專(zhuān)利名稱：醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，屬于醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
迄今為止，GB16846-1997(idt.IEC61157-1992)《醫(yī)用超聲診斷設(shè)備聲輸出公布要求》規(guī)定超聲診斷設(shè)備聲輸出量公布參量為四項(xiàng)基本指標(biāo)最大負(fù)聲壓p-，空間峰值時(shí)間峰值導(dǎo)出聲強(qiáng)Ispta，輸出波束聲強(qiáng)Iob和最大時(shí)間平均聲功率Pmax，此外還有一系列其它輔助參數(shù)，約10余項(xiàng)。經(jīng)國(guó)家教育部查新站查新，再經(jīng)檢索后發(fā)現(xiàn)，與本發(fā)明最相關(guān)的文獻(xiàn)為Roy C.Preston，The NPLUltrasound Beam Calibrator，IEEE Trans.UFFC(勞?！て绽姿诡D，NPL超聲波束校準(zhǔn)器，國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)超聲學(xué)、鐵電學(xué)與頻率控制學(xué)會(huì)刊)，35(2)，112-138，1988，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)是英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)在上世紀(jì)八十年代中期的產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)超聲診斷儀主流探頭主要是線陣和機(jī)掃探頭，國(guó)際上尚無(wú)對(duì)其聲輸出測(cè)量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。NPL UBC只能測(cè)量線陣自動(dòng)掃描狀態(tài)和機(jī)掃的停止掃描狀態(tài)。其測(cè)量參數(shù)雖有p-，Ispta等內(nèi)容，但因?yàn)椴荒軐?duì)圓弧形輻射端面進(jìn)行水聽(tīng)器端面的貼近的弧形掃描(要求圓弧中心與掃描扇面中心重合)，不能任意選擇波束進(jìn)行測(cè)量。而且其機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)自由度只有7個(gè)，不能滿足IEC61102-1991規(guī)定的需要11個(gè)自由度的要求。因而不能精密定向和定位。尤其是該裝備不能測(cè)量高頻微形寬波束導(dǎo)管式探頭的Iob，其技術(shù)落后，功能過(guò)時(shí)，屬淘汰產(chǎn)品，不能滿足后來(lái)蓬勃發(fā)展起來(lái)的各種工作模式下凸陣、相控陣自動(dòng)掃描系統(tǒng)的聲輸出測(cè)量和相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。NPL至今尚無(wú)更新產(chǎn)品問(wèn)世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，使其全面完成對(duì)各種工作模式的超聲診斷儀在自動(dòng)掃描狀態(tài)下GB16846-1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)包括具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)、三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)、存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器，附屬設(shè)備，以及機(jī)械構(gòu)架。其連接關(guān)系為測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器通過(guò)夾具固定在具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)上，測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器的電纜直接與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)輸入端相連接，向示波器輸入聲場(chǎng)聲壓信號(hào)和時(shí)間參考信號(hào)，供計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)計(jì)算處理；三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)通過(guò)RS232接口經(jīng)電纜與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接，接受其控制指令信號(hào)，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電纜和信號(hào)電纜與具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)連接；附屬設(shè)備與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，附屬設(shè)備包括顯示器和打印機(jī)，用來(lái)編程、操作、顯示波形并打印測(cè)量報(bào)告；機(jī)械構(gòu)架包括底座、立柱，立柱又包括門(mén)字形的立柱和兩個(gè)弧形立柱，門(mén)字形的立柱設(shè)置在底座后方，弧形立柱設(shè)置在底座兩側(cè)；具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架上。
具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)包括水槽、被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架、水聽(tīng)器、水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架、水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)，其連接方式為水槽為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個(gè)系統(tǒng)正中底座之上，內(nèi)裝除氣水；水聽(tīng)器及其安裝調(diào)節(jié)支架位于水槽中，水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架由兩個(gè)U形支架互相垂直絞連構(gòu)成；水聽(tīng)器固底座定在其中一個(gè)開(kāi)口向上的U形支架上，U形支架上設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)旋紐，可調(diào)節(jié)水聽(tīng)器的兩個(gè)方位角；水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架設(shè)置在水聽(tīng)器的升降桿下端，升降桿的上端設(shè)置在水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)上，被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架設(shè)置在水槽中。
