乳房环形扫查装置的制作方法

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种乳房环形扫查装置。

背景技术：

乳腺疾病是一种常见的妇科疾病，严重威胁着全世界妇女的健康甚至生命。随着科学技术的发展，乳腺疾病的诊断技术和治疗方法都有了较大的提高。较为常见的主要有钼靶软X射线检查、超声显像检查、近红外线扫描检查、CT检查等。

超声检查作为诊断乳腺疾病的重要影像学检查方法之一，能鉴别乳房中的囊肿和增生等病灶。现有技术中，超声检测一般由用户手持超声探测头对乳房进行扫描检测，但因为人工检测时用户扫描动作的一致性较差，超声探测头与乳房之间的扫描角度和受力的变化容易增大超声探测的误差，不利于精确扫查诊断。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种乳房环形扫查装置，以解决现有技术中人工检测时用户扫描动作的一致性较差，超声探测头与乳房之间的扫描角度和受力的变化容易增大超声探测的误差，不利于精确扫查诊断。

为解决上述技术问题，本发明提出一种乳房环形扫查装置，包括控制模块和执行模块；所述执行模块包括基板、环形扫描驱动组件和位姿调整组件；所述环形扫描驱动组件包括设置在所述基板上的第一驱动电机、驱动齿轮和与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮；所述位姿调整组件包括设置在所述从动齿轮上的基座、设置在所述基座上并可朝向或远离所述从动齿轮的中心转轴运动的工作台、位于所述基座与工作台之间的X轴驱动机构以及设置在所述工作台上用于安装探测头的夹头；所述控制模块分别与所述第一驱动电机和X轴驱动机构电连接，用于控制所述探测头的扫查姿态和扫查轨迹。

优选地，所述X轴驱动机构包括设置在所述基座与所述工作台之间的第一滑轨副、设置在所述工作台上的X轴齿条、设置在所述基座上的X轴驱动电机和设置在所述X轴驱动电机的输出轴上并与所述X轴齿条啮合的X轴齿轮。

优选地，所述从动齿轮上还设置有安装架，所述基座与所述安装架铰接，所述安装架的铰接轴与所述从动齿轮的中心转轴垂直；所述位姿调整组件还包括设置在所述基座与所述从动齿轮之间的第一转动机构，所述第一转动机构位于远离所述铰接轴处，用于驱动所述基座绕所述铰接轴转动。

优选地，所述第一转动机构包括设置在所述从动齿轮上的第二驱动电机、设置在所述基座上的且远离所述铰接轴的第一齿条以及设置在所述第二驱动电机的输出轴上并与所述传动齿条啮合的第一齿轮。

优选地，所述乳房环形扫查装置还还包括Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构包括连接所述基座与所述从动齿轮的第二滑轨副以及驱动所述基座在第二滑轨副上移动的Z轴驱动电机，所述第二滑轨副的滑动方向与所述从动齿轮的中心转轴平行设置。

优选地，所述乳房环形扫查装置还包括设置在所述工作台上并与所述夹头连接的第二转动机构，所述第二转动机构用于驱动所述夹头转动，所述夹头的中心转轴与所述从动齿轮的中心转轴相互垂直。

优选地，所述执行机构设置在一上下开口且贯通的壳体内，所述基板与壳体的内壁连接，所述壳体的上开口还设置有上盖。

优选地，所述基板设置在壳体上，所述乳房自动扫查装置还包括获取乳房三维数据的成像模块，所述成像模块包括设置在所述基板下表面和壳体内侧壁的摄像头，以及与所述摄像头连接的图像处理单元，所述控制模块还用于根据所述三维数据调整所述探测头的扫查姿态和扫查轨迹。

优选地，所述乳房环形扫查装置还包括两并排设置的执行模块以及调节两执行模块间距的间距调整模块；所述间距调整模块包括平行设置的第一直线运动机构和第二直线运动机构，所述第一直线运动机构与其中一执行模块的基板连接，所述第二直线运动机构与其中另一执行模块的基板连接。

优选地，所述乳房环形扫查装置还包括设置在所述夹头上、用于检测所述探测头与乳房之间接触压力的传感器。

本发明通过设置包括基板、环形扫描驱动组件、位姿调整组件和探测头的执行模块，再通过控制模块控制环形扫描驱动组件和位姿调整组件自动完成扫查运动，使本乳房环形扫查装置的扫描动作具有较好的一致性以便获取标准化的扫描数据，解决了现有技术中人工检测时用户扫描动作的一致性较差，超声探测头与乳房之间的扫描角度和受力的变化容易增大超声探测的误差，不利于精确扫查诊断的问题。

