CN111419285A - 一种超声三维成像导管及其三维扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声三维成像导管及其三维扫描方法，所述超声三维成像导管包括相互连接的导管连接部和导管鞘，导管鞘内设有弹簧管，导管鞘的远端内设有成像核心，成像核心通过弹簧管与导管连接部连接；导管连接部包括超声信号接口及机械运动连接接口；成像核心包括换能器、支撑轴和转动构件，转动构件与支撑轴转动连接，换能器与转动构件固定连接，支撑轴与弹簧管连接；转动构件相对的两侧分别通过连接件与机械运动连接接口连接；换能器通过导线与超声信号接口连接，机械运动连接接口设有与连接件连接的三维扫描驱动机构。采用本发明的技术方案，通过驱动连接件，实现在导管行进方向获取三维扫描，使得采集的影像信息更加全面。

Description

一种超声三维成像导管及其三维扫描方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种超声三维成像导管及其三维扫描方法。

背景技术

目前，内窥成像技术被广泛应用于心脑血管系、消化道、泌尿系统以及呼吸道等多个领域的影像诊断和图像引导治疗，现有内窥成像扫描机构多采用机械旋转扫描方式，获取的是导管行进方向横截面图像。然而在一些特殊应用中，如心腔内超声需要获取的是导管行进方向上的影像信息，现有的超声成像导管很难满足此类临床使用需求。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种超声三维成像导管及其三维扫描方法，可实现获取导管行进方向三维的图像，使获得的影像信息更加全面。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种超声三维成像导管，其包括相互连接的导管连接部和导管鞘，所述导管鞘内设有弹簧管，所述导管鞘的远端内设有成像核心，所述成像核心通过弹簧管与导管连接部连接；所述导管连接部包括超声信号接口及机械运动连接接口；

所述成像核心包括换能器、支撑轴和转动构件，所述转动构件与支撑轴转动连接，所述换能器与转动构件固定连接，所述支撑轴与弹簧管连接；

所述转动构件相对的两侧分别通过连接件与机械运动连接接口连接；所述换能器通过导线与超声信号接口连接；所述机械运动连接接口设有与连接件连接的三维扫描驱动机构。

其中，导管鞘作为延伸和推送，导管鞘可以是刚性的或是柔性的。进一步的，导管鞘的外径小于5mm。另外，外鞘用于隔离探头组件与待检组织，起保护作用。弹簧管起到传动作用。换能器将电信号转换成超声波信号发射，并将接收到的超声波信号转换成电信号。支撑轴用于支撑转动构件进行绕支撑轴的多方向往复摆动运动。导线用于换能器与系统间的电信号传输。所述连接件用于驱动转动构件进行两个或多个方向的往复摆动运动。

采用此技术方案，将机械运动连接接口与驱动装置连接，驱动装置带动连接件运动，使得转动构件绕着支撑轴转动，实现换能器在导管鞘内转动，从而实现不同方向的三维扫描。通过驱动多个连接件，还可以实现转动构件可实现绕支撑轴作多个角度的往复摆动运动，使得到的信息更加全面。

作为本发明的进一步改进，所述转动构件的中部设有转动槽，所述支撑轴通过转动槽与转动构件连接。

作为本发明的进一步改进，所述超声三维成像导管包括轴支撑架，所述支撑轴通过轴支撑架与弹簧管连接。

作为本发明的进一步改进，所述轴支撑架为至少两个，所述轴支撑架对称地与支撑轴的侧边连接。

作为本发明的进一步改进，所述轴支撑架的延伸方向与支撑轴的延伸方向垂直，并与导管鞘的走向平行。

作为本发明的进一步改进，所述连接件为至少两个，所述连接件对称的分居在转动构件的四周。

作为本发明的进一步改进，所述连接件为两根，两根连接件分别与转动构件的相对的侧边连接；所述三维扫描驱动机构包括旋转驱动机构和往复摆动驱动机构，所述往复摆动驱动机构分别与两根连接件连接，所述旋转驱动机构与弹簧管连接，通过驱动弹簧管旋转，带动成像核心旋转。

进一步的，所述往复摆动驱动机构包括驱动轮，两个连接件分别与驱动轮连接。进一步优选的。两个连接件的端部连接，并绕在驱动轮上，所述驱动轮转动从而带动两个连接件往复拉伸。

