专利名称：一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜的制作方法
一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜。 [背景技术]超声生物显微镜(简称UBM，英文全称Ultrasound Biomicroscope)是20世纪 90年代初发展起来的新型眼科B超影像学检测设备。UBM利用可编程逻辑器件控制电子 电路激励高频超声传感器发射高频超声作为信号源、接收超声回波信号并进行电子信号处 理，得到与检查组织相关的数字图像，结合计算机图像处理技术为人们提供类似低倍光学 显微镜效果和不同断面的眼前端二维图像。UBM具有分辨率高、实时、定量和不受混浊角膜、 晶状体影响等特点，在眼科临床上得到广泛的应用。UBM的成像质量、成像范围和它的机械 扫描方式密切相关，目前，临床上的扇形扫描超声生物显微镜由于它的机械结构原理简单、 扫描范围广而得到普遍应用。扇形扫描装置是利用机械传动、转化原理把电机的勻速圆周 运动转化为类似时钟单摆的简谐运动，从而得到超声的扇形扫描线。但是，扇形扫描装置存 在勻速扫描范围窄、图像几何失真高、图像清晰范围小的缺点，测量距离始终在变化、数据 处理复杂、准确度低，给临床医生诊断病情带来很多困扰。本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种实现弧面扫描的三维超声生 物显微镜，其具有操作简单方便、扫描范围可控、图像清晰范围大、数据处理简单、扫描效率 高的特点。本发明提供一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，包括外壳、第一电机、第二 电机、第一联轴片、第二联轴片、电机固定套、大轴承、传动杆、传动架、导轨、滑块、探头、程 序控制器和控制线板，所述的外壳分为外壳上部和外壳下部，所述第一联轴片的两端分别 与第一电机和电机固定套一端固定连接，电机固定套另一端设有一中心开有小孔的底座， 第一联轴片与第一电机之间设有第一光电编码器，该第一光电编码器与控制线板相连，所 述大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间，所述传动架上设有一开槽，所述导 轨为弧形，导轨穿过传动架开槽，导轨两端固定在外壳下部的内壁上，所述滑块固定于传动 架上，设置在导轨下方，该滑块和传动架可沿着导轨滑动，所述探头一端与传动架连接；所 述电机固定套与第二电机的外壁固定连接，第二电机的一端穿过电机固定套底座上的小孔 与第二联轴片固定连接，电机固定套底座和第二联轴片之间设有第二光电编码器，该第二 光电编码器与控制线板相连，传动杆一端固定于第二联轴片的偏离中心位置，另一端与传 动架活动的连接；探头内设有传感器并伸出外壳下部，该传感器与控制线板连接，控制线板 与程序控制器连接。所述大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间的方式为在电机固定套 外壁上设有突起，用来固定大轴承的内环，在外壳上部内壁上设有突起，用来固定大轴承的 外环，所述大轴承卡设于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间。
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所述传动杆与传动架活动连接的方式为传动杆一端设有小轴承，小轴承设置在 小半球内，传动架上设有凹槽，所述小半球设置在所述凹槽内。所述导轨两端固定在外壳下部的内壁上的方式为外壳下部的内壁上对称设有两 个突起，导轨两端通过螺钉固定在突起上，进而将导轨固定在外壳下部的内壁上。所述导轨下方的滑块内设置多个小滚珠。所述探头一端与传动架连接的方式为所述传动架与磁铁固定片固定连接，磁铁 固定片与探头上均设有磁铁，通过磁铁的磁性将探头和传动架连接起来。本发明提供的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜还包括第三光电编码器， 该光电编码器设置在传动架前方的外壳下部的内壁上。所述外壳上部与电机固定套是通过大轴承连接，外壳下部的上端与电机固定套底 座固定连接。