水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和x，y方向的兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)，其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條嚙合，與水聽(tīng)器的升降桿連接，并帶動(dòng)升降桿上下運(yùn)動(dòng)；z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)上，采用步進(jìn)電機(jī)或手輪帶動(dòng)水聽(tīng)器升降桿作x，y方向直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架底座后方的門(mén)字形的立柱上。
水聽(tīng)器安裝在可繞在水平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架上，水聽(tīng)器可在水面上用調(diào)節(jié)旋鈕方便地改變兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角α’，β’。
水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架設(shè)置在升降桿上。升降桿可用三個(gè)手輪，手動(dòng)調(diào)節(jié)其三維位置x，y，z。其中xy位置大位移時(shí)還可自動(dòng)移動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，z方向垂直移動(dòng)采用齒條-蝸輪組驅(qū)動(dòng)，具有自鎖功能。精致靈巧的水聽(tīng)器支架設(shè)計(jì)令α’，β’角度調(diào)節(jié)均在水面上進(jìn)行。所有接觸水的部件均采用不銹鋼或塑料制作。采用有機(jī)玻璃水槽，可清晰觀察水中被測(cè)探頭與水聽(tīng)器姿態(tài)。高精度的設(shè)計(jì)、精密的加工和嚴(yán)格的工藝控制，保證了系統(tǒng)的高度精確性。
被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，被測(cè)探頭夾板，其連接方式為被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架固定在機(jī)械構(gòu)架底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Z方向的滑板上安裝被測(cè)探頭夾板，用旋鈕調(diào)節(jié)被測(cè)探頭的X位置和Z位置。
1、α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，獲得α，β，γ三自由度轉(zhuǎn)角，保證三坐標(biāo)軸相交于一點(diǎn)外環(huán)由兩對(duì)固定在兩個(gè)弧形立柱上的圓弧形導(dǎo)軌和滑塊組成，在剛性圓形.底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱上的圓環(huán)形軌跡上固定一對(duì)圓弧形導(dǎo)軌，在圓弧形導(dǎo)軌上安裝一對(duì)圓弧形滑塊。兩個(gè)滑塊中的軸孔用來(lái)安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。調(diào)節(jié)滑塊可繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)，改變?chǔ)媒恰?br> 中環(huán)中環(huán)成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定。可用手輪帶動(dòng)繞X軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)α角。
內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)呈帶四個(gè)大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個(gè)水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸安裝在中環(huán)(圓環(huán))的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，可以繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β可以用手輪帶動(dòng)，也可用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，由計(jì)算機(jī)來(lái)控制自動(dòng)掃描。內(nèi)兩環(huán)采用轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平衡技術(shù)，使β轉(zhuǎn)動(dòng)均勻。
2.XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌和小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)剛性固定在內(nèi)環(huán)左內(nèi)側(cè)。垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌通過(guò)小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與手動(dòng)調(diào)節(jié)旋紐連接。
3.被測(cè)探頭夾板被測(cè)探頭用被測(cè)探頭夾板夾緊，被測(cè)探頭夾板為一對(duì)尼龍夾板，其中一塊夾板用2只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的Z滑板上。夾板上的安裝孔是長(zhǎng)條形孔，可使固定夾板時(shí)在Y方向用螺絲進(jìn)行夾板位置的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，保證二者間位置的精密調(diào)節(jié)和準(zhǔn)直定向，①被測(cè)探頭夾具的空間位置可調(diào)整，使扇形掃描(凸陣、相控陣、機(jī)械扇掃)及寬波束探頭的扇面中心，精確地定位于其坐標(biāo)系的原點(diǎn)，被測(cè)探頭既可繞Y軸在β角方向步進(jìn)式精密掃描。也可讓水聽(tīng)器沿y方向直線掃描。保證了測(cè)量扇掃探頭的Iob和Pmax時(shí)的精確度。而NPL系統(tǒng)無(wú)此調(diào)節(jié)功能，不能正確測(cè)定扇掃探頭的Iob與Pmax。②水聽(tīng)器安裝支架的設(shè)計(jì)，使其兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)在水面上方便地進(jìn)行。NPL系統(tǒng)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)角可調(diào)節(jié)。
采用單片機(jī)的三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)RS232接口與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，也可在操作面板上手工控制。該系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)板、接口板、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置傳感器，其連接方式為計(jì)算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板連接；單片機(jī)系統(tǒng)板通過(guò)接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置傳感器及操作面板上的控制鍵(紐)相連，3個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別與水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。單片機(jī)系統(tǒng)板通過(guò)接口板把控制信號(hào)傳送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，產(chǎn)生掃描運(yùn)動(dòng)。來(lái)自位置傳感器的位置信號(hào)與限位信號(hào)或操作面板控制鍵(紐)的操作信號(hào)經(jīng)接口板傳送到單片機(jī)系統(tǒng)加以處理后，通過(guò)RS232接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。