进一步的，所述往复摆动驱动机构还包括导向滑轮，每个连接件通过导向滑轮与驱动轮连接。采用该超声三维成像导管的三维扫描方法如下：所述往复摆动驱动机构通过驱动两根连接件反复拉、伸，从而带动转动构件绕支撑轴摆动，同时所述旋转驱动机构通过驱动弹簧管旋转，带动成像核心旋转，换能器同步进行超声的发射和接收，实现三维扫描。

作为本发明的进一步改进，所述连接件为四根，分别为第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件，所述第一连接件、第二连接件分别与转动构件相对的两侧边连接，所述第三连接件、第四连接件分别与转动构件另外两个相对的侧边连接。

作为本发明的进一步改进，所述三维扫描驱动机构包括两个往复摆动驱动机构，第一往复摆动驱动机构与第一连接件、第二连接件连接，第二往复摆动驱动机构与第三连接件、第四连接件连接，所述第一往复摆动驱动机构驱动第一连接件、第二连接件分别反复拉、伸，所述第二往复摆动驱动机构驱动第三连接件、第四连接件分别反复拉、伸，从而带动转动构件绕支撑轴周期性往复摆动，实现三维扫描。

采用该超声三维成像导管的三维扫描方法如下：所述第一往复摆动驱动机构驱动第一连接件、第二连接件分别反复拉、伸，所述第二往复摆动驱动机构驱动第三连接件、第四连接件分别反复拉、伸，在第二往复摆动驱动机构驱动第三连接件、第四连接件的拉、伸的运动周期内，配合第一往复摆动驱动机构驱动第一连接件、第二连接件拉、伸，使得转动构件绕支撑轴进行多周期往复摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，实现三维扫描。

作为本发明的进一步改进，所述往复摆动驱动机构包括支撑轴、摆杆和往复移动驱动机构，所述支撑轴与摆杆的中部转动连接，所述往复移动驱动机构与摆杆的一端连接，所述摆杆的两端分别与两根连接件连接，所述往复移动驱动机构来回移动，通过摆杆带动两根连接件分别拉、伸，从而带动转动构件摆动。

作为本发明的进一步改进，在不拉动连接件时，所述转动构件的延伸方向与导管鞘的走向垂直。

作为本发明的进一步改进，所述支撑轴的延伸方向与转动构件的延伸方向平行或垂直。

作为本发明的进一步改进，所述三维扫描驱动机构包括第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构和控制机构，所述第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构与控制机构连接，所述第一拉伸机构与第一连接件连接，所述第二拉伸机构与第二连接件连接，所述第三拉伸机构与第三连接件连接，所述第四拉伸机构与第四连接件连接，所述控制机构控制第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构按照设定顺序动作。

本发明还公开了上述的超声三维成像导管的三维扫描方法，其包括：

所述控制机构控制第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构按照指定顺序动作，分别依次驱动第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件间隔指定时间依次执行拉动作，从而分别带动第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件拉到指定幅度后立刻切换为伸动作；反复上述步骤，使转动构件绕支撑轴做圆周摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，实现三维扫描。

进一步的，所述第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件的拉伸幅度及间隔时间按正弦波形式赋值。

作为本发明的进一步改进，所述连接件为钢丝。当然，连接件也可以为其他具有一定强度的绳或线。

作为本发明的进一步改进，所述转动构件为平板。

进一步的，所述转动构件的中部设有换能器的安装槽，所述换能器位于安装槽内。其中，所述转动槽与安装槽位于转动构件相对应的两面，即一个正面，一个反面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用发明的技术方案，通过驱动连接件，转动构件实现绕支撑轴作两个方向的三维往复摆动运动，且换能器同步进行超声的发射和接收，即实现在导管行进方向获取三维扫描；本发明的技术方案使得采集的影像信息更加全面，给医生提供了更好的信息。