本发明又提供一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，包括外壳、第一电机、第 二电机、第一联轴片、第二联轴片、电机固定套、大轴承、传动杆、传动架、导轨、滑块、探头、 程序控制器和控制线板，所述的外壳分为外壳上部和外壳下部，所述第一联轴片的两端分 别与第一电机和电机固定套一端固定连接，电机固定套另一端设有一中心开有小孔的底 座，第一联轴片与第一电机之间设有第一光电编码器，该第一光电编码器与控制线板相连， 所述大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间，所述传动架上设有一开槽，所述 导轨为弧形，导轨穿过传动架开槽，导轨两端固定在外壳下部的内壁上，所述滑块固定于传 动架上，设置在导轨下方，该滑块和传动架可沿着导轨滑动，所述探头一端与传动架连接； 所述电机固定套与第二电机的外壁固定连接，第二电机的一端穿过电机固定套底座上的小 孔与第二联轴片固定连接，传动杆一端固定于第二联轴片的偏离中心位置，另一端与传动 架活动的连接，所述的传动架前方的外壳下部的内壁上设置第二光电编码器，该第二光电 编码器与控制线板相连；探头内设有传感器并伸出外壳下部，该传感器与控制线板连接，控 制线板与程序控制器连接。本发明与现有技术相比，具有以下优点本发明中第二电机、传动杆、传动架和导轨的设置，使由第二电机带动的传动杆的 圆周运动转化为传动架的沿弧形导轨的简谐运动，第一电机、电机固定套、大轴承和外壳的 设置，使导轨转动，带动与其相连的传动架做圆周运动，进而使得在开动第二电机和第一电 机时，与传动架连接的探头既做弧形简谐运动又做圆周运动，实现了探头对病人眼睛各部 位的扫描，弧形导轨的弧度和眼球的形状相似，使得探头离眼球的距离保持不变，数据处理 简单，图像清晰度高，清晰扫描的范围广；且通过第一光电编码器、第二光电编码器、程序控 制器和控制线板的设置可控制和调整第一电机和第二电机的转速，使得扫描范围可控；大 轴承的设置为第二电机和电机固定套的转动提供支撑力和辅助转动作用，使转动更稳定， 扫描效果更好；探头内的传感器发射和接收超声波并将接收到的超声波转化为电信号，通 过控制线板和与其连接的程序控制器对该电信号进行处理并转化为图像。本发明具有结构 简单，操作方便，扫描范围可控、数据处理简单、扫描效率高的优点。
图1为本发明一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜的爆炸结构示意图2为图1组装后的结构示意图；图3为图2去掉外壳结构示意图；图4为本发明的探头向下扫描的扫描轨迹示意图；图5为图4的俯视图。为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图 及较佳实施例，对依据本发明提出的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其具体实 施方式、结构、特征及其功效，说明如后。本发明提供一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，如图1所示，其包括外 壳、第一电机3、第二电机4、第一联轴片5、第二联轴片6、电机固定套7、大轴承8、传动杆9、 传动架10、导轨11、滑块12、探头13、程序控制器和控制线板(图未示)。如图1和图2所 示，所述的外壳分为外壳上部1和外壳下部2。所述第一联轴片5的两端分别与第一电机3 和电机固定套7—端固定连接，电机固定套7另一端设有一中心开有小孔的底座15，第一联 轴片5和电机固定套7可随着第一电机3的转动而转动。第一联轴片5与第一电机3之间 设有第一光电编码器14，该第一光电编码器14与控制线板相连，控制线板与程序控制器连 接，第一光电编码器14用于检测第一电机3的转速和转角。所述大轴承8固定于电机固定 套7外壁与外壳上部1内壁之间，大轴承8随着电机固定套7的转动而转动，用于为电机固 定套7的转动提供支撑力和辅助转动作用。所述传动架10上设有一开槽19，所述导轨11 为弧形，导轨11穿过传动架10开槽19，导轨11两端固定在外壳下部2的内壁上，导轨11 可随着外壳下部2的转动而转动。所述滑块12固定于传动架10上，设置在导轨11下方， 该滑块12和传动架10可沿着导轨11滑动。