一种用于MRI-pHIFU热疗系统中的超声探头控制装置的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种用于mri-phifu热疗系统中的超声探头控制装置。

背景技术：

mri-phifu(磁共振引导的相控型高强度聚焦超声)是一项建立在磁共振实时成像基础上的无创热消融技术，近年来在子宫肌瘤、脑肿瘤等肿瘤的临床治疗中表现出了良好的效果，近年来，随着实时成像技术的不断发展，该项物理治疗技术在治疗的过程中能够得到实时监控，大大提高了治疗的准确度，也越来越引起医学界的高度关注。

phifu系统在mri(磁共振)等成像设备引导下工作时，需要从该设备中实时获取病变组织周围的图像，术前便于医生进行治疗规划，术后便于初步评估治疗效果。而phifu系统的焦点是在可移动的超声探头上，当医生确定了消融区域准备进行消融手术时，准确可靠地定位超声探头对于有选择地消融病变组织起着关键的作用。而定位超声探头，就需要精准的机械控制装置。因此，能否发明一套准确可靠的探头机械控制装置，直接决定了治疗时间的长短及病灶治疗范围的精确度，这对治疗过程的安全程度以及治疗后的效果有着直接的影响。

由此，各类探头控制设备应运而生。insightec公司耶赫滋科里等人的发明专利《cn01816582-磁共振成像引导的超声波治疗系统的机械定位装置》设计了一种能能够实现4自由度运动的探头机械控制装置，但是其采用皮带传动，皮带性能不稳定，难以保证精度，且寿命较低；飞利浦公司h·萨尔米宁的发明专利《cn201080042326-高强度聚焦超声定位机构申请公开》也属于该领域的探头控制机械装置，但是由于其设计复杂，导致加工难度大，不易安装，不易维护。目前市面上其他的用于mri中的机械定位装置大多数使用的电机影响mri的性能，或者距离mri较远，导致了运动精度误差较大。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于mri-phifu热疗系统中的超声探头控制装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于mri-phifu热疗系统中的超声探头控制装置，包括床体连接板、固定在床体连接板上的驱动床体和工作床体，所述工作床体内设有探头连接盘以及用于控制探头连接盘进行多自由度运动的探头移动控制组件，所述驱动床体内设有用于驱动探头移动控制组件的电机变速组，其中，所述探头移动控制组件包括探头前后移动机构、探头左右移动机构、探头旋转机构和探头摆动机构，所述探头连接盘安装超声探头，所述电机变速组为所述探头移动控制组件提供动力，并通过耦合控制探头连接盘运动，进而控制超声探头运动。

进一步地，所述电机变速组设有四个，包括探头前后移动机构电机变速组、探头左右移动机构电机变速组、探头旋转机构电机变速组和探头摆动机构电机变速组，所述探头前后移动机构电机变速组固连在u型支架上，所述u型支架固定在所述驱动床体上，所述探头左右移动机构电机变速组通过第一三角支架固连在驱动区拖板上，所述探头旋转机构电机变速组通过第二三角支架固连在驱动区拖板上，所述探头摆动机构电机变速组通过第三三角支架固定在所述驱动区拖板上，所述驱动区拖板通过驱动区导轨耦合在所述驱动床体上。

进一步地，每一个电机变速组均包括电机架、安装在电机架内的大齿轮和小齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合，所述小齿轮上固连超声电机，所述大齿轮与电机输出轴固连，所述电机输出轴通过电机组轴承耦合在电机架上。

进一步地，所述探头前后移动机构包括通过大拖板调节块耦合在工作床体上的工作区左右移动拖板，所述工作区左右移动拖板通过前后连接组件与所述探头前后移动机构电机变速组连接并进行前后移动。

进一步地，所述前后连接组件包括左右推动杆和前后移动丝杆，所述左右推动杆一端通过左右移动支撑与工作区左右移动拖板连接，另一端通过调节块与所述驱动区拖板固连，所述前后移动丝杆一端通过联轴器与探头前后移动机构电机变速组连接，另一端与固连在驱动区拖板上的前后移动丝杆螺母耦合在一起。

进一步地，所述探头左右移动机构包括通过工作区拖板调节块耦合在工作区左右移动拖板上的工作区拖板，所述工作区拖板通过传动上下移动丝杆与改变动力方向的第一传动单元连接，所述第一传动单元通过传动上下移动杆及联轴器与探头左右移动机构电机变速组连接并进行左右移动。

进一步地，所述第一传动单元包括两个相齿合的锥齿轮一和锥齿轮二，所述锥齿轮一固接在传动上下移动杆一端，所述锥齿轮二固接在传动上下移动丝杆一端，所述传动上下移动杆上安装工作区轴承一，并由轴承支架一支撑固定，工作区轴承一外设有方形轴承盖，所述传动上下移动丝杆上安装工作区轴承二，并由轴承支架二支撑固定，工作区轴承二外设有圆形轴承盖，所述传动上下移动丝杆通过螺杆支架固定在工作区拖板上。