附图说明

图1是本发明的超声导管的结构示意图。

图2是图1中N部分的内部结构示意图。

图3是本发明实施例的成像扫描机构的结构示意图。

图4是本发明实施例的成像扫描机构与图3垂直角度的结构示意图。

图5是本发明实施例的成像扫描机构的剖面结构示意图。

图6是本发明实施例的成像扫描机构的三维扫描示意图。

图7是本发明实施例的成像扫描机构的另一种方式的三维扫描示意图。

图8是本发明实施例的往复摆动驱动机构的结构示意图。

附图标记包括：1-导管连接部，2-导管鞘，3-弹簧管，4-成像核心，5-往复摆动驱动机构，6-机械运动连接接口；

201-转动构件，202-换能器，203-支撑轴，204-导线，205a-第一钢丝，205b-第二钢丝，205c-第三钢丝，205d-第四钢丝；

51-驱动轮，52-导向滑轮。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1和图2、图8所示，一种超声三维成像导管，其包括相互连接的导管连接部1和导管鞘2，所述导管鞘2内设有弹簧管3，所述导管鞘2的远端内设有成像核心4，所述成像核心4通过弹簧管3与导管连接部1连接；所述导管连接部1包括超声信号接口及机械运动连接接口6。

如图3~图5所示，所述成像核心包括换能器202、支撑轴203和转动构件201，所述转动构件201与支撑轴203转动连接，所述支撑轴203的一端与弹簧管3固定连接，所述换能器202与转动构件201固定连接；所述转动构件201的四个侧边或四个角分别通过第一钢丝205a、第二钢丝205b、第三钢丝205c和第四钢丝205d与机械运动连接接口6连接；所述换能器202通过导线204与超声信号接口连接。

换能器202固定在转动构件201上，在不拉伸钢丝时，转动构件201的延伸方向与外鞘200的走向垂直。第一钢丝205a、第二钢丝205b、第三钢丝205c和第四钢丝205d的一端分别固定在转动构件201的4个端点，第一钢丝205a、第二钢丝205b、第三钢丝205c和第四钢丝205d的另一端与机械运动连接接口6连接，在驱动装置驱动下，可分别做拉伸往复运动。第一钢丝205a、第二钢丝205b分别与转动构件201相对的两侧边连接，第三钢丝205c和第四钢丝205d分别与转动构件201另外两个相对的两侧边连接。

本实施例中，在不拉伸钢丝时，支撑轴203的延伸方向与转动构件201垂直，转动构件201可绕支撑轴203作多方向往复摆动运动。

所述转动构件201的中部设有转动槽，所述支撑轴203通过转动槽与转动构件201连接。

进一步的，所述机械运动连接接口6处设有与第一钢丝205a、第二钢丝205b、第三钢丝205c和第四钢丝205d连接的三维扫描驱动机构。所述三维扫描驱动机构包括两个往复摆动驱动机构，第一往复摆动驱动机构与第一钢丝205a、第二钢丝205b连接，第二往复摆动驱动机构与第三钢丝205c和第四钢丝205d连接，所述第一往复摆动驱动机构驱动第三钢丝205c和第四钢丝205d分别反复拉、伸，所述第二往复摆动驱动机构驱动第三钢丝205c和第四钢丝205d分别反复拉、伸，从而带动转动构件绕支撑轴周期性往复摆动，实现三维扫描。在第三钢丝205c和第四钢丝205d运动的一个周期内，配合第一钢丝205a、第二钢丝205b的多周期往复摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，即可实现一个空间的三维扫描。成像核心在实现三维扫描时，探头无需旋转，不存在电信号的运动传输，有效减小信号衰减及信号干扰。

如图8所示，每个往复摆动驱动机构5均包括驱动轮51和导向滑轮52，以与第一钢丝205a、第二钢丝205b连接的第一往复摆动驱动机构为例，第一钢丝205a、第二钢丝205b分别通过导向滑轮52与驱动轮51连接。第一钢丝205a、第二钢丝205b的端部连接，并绕在驱动轮51上，所述驱动轮51转动从而带动第一钢丝205a、第二钢丝205b往复拉伸。第二往复摆动驱动机构的结构如此。驱动轮51由电机控制进行正负方向转动，带动两根钢丝进行拉伸运动。导向滑轮52起导向及钢丝位置补偿的作用。进一步的，所述转动构件201为平板结构。

进一步的，所述转动构件201的中部设有换能器202的安装槽，所述换能器202位于安装槽内。其中，所述转动槽与安装槽位于转动构件201相对应的两面，即一个正面，一个反面。

本实施例中，通过组合驱动第一钢丝205a、第二钢丝205b、第三钢丝205c和第四钢丝205d四组钢丝，转动构件201可实现不同方向的三维往复摆动运动，即实现不同方向的三维扫描。相比于探头转动实现的三维扫描，本实施例在实现三维扫描的同时无需旋转，因此不存在电信号的运动传输，有效减小信号衰减及信号干扰，进一步的简化了信号传输系统复杂度。下面对于操作步骤进行具体的说明。