所述探头13 —端与传动架10连接，这样在第 一电机3的作用下，探头13、滑块12和传动架10同时随着导轨11的转动而做以导轨11的 中心为圆心的圆周运动。所述电机固定套7与第二电机4的外壁固定连接，第二电机4的一端穿过电机固 定套底座15上的小孔与第二联轴片6固定连接，第二联轴片6可随着第二电机4的转动而 转动。电机固定套底座15和第二联轴片6之间设有第二光电编码器16，该第二光电编码器 16与控制线板相连，控制线板与程序控制器连接，第二光电编码器16用于检测第二电机4 的转速和转角。传动杆9 一端固定于第二联轴片6的偏离中心位置，另一端与传动架10活 动的连接，传动杆9随着第二联轴片6的转动而做以第二联轴片6的中心为圆心的圆周运 动。如图1所示，所述传动杆9与传动架10活动连接的方式为传动杆9 一端设有小轴承 18，小轴承18设置在小半球17内，传动架10上设有凹槽，所述小半球17设置在所述凹槽 内，小轴承18可减少小半球17与传动架10之间的摩擦力，该连接方式使传动杆9和传动 架10之间实现滚动摩擦运动，这样传动杆9以第二联轴片6的中心为圆心作圆周运动时， 被转化为传动架10沿导轨11的简谐运动。随着第二电机4的转动，第二联轴片6转动，传 动杆9以第二联轴片6的中心为圆心做圆周运动，传动架10沿导轨11做简谐运动。第二 光电编码器16检测到第二电机4的转速和转角，从而由控制线板及与之连接的程序控制器 推算出传动架10沿导轨11的滑动角度。如图2所示，探头13内设有传感器并伸出外壳下部2，该传感器与控制线板连接，控制线板与程序控制器连接，传感器用于发射和接收超声波并将接收到的超声波转化为电 信号，控制线板和程序控制器用于对该电信号进行处理。所述第一光电编码器14和第二光 电编码器16均与控制线板连接，控制线板与程序控制器连接，第一光电编码器14和第二光 电编码器16可分别实时动态的检测第一电机3和第二电机4的转速和转角，通过程序控制 器和控制线板进行调整，使第一电机3和第二电机4的转速达到预先设定的值，并使第一电 机3和第二电机4保持勻速转动。所述外壳上部1与电机固定套7是通过大轴承8连接， 外壳下部2的上端与电机固定套底座15固定连接，使得外壳下部2可随着电机固定套7的 转动而转动。本发明实施例中的所述大轴承8固定于电机固定套7外壁与外壳上部1内壁之间 的方式为在电机固定套7外壁上设有突起，用来固定大轴承8的内环，在外壳上部1内壁 上设有突起，用来固定大轴承8的外环，所述大轴承8卡设于电机固定套7外壁与外壳上部 1内壁之间。所述导轨11两端固定在外壳下部2的内壁上的方式为外壳下部2的内壁上 对称设有两个突起，导轨11两端通过螺钉固定在突起上，进而将导轨11固定在外壳下部2 的内壁上。本发明实施例中的所述导轨11下方的滑块12内设置多个小滚珠，用于减少滑块 12与导轨11之间的摩擦力。如图1和图3所示，本发明实施例中的所述探头13 —端与传动架10连接的方 式为所述传动架10与磁铁固定片20固定连接，磁铁固定片20与探头13上均设有磁铁 21 (参见图1)，通过磁铁21的磁性将探头13和传动架10连接起来。本发明实施例还包括第三光电编码器(图未示)，该光电编码器设置在传动架10 前方的外壳下部2的内壁上，第三光电编码器用于直接检测传动架10的滑动角度。本发明的另一实施例中所述第二光电编码器16也可设置在传动架10前方的外壳 下部2的内壁上，此时第二光电编码器16用于检测传动架10的滑动角度，进而由滑动角度 推算出第二电机4的转速。本发明一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜的工作过程为首先按预先设定 的第一电机3的转速和第二电机4的转速开启本发明，第一电机3开始转动，并带动与之相 连接的第一联轴片5、电机固定套7，外壳下部2做相应的转动，进而使得固定在外壳下部2 的导轨11转动，与导轨11相连的传动架10以及与传动架10相连的探头13随着导轨11 的转动而做以导轨11的中心为圆心的圆周运动，产生公转。第一电机3转动时第二电机4 也在转动，第二电机4带动第二联轴片6转动，传动杆9以第二联轴片6的中心为圆心做圆 周运动，从而使传动架10沿导轨11的做简谐运动。