CN109893158A - 乳腺压迫装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种乳腺压迫装置和方法，包括机械臂、压迫盘组件、乳腺托盘、压力传感器、位置传感器、电机、传动组件和控制器。在X光乳腺DR中，为了有更好的图像效果，需要对乳房进行压迫，将乳房压薄展开，X射线透过厚度均匀乳房，以达到理想的诊断图像效果，此装置可以利于位置传感器检测压迫的厚度，用压力传感器检测压迫力，根据检测的数据传输给控制器来控制电机，在压迫乳房过程中，可实现没有压力时快速移动，接触乳房时降速移动，达到压力值时保持压力，这种变速大大减少了时间，提高了效率，实现柔性压迫，不会给被检查者心理压力，减轻患者不适感，到位后还可以利用微调旋钮进行微调，断电时还具有快速紧急释放功能。

Description

乳腺压迫装置和方法

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体涉及一种乳腺压迫装置和方法。

背景技术

乳腺X射线摄影设备(乳腺机)是用来检查女性乳腺疾病，如诊断是否患有肿瘤的设备。检查时，将乳腺体下部依托在支撑滤线板上，然后将压迫板端面贴紧胸壁，压迫板下平面贴合在胸腺上部，启动压迫电机，使压迫板缓缓下压至规定的检查摄影状态。

目前行业内的乳腺压迫结构方案，直接采用乳腺压板和乳腺托板直接压迫乳腺，结构压迫过于生硬，不能变速压迫，不能实现柔性压迫，检测效率低，导致被检测者不适。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种乳腺压迫装置和方法，以解决结构压迫过于生硬的技术问题。

本发明提供一种乳腺压迫装置，包括机械臂、压迫盘组件、乳腺托盘、压力传感器、位置传感器、电机、传动组件和控制器，所述位置传感器、所述电机、所述传动组件和所述控制器设置在所述机械臂内，所述传动组件与所述电机连接，所述压迫盘组件设置在所述机械臂右端靠近中部位置处与所述传动组件连接，所述乳腺托盘设置在所述机械臂右端下部位置处，所述压力传感器、所述位置传感器和所述电机分别与所述控制器电连接，所述压力传感器设置在所述压迫盘组件内用于采集压迫力，所述位置传感器用于采集压迫厚度。

进一步地，在上述乳腺压迫装置中，所述传动组件包括丝杆、丝杆螺母、轴承和支撑座，所述支撑座有两块，所述轴承有两个，所述丝杆螺母与所述丝杆套接，所述丝杆通过两个所述轴承与所述支撑座连接，所述压迫盘组件通过与所述丝杆螺母连接实现升降运动，所述位置传感器设置在位于上端的所述支撑座上方，所述电机与所述丝杆连接。

进一步地，在上述乳腺压迫装置中，所述压迫盘组件包括连接件和压迫盘，所述连接件左端与所述丝杆螺母连接，所述压迫盘设置在所述连接件右端下方。

进一步地，在上述乳腺压迫装置中，所述传动组件还包括导向杆，所述导向杆有两根，两根所述导向杆上下两端分别与两块所述支撑座连接，所述丝杆位于两根所述双导向杆中间，所述压迫盘组件通过与所述导向杆和所述丝杆螺母连接实现升降运动，两根所述导向杆分别与所述连接件连接。

本发明提供一种乳腺压迫方法，包括步骤：

接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型；

若所述压迫运动指令的下降指令，判断驱动输出的压迫力是否小于10N，

若驱动输出的压迫力大于或等于10N，判断驱动输出的压迫力是否小于30N；

若驱动输出的压迫力大于或等于30N，判断驱动输出的压迫力是否小于100N；

若驱动输出的压迫力大于或等于100N，判断驱动输出的压迫力是否小于200N，；

若判断驱动输出的压迫力大于或等于200N，控制压迫盘组件停止下降。

进一步地，在上述乳腺压迫方法中，在所述接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型的步骤之前，还包括步骤：