进一步地，所述探头旋转机构包括传动蜗杆丝杆、与传动蜗杆丝杆连接的传动蜗杆、与传动蜗杆齿合的传动涡轮、与传动涡轮连接的旋转套，所述旋转套固连旋转架，所述旋转架与第一旋转侧板和第二旋转侧板固连，所述传动蜗杆丝杆一端安装在蜗杆支架上，另一端与改变动力方向的第二传动单元连接，所述第二传动单元通过驱动区联轴器2及传动上下旋转轴与探头旋转机构电机变速组连接，所述传动蜗杆设于蜗杆支架内，所述工作区拖板上设有限制旋转套前后移动的管套限位块。

进一步地，所述第二传动单元包括工作区轴承三、工作区轴承四、轴承支架三、轴承支架四、圆形轴承盖二、方形轴承盖二、锥齿轮三和锥齿轮四，所述传动上下旋转轴通过工作区轴承三与轴承支架三耦合，且与锥齿轮三固连，所述圆形轴承盖二卡在工作区轴承三上且固定在轴承支架三上，所述锥齿轮三与锥齿轮四啮合，所述锥齿轮四与所述传动蜗杆丝杆固连，所述传动蜗杆丝杆通过工作区轴承四与轴承支架四耦合，方形轴承盖二卡在所述工作区轴承四上且固定在轴承支架四上。

进一步地，所述探头摆动机构包括摆动架、连杆一、连杆二和摆动轴，所述摆动架与连杆一耦合，所述连杆一与所述连杆二耦合，所述连杆二直接带动探头摆动，所述摆动架与摆动轴固连，所述摆动轴通过摆动导向杆与传动摆动轴连接，所述传动摆动轴与移动螺母相耦合，所述探头摆动机构电机变速组与移动螺母耦合，所述移动螺母固定在移动螺母套内，所述移动螺母套固定在第三三角支架上。

本发明整机无磁性，与mri设备完全兼容，在mri-phifu热疗系统消融骨肿瘤实验方面已得到运动可行性与性能的验证，能够辅助超声系统在治疗过程中对焦点进行准确移动、定位，弥补相控聚焦焦点在空间移动范围上的不足，对于实现大范围的骨肿瘤消融，减少消融误差，实现精准治疗具有巨大的意义。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、模块化设计，驱动床体和工作床体模块化设计，将电机变速组和超声探头完全分离，有效避免在装置运行过程中电机组与超声探头近距离带来的影响。

2、多机构耦合，运动过程控制精确，互不干扰，前后移动机构采用螺母丝杆机构实现驱动区拖板的前后传动；探头左右移动机构通过锥齿轮传动、丝杆螺母传动实现对探头的左右调节；探头旋转机构通过锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动实现；探头摆动机构通过丝杆螺母机构、丝杆机构实现摆动，每一个自由度的运动都有独立的控制机构以及独立的驱动电机组驱动进行，保证运动过程的精确控制。

3、驱动电机组采用超声电机，能把电能转换成弹性体(定子)的微幅振动，并通过定子、转子(或动子)间的摩擦传动将其转换转子的旋转或动子的直线运动，其最大的优势在于无磁性，避免对磁共振的干扰，保证了检测的准确性。

附图说明

图1为本发明装置具体应用的示意图；

图2为本发明装置的整体结构示意图；

图3为本发明装置电机变速组的结构示意图；

图4为本发明装置电机变速组内部机构结构示意图；

图5为本发明装置探头前后移动机构的结构示意图；

图6为本发明装置探头左右移动机构的结构示意图；

图7为图6的局部放大示意图；

图8为本发明装置探头旋转机构的结构示意图；

图9为图8的局部放大示意图；

图10为本发明装置探头摆动机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种用于mri-phifu热疗系统中的超声探头控制装置，如2所示，包括床体连接板0010、固定在床体连接板0010上的驱动床体0020和工作床体0030，工作床体0030内设有探头连接盘0081以及用于控制探头连接盘0081进行多自由度运动的探头移动控制组件，驱动床体0020内设有用于驱动探头移动控制组件的电机变速组0040，其中，探头移动控制组件包括探头前后移动机构0050、探头左右移动机构0060、探头旋转机构0070和探头摆动机构0080，探头连接盘0081安装超声探头，电机变速组0040为探头移动控制组件提供动力，并通过耦合控制探头连接盘0081运动，进而控制超声探头运动，应用时，将床体连接板0010固定在mri设备床体上，如图1所示。