三维扫描：

1）驱动第一钢丝205a拉，第二钢丝205b伸，转动构件201往第一钢丝205a方向摆动；

2）驱动第一钢丝205a伸，第二钢丝205b拉，转动构件201往第二钢丝205b方向摆动；

3）驱动第三钢丝205c拉，第四钢丝205d伸，转动构件201往第三钢丝205c方向摆动；

4）驱动第三钢丝205c伸，第四钢丝205d拉，转动构件201往第四钢丝205d方向摆动；

5）在步骤3）-4）运动的一个周期内，配合步骤1）-2）的多周期往复摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，即可实现一个空间的三维扫描，如图6所示。

另外，还可以按照以下方法实现三维扫描：

1）驱动第一钢丝205a、第三钢丝205c、第二钢丝205b、第四钢丝205d间隔指定时间依次执行拉动作；

2）驱动第一钢丝205a、第三钢丝205c、第二钢丝205b、第四钢丝205d拉到指定幅度后立刻切换为伸动作；

3）执行1）-2）操作可实现转动构件绕中心点圆周摆动一周；

4）每执行1）-2）操作一次，改变指定拉伸幅度及间隔时间再次重复执行1-2；

5）拉伸幅度及间隔时间按正弦波形式赋值；即可实现转动构件以不同摆角绕中心点圆周摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，即可实现一个空间的三维扫描，如图7所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声三维成像导管，其特征在于：其包括相互连接的导管连接部和导管鞘，所述导管鞘内设有弹簧管，所述导管鞘的远端内设有成像核心，所述成像核心通过弹簧管与导管连接部连接；所述导管连接部包括超声信号接口及机械运动连接接口；

所述成像核心包括换能器、支撑轴和转动构件，所述转动构件与支撑轴转动连接，所述换能器与转动构件固定连接，所述支撑轴与弹簧管连接；

所述转动构件相对的两侧分别通过连接件与机械运动连接接口连接；所述换能器通过导线与超声信号接口连接；

所述机械运动连接接口设有与连接件连接的三维扫描驱动机构。

2.根据权利要求1所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述转动构件的中部设有转动槽，所述支撑轴通过转动槽与转动构件连接。

3.根据权利要求2所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述连接件为至少两个，所述连接件对称的分居在转动构件的四周。

4.根据权利要求3所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述连接件为四根，分别为第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件，所述第一连接件、第二连接件分别与转动构件相对的两侧边连接，所述第三连接件、第四连接件分别与转动构件另外两个相对的侧边连接。

5.根据权利要求4所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述三维扫描驱动机构包括两个往复摆动驱动机构，第一往复摆动驱动机构与第一连接件、第二连接件连接，第二往复摆动驱动机构与第三连接件、第四连接件连接。

6.根据权利要求5所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述往复摆动驱动机构包括驱动轮，两个连接件连接，并绕在驱动轮上，所述驱动轮转动从而带动两个连接件往复拉伸。

7.根据权利要求4所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述三维扫描驱动机构包括第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构和控制机构，所述第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构与控制机构连接，所述第一拉伸机构与第一连接件连接，所述第二拉伸机构与第二连接件连接，所述第三拉伸机构与第三连接件连接，所述第四拉伸机构与第四连接件连接，所述控制机构控制第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构按照设定顺序动作。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的超声三维成像导管，其特征在于：所述连接件为钢丝。

9.一种采用如权利要求7所述的超声三维成像导管的三维扫描方法，其特征在于：其包括：

所述控制机构控制第一拉伸机构、第二拉伸机构、第三拉伸机构、第四拉伸机构按照指定顺序动作，分别依次驱动第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件间隔指定时间依次执行拉动作，从而分别带动第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件拉到指定幅度后立刻切换为伸动作；反复上述步骤，使转动构件绕支撑轴做圆周摆动，且换能器同步进行超声的发射和接收，实现三维扫描。

10.根据权利要求9所述的超声三维成像导管的三维扫描方法，其特征在于：所述第一连接件、第三连接件、第二连接件、第四连接件的拉伸幅度及间隔时间按正弦波形式赋值。

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