检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。

进一步地，在上述乳腺压迫方法中，所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤，包括步骤：

获取压迫厚度、机械臂角度值、压迫盘规格，进行压迫力AD采样；

判断AD采样值是否合法；

若AD采样值合法，判断压迫厚度是否合法；

若压迫厚度合法，根据校准后的参数、AD采样值计算出压迫力F。

进一步地，在上述乳腺压迫方法中，所述所述压迫力F的计算方法：

实际压力值F_n＝K_n*X+B_n，其中：K_n为驱动输出的压迫力校准获得的系数，B_n为驱动输出的压迫力校准获得的常数，n表示机械臂角度状态。

进一步地，在上述乳腺压迫方法中，在所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤之前，还包括步骤：

校准驱动输出的压迫力。

进一步地，在上述乳腺压迫方法中，所述校准驱动输出的压迫力的步骤，包括步骤：

接收主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格，判断是否接收到足够数量的数据；

若是，根据接收到的主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格计算出校准后的参数，并将参数写入存储器用于检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。

在X光乳腺DR中，为了有更好的图像效果，需要对乳房进行压迫，将乳房压薄展开，X射线透过厚度均匀乳房，以达到理想的诊断图像效果，此装置可以利于位置传感器检测压迫的厚度，用压力传感器检测压迫力，根据检测的数据传输给控制器来控制电机，在压迫乳房过程中，可实现没有压力时快速移动，接触乳房时降速移动，达到压力值时保持压力，这种变速大大减少了时间，提高了效率，实现柔性压迫，不会给被检查者心理压力，减轻患者不适感，到位后还可以利用微调旋钮进行微调，断电时还具有快速紧急释放功能。

附图说明

图1是本发明一实施例的乳腺压迫装置的结构示意图

图2是本发明一实施例的乳腺压迫装置的部分结构示意图

图3是本发明一实施例的乳腺压迫装置的控制电路图

图4是本发明一实施例的乳腺压迫方法流程示意图

图5是本发明一实施例的压迫力和压迫厚度检测流程示意图

图6是本发明一实施例的压迫力校准流程图

图中：1—机械臂 2—乳腺托盘 3—压迫盘 4—连接体 5—微调旋钮 6—位置传感器 7—电机 8—导向杆 9—丝杆

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1-3，在本发明实施例中，本发明提供一种乳腺压迫装置，包括机械臂、压迫盘组件、乳腺托盘、压力传感器、位置传感器、电机、传动组件和控制器，所述位置传感器、所述电机、所述传动组件和所述控制器设置在所述机械臂内，所述传动组件与所述电机连接，所述压迫盘组件设置在所述机械臂右端靠近中部位置处与所述传动组件连接，所述乳腺托盘设置在所述机械臂右端下部位置处，所述压力传感器、所述位置传感器和所述电机分别与所述控制器电连接，所述压力传感器设置在所述压迫盘组件内用于采集压迫力，所述位置传感器用于采集压迫厚度。包括C型,1、压迫盘组件、乳腺托盘2、压力传感器、位置传感器6、电机7、传动组件和控制器，所述位置传感器6、所述电机、所述传动组件和所述控制器设置在所述机械臂1内，所述传动组件与所述电机7连接，所述压迫盘组件设置在所述机械臂1右端靠近中部位置处与所述传动组件连接，所述乳腺托盘2设置在所述机械臂1右端下部位置处，所述压力传感器、所述位置传感器6和所述电机7分别与所述控制器电连接，所述压力传感器设置在所述压迫盘组件内用于采集压迫力，所述位置传感器6用于采集压迫厚度。所述乳腺压迫装置与外部终端连接。所述电机7为步进电机。传动件是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转的构件或机构。一般用于改变动力机输出转矩，以满足工作机的要求，把动力机输出的运动转变为工作机所需的形式，如将旋转运动改变为直线运动，或反之，将一个动力机的机械能传送到数个工作机上，或将数个动力机的机械能传送到一个工作机上，其他特殊作用，如有利于机器的控制、装配、安装、维护和安全等而设置传动装置。具体实施中选择电气传动方式，电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的传动，也称电力拖动。传动组件包括以下传动组合：带轮和丝杆螺母组合、齿轮和丝杆螺母组合，还包括导向元件和支撑。压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。具体实施例中，压力传感器采集的是压迫盘组件受到乳房的反向作用力。位置传感器，能感受被测物的位置并转换成可用输出信号的传感器。具体实施例中，位置传感器采集的是压迫盘组件与乳腺托盘之间的距离，即压迫厚度，在压迫乳房时，采集的即是被压迫的乳房的厚度。压力传感器受到压力之时，输出uV级别的微弱电压小信号V_i。该电压小信号V_i被精密仪表放大器放大，并在基准电压V_ref的基础上发生偏置，最终输出电压F_I。偏置差分放大电路的电压传输函数为：F_I＝V_ref+V_i*[1+(100000/24)]。由于电流传输相比电压传输具有传输距离长、不易受干扰等优点，所以偏置差分放大电路的输出电压、位置传感器的输出电压分别被二路电压-电流转换电路转换为工业通用电流传输标准值0～20mA。该二路电流信号经过长距离传输后，送往电流/电压转换电路还原为模数转换器所能采样的电压信号。经由模数转换及微控制器计算处理之后，获得乳房当前压迫厚度以及所受压力值。微控制器根据预设的控制策略完成对电机控制器、步进电机的控制，从而实现乳腺压迫的闭环控制。微控制器实时采集压迫力和压迫厚度，根据操作用户的操作指令，实时判定用户的意图。当判定用户的意图是使得压迫释放之时，控制压迫组件向上以高速运行，当用户的意图为使得压迫组件向下压迫乳房之时，根据当前压迫力大小区间档位，控制电机相连接的压迫组件以相应速度值对乳房进行压迫，作为实例之一，分为10N，30N，100N，200N四个档位区间值。