具体的，如图3所示，电机变速组0040设有四个，包括探头前后移动机构电机变速组0090、探头左右移动机构电机变速组0100、探头旋转机构电机变速组0110和探头摆动机构电机变速组0120，探头前后移动机构电机变速组0090固连在u型支架0130上，u型支架0130固定在驱动床体0020上，探头左右移动机构电机变速组0100通过第一三角支架0140固连在驱动区拖板0150上，探头旋转机构电机变速组0110通过第二三角支架0170固连在驱动区拖板0150上，探头摆动机构电机变速组0120通过第三三角支架0180固定在驱动区拖板0150上，驱动区拖板0150通过驱动区导轨0160耦合在驱动床体0020上。

如图4所示，每一个电机变速组均包括电机架0240、安装在电机架0240内的大齿轮0210和小齿轮0200，小齿轮0200与大齿轮0210啮合，小齿轮0200上固连超声电机0190，大齿轮0210与电机输出轴0220固连，电机输出轴0220通过电机组轴承0230耦合在电机架0240上。

如图5所示，探头前后移动机构0050包括通过大拖板调节块0310耦合在工作床体0030上的工作区左右移动拖板0300，工作区左右移动拖板0300通过前后连接组件与探头前后移动机构电机变速组0090连接并进行前后移动。前后连接组件包括左右推动杆0280和前后移动丝杆0251，左右推动杆0280一端通过左右移动支撑0290与工作区左右移动拖板0300连接，另一端通过调节块0270与驱动区拖板0150固连，前后移动丝杆0251一端通过联轴器0250与探头前后移动机构电机变速组0090连接，另一端与固连在驱动区拖板0150上的前后移动丝杆螺母0260耦合在一起。

如图6、7所示，探头左右移动机构0060包括通过工作区拖板调节块0450耦合在工作区左右移动拖板0300上的工作区拖板0440，工作区拖板0440通过传动上下移动丝杆0420与改变动力方向的第一传动单元连接，第一传动单元通过传动上下移动杆0330及联轴器0320与探头左右移动机构电机变速组0100连接并进行左右移动。第一传动单元包括两个相齿合的锥齿轮一0350和锥齿轮二0360，锥齿轮一0350固接在传动上下移动杆0330一端，锥齿轮二0360固接在传动上下移动丝杆0420一端，传动上下移动杆0330上安装工作区轴承一0340，并由轴承支架一0340支撑固定，工作区轴承一0340外设有方形轴承盖0410，传动上下移动丝杆0420上安装工作区轴承二0370，并由轴承支架二0400支撑固定，工作区轴承二0370外设有圆形轴承盖0380，传动上下移动丝杆0420通过螺杆支架0430固定在工作区拖板0440上。

如图8、9所示，探头旋转机构0070包括传动蜗杆丝杆0560、与传动蜗杆丝杆0560连接的传动蜗杆0570、与传动蜗杆0570齿合的传动涡轮0580、与传动涡轮0580连接的旋转套0590，旋转套0590固连旋转架0600，旋转架0600与第一旋转侧板0610和第二旋转侧板0620固连，传动蜗杆丝杆0560一端安装在蜗杆支架0630上，另一端与改变动力方向的第二传动单元连接，第二传动单元通过驱动区联轴器20460及传动上下旋转轴0470与探头旋转机构电机变速组0110连接，传动蜗杆0570设于蜗杆支架0630内，工作区拖板0440上设有限制旋转套0590前后移动的管套限位块0640。第二传动单元包括工作区轴承三0480、工作区轴承四0490、轴承支架三0500、轴承支架四0510、圆形轴承盖二0520、方形轴承盖二0530、锥齿轮三0540和锥齿轮四0550，传动上下旋转轴0470通过工作区轴承三0480与轴承支架三0500耦合，且与锥齿轮三0540固连，圆形轴承盖二0520卡在工作区轴承三0480上且固定在轴承支架三0500上，锥齿轮三0540与锥齿轮四0550啮合，锥齿轮四0550与传动蜗杆丝杆0560固连，传动蜗杆丝杆0560通过工作区轴承四0490与轴承支架四0510耦合，方形轴承盖二0530卡在工作区轴承四0490上且固定在轴承支架四0510上。

如图10所示，探头摆动机构0080包括摆动架0710、连杆一0720、连杆二0730和摆动轴0700，摆动架0710与连杆一0720耦合，连杆一0720与连杆二0730耦合，连杆二0730直接带动探头摆动，摆动架0710与摆动轴0700固连，摆动轴0700通过摆动导向杆0690与传动摆动轴0680连接，传动摆动轴0680与移动螺母0650相耦合，探头摆动机构电机变速组0120与移动螺母0650耦合，移动螺母0650固定在移动螺母套0660内，移动螺母套0660固定在第三三角支架0180上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。