这样与传动架10相连的探头13，随着 第一电机3的转动做以导轨11的中心为圆心的圆周运动，同时随着第二电机4的转动沿 导轨11做简谐运动。探头13通过传动架10做圆周运动的同时也沿着导轨11来回摆动， 探头13内的传感器发射和接收超声波并将接收到的超声波转化为电信号，通过控制线板 和程序控制器对该电信号进行处理并绘制为弧面图像，实现对病人眼睛各部位的扫描。在 本发明工作过程中，第一光电编码器14和第二光电编码器16分别随着第一电机3和第二 电机4的圆周运动而不断产生电平变化A和电平变化B，将产生的电平变化A和电平变化 B分别转化为数字信号，再由控制线板和程序控制器对该数字信号进行处理，计算出第一电 机3和第二电机4的实际转速，将第一电机3和第二电机4的实际转速分别与预先设定的转速进行比较，将比较结果转换成信号同时反馈给控制线板，通过控制线板调整第一电机3 和第二电机4的电流大小进而改变第一电机3和第二电机4的转速，使第一电机3和第二 电机4的转速达到预先设定值，并使第一电机3和第二电机4的转速保持均勻不变的效果。 本发明是采用第二光电编码器16的检测信号来促发探头13对眼睛的扫描，如可设置当第 二光电编码器16上的某点转动到15°和195°时分别触发一次探头13对眼睛的扫描，探 头13向下扫描的扫描轨迹示意图如图4所示，其中探头13在第二电机4、第二联轴片6、传 动杆9、传动架10和导轨11的作用下，探头13沿着弧形导轨11来回摆动使其扫描轨迹形 成凸弧线，图5为图4的俯视图，其中探头13在第一电机3，电机固定套7、外壳下部2和导 轨11的作用下，导轨11转动使其扫描轨迹为圆周，该圆周的圆心为第二电机4的轴心。本发明中第二电机4、传动杆9、传动架10和导轨11的设置，使由第二电机4带动 的传动杆9的圆周运动转化为传动架10的沿弧形导轨11的简谐运动，第一电机3、电机固 定套7、大轴承8和外壳的设置，使导轨11转动，带动与其相连的传动架10做圆周运动，进 而使得在开动第二电机4和第一电机3时，与传动架10连接的探头13既做弧形简谐运动 又做圆周运动，实现了探头13对病人眼睛各部位的扫描，弧形导轨11的弧度和眼球的形状 相似，使得探头13离眼球的距离保持不变，数据处理简单，图像清晰度高，清晰扫描的范围 广；且通过第一光电编码器14、第二光电编码器16、程序控制器和控制线板的设置可控制 和调整第一电机3和第二电机4的转速，使得扫描范围可控；大轴承8的设置为第二电机4 和电机固定套7的转动提供支撑力和辅助转动作用，使转动更稳定，扫描效果更好；探头13 内的传感器发射和接收超声波并将接收到的超声波转化为电信号，通过控制线板和与其连 接的程序控制器对该电信号进行处理并转化为图像。本发明具有结构简单，操作方便，扫描 范围可控、数据处理简单、扫描效率高的优点。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述，但是，很显然仍可以做出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的说明书和附图被认为是说 明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，包括外壳、第一电机、第二 电机、第一联轴片、第二联轴片、电机固定套、大轴承、传动杆、传动架、导轨、滑块、探头、程 序控制器和控制线板，所述的外壳分为外壳上部和外壳下部，所述第一联轴片的两端分别 与第一电机和电机固定套一端固定连接，电机固定套另一端设有一中心开有小孔的底座， 第一联轴片与第一电机之间设有第一光电编码器，该第一光电编码器与控制线板相连，所 述大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间，所述传动架上设有一开槽，所述导 轨为弧形，导轨穿过传动架开槽，导轨两端固定在外壳下部的内壁上，所述滑块固定于传动 架上，设置在导轨下方，该滑块和传动架可沿着导轨滑动，所述探头一端与传动架连接；所 述电机固定套与第二电机的外壁固定连接，第二电机的一端穿过电机固定套底座上的小孔 与第二联轴片固定连接，电机固定套底座和第二联轴片之间设有第二光电编码器，该第二 光电编码器与控制线板相连，传动杆一端固定于第二联轴片的偏离中心位置，另一端与传 动架活动的连接；探头内设有传感器并伸出外壳下部，该传感器与控制线板连接，控制线板 与程序控制器连接。