三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的同時(shí)，接收來(lái)自編碼器的位置脈沖，精確確定電機(jī)轉(zhuǎn)角以確定運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)。實(shí)現(xiàn)水聽(tīng)器分別對(duì)線陣探頭和扇形掃描(凸陣、相控陣和機(jī)械扇掃)探頭及高頻微形寬波束導(dǎo)管式探頭的換能器輸出端面聲場(chǎng)的平面和圓柱面精密掃描，以測(cè)量其波束輸出聲功率和-6dB超聲波束面積，計(jì)算出準(zhǔn)確的Iob。
用水聽(tīng)器測(cè)量被測(cè)探頭向水槽發(fā)射超聲的聲場(chǎng)中空間聲壓波形分布信號(hào)，輸入示波器-計(jì)算機(jī)；參考水聽(tīng)器采集被測(cè)探頭的固定波束超聲脈沖，輸入示波器用作觸發(fā)信號(hào)，成為時(shí)間基準(zhǔn)；計(jì)算機(jī)對(duì)水聽(tīng)器信號(hào)、編碼器信號(hào)進(jìn)行采集；存儲(chǔ)；計(jì)算，并控制掃描驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)的掃描運(yùn)動(dòng)。
針對(duì)以往的測(cè)量系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的自由度過(guò)少(如NPL系統(tǒng)只有5個(gè)自由度)不能精確地調(diào)節(jié)到超聲探頭的波束軸與水聽(tīng)器的指向性最大方向的準(zhǔn)直狀態(tài)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形掃描探頭的端面柱面掃描的情況。本發(fā)明中被測(cè)探頭具有三個(gè)直線移動(dòng)自由度(X，Y，Z)軸方向和繞X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)角自由度α，β，γ，使探頭的波束的定向和定位十分精確而便捷。而水聽(tīng)器的支架具有x，y，z三個(gè)直線移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)角自由度α’，β’。經(jīng)過(guò)精心調(diào)節(jié)這11個(gè)自由度可以保證探頭發(fā)射波束和水聽(tīng)器接收指向性最大方向?qū)崿F(xiàn)聲學(xué)共軸。在被測(cè)探頭支架上安裝有可調(diào)節(jié)位置和方位的參考水聽(tīng)器，它與探頭間相對(duì)位置剛性固定，故能接收到自動(dòng)掃描狀態(tài)下探頭向特定方向發(fā)射的超聲掃描線組的聲脈沖信號(hào)，并輸入示波器作為觸發(fā)信號(hào)(時(shí)間參考點(diǎn))，保證了示波器的同步和波形穩(wěn)定顯示。
在聲學(xué)共軸條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)水聽(tīng)器上位置手輪，令水聽(tīng)器沿聲束軸移動(dòng)同時(shí)在示波器上觀察聲壓波形和另一彩色顯示器上顯示出計(jì)算機(jī)即時(shí)算出的電壓波形平方積分值，找到最大負(fù)電壓值p-和最大電壓波形平方積分值的空間位置，算出相應(yīng)的空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)Ispta和最大負(fù)聲壓p-，測(cè)量最大聲功率Pmax和輸出波束聲強(qiáng)Iob時(shí)，要將水聽(tīng)器調(diào)節(jié)到探頭的中心軸線最靠近端面的位置處，當(dāng)被測(cè)探頭為線陣時(shí)，水聽(tīng)器在xy平面內(nèi)作兩維平面自動(dòng)掃描。當(dāng)被測(cè)探頭為凸陣(或?qū)挷ㄊ筋^)時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)探頭架的XZ位置旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)β角，使B超屏幕上水聽(tīng)器聲像位于左右兩側(cè)時(shí)的位置相互對(duì)稱且到聲象圖中心角頂點(diǎn)的距離處處相等，表明凸陣聲中心位于Y軸上，然后啟動(dòng)程序，探頭便自動(dòng)繞Y軸以Δβ角步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，水聽(tīng)器在凸陣表面實(shí)施圓柱面自動(dòng)掃描。在示波器上選出中心波束后加以放大，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)專(zhuān)用軟件，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水聽(tīng)器及探頭運(yùn)動(dòng)，令水聽(tīng)器沿探頭表面自動(dòng)掃描，進(jìn)行水聽(tīng)器信號(hào)電壓平方波形的時(shí)間積分和空間積分，最后自動(dòng)計(jì)算出Pmax和Iob值。
整個(gè)測(cè)量裝置采用一個(gè)參考水聽(tīng)器，提取自動(dòng)掃描狀態(tài)下被測(cè)探頭發(fā)射聲場(chǎng)中的特定波束群的聲脈沖信號(hào)，作為參考信號(hào)與示波器的觸發(fā)信號(hào)，以穩(wěn)定信號(hào)波形的顯示，并以此作為掃描周期中的時(shí)間參考點(diǎn)。寬頻帶、高采樣率和大存儲(chǔ)量并內(nèi)置計(jì)算機(jī)的高級(jí)示波器與應(yīng)用軟件結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)處理，控制系統(tǒng)中的部分運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以完成最大聲功率Pmax和輸出波束聲強(qiáng)Iob的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面，完成數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)及打印。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明創(chuàng)建了一種具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)，保證二者間位置的精密調(diào)節(jié)和準(zhǔn)直定向；采用單片機(jī)的三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水聽(tīng)器在x，y方向的高精度直線掃描和被測(cè)探頭繞Y軸旋轉(zhuǎn)角β的高精度步進(jìn)角度掃描；采用寬頻帶、高采樣率和大存儲(chǔ)量并內(nèi)置計(jì)算機(jī)的高級(jí)示波器，可同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集、存儲(chǔ)處理和電機(jī)控制，滿足測(cè)量要求；采用敏感元件直徑為0.6mm的PVDF壓電薄膜針形水聽(tīng)器，其頻響高達(dá)10MHz以上。