在本发明实施例中，所述传动组件包括丝杆9、丝杆螺母、轴承和支撑座，所述支撑座有两块，所述轴承有两个，所述丝杆螺母与所述丝杆9套接，所述丝杆9通过两个所述轴承与所述支撑座连接，所述压迫盘组件通过与所述丝杆螺母连接实现升降运动，所述位置传感器6设置在位于上端的所述支撑座上方，所述电机7与所述丝杆9连接。电机7与丝杆9或电机与丝杆螺母之间是通过联轴器、涨套、齿形带、齿轮等零部件加以连接，将电机9的旋转运动转化成丝杆螺母在丝杆上的直线运动，进而带动移动部件运动。

在本发明实施例中，所述压迫盘组件包括连接件4和压迫盘3，所述连接件4左端与所述丝杆螺母连接，所述压迫盘设置在所述连接件右端下方。压迫盘3采用高粘度PC材料制成，强度高，不易老化，受强烈撞击不会碎裂，高粘度的PC材料会连接在一起，不会夹伤乳房组织。

在本发明实施例中，所述传动组件还包括导向杆8，所述导向杆8有两根，两根所述导向杆8上下两端分别与两块所述支撑座连接，所述丝杆位于两根所述双导向杆中间，所述压迫盘组件通过与所述导向杆和所述丝杆螺母连接实现升降运动，两根所述导向杆分别与所述连接件连接。

具体的，还包括微调旋钮5，所述微调旋钮5设置在所述机械臂1表面中部位置用于调节所述压迫盘组件的升降。在机械臂1外表面还设有显示屏，所述显示屏与所述控制器连接。通过电机带动传动组件，将圆周运动转换成升降运动，在导向杆8的导向下，压迫盘组件实现升降，压迫盘3与乳腺托盘2之间的距离即是要控制的压迫厚度，在压迫基本到位后，可以通过微调旋钮5实现压迫厚度的精调，通过位置传感器6监测压迫厚度的值，同时可显示在显示屏上。当压力传感器感应到压迫盘3传递的压力变化时，通过控制电路反馈给电机1，电机1根据反馈来变换转速，进而调节压迫盘组件的升降速度，当压力传感器感应到的压力到达设定值时，通过控制电路反馈给电机1，电机1保持转矩，使压迫厚度稳定，连接件既作为机械运动的传动装置，又内嵌压力传感器线性的感应压迫盘3所承受的乳房的反向作用力。

参照图4，在本发明实施例中，本发明提供一种乳腺压迫方法，包括步骤：

S01、接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型；

S02、若所述压迫运动指令的下降指令，判断驱动输出的压迫力是否小于10N；

S03、若驱动输出的压迫力大于或等于10N，判断驱动输出的压迫力是否小于30N；

S04、若驱动输出的压迫力大于或等于30N，判断驱动输出的压迫力是否小于100N；

S05、若驱动输出的压迫力大于或等于100N，判断驱动输出的压迫力是否小于200N；

S06、若判断驱动输出的压迫力大于或等于200N，控制压迫盘组件停止下降。

具体的，微控制器实时采集压迫力和压迫厚度，根据操作用户的操作指令，实时判定用户的意图，当判定用户的意图是使得压迫释放之时，控制压迫组件向上以高速运行，当判定用户的意图为使得压迫组件向下压迫乳房之时，根据当前压迫力大小区间档位，控制电机相连接的压迫组件以相应速度值对乳房进行压迫，作为实例之一，分为10N，30N，100N，200N四个档位区间值，具体参照步骤S01-S08。

