中国医学影像技术超声电机在内镜驱动及控制技术方面的应用研究刘辛国1周铁英2，陈宇2（1.北京建筑工程学院电气工程与自动化系，北京100044；2.清华大学物理系）1超声电机简介超声电机是一种全新概念的新型电机，它利用压电材料的逆压电效应，使定子表面产生一定轨迹的微米量级的振动，进而通过摩擦耦合将振动动能转换成转子或滑块的宏观运动（转动或平动）动能。简单地讲，超声电机工作原理是借助摩擦实现能量的转换与传递，例如，通过电激振使某一媒体振动而获得能量，这些能量可由两媒体间的摩擦传递给另一媒体使其产生运动。
超声电机的振子的驱动能量可以由电力提供，也可用机械方法获得而应用较多的是电驱动。超声电机按结构可分为圆盘或圆环型、棒（杆）型、平板型；按运动方式可分为旋转型和直线移动型1.耐磨材料弹性环轴承毛毡超声电机结构超声电机与电磁电机相比存在一些明显的优点，如：低速大转矩、不需减速机构可直接驱动、无齿轮间隙、定位精度高（微米或纳米量级）、大力矩密度时效率高、且具有自保持力矩、惯性小、反应快（ms量级）、运行无噪音及磁干扰、且抗磁干扰能力强、结构简单、加工容易、易小型化等等。
超声电机需要专用电源供电。超声电机的驱动源为超声波超声波由产生超声国家自然科学基金重点支持项目电波的电路形成，这种电路可将直流电或工频交流电转换为具有一定功率的、频率或相位可调的超声波，提供给超声电机，驱动其工作并对其进行控制1.超声电机及其驱动电路超声电机在医用内镜中的应用前景2.1用于光学内镜反射镜转动驱动源医用内镜是观察人体内脏器官的组织形态的先进医疗设备，利用它可对人体内脏器官的病变大小、病灶位置以及病变性质等进行初步确定。一般医用内镜的视野比较狭窄，为了观察更大范围往往需要不断调整内镜前端角度，这样就容易造成人体内软组织损伤。为了改变这种状况，在光学医用内镜前端目镜外加一块与内透镜组主光轴呈45角的平面光学反射镜，此反射镜由一个微型电机驱动使其做360低速旋转，通过反射镜将光纤引入的照明光线投射到所要观察的人体组织上，并将四周图像返回到内镜联接的摄象机，如所示。由图（50235010）及深圳市科技局资助项目。
刘辛国（1959―）男，河北满城人，硕士，副教授。
可看出，内镜外形为圆柱状，中间为图像传输通道，外侧为光路传输通道，前端物镜由一组透镜组成；平面反射镜在这里起到了形式上物镜的作用，它将周围图像实时地反射入内镜的实际物镜，然后由目镜端传入摄像机。电机每转动90计算机采集1帧图像并对其作实时处理、显示，这样，电动机转过360计算机正好处理完4幅对应于内镜前侧方空间4个方向的图像，通过软件编程可使这4幅图像同屏显示于显示器上。采用这种方式，可扩大内镜前端监视视野，实现其前端操作的自动化，从而避免了现有内镜在人体内往往需要作整体旋转或头部作大幅度摆动的弊端。
驱动平面反射镜作360旋转的电磁电机可由微超声电机代替。超声电机非常易于微型化，与目前试制用的医用内镜1mm电磁电机相比，同样规格的压电管状或柱状弯曲旋转超声微电机有以下明显的优点：输出力矩大，可控性高，低速不需减速器可直接控制被驱动物体。因此，由超声电机取代电磁电机用于医用内镜中是可行的，而且可提高内镜效率和性能。
2.2有望用于超声内镜超声探头旋转驱动源光学内镜只能观察人体内脏器官的表面，看不到器官组织的内部病变。
超声窥镜则比光学窥镜看得深，能检测人体组织系统中一定深度的病变。超声窥镜一般以5~20MHz的超声探头发射和接受不同角度的超声信号，通过图像处理，将图像重建在计算机屏幕上。日本已有三家公司生产超声内镜。所示为日本富士能SP-710超声探头，它具有360横断面超声和纵向直线切面超声，通过电脑软件合成，可将纵、横切面的超声平面图像变为立体图像。这种超声探头与超声内镜组合，联接超声扫描驱动器，使用电磁电机驱动钢丝柔性轴，带动超声头旋转扫描采样、成像。超声内镜装置组成示意如所示。