本發(fā)明能夠全面完成對(duì)各種工作模式的超聲診斷儀在自動(dòng)掃描狀態(tài)下國(guó)標(biāo)16846-1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1、三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)2、存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3、測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器4，附屬設(shè)備5，以及機(jī)械構(gòu)架6，其連接關(guān)系為測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器4通過(guò)夾具固定在具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1上，測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器4的電纜直接與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3的信號(hào)輸入端相連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)2通過(guò)RS232接口經(jīng)電纜與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3的信號(hào)輸出端連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)2經(jīng)驅(qū)動(dòng)電纜和信號(hào)電纜與具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1連接，附屬設(shè)備5與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3相連，具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)1設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架6上。
具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)1包括水槽32、被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架7、水聽(tīng)器8、水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架9、水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)10，其連接方式為水槽32為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個(gè)系統(tǒng)正中底座26之上；水聽(tīng)器8及水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架9位于水槽32中，水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架9由兩個(gè)U形支架11互相垂直絞連構(gòu)成，水聽(tīng)器8固定在其中一個(gè)開(kāi)口向上的U形支架11上，U形支架11上設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)旋紐27，水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架9設(shè)置在水聽(tīng)器8的升降桿28下端，升降桿28的上端設(shè)置在水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)10上，被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架7設(shè)置在水槽32中。
水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)10包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12和x，y方向兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)13。其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12采用齒輪齒條嚙合，與水聽(tīng)器8的升降桿28連接，并帶動(dòng)升降桿28上下運(yùn)動(dòng)；z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)13上，采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水聽(tīng)器升降桿28作x，y方向直線運(yùn)動(dòng)，整個(gè)水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)10設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架6的門(mén)字形的立柱29上。
被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架7包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15，被測(cè)探頭夾板16，其連接方式為被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架7固定在機(jī)械構(gòu)架6底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14的內(nèi)環(huán)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15Z方向的滑板上安裝被測(cè)探頭夾板14，用調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)被測(cè)探頭的X位置和Z位置。
α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，外環(huán)17由兩對(duì)固定在兩個(gè)弧形立柱30上的圓弧形導(dǎo)軌18和滑塊19組成，在底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱30上的圓環(huán)形軌跡上固定一對(duì)圓弧形導(dǎo)軌18，在圓弧形導(dǎo)軌18上安裝一對(duì)圓弧形滑塊19，通過(guò)兩個(gè)滑塊19中的軸孔安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸，調(diào)節(jié)滑塊19可繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)，改變?chǔ)媒牵恢协h(huán)20成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊19軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定，可用手輪帶動(dòng)繞X軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)α角；內(nèi)環(huán)21呈帶四個(gè)大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個(gè)水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸安裝在中環(huán)20的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，可以繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β可以用手輪帶動(dòng)，也可用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。
XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15包括垂直Z和水平X兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌33、小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)34，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15側(cè)剛性固定在內(nèi)環(huán)左內(nèi)側(cè)。垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌33通過(guò)小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式與手動(dòng)調(diào)節(jié)旋紐連接。
被測(cè)探頭夾板16為一對(duì)尼龍夾板，其中一塊夾板用2只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15的Z滑板上，夾板上的安裝孔是長(zhǎng)條形孔，固定夾板時(shí)在Y方向用螺絲調(diào)節(jié)夾板位置。
三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)2采用單片機(jī)，包括單片機(jī)系統(tǒng)板22、步進(jìn)電機(jī)23、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器24、位置傳感器25，其連接方式為計(jì)算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板22連接；單片機(jī)系統(tǒng)板22通過(guò)接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器24、位置傳感器25及操作面板上的控制鍵相連，3個(gè)步進(jìn)電機(jī)23分別與水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)13中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。
機(jī)械構(gòu)架6包括底座26、立柱31，立柱31又包括門(mén)字形的立柱29和兩個(gè)弧形立柱30，門(mén)字形的立柱29設(shè)置在底座30后方，弧形立柱30設(shè)置在底座26兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，主要包括三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)(2)、存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)、測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器(4)、附屬設(shè)備(5)、機(jī)械構(gòu)架(6)，其特征在于，還包括具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)，其連接關(guān)系為測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器(4)通過(guò)夾具固定在具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)上，測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器(4)的電纜直接與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)的信號(hào)輸入端相連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)(2)通過(guò)RS232接口經(jīng)電纜與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)的信號(hào)輸出端連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)(2)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電纜和信號(hào)電纜與具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)連接，附屬設(shè)備(5)與存儲(chǔ)示波器-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)相連，具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)(1)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)(2)采用單片機(jī)，包括單片機(jī)系統(tǒng)板(22)、步進(jìn)電機(jī)(23)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(24)、位置傳感器(25)，其連接方式為計(jì)算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板(22)連接，單片機(jī)系統(tǒng)板(22)通過(guò)接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(24)、位置傳感器(25)及操作面板上的控制鍵相連，步進(jìn)電機(jī)(23)與水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，機(jī)械構(gòu)架(6)包括底座(26)、立柱(31)，立柱(31)包括門(mén)字形的立柱(29)和弧形立柱(30)，門(mén)字形的立柱(29)設(shè)置在底座(26)后方，弧形立柱(30)設(shè)置在底座(26)兩側(cè)。
4.一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)，其特征在于，具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)包括水槽(32)、被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架(7)、水聽(tīng)器(8)、水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架(9)、水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)，其連接方式為水槽(32)為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個(gè)系統(tǒng)正中底座(26)之上，水聽(tīng)器(8)及水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架(9)位于水槽(32)中，水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架(9)由兩個(gè)U形支架(11)互相垂直絞連構(gòu)成，水聽