通过气路控制气动缸的伸缩实现相应杆件的驱动。具体如图4所示，该图示出了扫描位置切换装置的驱动原理简图。第一气动缸61的两端分别与第二连架杆2和杆件5铰接，第二气动缸62的两端分别与第三连架杆3和机架(进床机构30)铰接，由此根据实际控制指令分别带动两个四连杆机构进行相应的操作。应当理解，图4所示以气动缸为执行元件仅为优选示例，执行元件也可以采用液动缸或者齿轮传动机构等方式；当然也可以采用这样的设计，由驱动部件直接驱动相应杆件转动，只要能够实现上述基础功能均可。
为了获得较佳的控制精度，优选设置用于检测连架杆角度的传感器；其中，第一角度传感器71用于采集第一四连杆机构21的连架杆的第一角度信号，例如但不限于采集图中所示第二连架杆2的角度；第二角度传感器72用于采集第二四连杆机构22的连架杆的第二角度信号，例如但不限于采集图中所示第三连架杆3的角度。基于控制策略，以控制工作位置切换过程中的扫描床高度保持不变，和/或高度调整过程中扫描床沿水平方向的位置保持不变。
作为优选方案，可以在待测构件与角度传感器之间设置增速机构，以获得良好的信号采集精度。具体可采用皮带传动或者齿轮传动等方式实现。
以下结合图4所示并以第二连架杆2作为描述主体简述皮带传动增速的配合机理。在第二连架杆2的与杆件5的铰接轴上，设置有同步转动的主动带轮81；相应地，从动带轮82通过皮带与主动带轮81适配，第二角度传感器72的输入端与从动带轮82相连。其中，主动带轮81的直径大于从动带轮82，所构建的增速比能够使得第二角度传感器72能够准确获取转动信号，确保位置切换的控制精度。
另外，第一四连杆机构21和第二四连杆机构22的转动，可以分别设置驱动部件，也可共用驱动部件。
实施例一：
本实施例包括两个驱动部件：第一驱动部件10和第二驱动部件11。请参见图5，该图示出了本实施例的控制原理框图。
其中，第一驱动部件10的输出端连接驱动该第一四连杆机构21的至少一个连架杆(例如但不限于，图中所示的第二连架杆2)转动；第二驱动部件11的输出端连接驱动第二四连杆机构22的至少一个连架杆(例如但不限于，图中所示的第三连架杆3)转动。当然，对于仅驱动相应四连杆机构的一个连架杆的情形，与驱动部件相边的连架杆为主动杆，另一连架杆则为从动杆。这里，由于四连杆机构的模型确定后，机构两连架杆的关系即为确定，也即控制逻辑的几何关系固定，故仅检测每个四连杆机构的一个连架杆的角度信号即可满足闭环控制的功能需要。
其中，控制单元9可根据所采集的第一角度信号和第二角度信号分别输出控制指令至第一驱动部件10和第二驱动部件11的控制端，作为进一步优选，第一驱动部件61和第二驱动部件62可均为具有控制端的气泵电机，控制单元所输出控制指令相应地包括转向信号和速度信号，以输出至相应动力源电机的控制端，从而根据各组四连杆机构之间的匹配原则实现闭环控制。应当理解，具体可以由电机直接驱动相应四连杆机构的连架杆，也可根据扭矩输出需求通过传动机构、转动机构间接实现动力传递。
实施例二：
与实施例一中各机构独立控制不同的是，本实施例通过一个驱动部件12实现各组四连杆机构的转动驱动。请参见图6，该图示出了本实施例的控制原理框图。
该驱动部件12的输出端连接驱动第一传动机构13和第二传动机构14的动力输入端，两个传动机构分别用于第一四连杆机构21和第二四连杆机构22的动力传递，其中，第一传动机构13的动力输出端连接驱动第一四连杆机构21的至少一个连架杆(第一连架杆1、第二连架杆2)转动，第二传动机构14的动力输出端连接驱动第二四连杆机构22的至少一个连架杆(第三连架杆3、第四连架杆4)转动。由此，通过一个驱动部件12分别实现两组四连杆机构的机械转动驱动。
为了提高各组四连杆机构的工况适用灵活性，可以增设离合机构。例如，将第一离合机构15设置在该驱动部件12的输出端至第一传动机构13的动力输入端之间，将第二离合机构16设置在该驱动部件12的输出端至第二传动机构14的动力输入端之间，即可实现第一四连杆机构21和第二四连杆机构22非同步动作，大大提高了装置的工况适用范围。
此外，还可通过第一传动机构和第二传动机构自身结构优化，实现非同步动作的功能。例如，传动机构可以均为齿轮传动机构，且齿轮传动机构具有相应的离合齿轮副，同样可实现第一四连杆机构21和第二四连杆机构22非同步动作。
除前述扫描位置切换装置外，本实施方式还提供一种扫描床，括用于承载患者的可沿第一方向切换工作位置的床体10，以及前述扫描位置切换装置。该床体10具有至少两个扫描工作位置，以适应临床工作需求。
