专利名称：应用于心磁图仪测量的无磁三维机械传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在心磁仪测量中使用的无磁性、三维方向可调节的机械传动机 构。更确切地说涉及一种应用于心磁图仪测量的无磁三维机械传动机构，属于心磁图仪应 用领域。
背景技术：
超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是 目前世界上已知的最灵敏的磁传感器。作为SQUID的主要应用领域之一，心磁测量仪(下 面简称心磁仪)近年来发展迅速。心磁仪是测量心脏磁场的科研医疗仪器。心脏磁场(下 面简称心磁)与心脏电场(下面简称心电)同源产生，都来源于心肌细胞内离子的定向流 动。相比于心电仪，由于心磁在空间中传播不受人体组织的影响，所以心磁仪能测量到更精 确的心脏信号；另外心磁仪具有完全无接触、无辐射、时间空间分辨率高、灵敏度特异性高、 对冠心病的前期诊断灵敏等优点Hans. Koch，IEEEApplied Supercond. 11 (2001)，49-59
K. Sternickel et al, Supercond. Sci. Technol. 19(2006)S160-S171。人体心磁信号极其微弱，典型强度为100pT(10_1(lT)。SQUID的灵敏度高，典型低 温超导SQUID的磁场灵敏度为3_5fT/sqrt (Hz)，极易受噪声的干扰V. Pizzela et al, Supercond. Sci. Technol. 14 (2001) R79-R114]0 如果金属离 SQUID 较近，金属在电磁场中产 生的涡流就会成为噪声信号；另一方面，心脏磁场在空间传播中遇到金属会受到影响，所以 在心磁测量中SQUID附近不能有金属，故心磁仪使用的支撑结构必须是不含金属、完全无 磁的。心磁仪按测量通道数目可分为单通道和多通道两种类型。如果通道数较少，为了 覆盖整个心脏区域，需要移动被测试者在一个平面上进行扫描式测量；另一方面被测试者 的体形各异，需要调节SQUID的高度，所以实际使用的是可以调节三维方向的传动机构。目 前，国内尚未有关于心磁测量中使用的三维传动结构的公开报道；国际上有关应用于心磁 仪中使用的无磁三维机械传动机构性能和参数信息鲜有报道。

发明内容
本发明目的在于提供一种应用于心磁图仪测量的无磁三维机械传动机构，也即本 发明提供一种可以在三维方向移动且不含任何金属材料的传动机构。相比于一般的三维传 动机构，本发明不采用任何金属传导部件，传动可靠，调节轻松便利，满足心磁测量要求。本发明提供的三维机械传动机构分为两部分一部分是低温液氦容器——杜瓦的 支撑架；另一部分是三层结构的无磁床。支撑架与无磁床之间无任何连接，两者配合起来以 完成心磁的测量。支撑架内放置杜瓦，杜瓦是有真空隔热层的圆柱形容器，SQUID放置在杜 瓦的液氦内，心磁信号穿过杜瓦底部进入SQUID ；杜瓦可以在竖直方向上移动。无磁床分为 三层，可以在水平面上左右、前后二维移动。在心磁测量中，被测试者躺在床上，通过移动无 磁床来实现被测试者在水平方向的二维移动，同时通过移动杜瓦来调节SQUID与被测试者3之间的距离，实现了竖直方向的移动。也即，杜瓦的支撑架竖直方向的行程设计需要考虑测 试者胸膛的厚度在水平方向上，无磁床的移动范围应该大于心脏区域。支撑架内部有定滑轮和竖直方向上的齿条。杜瓦用卡箍锁住；然后将卡箍放在支 撑架的圆环形托座上。托座是水平方向，通过尼龙螺丝与齿条固定，托座后有滑动轨道。用 高强度的棉绳连结托座，棉绳跨过定滑轮，另一端连结与杜瓦等重的配重；在支撑架上设有 固定把手，把手的一端有齿轮，齿轮与齿条相互啮合，转动把手，就可以带动齿条上下移动， 这样可以很轻松移动托座，从而调节杜瓦的高度(图1)。无磁床采用三层结构，底层是底座，起支撑固定作用；中间层是可以左右移动的承 接层；上层是可以前后移动层，被测试躺在上面。无磁床采用齿轮、齿条、传力、导轨滑动的 结构(图幻。无磁床无磁床的中间层设有传动盒，传动盒中设有把手，把手内嵌镶连接杆； 连结杆另一端为齿轮，通过齿轮间的变速和涡轮蜗杆的变向，最后一段齿轮“咬”住齿条。转 动把手，使连接杆和齿轮转动，从而带动齿条移动。齿条通过螺丝固定在床体上，齿条的移 动带动了床体滑动。中间层和上层的齿条相互垂直，这样两层的移动方向就相互垂直。中 间层和上层床体下各安装四个滑动轮，滑动轮下有导轨，床体的移动就是滑动轮在导轨上 的滚动。使用涡轮蜗杆结构，使操作方便，移动床省力平稳。本发明具有如下优势模块化设计，结构清晰明确，加工方便，造型美观；功能上 满足心磁测量需要的三维方向调节；在材料上整个床没用到金属部件，全是由无磁材料制 成，在生物磁场信号测量方面具有广泛的用途。


图1是支撑架外观(a)，及内部竖直移动机构(b)示意图。图中1-1支撑架，1-2 支撑架底座，1-3齿条，1-4定滑轮，1-5圆环形托座，1-6配重，1-7棉绳。图2是无磁床的三层结构(a)及平面传动机构(b)示意图。图中2-1底层床，2_2 中层床，2-3上层床，2-4导轨、2-5滑动轮、2-6把手、2_7齿轮、2_8齿条、2_9连接杆、2_10传动盒。图3是传动盒内部结构。图中3-1涡轮，3-2齿轮，3-3蜗杆。
