CN210400607U - 一种基于工业机械臂的hifu声压场检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于工业机械臂的HIFU声压场检测装置。本实用新型在运动控制模块中采用工业机械臂的方式，高精度控制测量水听器在HIFU声场空间按照球面规划路径进行声压的扫测工作，提高检测HIFU声压场的定位精度和测量效率。将集成嵌入式运动控制器和便携式数采模块分别通过网线和USB接口与笔记本相连，把整个检测装置精简轻便化至最大程度，为超声源的高效检测模式提供了一种可借鉴的方式。

Description

一种基于工业机械臂的HIFU声压场检测装置

技术领域

本实用新型主要涉及一种HIFU声压场检测装置，特别涉及一种基于工业机械臂的HIFU声压场分布检测装置。

背景技术

医疗仪器如承受超标振动和噪声等因素影响，会导致设备损坏，影响诊断和后续医疗。超声医疗设备定期进行计量检测的目的就是在于对超声设备质量与安全性进行检查及确定，保证其能够正常使用。医用超声源声学性能的计量已经成为医学计量的一个重要分支，高强度聚焦超声治疗系统主要利用超声波在病变部位聚焦瞬间加热到65度以上直接灭活肿瘤细胞。中国完全自主知识产权的“海扶超声聚焦刀”将HIFU技术的无创性、安全性、有效性及可行性融为一体且已经进入了临床实用阶段，目前我国正加紧HIFU技术在临床上实用性研究。

现阶段对HIFU系统的声学性能未形成有效的评价体系，为了实现安全有效的治疗，必须对HIFU声压场分布做出精准而有效的评价情况，传统的医学计量中计量超声源的方法仍旧停留在大型实验室测试阶段，针对现场HIFU治疗设备的声场检测装置应用比较少，测量装置的运动控制大多都是三维运动控制模组，无法实现多功能的运动路径，且实际检测方法如辐射力天平法，量热法和光栅法等方法的检测原理这决定了它只能获得单一的功率指标，不适用于声压场分布的测量。因此对于HIFU治疗设备的高精度计量检测的装置研制迫在眉睫。

发明内容

本实用新型的目的在于研制一种能够对HIFU治疗的声压场进行快速高精度检测装置，以解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型包括三轴5自由度工业机械臂，测量水听器，透声水囊，测试水槽，铝型材支架等。将三轴机械臂的固定底座固定在亚克力玻璃水槽台面上，水槽台面使用折叠式可移动铝型材架进行支撑，使其能够在HIFU治疗床上固定和展开,所述的测试水槽模块侧面四轴铺设吸声尖劈。机械臂的机械手部分使用夹具加持测量水听器，使用透声水囊包裹住机械手然后用密封圈抱箍进行密封。机械臂底座有USB接口直接连接笔记本，将数据采集用的嵌入式示波器连接电脑USB接口，将装置的控制与通讯模块精简高效化来实现采集控制功能。

进一步说，所述的简易机械臂采用五自由度运动，底座的旋转台可适用于360度旋转，机械臂可实现在空间上下左右平动，旋转等功能具有，手动，停止，自动三种运行状态。

进一步说，所述的测量水听器由机械手夹持夹具固定在机械臂的顶端，实现对HIFU声场的三维空间内的测量。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型运用工业机械手结构来提高检测HIFU声压场的定位精度和测量效率，并针对HIFU治疗现场也定的应用环境，提出了折叠式可移动铝型材架结合亚克力测量水槽的结构与工艺，并且设计机械手包裹测量水听器的水囊与HIFU治疗时自带的水囊耦合测量，提高了测量精度和效率。

附图说明

图1为本实用新型的检测系统装置正视图：

图2为本实用新型的机械臂示意图；

图3为本实用新型的便携式示波器示意图；

图4为本实用新型的集成一体式运动控制器示意图；

图5为实际HIFU治疗换能器模型示意图；

图1中：1、笔记本，2、便携式示波器，3、嵌入式运动控制器，4、网线，5、控制器连接线，6、机械臂，7、测量水听器，8、透声水囊，9、HIFU治疗头，10、HIFU水囊，11、测试水槽架，12、HIFU治疗床。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型是通过控制工业机械臂扫测高强度聚焦声场的三维空间来实现对HIFU声场的测量。三轴机械臂的机械手上固定水听器夹具，将测量水听器固定在夹具上，用透声水囊包裹住水听器并进行抱箍密封，目的是为了不使得透声水囊里的除气水外漏。控制机械臂使得透声水囊与HIFU自带的水囊进行耦合，透声水囊的材质选用与HIFU自带水囊的密度一致，从而把对声场的影响降到最低。

测量时，把三轴机械臂的安装位置定为原点，设置坐标为（0，0，0，），在控制软件中输入规划好的路径（nx,ny,nz，根据HIFU换能器的声场特性，采用球面式扫描路径，首先对控制机械臂在声场三维空间寻找到焦点处，采用自动寻峰指令，分别以间隔1mm的粗扫和间隔0.2mm间隔的精扫，寻找到焦域位置处，根据指令扫测空间声压场数据，这种扫描方法直接使得测量水听器的工作端面直接与HIFU球面波声场的切线垂直，测得数据更加完整，弥补了声辐射角度补偿的问题。将扫测空间球面型声场路径命令加载至嵌入式运动控制器，控制机械臂在声场的三维空间进行运动。其中对机械臂的运动速度需要进行严格要求，避免由于速度过快导造成的透声水囊摇晃等问题。笔记本控制便携式示波器，在笔记本上实时显示声压场场数据。

整个检测装置的结构设计精简化，将运动控制模块和数据采集模块直接与笔记本相连，将通讯方式简化，扫描路径合理，体积精简化，弥补了一般测量设备的缺陷。

Claims (2)

1.一种基于工业机械臂的HIFU声压场检测装置，该HIFU声压场分布检测装置是基于工业机械臂集成嵌入式采集与控制模块，其特征在于将运动控制器通过网线与笔记本相连，使得运动控制器和运动控制卡集成在一个小盒子中，方便携带，将便携式数采示波器通过USB接口与笔记本相连，将水听器和示波器的通讯和波形显示都在笔记本上实现，能够使测量装置的体积精简高效化；

利用高精度工业机械臂夹持测量水听器，用透声水囊包裹机械臂的机械手部分并用抱箍密封，在水囊组件里注满脱气水，将机械臂底座固定在测量水槽的台面上，通过控制机械臂采用伸缩，升降，延伸和旋转指令进行HIFU声压场的高精度高效率扫描，获取相应HIFU声场的声压场分布。

2.一种基于工业机械臂的HIFU声压场检测装置，其结构特征在于：包括5自由度工业机械臂、集成嵌入式数据采集和运动控制器模块；

便携式数采示波器，其负责实时采集记录声场数据并在笔记本中显示声场形态和原始数据波形，能够同步在笔记本上进行声场数据的实时传输与保存功能并显示声场数据成像结果；

运动控制器模块，其集成控制器和控制卡一体化，负责控制机械臂在声场三维空间中的伸缩，升降，延伸，旋转指令和移动方向、移动速度、移动位置的控制及距离位移的反馈，实现高精度，多自由度运动控制。

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