其中，该扫描位置切换装置的设置数量可以根据整体产品的实际设计；例如可配置为一个；或者，也可相对于床体10中心线左右对称配置为两个。
应用该扫描床的设备可以为CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)、PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描)或者PET/CT等医疗设备。需要说明的是，基于不同医疗设备的功能要求，扫描位置切换装置可直接固定设置，也可固定设置在进床机构上。这里，进床机构30优选配置为：沿进床方向，进床机构设置在主机设备旁侧；沿高度方向，该扫描位置切换装置20设置在扫描床(10)与进床机构30之间。
需要说明的是，本方案以两个扫描工作位置作示例性说明。应当理解，上述医疗设备的扫描床和进床机构等功能部件非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。
此外，本实施方式提供的上述扫描位置切换装置，除前述沿水平方向(X向)实现位置调节外，也可以适用于沿高度方向(Y)调节扫描工作位置的情形。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种扫描位置切换装置，用于沿第一方向切换扫描床的工作位置，其特征在于，包括依次相连的至少两组四连杆机构；其中，第一四连杆机构的连杆形成于所述扫描床的床体，第二四连杆机构的机架杆固定设置，且相邻两个四连杆机构中一者的机架杆与另一者的连杆为同一杆件；并配置为：所述至少两组四连杆机构的连架杆可转动适配，以带动所述床体切换工作位置；还包括：
驱动部件，其输出端连接驱动所述第一四连杆机构的至少一个连架杆转动，以及连接驱动所述第二四连杆机构的至少一个连架杆转动；
第一角度传感器，用于采集所述第一四连杆机构的连架杆的第一角度信号；
第二角度传感器，用于采集所述第二四连杆机构的连架杆的第二角度信号；
控制单元，根据所述第一角度信号和所述第二角度信号分别输出控制指令至所述驱动部件，以控制工作位置切换过程中的所述床体沿第二方向保持位置不变，和/或沿第二方向调整位置过程中所述床体沿第一方向的位置保持不变；其中，所述第一方向与所述第二方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的扫描位置切换装置，其特征在于，所述四连杆机构设置为相连接的两组，且第一四连杆机构和第二四连杆机构均为平行四连杆机构。
3.根据权利要求2所述的扫描位置切换装置，其特征在于，所述驱动部件包括：
第一驱动部件，其输出端连接驱动所述第一四连杆机构的至少一个连架杆转动；
第二驱动部件，其输出端连接驱动所述第二四连杆机构的至少一个连架杆转动；
所述控制单元根据所述第一角度信号和所述第二角度信号分别输出控制指令至所述第一驱动部件和所述第二驱动部件，以控制工作位置切换过程中的所述床体沿第二方向保持位置不变，和/或沿第二方向调整位置过程中所述床体沿第一方向的位置保持不变。
4.根据权利要求3所述的扫描位置切换装置，其特征在于，所述第一驱动部件和所述第二驱动部件均为电机，所述控制指令包括转向信号和速度信号。
5.根据权利要求1所述的扫描位置切换装置，其特征在于，还包括：
第一传动机构，其动力输出端连接驱动所述第一四连杆机构的至少一个连架杆转动；
第二传动机构，其动力输出端连接驱动所述第二四连杆机构的至少一个连架杆转动；
所述驱动部件的输出端连接驱动所述第一传动机构和所述第二传动机构的动力输入端。
6.根据权利要求5所述的扫描位置切换装置，其特征在于，还包括：
第一离合机构，设置在所述驱动部件的输出端至所述第一传动机构的动力输入端之间；
第二离合机构，设置在所述驱动部件的输出端至所述第二传动机构的动力输入端之间。
7.根据权利要求6所述的扫描位置切换装置，其特征在于，所述第一传动机构和所述第二传动机构均为齿轮传动机构，所述齿轮传动机构具有离合齿轮副。
8.一种扫描床，包括用于承载患者的可沿第一方向切换工作位置的床体，其特征在于，还包括如权利要求1至7中任一项所述的扫描位置切换装置。
9.根据权利要求8所述的扫描床，其特征在于，还包括进床机构，所述扫描位置切换装置设置在所述床体与所述进床机构之间。
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