具体实施例方式1.支撑架、无磁床的主体结构采用无磁性压板；层压板的机械强度较高，购买方 便。市场上其它具有较高机械强度、可以做成大面积板材的无磁材料都可以用于制作主体 结构。使用激光切割层压板，一次成型；层压板间的连接使用“拉链”结构，相互啮合；外观 漂亮，坚固实用。2.支撑架中杜瓦的卡箍、圆环形托座使用普通环氧树脂板做成；卡箍、托座内径 根据杜瓦尺寸确定。定滑轮采用尼龙做轮子、陶瓷做滚珠和轴承；支撑架的齿条是尼龙材 料。定滑轮、齿条使用尼龙螺丝固定在支撑架上。传动机构中使用的尼龙材料为尼龙6或 尼龙66，具有机械加工性能好的特点。3.无磁床的滑动轮使用尼龙材料制成，轴承是普通陶瓷加工成的细棒。因为陶瓷 与尼龙的滚动摩擦系数小，这样方便滑动轮的移动。滑动导轨使用普通环氧树脂板材料，机 械硬度大且具有较好的韧性，不容易形变。尼龙轮与导轨间的摩擦系数小，方便调节。齿轮、齿条、涡轮采用尼龙材料，涡轮3-1的直径为90毫米，齿数为32，齿轮3-2的直径为72 毫米，齿数为36 ；蜗杆3-3 —端的直径为33毫米，齿数为15，另一端直径为35毫米，齿数为 7。连结杆、蜗杆采用普通聚碳酸酯材料，机械强度好，其它机械强度好的无磁材料也可用来 做连接杆。依上所述，支撑架竖直方向上移动的行程设计需要考虑被测试者胸膛的厚度，根 据中国人的特点，行程最大值为30厘米；行程由附图1中1-3齿条长度决定。在左右和前 后水平方向上，无磁床的行程移动范围应该待遇心脏区域，左右移动行程为45厘米，前后 移动行程为35厘米；行程由图2中2-4导轨和2-8齿条的长度决定。在实际实施过程中， 根据心磁仪的通道数修改行程的长度，原则是移动距离能覆盖人体心脏区域。4.依图3传动盒的内部结构蜗杆3-3靠近涡轮3-1的一端为阿基米德螺旋线的齿 廓，另一端为圆柱形齿轮，涡轮为斜齿圆柱齿轮。
权利要求
1.一种应用于心磁图仪测量的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的无磁三维传 动机构是包括杜瓦的支撑架和无磁床，其中①支撑架内放置杜瓦，SQUID放置在杜瓦的液氦内，杜瓦在竖直方向上移动；②无磁床分为三层底层为底座，起支撑固定作用，中间层为左右移动的承接层，上层 为前后移动的移动层，无磁床采用齿轮、齿条传力，导轨滑动的结构；③支撑架和无磁床的主体结构采用无磁性的层压板；齿轮、齿条、导轨采用尼龙或陶瓷 在内的无磁材料。
2.按权利要求1所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的支撑架内的杜瓦用 卡箍锁住，卡箍放在支撑架的圆环形托座上。
3.按权利要求2所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的托座通过尼龙螺丝 与齿条固定，托座后有滑动轨道，用跨过定滑轮的棉绳连接托座，棉绳的另一端连结与杜瓦等重的配重。
4.按权利要求1所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的支撑架上设有固定 把手，把手的一端有齿轮，齿轮与齿条相互啮合，转动把手带动齿条上下移动，从而移动圆 环形托座，通过移动杜瓦调节SQUID与被测试者之间的竖直方向的距离。
5.按权利要求1所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的中间层设有传动 盒，传动盒中设有把手，把手内嵌镶连接杆，连接杆另一端为齿轮，通过齿轮间的变速盒涡 轮涡杆的变向，最后一段齿轮咬住齿条。
6.按权利要求5所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于齿条通过螺丝固定在床体 上，齿条的移动带动床体滑动。
7.按权利要求5或6所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于中间层和上层的齿条 相互垂直；中间层盒上层床体下各安装四个滑动轮，滑动轮下有导轨，滑动轮在导轨上的滚 动导致床体的移动。
8.按权利要求1所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于支撑架竖直方向上的移动 的行程是由齿条长度决定，无磁床在前后、左右二维方向上移动行程范围是由导轨和齿条 的长度决定的。
9.按权利要求1或5所述的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的连接杆或螺杆 采用聚碳酸酯材料。
全文摘要
本发明涉及一种应用于心磁图仪测量的无磁三维机械传动机构，其特征在于所述的传动机构分为杜瓦的支撑架和无磁床两部分，支撑架内部使用齿条和定滑轮实现竖直方向的移动；无磁床分为三层结构，最下一层是底座，中间一层和上面一层使用齿轮、齿条传力以及涡轮、涡杆变向实现前后、左右二维移动。支撑架和无磁床使用激光切割的层压板啮合组装，传动装置使用尼龙、陶瓷和环氧树脂加工而成，不含任何金属部件；外形美观，结构坚固。整个机构不会对环境磁场和心脏磁场分布产生任何影响，在心磁测量中具有广泛的应用。
文档编号A61B5/055GK102048541SQ20101054432
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者刘扬波, 孔祥燕, 张树林, 曾佳, 王永良, 谢晓明 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所