具体的，步骤S01、接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型，压迫运动指令类型，包括步骤：

S011、接收压迫运动指令，判断压迫运动指令是否为停止；

S012、若压迫运动指令不为停止，判断压迫运动指令是否为下降。

具体的，步骤S011，接收压迫运动指令，判断压迫运动指令是否为停止；若压迫运动指令为停止，流程结束。

具体的，步骤S012，若压迫运动指令不为停止，判断压迫运动指令是否为下降；若压迫运动指令不为停止，压迫盘组件以50mm/s速度上升。

具体的，步骤S02，若所述压迫运动指令的下降指令，判断驱动输出的压迫力是否小于10N；若驱动输出的压迫力小于10N，控制压迫盘组件以20mm/s速度下降。

具体的，步骤S03，若驱动输出的压迫力大于或等于10N，判断驱动输出的压迫力是否小于30N；若驱动输出的压迫力小于30N，压迫盘组件根据压迫力匀减速下降。

具体的，步骤S04，若驱动输出的压迫力大于或等于30N，判断驱动输出的压迫力是否小于100N；若驱动输出的压迫力小于100N，控制压迫盘组件以5mm/s速度下降。

具体的，步骤S05，若驱动输出的压迫力大于或等于100N，判断驱动输出的压迫力是否小于200N；若驱动输出的压迫力小于200N，控制压迫盘组件以2mm/s速度下降。

具体的，步骤S06、若判断驱动输出的压迫力大于或等于200N，控制压迫盘组件停止下降。

在本发明实施例中，在所述接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型的步骤之前，还包括步骤：

A01、检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。

参照图5，在本发明实施例中，所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤，还包括步骤：

a01、获取压迫厚度、机械臂角度值、压迫盘规格，进行压迫力AD采样；

a02、判断AD采样值是否合法；

a03、若AD采样值合法，判断压迫厚度是否合法；

a04、若压迫厚度合法，根据校准后的参数、AD采样值计算出压迫力F。

具体的，所述AD采样的合法区间值为350-3500；压迫厚度合法区间值为0-250mm。

在本发明实施例中，所述压迫力F的计算方法：

实际压力值F_n＝K_n*X+B_n，其中：K_n为驱动输出的压迫力校准获得的系数，B_n为驱动输出的压迫力校准获得的常数，n表示机械臂角度状态。

具体的，微控制器实时采样压力传感器，采用最小二乘法校准和计算压迫力的数值，由于乳腺机机械臂相对水平面(或立柱)的角度不同，压迫力受压迫盘组件重心偏移和导轨摩擦力变化的影响而有较大偏差，因此，压迫力校准需要区分不同的机械臂角度状态，即在不少于4个角度(0°、+45°、+90°、+135°)进行最小二乘法压迫力校准。在实际应用过程中，对非上述角度下的压迫力进行几何修正，由于不同规格压迫盘的重力不同，需要进行两种规格对应的压迫力校准，通过校准获得AD值与实际压力F_n的对应关系式F_n＝K_n*X+B_n，其中，F_n为实际压力，X为AD值，K_n、B_n分别为压迫力校准获得的系数和常数，n表示各种机械臂角度状态，需要结合机械臂角度、压迫盘规格和压迫力传感器AD值，测算压迫盘施加到人体乳房的压力。

在本发明实施例中，在所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤之前，还包括步骤：

B01、校准驱动输出的压迫力。

参照图6，在本发明实施例中，所述校准驱动输出的压迫力的步骤，还包括步骤：

b01、接收主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格，判断是否接收到足够数量的数据；

b02、若是，根据接收到的主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格计算出校准后的参数，并将参数写入存储器用于检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。

具体的，步骤b01，接收主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格，判断是否接收到足够数量的数据；若否，接收主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格。

