CN111493934A - 一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置 - Google Patents

一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置 Download PDF

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赵崇克
孙丽萍
郭乐杭
张一峰
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Abstract

本发明提供一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置，包括：转动单元，以及与所述转动单元连接的扫描执行单元，其中，所述转动单元控制所述扫描执行单元沿中心轴移动和绕中心轴旋转，实现三维乳腺超声自动扫查的自动扫描运动；所述扫描执行单元包括探头调节模块，通过所述探头调节模块能调节三维乳腺超声自动扫查的超声探头距离和倾角，实现所述超声探头自动贴合患者乳腺并进行超声扫描。本发明具有全自动化扫描、泛用性强、体积小、重量轻等优点。

Description

一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置
技术领域
本发明涉及超声成像技术领域，具体地说，涉及一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置。
背景技术
乳腺癌是全球女性中发病率和死亡最高的恶肿瘤，对人类的生命健康造成威胁，因此乳腺癌的检测和预防逐渐为一个重要研究主题。目前对乳腺癌的影像学检查包括X线摄影、超声及核磁共振成像(MRI)等，其中超声检查相比其他手段，具有无创、无辐射、方便、经济不受患者年龄和乳腺体类型限制等优点，它对于肌肉、软组织和骨骼表面具有非常好的成像效果。
传统的超声检测仅能进行二维成像，即展示某个切面的内部情况，而无法获得被检测物体的三维结构，医生在使用过程中需要依靠一系列二超声图像凭记忆和想象了解患者的器官三维面貌，因此检测结果需要依赖医生经验。另一方面，二维超声成像的可再现性差，即在一次检查中获得的图像与测仪器扫描的位置有关，当医生希望对于某一张图成像区域再次进行往较难复现原来的成像，导致查困。因此近年三维成为超声扫描的一个主要趋势，许多三维成像算法被开发出来并部分进入实际应用。
经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN109288541A的中国专利提出了一种采用六自由度机械臂进行超声扫查的方法，六自由度机械臂可设定超声扫查路径，实现自动扫描，但成本过高，控制复杂。公开号为CN109316207A的中国专利提出了一种乳腺超声扫查系统及方法，安装有压力传感器，可自动调整扫查时合适的压迫力。公开号为CN105596029A的中国专利提出了一种用于胸部超声扫描的软性贴附固定装置，通过定制可最大紧密程度贴附不规整的患者胸部表面，但泛用性不高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种乳腺超声全扫描机构及全扫描装置，可自动贴合患者乳腺，泛用性高。
根据本发明的第一方面，提供一种乳腺超声全扫描机构，包括：转动单元，以及与所述转动单元连接的扫描执行单元，其中，
所述转动单元控制所述扫描执行单元沿中心轴移动和绕中心轴旋转，实现三维乳腺超声自动扫查的自动扫描运动；
所述扫描执行单元包括探头调节模块，通过所述探头调节模块能调节三维乳腺超声自动扫查的超声探头距离和倾角，实现所述超声探头自动贴合患者乳腺并进行超声扫描。
可选地，所述转动单元包括：
驱动模块，用于提供转动的驱动力；
转动模块，在所述驱动模块的驱动下实现转动；
传动模块，与所述转动模块连接，将所述转动模块的运动同步传输到所述扫描执行单元。
可选地，所述驱动模块包括第一电机、第二电机；所述传动模块包括N个丝杆；其中,
所述第一电机固定在所述转动模块上，并驱动所述转动模块转动，从而控制所述扫描执行单元绕中心轴旋转；
所述第二电机固定在所述转动模块上，其中输出端与其中第一个丝杆的一端固定，该第一个丝杆的另一端连接所述扫描执行单元，所述第二电机通过所述丝杠带动所述扫描执行单元升降，从而控制所述扫描执行单元沿中心轴移动。