由于超声电机具有前述众多优点，所以我们首先可以考虑在驱动系统上运用超声电机，即将已研制的微细超声电机，试用于超声内镜探头驱动上，将超声电机直接装在超声探头后，替代传导旋转动力的柔性轴而直接驱动超声探头转动，使超声探头与驱动源一体化。这是利用超声电机在研制超声成像系统，完成整体结构与控制方面很具有发展潜力和应用前景的一个重要环节。
3目前超声内镜的研制基础清华大学物理系超声研究室已有多年超声电机和超声成像技术的研究经验，目前我们开发研制具有自主知识产权的超声内镜的条件已经具备。清华大学研制的各种规格的超声电机和5 ~10MHz超声换能器，以及多年无损探伤成像的研究基础，为开发超声内镜奠定了一定的理论和技术基础。
的多种超声微电机，无载转速数百转到上千转，且转速可调，力矩数微牛米到数百微牛米。这为超声内镜提供驱动超声探头的驱动源，形成一体化的结构打下了一定的应用基础。
具体有望用于内镜的超声微马达有下面几种：①直径10mm，长26mm，夹心式弯曲旋转超声微马达，共振频率40~70kHz，转速200rpm时，转矩6X103Nm（6毫牛米）；②外径5mm，内径4mm，长7~15mm管状弯曲旋转超声微马达，共振频率40时，转矩250X10一6Nm（50微牛米）；③外径1.5mm，内径07mm，长4~7mm管状弯曲旋转超声微马达，共振频率40~70kHz，转速200rpm时，转矩50X10―6Nm（50微牛米）④外径1.0mm，长4~6mm柱状弯曲旋转超声微马达，共振频率30 106Nm（~10微牛米）另外还有新开发的直径为0.5长卜2mm的微细超声电机。
上羽贞行，富川义郎。超声波马达理论与应用。上海科学技术出版社，1998.杨红红，张璨，张凯宾。医用内镜微型监控超声诊断腹壁子宫内膜异位症1例王占江，寇云，王巍（沈阳军区总医院超声科，辽宁沈阳，110016）患者女，31岁，于三年零九个月前因足月妊娠行剖宫产术。后自己扪及下腹手术切口处有一肿物，一年后发觉肿物有胀痛，月经来潮时加重。体检：于下腹部右腹直肌处可扪及一条形肿物，约6.5cmX3.5cm大小，表面光滑，质中等，无触痛，可左右活动，不能上下活动，抬头时肿物更加明显。B超检查：下腹部偏右侧腹壁内显示一个5.6cmX3.9cmX2.7cm低回声团，边界欠规则，与周围界限欠清晰，内部回声不均匀彩色多普勒检测其内无彩色血流信号。超声诊断：下腹部腹壁内实质性肿物，结合病史，考虑子宫内膜异位症。CT扫描：右王占江（1954―）男，辽宁人，大专，副主任医师。
密度灶，其上下显示在五个层面，宽度3.0cm，厚度2.0cm，界限尚清晰。
诊断：下腹部腹直肌实质性肿物。
手术所见：腹壁内肿物呈长条形，约5cmX3cmX2cm，内侧与原手术切口愈着，质硬，类瘢痕状。病理检查所见：横纹肌及纤维组织内见有子宫内膜组织。
诊断：右侧腹直肌子宫内膜异位症。
外在型。内在型也称子宫腺肌症。外在型是指子宫内膜异位至子宫肌层以外的盆腔内组织，如卵巢、子宫骶韧带、子宫浆膜层、盆腔腹膜和阴道直肠隔等处，故也称盆腔子宫内膜异位症。发生在盆腔以外的子宫内膜异位症非常罕见。本例患者为手术创伤，子宫内膜组织遗落种植在手术切口腹直肌所致。结合病史和临床表现，本病不难诊断。
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