專利名稱：醫用機械扇形掃描立式探頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫用機械扇形掃描超聲波診斷儀的一種整件，特別涉及醫用超聲波診斷儀的機械扇形掃描立式探頭，適用于與機械扇形掃描超聲顯像儀(以下簡稱B超儀)配套，應用于醫療、計生部門的臨床診斷，是一種檢查人體內臟器官狀況的無損檢測器。
由于B超儀的超聲發射源和回波接收器共用一個收、發兼用的單元脈沖壓電換能器(以下簡稱單元換能器)，B超儀要在屏幕上顯示一幅扇形圖像，必須要有N條(N一般取128)掃描線組成，而每一條掃描線的形成，則是經激發單元換能器發射超聲波受到阻礙而形成回波，再經B超儀接收后顯示在屏幕上的。這樣，就要求單元換能器在立式探頭內進行位置相對應的扇形掃描。這個扇形掃描的實現是由驅動源(如擺動電機、無刷電機)驅動一套轉換機構，使單元換能器產生擺動，由位置檢測器(旋轉變壓器、同步電路)監測單元換能器每一時刻擺動所在位置，從而使B超儀準確掌握發射超聲波，接收回波的時間，形成扇形圖像。即B超儀扇形圖像的形成是由單元換能器在立式探頭中作往復擺動，而往復擺動是由驅動源驅動轉換機構帶動單元換能器實現的。
現有B超議使用的探頭一般均是臥式探頭，其驅動源使用的是一種動圈式擺動電機，電機后軸伸裝有一對正、反扭力簧，扭力簧一端固定在轉子上，另一端固定在定子上，當電機斷電后，兩扭力簧牽動轉子的力矩達到平衡，這時轉子所處的位置就是“零位”，轉子線圈通電后，電機軸沿“零位”±45°范圍內作往復擺動，電機通過圓柱齒輪按1∶5的傳動比帶動單元換能器擺動，旋轉變壓器進行同步檢測。臥式探頭存在下列不足(1)結構復雜，零、部件品種、數量多；(2)動圈式擺動電機不能經受較大的外力沖擊、振動，扭力簧的彈性系數變化將造成“零位”漂移，動圈的引導零件易疲勞失效，電機壽命較短；(3)轉換機構采用圓柱齒輪變化傳動，加工復雜，價格高，裝配、調整較為困難；(4)探頭一致性較差，用于不同B超儀要進行調整；(5)臨床診斷中的轉動自由度受到一定約束。
本實用新型之目的旨在克服上述現有技術中的不足，提供一種結構十分簡單、價格低、臨床使用效果好的醫用機械扇形掃描立式探頭。
本實用新型的內容是一種醫用機械扇形掃描立式探頭，包括殼體，連接體，連接在連接體一端的旋轉式或擺動式電機，轉換機構，單元換能器，其特征是所述的轉換機構包括位于連接體另一端兩側對稱的2個支架(4)，兩端分別通過軸承(5)連接在支架(4)上的擺軸(6)，一端間隔固定連接在擺軸(6)上的2個擺塊(7)，兩端分另通過軸承(8)連接在2個擺塊(7)另一端的2根平行間隔的擺軸(10)，固定連接在電機(2)軸(11)上的轉塊(12)，一端固定連接在轉塊(12)上、另一端位于2根擺軸(10)之間的撥桿(9)，單元換能器(3)固定連接在2個擺塊(7)之間的擺軸(6)上。
由驅動源(電機)采用不同的驅動方式(擺動電機或旋轉電機)而最終達到單元換能器擺動目的的轉換機構可用以下公式表示L1＝L2(1)式中L1——驅動源轉動(擺動)機構的投影L2——單元換能器擺動機構的投影
L1＝R1Sinθ1(2)式中R1——驅動源轉臂(擺臂)半徑θ1——驅動源轉動(擺動)角度L2＝R2Sinθ2(3)式中R2——單元換能器擺臂半徑θ2——單元換能器擺動角度將式(2)、(3)代入式(1)得R1Sinθ1＝R2Sinθ2(4)這就是轉換機構的基本表達式。將式(4)中的R、θ取不同的數值，就可以設計兩種不同形式的立式探頭a、電機往復擺動帶動單元換能器往復擺動；b、電機單方向旋轉帶動單元換能器往復擺動。
與現有技術相比，本實用新型具有下列特點(1)結構簡單，由臥式的35個品種、53個零件，減少到19個品種、32個零件，零、部件品種、數量大大減少；(2)轉換機構采用撥桿——滑槽，加工簡單，價格低，裝配性好；(3)本實用新型探頭可適用于同一類型的任一B超儀，安裝后不需重新調試，探頭互換性較好；(4)臨床診斷中的轉動自由度較大，使用靈活方便；(5)既可采用擺動電機，又可使用旋轉電機，特別是采用低磁阻“四零位”擺動電機時，牢固、可靠，可承受較大的外力沖擊振動，“零位”長期穩定，復“零位”力矩及驅動力矩都大，電機壽命長。
圖1是本實用新型實施例外形結構示意圖2是無殼體的本實用新型探頭結構示意圖；圖3是圖2的剖視結構示意圖；圖4是本實用新型實施例1中θ1、θ2隨時間的變化規律。
圖中1—連接體，2—電機，3—單元換能器，4—支架，5—軸承，6—擺軸，7—擺塊，8—軸承，9—撥桿，10—擺軸，11—電機軸，12—轉塊，13—電纜，14—與B超儀連接的插頭，15—前殼體，16—后殼體。
下面通過實施例對本實用新型作進一步說明實施例1參見