可选地，所述传动模块还包括同步轮和同步带，所述第一个丝杠与所述第二驱动电机之间设置有同步轮；其他N-1个丝杆通过丝杆支座固定在所述转动模块上且N-1个丝杆上也设有同步轮，N-1个丝杆的另一端连接所述扫描执行单元；所述同步轮与所述丝杆相连，且彼此通过同步带传动。
可选地，所述转动模块包括第一转动平台、一级齿轮、二级齿轮、第二转动平台，其中：
所述第一转动平台上与所述一级齿轮连接；
所述第一转动平台、所述二级齿轮与所述第二转动平台通过中心孔依次相连；所述第二转动平台与所述二级齿轮固定连接，所述一级齿轮与所述二级齿轮啮合；
通过所述第一电机驱动所述一级齿轮转动，所述一级齿轮带动二极齿轮转动，从而带动所述第二转动平台一起转动。
可选地，所述第一转动平台与所述二级齿轮通过轴承连接，所述二级齿轮相对所述第一转动平台能自由转动，所述第一电机安装于所述第一转动平台上。
可选地，所述第二转动平台为“丫”型对称结构，具有均匀分布的三个外端，其中，
所述第二电机安装于所述第二转动平台的一端，且与所述第一个丝杆固连；
所述第二转动平台的另外两个外端各安装一个所述丝杆支座，每个所述丝杆支座安装一个丝杠。
可选地，所述扫描执行单元包括第三电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、扫描平台、探头夹具以及超声探头，其中，
所述第三电机安装于所述扫描平台上，且与所述第一锥齿轮相连，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮与所述扫描平台中心重合，且通过轴承连接，所述第二锥齿轮相对所述扫描平台能自由转动；
所述扫描平台外围均匀分布N个连接孔，与N个所述丝杆连接；
所述探头夹具两侧设计有若干空位，用于连接所述超声探头；
所述扫描平台侧面设有探头调节模块，所述探头调节模块包括均匀分布的N个滑槽，所述探头夹具能在所述滑槽中滑动，所述探头夹具的滑动实现所述超声探头的位置；所述探头调节模块还包括用于调节超声探头角度的角度调节部。
可选地，所述探头夹具顶面设有螺纹槽，所述第二锥齿轮底面设有相匹配尺寸的螺纹槽，所述探头夹具与所述第二锥齿轮通过螺纹连接，转动所述第二锥齿轮能控制所述探头夹具轴向移动。
根据本发明的另一方面，提供一种三维乳腺超声全扫描装置，包括上述任一项的乳腺超声全扫描机构。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种有益效果：
1、全自动扫描。本发明上述的乳腺超声全扫描机构和装置，通过扫描执行单元对于探头的位置(距离)和倾角的自动调整，可自动贴合患者乳腺，并在转动单元的控制下自动完成三维超声扫描工作，可减轻医生负担，提高效率。
2、泛用性强。本发明上述的乳腺超声全扫描机构和装置，可根据不同患者的体型，快速扫描执行单元中的调节超声探头的角度(倾角)，以适应各类患者，操作更为便捷。
3、体积小、重量轻。本发明上述的乳腺超声全扫描机构和装置，将转动单元和扫描执行单元巧妙地设计在一起，整体机构体积小、重量轻，安装更为方便快捷，患者体验更为舒适。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一较优实施例的乳腺超声全扫描机构的结构示意图；
图2为本发明一较优实施例的乳腺超声全扫描机构的转动模块结构示意图；
图3为本发明一较优实施例的三维乳腺超声全扫描装置的结构示意图；
图中标记分别表示为：第一电机1、第二电机2、转动平台3、第一转动平台3-1、一级齿轮3-2、二级齿轮3-3、第二转动平台3-4、丝杆支座4、同步轮5、丝杆6、第三电机7、第一锥齿轮8、第二锥齿轮9、扫描平台10、探头夹具11、超声探头12，乳腺超声全扫描机构B-1，支撑横臂B-2，转动关节B-3，第一支撑立臂B-4，第二支撑立臂B-5，升降控制箱B-6，托盘B-7，弹簧减震器B-8，升降旋钮B-9，升降丝杆B-10，支撑支架B-11，万向轮B-12。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1和图2所示，为本发明一优选实施例中的乳腺超声全扫描机构的结构示意图，图中包括：转动单元100，以及与转动单元100连接的扫描执行单元200，其中，转动单元100控制扫描执行单元200沿中心轴移动和绕中心轴旋转，实现三维乳腺超声自动扫查的自动扫描运动；扫描执行单元200包括探头调节模块，通过探头调节模块能调节三维乳腺超声自动扫查的超声探头距离和倾角，实现超声探头自动贴合患者乳腺并进行超声扫描。