附图说明

图1为本发明乳房环形扫查装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明乳房环形扫查装置一实施例中位姿调整组件的结构示意图；

图3为本发明乳房环形扫查装置另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种乳房环形扫查装置，参照图1，该乳房环形扫查装置包括控制模块(图中未示出)和执行模块1；所述执行模块1包括基板100、环形扫描驱动组件200和位姿调整组件300；所述环形扫描驱动组件200包括设置在所述基板100上的第一驱动电机210、驱动齿轮220和与所述驱动齿轮220啮合的从动齿轮230；所述位姿调整组件300包括设置在所述从动齿轮230上的基座310、设置在所述基座310上可朝向或远离所述从动齿轮230的中心转轴运动的工作台340、位于所述基座310与工作台340之间的X轴驱动机构320以及设置在所述工作台340上的夹头；所述控制模块分别与所述第一驱动电机210和X轴驱动机构320电连接，用于控制所述探测头的扫查姿态和扫查轨迹。

在本实施例中，基板100上设置有圆孔，从动齿轮230包括与基板100上的圆孔同轴设置的齿圈，在齿圈的内部还设置有环形的凹槽。在基板100上的圆孔外缘还均布有垂直于基板100设置的限位柱以及设置在限位柱上的滚动件，该滚动件优选与齿圈内部的环形凹槽适配的轴承。通过设置定位柱和滚动件可限制齿圈在基板100上转动。第一驱动电机210设置在基板100上，其转轴上还设置有驱动齿轮220，驱动齿轮220与齿圈啮合以驱动齿圈转动。在位姿调整组件300中，基座310设置在齿圈上，在基座310上还设置有安装夹头和探测头的工作台340，基座310与工作台340之间设置有指向齿圈轴线的滑动副使基板100与工作台340之间可相对滑动。滑动副包括设置在基座310上的滑轨以及设置在工作台340上并与该滑轨适配的滑块。X轴驱动机构320可选择齿轮齿条驱动、电动缸驱动、皮带驱动等驱动方式来驱动工作台340相对基座310滑动。探测头安装在所述夹头上并且其探测端朝向所述从动齿轮230的中心转轴，在所述X轴驱动机构320的驱动下，所述工作台340沿直线运动，以调整所述探测头的探测端与从动齿轮230的中心转轴之间的距离。控制模块采用STM32处理器，负责控制指令的生成以及协调其他模块共同运行，本实施例采用的型号为STM32F407系列。控制模块分别与环形扫描驱动组件200以及X轴驱动机构320的驱动电机连接，以控制环形扫描驱动组件200完成环形扫描运动，以及控制X轴驱动机构320完成探测头扫描半径的调整。

本发明通过设置包括基板100、环形扫描驱动组件200、位姿调整组件300和探测头的执行模块1，再通过控制模块控制环形扫描驱动组件200和位姿调整组件300自动完成扫查运动，使本乳房环形扫查装置的扫描动作具有较好的一致性以便获取标准化的扫描数据，解决了现有技术中人工检测时用户扫描动作的一致性较差，超声探测头与乳房之间的扫描角度和受力的变化容易增大超声探测的误差，不利于精确扫查诊断的问题。

在本发明另一实施例中，参照图2，所述X轴驱动机构320包括设置在所述基座310与所述工作台340之间的第一滑轨副321、设置在所述工作台340上的X轴齿条、设置在所述基座310上的X轴驱动电机322和设置在所述X轴驱动电机322的输出轴上并与所述X轴齿条啮合的X轴齿轮。在本实施例中，基座310为长条状其下表面与齿圈连接并指向环形扫描驱动组件200的中心转轴，基座310的上表面设置有指向环形扫描驱动组件200中心转轴的沟槽，第一滑动副优选沿着沟槽的指向设置并位于基座310的上表面以及工作台340之间的滑轨和滑块。该滑轨设置在基座310上滑块与工作台340的下表面连接。X轴齿条设置在工作台340的下表面并与工作台340的滑动方向平行。X轴驱动电机322优选设置在基座310的一侧其输出轴穿过基座310至沟槽中的步进电机。X轴齿轮设置在沟槽中并与沟槽上方的齿条啮合，同时还与X轴驱动电机322的输出轴连接，可驱动工作台340沿着第一滑动副滑动。本发明中X轴驱动机构320通过齿轮齿条传动及步进电机驱动，其内部结构简单且控制精度较高。