圖1～4。
一種采用旋轉式電機的醫用機械扇形掃描立式探頭，包括連接體1，連接在連接體1后端的旋轉式電機2和后殼體16，連接在連接體1前端并密封的前殼體15，位于前殼體15內的轉換機構、單元換能器3；所述轉換機構包括位于連接體1前端兩側對稱的2個支架4，兩端分別通過軸承5連接在支架4上的擺軸(6)，一端間隔固定連接在擺軸6上的2個擺塊7，兩端分別通過軸承8連接在2個擺塊7另一端的2根平行間隔的擺軸10，固定連接在電機2軸11上的轉塊12，一端固定連接在轉塊12上，另—端位于2根擺軸10之間的撥桿9，單元換能器3固定連接在2個擺塊7之間的擺軸6上將本實用新型連接到B超儀上，由B超儀供給本實用新型中電機(步進電機或無刷電機)的工作電流和單元換能器的激勵電流。當電機2通電后，電機2進行單方向旋轉。使單元換能器3產生往復擺動，可用下述數學模型來實現。
L1＝L2(1)式中L1——電機驅動機構的投影
L2——單元換能器擺動機構的投影L1＝R1Sinθ1(1)(2)式中R1—驅動源轉臂半徑θ1——驅動源轉動角度L2＝R2Sinθ2(3)式中R2——單元換能器擺臂半徑θ2——單元換能器擺動角度將式(2)、式(3)代入式(1)得R1Sinθ1＝R2Sinθ2(4)由于電機2旋轉一周(360°)，單元換能器3往復擺動一次，即電機2旋轉上半周(0°～180°)，單元換能器3掃描一幅圖像(82°)，電機2旋轉下半周(180°～360°)，單元換能器3再回掃一幅重疊圖像(82°)。周而復始，電機2連續旋轉，單元換能器3往復掃描。
根據本實用新型結構設計的需要，取R2為一確定值，確定θ2＝90°時，θ1＝41°，代入式(4)得R1＝R2Sinθ2/Sinθ1(5)R1＝0.656R2該探頭有兩個特點a、滿足規定要求的固定擺動角度。
b、實時給出單元換能器擺動的位置。
由式(4)推導得θ2＝arcSin(R1Sinθ1/R2) (6)
由式(5)知R1R2，θ2顯然是非均勻的，由式(6)得出θ1、θ2隨時間的變化規律如圖4。
旋轉式電機2帶動單元換能器3擺動的工作過程是無刷電機通入±15V方波電壓，電機旋轉，連接在電機軸11上的轉塊12及固定在轉塊12上的撥桿9隨電機2旋轉；單元換能器3與擺軸6及擺塊7成鋼性連接，擺軸6與支架4由軸承5連接(可轉動)，兩根細擺軸(10)由兩個圓形安裝件構成滑槽，與擺塊7另一端由軸承(8)連接(可轉動)，當撥桿9插入滑槽中，撥桿9隨電機2旋轉，滑槽通過軸承8帶動擺塊7作往復擺動，由于單元換能器3與擺塊7是鋼性連接，單元換能器3隨擺塊7作往復擺動，由于這樣的擺動，使單元換能器3產生的超聲波束掃描成82°扇形角，以便探測人體內臟器官。
實施例2一種采用擺動式電機的醫用機械扇形掃描立式探頭。
擺動電機2由于電機軸11進行往復擺動，可以通過轉換機構按1∶1的轉動角度帶動單元換能器3進行擺動，根據實施例1中式(4)，取R1＝R2得Sinθ1＝Sinθ2(7)由于單元換能器3與擺軸10、擺塊7是鋼性連接，撥桿9通過轉塊12與電機軸11鋼性連接，將撥桿9插入2根擺軸10構成的滑槽中，當電機往復擺動時，撥桿9隨電機2往復擺動，通過滑槽的滑動連接，帶動擺塊7往復擺動，達到單元換能器3隨電機往復擺動的目的。
立式探頭結構，產生的功用等同實施例1中所述，略。
權利要求一種醫用機械扇形掃描立式探頭，包括殼體，連接體，連接在連接體一端的旋轉式或擺動式電機，轉換機構，單元換能器，其特征是所述的轉換機構包括位于連接體另一端兩側對稱的2個支架(4)，兩端分別通過軸承5)連接在支架(4)上的擺軸(6)，上端間隔固定連接在擺軸(6)上的2個擺塊(7)，兩端分別通過軸承8)連接在2個擺塊(7)另一端的2根平行間隔的擺軸(10)，固定連接在電機(2)軸(11)上的轉塊(12)，一端固定連接在轉塊(12)上，另一端位于2根擺軸(10)之間的撥桿(9)，單元換能器(3)固定連接在2個擺塊(7)之間的擺軸(6)上。
專利摘要一種醫用機械扇形掃描立式探頭，包括殼體，連接體，連接在連接體一端的旋轉或擺動電機，位于連接體另一端兩側的2個支架，兩端通過軸承連接在支架上的擺軸，一端連接在擺軸上的2個擺塊，兩端通過軸承連接在2個擺塊另一端的2根平行間隔的細擺軸，連接在電機軸上的轉塊，一端固定連接在轉塊上、另一端位于2根細擺軸之間的撥桿，連接在擺軸上的單元換能器等。本實用新型結構簡單，裝配性好，探頭互換性好，臨床診斷中的轉動自由度較大。
文檔編號A61B8/00GK2219091SQ9422957
公開日1996年2月7日 申請日期1994年9月7日 優先權日1994年9月7日
發明者李玉平, 鄧國勤, 蒲亨福 申請人:國營涪江有線電廠