本实施例通过探头调节模块可自动贴合患者乳腺，并在转动单元的控制下自动完成三维超声扫描工作，可减轻医生负担，提高效率。
具体的，转动单元包括：驱动模块、转动模块300、传动模块，其中，驱动模块用于提供转动的驱动力；转动模块300在驱动模块的驱动下实现转动；传动模块与转动模块300连接，将转动模块300的运动同步传输到扫描执行单元。
在一优选实施例中，驱动模块包括第一电机1、第二电机2；传动模块包括N个丝杆；N大于等于2，其中,第一电机1固定在转动模块300上，并驱动转动模块转动；第二电机2固定在转动模块300上，其中输出端与其中第一个丝杆的一端固定，该第一个丝杆的另一端连接扫描执行单元200。第一电机1控制扫描执行单元200绕中心轴旋转；第二电机2通过丝杠带动扫描执行单元200升降，从而控制扫描执行单元200沿中心轴移动。
在另一优选实施例中，传动模块还包括同步轮5和同步带，其中，第一个丝杠与第二驱动电机之间设置有同步轮5；其他N-1个丝杆通过丝杆支座固定在转动模块上且N-1个丝杆上也设有同步轮5，N-1个丝杆的另一端连接扫描执行单元；所述同步轮与所述丝杆相连，且彼此通过同步带传动。
参照图2所示，在另一优选实施例中，转动模块300包括第一转动平台3-1、一级齿轮3-2、二级齿轮3-3、第二转动平台3-4。第一转动平台3-1上与一级齿轮3-2连接；第一转动平台3-1、二级齿轮3-3与第二转动平台3-4通过中心孔依次相连；第二转动平台与二级齿轮3-3固定连接，一级齿轮与二级齿轮3-3啮合；通过第一电机驱动一级齿轮3-2转动，一级齿轮3-2带动二级齿轮3-3转动，从而带动第二转动平台3-4一起转动。
为了更好说明转动单元的结构，以2个电机、3个丝杠的优选实施例来进行说明转动单元。参照图1、2所示，转动单元包括第一电机1、第二电机2、转动平台3、丝杆支座4、同步轮5、丝杆6。其中转动平台3包括第一转动平台3-1、一级齿轮3-2、二级齿轮3-3、第二转动平台3-4。第一电机1安装于第一转动平台3-1上，并与一级齿轮3-2连接。第一转动平台3-1、二级齿轮3-3与第二转动平台3-4通过中心孔依次相连，其中第一转动平台3-1与二级齿轮3-3通过轴承连接，二级齿轮3-3相对第一转动平台3-1可自由转动；第二转动平台3-4与二级齿轮3-3固定连接。一级齿轮3-2与二级齿轮3-3啮合，传动比为12:64。第二转动平台3-4为“丫”型对称结构，具有均匀分布的三个外端，其中第二电机2安装于第二转动平台3-4的一端，且与丝杆6固连；第二转动平台3-4的另外两个外端各安装一个丝杆支座4，丝杆6与丝杆支座4相连，三个同步轮5与三个丝杆6相连，且彼此通过同步带传动。本实施例中采用等边“丫”型的形式分布，在几何上充分对称，因而充分保证了受力的对称性，避免了单边运动受力不均引起的机构卡死问题。
该实施例中，通过第一电机1、第二电机2作为驱动模块，带动第一转动平台3-1、第二转动平台3-4转动，并通过传动模块将该转动传动到扫描执行单元，从而实现转动单元100控制扫描执行单元200沿中心轴移动(升降)，以及控制扫描执行单元200绕中心轴旋转，实现三维扫描。
当然以上是本发明的一个较优实施例，采用上述结构可以使得结构更为紧凑，体积小。在其他实施例中，丝杆和电机也可以采用其他数量，可以不局限于上述实施例中的2个电机和3个丝杠。
在另一优选实施例中，参照图1所示，扫描执行单元包括第三电机7、第一锥齿轮8、第二锥齿轮9、扫描平台10、探头夹具11、超声探头12。第三电机7安装于扫描平台10上，且与第一锥齿轮8相连。第一锥齿轮8与第二锥齿轮9啮合。第二锥齿轮9与扫描平台10中心重合，且通过轴承连接，第二锥齿轮9相对扫描平台10可自由转动。扫描平台10外围设有连接孔，与转动单元100的丝杆对应连接。扫描平台10的侧面设有探头调节模块，探头调节模块包括均匀分布的N个滑槽，通过探头夹具11在滑槽中的滑动，实现探头夹具位置的调节，从而调节超声探头12的位置。