2.如权利要求1所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间的方式为在电机固定套外壁上设有突 起，用来固定大轴承的内环，在外壳上部内壁上设有突起，用来固定大轴承的外环，所述大 轴承卡设于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间。
3.如权利要求2所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 传动杆与传动架活动连接的方式为传动杆一端设有小轴承，小轴承设置在小半球内，传动 架上设有凹槽，所述小半球设置在所述凹槽内。
4.如权利要求3所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 导轨两端固定在外壳下部的内壁上的方式为外壳下部的内壁上对称设有两个突起，导轨 两端通过螺钉固定在突起上，进而将导轨固定在外壳下部的内壁上。
5.如权利要求4所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 导轨下方的滑块内设置多个小滚珠。
6.如权利要求5所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 探头一端与传动架连接的方式为所述传动架与磁铁固定片固定连接，磁铁固定片与探头 上均设有磁铁，通过磁铁的磁性将探头和传动架连接起来。
7.如权利要求6所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，还包 括第三光电编码器，该光电编码器设置在传动架前方的外壳下部的内壁上。
8.如权利要求7所述的一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，所述 外壳上部与电机固定套是通过大轴承连接，外壳下部的上端与电机固定套底座固定连接。
9.一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，其特征在于，包括外壳、第一电机、第二 电机、第一联轴片、第二联轴片、电机固定套、大轴承、传动杆、传动架、导轨、滑块、探头、程 序控制器和控制线板，所述的外壳分为外壳上部和外壳下部，所述第一联轴片的两端分别 与第一电机和电机固定套一端固定连接，电机固定套另一端设有一中心开有小孔的底座， 第一联轴片与第一电机之间设有第一光电编码器，该第一光电编码器与控制线板相连，所 述大轴承固定于电机固定套外壁与外壳上部内壁之间，所述传动架上设有一开槽，所述导 轨为弧形，导轨穿过传动架开槽，导轨两端固定在外壳下部的内壁上，所述滑块固定于传动架上，设置在导轨下方，该滑块和传动架可沿着导轨滑动，所述探头一端与传动架连接；所 述电机固定套与第二电机的外壁固定连接，第二电机的一端穿过电机固定套底座上的小孔 与第二联轴片固定连接，传动杆一端固定于第二联轴片的偏离中心位置，另一端与传动架 活动的连接，所述的传动架前方的外壳下部的内壁上设置第二光电编码器，该第二光电编 码器与控制线板相连；探头内设有传感器并伸出外壳下部，该传感器与控制线板连接，控制 线板与程序控制器连接。
全文摘要
本发明公开一种实现弧面扫描的三维超声生物显微镜，包括外壳、第一电机、第二电机、第一联轴片、第二联轴片、电机固定套、大轴承、传动杆、传动架、导轨、滑块、探头、程序控制器和控制线板，第一联轴片的两端分别与第一电机和电机固定套连接，传动架上设有一开槽，导轨为弧形，导轨穿过传动架开槽，导轨两端固定在外壳下部内壁上，固定于传动架上的滑块设在导轨下方，探头与传动架连接；电机固定套与第二电机的外壁连接，第二电机一端穿过电机固定套底座的小孔与第二联轴片连接，传动杆一端固定于第二联轴片的偏离中心位置，另一端与传动架活动连接；探头设传感器并伸出外壳下部。本发明结构简单，操作方便，扫描范围可控、图像清晰度高。
文档编号A61B3/13GK102085092SQ20091025007
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者周烨, 徐亮禹, 陈旭 申请人:温州医学院