(tīng)器(8)固定在其中一個(gè)開(kāi)口向上的U形支架(11)上，U形支架(11)上設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)旋紐(27)，水聽(tīng)器安裝調(diào)節(jié)支架(9)設(shè)置在水聽(tīng)器(8)的升降桿(28)下端，升降桿(28)的上端設(shè)置在水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)上，被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架(7)設(shè)置在水槽(32)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)和x，y方向的兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)，其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)采用齒輪齒條嚙合，與水聽(tīng)器(8)的升降桿(28)連接，并帶動(dòng)升降桿(28)上下運(yùn)動(dòng)，z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)上，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水聽(tīng)器升降桿(28)作x，y方向直線運(yùn)動(dòng)，整個(gè)水聽(tīng)器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架(6)門(mén)字形的立柱(29)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架(7)包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)，被測(cè)探頭夾板(16)，其連接方式為被測(cè)探頭調(diào)節(jié)支架(7)固定在機(jī)械構(gòu)架(6)底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱(30)上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)內(nèi)環(huán)(21)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)Z方向的滑板上設(shè)置被測(cè)探頭夾板(16)，用調(diào)節(jié)旋鈕(27)調(diào)節(jié)被測(cè)探頭的X位置和Z位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，外環(huán)(17)由兩對(duì)固定在兩個(gè)弧形立柱(30)上的圓弧形導(dǎo)軌(18)和滑塊(19)組成，在底座兩側(cè)的兩個(gè)弧形立柱(30)上的圓環(huán)形軌跡上固定一對(duì)圓弧形導(dǎo)軌(18)，在圓弧形導(dǎo)軌(18)上設(shè)置一對(duì)圓弧形滑塊(19)，通過(guò)兩個(gè)滑塊(19)中的軸孔安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸，調(diào)節(jié)滑塊(19)繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)，中環(huán)(20)成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊(19)軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定，用手輪帶動(dòng)繞X軸旋轉(zhuǎn)，內(nèi)環(huán)(21)呈帶四個(gè)大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個(gè)水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在中環(huán)(20)的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β用手輪帶動(dòng)，或者用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)包括垂直和水平兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌(33)、小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(34)，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)剛性固定在內(nèi)環(huán)(21)左內(nèi)側(cè)，垂直和水平兩向精密滑動(dòng)板導(dǎo)軌(33)通過(guò)小螺距副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(34)方式與手動(dòng)調(diào)節(jié)旋紐連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，被測(cè)探頭夾板(16)為一對(duì)尼龍夾板，其中一塊夾板用兩只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)的Z滑板上，夾板上的安裝孔是長(zhǎng)條形孔，固定夾板時(shí)在Y方向用螺絲調(diào)節(jié)夾板位置。
全文摘要
醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測(cè)量系統(tǒng)屬于醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器固定在具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)上，測(cè)量水聽(tīng)器和參考水聽(tīng)器電纜與存儲(chǔ)示波器－計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信號(hào)輸入端連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)通過(guò)RS232接口經(jīng)電纜與存儲(chǔ)示波器－計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信號(hào)輸出端連接，三維聲場(chǎng)掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電纜和信號(hào)電纜與具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)連接，附屬設(shè)備與存儲(chǔ)示波器－計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，具有11個(gè)自由度的被測(cè)探頭和測(cè)量水聽(tīng)器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架上。本發(fā)明能全面測(cè)量超聲診斷儀在掃描狀態(tài)下國(guó)標(biāo)16846－1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)。
文檔編號(hào)G01H17/00GK1453562SQ0312892
公開(kāi)日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者壽文德, 夏榮民, 錢(qián)德初, 鄒桂根, 畢浩然 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)