在一实施例中，探头夹具11顶面设计有螺纹槽，第二锥齿轮9底面设计有相匹配尺寸的螺纹槽，探头夹具11与第二锥齿轮9通过螺纹连接；探头夹具11两侧设计有若干空位，用于连接超声探头12。
参照图1所示，对应于上述3个丝杠的实施例，在一优选实施例中，扫描平台10外围均匀分布三个螺纹孔，与三个丝杆6螺纹连接；扫描平台10侧面均匀分布三个滑槽，三个探头夹具11可在滑槽中滑动。
上述实施例中的扫描执行单元，通过第三电机7驱动第一锥齿轮8与第二锥齿轮9传动，随后通过螺旋线配合的方式将第三电机7的转动转化为探头夹具11的直线运动。比如在一具体实施例中，第一锥齿轮8与第二锥齿轮9的传动比为10:37，螺旋线的螺距为16mm，因此第三电机7转动一周，超声探头12直线运动距离为4.32mm。
上述实施例中的，探头调节模块还包括用于调节超声探头12角度的角度调节部。超声探头12的角度可以根据患者的体型手动调节，角度调节部共有三个档位，角度分别为0°、22.5°和45°。当然，在其他实施例中角度调节部也可以根据需要设置更多档位。
参照图3所示，为本发明一优选实施例的三维乳腺超声全扫描装置的结构示意图，图3中三维乳腺超声全扫描装置包括扫描平台和支撑平台。
具体的，扫描平台包括乳腺超声全扫描机构B-1，支撑横臂B-2，转动关节B-3，第一支撑立臂B-4，第二支撑立臂B-5，升降控制箱B-6。乳腺超声全扫描机构B-1采用上述任一项实施例中的乳腺超声全扫描机构。乳腺超声全扫描机构B-1安装于支撑横臂B-2末端，支撑横臂B-2的另一端通过转动关节B-3，与第一支撑立臂B-4顶端连接，支撑横臂B-2可绕转动关节B-3进行水平旋转，并可锁紧。第一支撑立臂B-4与第二支撑立臂B-5嵌套配合，第一支撑立臂B-4侧面设计有齿形长槽；升降控制箱B-6安装于第二支撑立臂B-5侧面，升降控制箱B-6的输出轴与第一支撑立臂B-4侧面的齿形长槽配合，升降控制箱B-6可控制第一支撑立臂B-4竖直方向运动。
支撑平台包括托盘B-7、弹簧减震器B-8、升降旋钮B-9、升降丝杆B-10、支撑支架B-11、万向轮B-12。托盘B-7上表面设计有槽孔，与第二支撑立臂B-5固定安装；托盘B-7下表面四角处分别与四个弹簧减震器B-8连接。弹簧减震器B-8底部安装升降旋钮B-9，升降旋钮B-9内孔设有内螺纹，与升降丝杆B-10配合，转动四个升降旋钮B-9，可实现托盘B-7的升降。支撑支架B-11上表面设计有用于固定升降丝杆B-10的法兰，并与升降丝杆B-10固定连接，支撑支架B-11底部安装有四个万向轮B-12，可实现整体机构的全方位移动。
上述实施例的三维乳腺超声全扫描装置的操作步骤如下：
1、通过万向轮B-12移动整体装置至患者旁，调节升降旋钮B-9升降托盘B-7至合适高度，调节转动关节B-3和升降控制箱B-6使乳腺超声全扫描机构B-1调整至患者乳腺位置；
2、控制第三电机7转动，第三电机7带动第一锥齿轮8转动，第一锥齿轮8转动带动第二锥齿轮9转动，通过螺旋线配合的方式将第二锥齿轮9转动转化为探头夹具11的直线运动。超声探头12上还有力觉检测功能，当超声探头12检测合适的接触力时，第三电机7停止转动，使之能紧贴患者乳腺。超声探头12在探头夹具11中可被动适应贴附皮肤的倾斜角度，从而实现超声探头12的位置和倾角调整。
3、控制第二电机2转动，使扫描执行单元200转动一圈，并扫描一圈；然后，控制第一电机1转动，使扫描执行单元200升降一个步长，然后再控制第二电机2转动，使扫描执行单元200再转动一圈，并再扫描一圈。在新的高度重复上述过程，直至乳腺扫描结束，从而实现超声探头12的三维扫描。
现有的医生手持扫描方法精度不高，难以建立精确的三维乳腺超声图像；现有的机械臂夹持单个超声探头的方式在扫描的过程中存在乳腺变形，测量不准的问题。本发明上述实施例的三维乳腺超声全扫描装置，采用了多超声探头多方向扫描的方式，可以弥补避免在超声探头与被测物体接触时，胸部变形过大导致三维成像质量不佳的问题。同时，多个超声探头的图像数据可以互相融合，有利于得到更精准的三维数据。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种乳腺超声全扫描机构，其特征在于，包括：转动单元，以及与所述转动单元连接的扫描执行单元，其中，
所述转动单元控制所述扫描执行单元沿中心轴移动和绕中心轴旋转，实现三维乳腺超声自动扫查的自动扫描运动；