在X光乳腺DR中，为了有更好的图像效果，需要对乳房进行压迫，将乳房压薄展开，X射线透过厚度均匀乳房，以达到理想的诊断图像效果，此装置可以利于位置传感器检测压迫的厚度，用压力传感器检测压迫力，根据检测的数据传输给控制器来控制电机，在压迫乳房过程中，可实现没有压力时快速移动，接触乳房时降速移动，达到压力值时保持压力，这种变速大大减少了时间，提高了效率，实现柔性压迫，不会给被检查者心理压力，减轻患者不适感，到位后还可以利用微调旋钮进行微调，断电时还具有快速紧急释放功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种乳腺压迫装置，其特征在于，包括机械臂、压迫盘组件、乳腺托盘、压力传感器、位置传感器、电机、传动组件和控制器，所述位置传感器、所述电机、所述传动组件和所述控制器设置在所述机械臂内，所述传动组件与所述电机连接，所述压迫盘组件设置在所述机械臂右端靠近中部位置处与所述传动组件连接，所述乳腺托盘设置在所述机械臂右端下部位置处，所述压力传感器、所述位置传感器和所述电机分别与所述控制器电连接，所述压力传感器设置在所述压迫盘组件内用于采集压迫力，所述位置传感器用于采集压迫厚度。

2.根据权利要求1所述的乳腺压迫装置，其特征在于，所述传动组件包括丝杆、丝杆螺母、轴承和支撑座，所述支撑座有两块，所述轴承有两个，所述丝杆螺母与所述丝杆套接，所述丝杆通过两个所述轴承与所述支撑座连接，所述压迫盘组件通过与所述丝杆螺母连接实现升降运动，所述位置传感器设置在位于上端的所述支撑座上方，所述电机与所述丝杆连接。

3.根据权利要求2所述的乳腺压迫装置，其特征在于，所述压迫盘组件包括连接件和压迫盘，所述连接件左端与所述丝杆螺母连接，所述压迫盘设置在所述连接件右端下方。

4.根据权利要求3所述的乳腺压迫装置，其特征在于，所述传动组件还包括导向杆，所述导向杆有两根，两根所述导向杆上下两端分别与两块所述支撑座连接，所述丝杆位于两根所述双导向杆中间，所述压迫盘组件通过与所述导向杆和所述丝杆螺母连接实现升降运动，两根所述导向杆分别与所述连接件连接。

5.一种乳腺压迫方法，其特征在于，包括步骤：

接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型；

若所述压迫运动指令的下降指令，判断驱动输出的压迫力是否小于10N，

若驱动输出的压迫力大于或等于10N，判断驱动输出的压迫力是否小于30N；

若驱动输出的压迫力大于或等于30N，判断驱动输出的压迫力是否小于100N；

若驱动输出的压迫力大于或等于100N，判断驱动输出的压迫力是否小于200N，；

若判断驱动输出的压迫力大于或等于200N，控制压迫盘组件停止下降。

6.根据权利要求5所述的乳腺压迫方法，其特征在于，在所述接收压迫运动指令，判断压迫运动指令的类型的步骤之前，还包括步骤：

检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。

7.根据权利要求6所述的乳腺压迫方法，其特征在于，所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤，包括步骤：

获取压迫厚度、机械臂角度值、压迫盘规格，进行压迫力AD采样；

判断AD采样值是否合法；

若AD采样值合法，判断压迫厚度是否合法；

若压迫厚度合法，根据校准后的参数、AD采样值计算出压迫力F。

8.根据权利要求7所述的乳腺压迫方法，其特征在于，所述压迫力F的计算方法：

实际压力值F_n＝K_n*X+B_n，其中：K_n为驱动输出的压迫力校准获得的系数，B_n为驱动输出的压迫力校准获得的常数，n表示机械臂角度状态。

9.根据权利要求6所述的乳腺压迫方法，其特征在于，在所述检测驱动输出的压迫力和压迫厚度的步骤之前，还包括步骤：

校准驱动输出的压迫力。

10.根据权利要求9所述的乳腺压迫方法，其特征在于，所述校准驱动输出的压迫力的步骤，包括步骤：

接收主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格，判断是否接收到足够数量的数据；

若是，根据接收到的主节点的压力值、机械臂角度值、压迫盘规格计算出校准后的参数，并将参数写入存储器用于检测驱动输出的压迫力和压迫厚度。