在本发明另一实施例中，参照图2，所述从动齿轮230上还设置有安装架311，所述基座100与所述安装架311铰接，所述安装架311的铰接轴与所述从动齿轮230的中心转轴垂直；所述位姿调整组件300还包括设置在所述基座310与所述从动齿轮230之间的第一转动机构330，所述第一转动机构330位于远离所述铰接轴处，用于驱动所述基座310绕所述铰接轴转动。在本实施例中，基座310与齿圈铰接设置，齿圈上设置有与基座310转动连接的铰接支架，铰接支架的铰接轴分别于工作台340的滑动方向以及环形扫描驱动组件200的中心转轴垂直设置。第一转动机构330包括设置在基座310上远离铰接架与中心转轴的一端的第一齿条332、设置在第一齿条332上的第二驱动电机331以及设置在第二驱动电机331上的第一齿轮333。第一齿条332竖直设置并与第一齿轮333啮合，在第二驱动电机331的驱动下，第一齿条332带动基座310以铰接轴为转轴转动。在本实施例中，通过设置驱动基座310转动的第一转动机构330，可用于调整探测头的探测端与乳房表面的夹角，使探测端与乳房紧密贴合提高了探测精准度。

在本发明另一实施例中，参照图3所述乳房环形扫查装置还包括Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构包括连接所述基座310与所述从动齿轮230的第二滑轨副以及驱动所述基座310在第二滑轨副上移动的Z轴驱动电机，所述第二滑轨副的滑动方向与所述从动齿轮230的中心转轴平行设置。在本实施例中第二滑动副包括竖直设置在从动齿轮230(齿圈)上的滑轨以及设置在滑轨上并与基座310连接的滑块，还包括设置在基座310底部的齿条以及设置在从动齿轮230上的Z轴驱动电机。该齿条平行于滑轨设置，Z轴驱动电机的转轴上还设置有与齿条啮合的此轮。本发明通过Z轴驱动电机、连接基座310和从动齿轮230之间的齿轮齿条传动机构以及第二滑动副，可驱动基座310在竖直方向进行升降，使探测端与乳房上各处紧密贴合，扩大了乳房环形扫查装置的扫描范围以及扫查灵活度。

在本发明另一实施例中，参照图3，所述乳房环形扫查装置还包括设置在所述工作台340上并与所述夹头连接的第二转动机构350，所述第二转动机构350用于驱动所述夹头转动，所述夹头的中心转轴与所述从动齿轮230的中心转轴相互垂直。在本实施例中，工作台340上还设置有竖直设置的连接板，夹头设置在连接板上。在夹头与连接板之间还设置有第二转动机构350，该第二转动机构350包括设置在连接板上的转动电机(图中未示出)，转动电机的转轴分别与第一滑动副的滑动方向以及位姿调整组件300的中心转轴垂直。夹头与转动电机的转轴连接，使探测头的探测端正对扫查组件的中心转轴。在本实施例中，通过设置驱动夹头以及探测头转动的第二转动机构350，可用于调整探测头的探测端与乳房表面的夹角，使探测端与乳房紧密贴合提高了探测精准度。

在本发明另一实施例中，执行机构1设置在一上下开口且贯通的壳体内，基板100与壳体的内壁连接，壳体的上开口还设置有上盖。在本实施例中，壳体为四角倒角的方形拉伸薄壁件且上下贯通设置。基板100与壳体的内壁直接连接或者通过其他连接件连接。基板100下方的扫描机械手位于壳体中且壳体不透明设置。在扫描过程中，壳体位于患者胸前并将患者的乳房遮蔽，扫描机械臂在控制模块的控制下可完成对壳体内部的乳房进行自动扫描。本实施例中通过设置不透明的壳体可用于支撑固定执行机构1，在壳体的上方设置上盖可方便对执行机构1进行检查维护。同时壳体的设置也可增加本装置使用过程中的私密性。