所述扫描执行单元包括探头调节模块，所述探头调节模块能调节三维乳腺超声自动扫查的超声探头距离和倾角，实现所述超声探头自动贴合患者乳腺并进行超声扫描。
2.根据权利要求1所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述转动单元包括：
驱动模块，用于提供转动的驱动力；
转动模块，在所述驱动模块的驱动下实现转动；
传动模块，与所述转动模块连接，将所述转动模块的运动同步传输到所述扫描执行单元。
3.根据权利要求2所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述驱动模块包括第一电机、第二电机；所述传动模块包括N个丝杆；其中,
所述第一电机固定在所述转动模块上，并驱动所述转动模块转动，从而控制所述扫描执行单元绕中心轴旋转；
所述第二电机固定在所述转动模块上，其中输出端与其中第一个丝杆的一端固定，该第一个丝杆的另一端连接所述扫描执行单元，所述第二电机通过所述丝杠带动所述扫描执行单元升降，从而控制所述扫描执行单元沿中心轴移动。
4.根据权利要求3所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述传动模块还包括同步轮和同步带，所述第一个丝杠与所述第二驱动电机之间设置有同步轮；其他N-1个丝杆通过丝杆支座固定在所述转动模块上且N-1个丝杆上也设有同步轮，N-1个丝杆的另一端连接所述扫描执行单元；所述同步轮与所述丝杆相连，且彼此通过同步带传动。
5.根据权利要求3所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述转动模块包括第一转动平台、一级齿轮、二级齿轮、第二转动平台，其中：
所述第一转动平台上与所述一级齿轮连接；
所述第一转动平台、所述二级齿轮与所述第二转动平台通过中心孔依次相连；所述第二转动平台与所述二级齿轮固定连接，所述一级齿轮与所述二级齿轮啮合；
通过所述第一电机驱动所述一级齿轮转动，所述一级齿轮带动二极齿轮转动，从而带动所述第二转动平台一起转动。
6.根据权利要求5所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述第一转动平台与所述二级齿轮通过轴承连接，所述二级齿轮相对所述第一转动平台能自由转动，所述第一电机安装于所述第一转动平台上。
7.根据权利要求6所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述第二转动平台为“丫”型对称结构，具有均匀分布的三个外端，其中，
所述第二电机安装于所述第二转动平台的一端，且与所述第一个丝杆固连；
所述第二转动平台的另外两个外端各安装一个所述丝杆支座，每个所述丝杆支座安装一个丝杠。
8.根据权利要求3所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于，所述扫描执行单元包括第三电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、扫描平台、探头夹具以及超声探头，其中，
所述第三电机安装于所述扫描平台上，且与所述第一锥齿轮相连，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮与所述扫描平台中心重合，且通过轴承连接，所述第二锥齿轮相对所述扫描平台能自由转动；
所述扫描平台外围均匀分布N个连接孔，与N个所述丝杆连接；
所述探头夹具两侧设计有若干空位，用于连接所述超声探头；
所述扫描平台侧面设有探头调节模块，所述探头调节模块包括均匀分布的N个滑槽，所述探头夹具能在所述滑槽中滑动，所述探头夹具的滑动实现所述超声探头的位置；所述探头调节模块还包括用于调节超声探头角度的角度调节部。
9.根据权利要求8所述的乳腺超声全扫描机构，其特征在于：所述探头夹具顶面设有螺纹槽，所述第二锥齿轮底面设有相匹配尺寸的螺纹槽，所述探头夹具与所述第二锥齿轮通过螺纹连接，转动所述第二锥齿轮能控制所述探头夹具轴向移动。
10.一种三维乳腺超声全扫描装置，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的乳腺超声全扫描机构。
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