本发明另一实施例中，基板100设置在壳体上，乳房自动扫查装置还包括获取乳房三维数据的成像模块，成像模块包括设置在基板100下表面以及壳体内侧壁的摄像头以及与摄像头连接的图像处理单元，控制模块还用于根据三维数据调整探测头的扫查姿态和扫查轨迹。在本实施例中，壳体整体结构呈方形设置，摄像头包括设置在基板100下表面且位于乳房正上方的第一摄像头，以及设置在壳体的相邻侧边的第二摄像头，第一摄像头用于获取乳房的竖直方向的俯视图，第二摄像头用于获取乳房的侧面视图，图像处理单元优选可进行边缘检测的OpenMV机器视觉模块，根据上述的俯视图和侧视图可获取乳房在竖直方向以及侧面的轮廓图从而获取乳房的3D模型，以上建模方法为常用的技术手段，在此不作赘述。本发明通过设置与控制模块连接的成像模块获取乳房的3D模型，使控制模块可根据乳房的3D模型控制发送控制指令至扫描机械手300用来调整探测头与乳房之间的位置使二者贴合。

在本发明另一实施例中，参照图3，乳房自动扫查装置包括两并排设置的执行模块1以及调节两执行模块1间距的间距调整模块500；间距调整模块500包括平行设置的第一直线运动机构510和第二直线运动机构520，第一直线运动机构510与其中一执行模块1的基板100连接，第二直线运动机构520与其中另一执行模块1的基板100连接。在本实施例中，乳房自动扫查装置包括两并排设置的执行模块1，间距调整模块500包括设置在乳房自动扫查装置的外壳上且平行设置的第一直线运动机构510和第二直线运动机构520，第一直线运动机构510和第二直线运动机构520优选丝杠传动结构。第一直线运动机构510包括水平设置且相互平行的的丝杠和导杆以及驱动丝杠转动的驱动电机。丝杠和导杆的两端与壳体内壁连接，丝杠上的传动螺母以及导杆上的导套与其中的一执行机构的基板100连接。第二直线运动机构520与第一直线传动机构的结构相同，其丝杠上的传动螺母以及导杆上的导套与其中的一执行机构的基板100连接。由此控制模块可控制驱动电机的转动来分别控制执行机构之间的相对位置，使两执行机构的间距与乳房的间距适配。

在本发明一较佳实施例中，第一直线运动机构510包括左旋丝杆511和左旋螺母副512，第二直线运动机构520包括右旋丝杆521和右旋螺母副522，左旋丝杆511和右旋丝杆521同轴相连；左旋螺母副512和其中一执行机构中的基板100连接，右旋螺母副522与另一执行机构的基板100连接，第一直线运动机构510和第二直线运动机构520还包括驱动左旋丝杆511和右旋丝杆521转动的步进电机，间距调整装置500还包括连接两基板100并与左旋丝杆511和右旋丝杆521平行的直线移动副。在本实施例中，第一直线运动机构510包括左旋丝杆511和左旋螺母副512，第二直线运动机构520包括右旋丝杆和右旋螺母副522，可将左旋丝杆和右旋丝杆进行同轴连接，左旋螺母副和其中一执行机构中的基板100连接，右旋螺母副522与另一执行机构的基板100连接，本发明通过设置同轴连接的左旋丝杠和右旋丝杠，并使驱动电机驱动左旋丝杆511及优选丝杆正转或反转，使左旋螺母及右旋螺母带动其上的两执行机构分别完成相向运动或背向运动以调整两执行机构的间距。

值得注意的是，还可在基板100的下方设置竖直向下的激光测距仪，在丝杠驱动基板100运动时，激光测距仪可根据丝杠的移动轨迹获取乳房横截面上各点的高度数据，从而获取乳房的横截面的外部轮廓(母线)数据，以便控制模块调整扫描机械手300的姿态使探测头与乳房之间能完全贴合。

在本发明另一实施例中，参照图2，乳房自动扫查装置包括还包括设置在夹头340上、用于检测探测头与乳房之间接触压力的传感器。在本实施例中，夹头340与转动机构330之间还设置有滑动副，探测头可随机头在滑动副上滑动，在滑动副远离探测头探测面的一端还设置有压传感器。当探测头与乳房接触后，探测头滑动直至其后端与压传感器接触，当压传感器探测到压力变化后，则表明探测头与乳房完全贴合，扫描机械手300的位于最佳姿态。由此压传感器的压力变化信息可作为控制模块的反馈信息。此外本实施例中还可在探测头上设置距离传感器或红外传感器，来检测探测面与乳房的位置信息，由于结构简单此处不解释距离传感器或红外传感器在探测头上的具体设置结构。

值得注意的是，还可在以上所有实施例的基础上，在位姿调整组件300中各机构之间增设滑动副和或转动副及其驱动组件来加大位姿调整组件300的自由度。具体实施例在此不作详细阐述。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。