一種新穎的腦立體定位方法及其裝置的製作方法

2023-06-11 23:19:46

專利名稱：一種新穎的腦立體定位方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新穎的腦立體定位方法及其裝置，特別是涉及用於CT的腦立體定位方法及其裝置。
腦立體定位裝置是在神經外科中用於CT對病灶或生理靶點進行立體定位的工具，是臨床診斷、治療和科研工作中不可缺少的重要設備。
腦立體定位裝置的結構取決於定位方法，且也直接影響著它的使用性能。縱觀現行的國內外用於CT配套的腦立體定位裝置可以分成兩大類。一種是基於度量法的採用特定掃描位置的腦立體定位裝置，典型地是日本的駒井式定位裝置，類似的還有Lekselll的定位裝置，這類定位裝置操作時只要使定位裝置的基準平面與CT掃描平面相平行，這樣，靶點的位置可以在CT片上用N形標誌所成的象直接度量。但是，無論是駒井式還是Leksell的定位裝置都存在著一個共同的缺點，就是要使定位裝置的基準平面調節到與CT掃描平面平行，操作十分繁複，尤其對於熟練程度不高的操作人員，花費的佔機時間就會更長，這顯然是不符臨床要求另一種類型的定位裝置是基於計算法的任意掃描定位裝置，這種定位裝置雖然大大地縮短了佔機時間，但帶來了大量的事後處理，要通過複雜的計算才能確定靶點的位置。所以，現行的這兩類腦立體定位裝置都不能臨床上的需要。
因此，本發明的一個目的在於提供一種能克服已有技術中的調機困難和計算繁複的缺點，實現在CT掃描過程中無需特定位置，又不需任何計算，即可得到靶點三維座標數據的，簡單易行，新穎的腦立體定位方法。
本發明的另一目的在於提供一種在於根據前述的腦立體定位方法的、新穎的腦立體定位裝置。
本發明的再一個目的在於提供一種按上述方法的裝置在取得CT掃描片後，能迅速測定靶點位置的直讀圖板。
為了便於說明，在此先介紹附圖。


圖1是按照本發明的腦立體定位方法的座標系;
圖2是按照本發明的腦立體定位方法的投影和座標轉換關係;
圖3是按照本發明的腦立體定位方法在一張任意的CT掃描片上的投影關係;
圖4是按照圖2所示的本發明的腦立體定位方法在輔助定位平面的X光膠片上所顯示的X線掃描軌跡線及其投影關係;
圖5是按照本發明的腦立體定位方法用二維圖形求三維座標值的直讀圖板;
圖6是按照本發明的腦立體定位方法的腦立體定位裝置的一個優選實施例的透視圖;
圖7是片盒的透視圖;
圖8是片座的內部結構示意圖;
圖9是前蓋的內部結構示意圖。
按照本發明的腦立體定位方法，首先，按照圖1確定定位系統的座標系。取腦立體定位裝置的主框架ABCD所在平面為測量的基準平面，以該平面的中心O為座標原點，取在該平面內經原點O沿水平方向延伸的方向為X軸，沿垂直方向延伸的方向為Y軸，以及通過座標原點O沿垂直於所說的基準平面方向延伸的方向為Z軸從而構成了一個以主框架測量基準平面ABCD為基礎的三維直角座標OXYZ。另置兩個相互平行，且分別與主框架測量基準平面ABCD正交的，置於片盒內的X光膠片所在平面AEFB和DGHC作為定位輔助平面。設平面IJKL是一個任意的CT掃描平面。顯然，該平面在OXYZ座標系中是一個任意的平行四邊形，它與定位輔助平面AEFB和DGHC的交線分別為IJ和KL。靶點T是在任意CT掃描平面IJKL中一個欲定位的點(圖2)。
為了確定任意CT掃描平面IJKL中的靶點T在直角座標系OXYZ中的位置，在兩個片盒的上端和下端放置了分別與定位輔助平面AEFB的邊AE和BF，和與定位輔助平面DGHC的邊DG和CH相平行的鋁條(為簡單起見，在圖1和圖2中的鋁條分別與上述所說的邊重合)，所說的鋁條，在拍攝CT片時，分別成象在任意的CT掃描平面IJKL的I、J、K、L各點(圖3)為了求得靶點T在OXYZ座標系中的位置，需作一系列輔助線和輔助面(圖2)，包括通過靶點T作一條平行於IL和JK的平行線MN，它分別與IJ和KL相交於M和N;
作一個包括靶點T在內的平行於測量基準平面的輔助平面A′B′C′D′，目的在於把T點在CT掃描平面IJKL的幾何關係轉到該輔助平面上，然後通過靶點T作一條平行於A′D′或B′C′的直線M′N′，並分別交A′B′和C′D′於M′和N′;
經N點作一條垂直於定位輔助平面AEFB的直線NM″，並相交於該平面的M″點;
由靶點T作一條垂直於NM″的直線TT′，交NM″於T′作一條IJ線在定位輔助平面DGHC上的垂直投影線，在該平面獲得IJ的投影I′J′(圖2和圖4);
在定位輔助平面DGHC的L點作一條平行於GH或DC的平行線，交HC於W;
再由M點作一條垂直於定位輔助平面DGHC的垂直線MX，交該平面於X;
通過M、M′和M″作一直線PQ，分別交EF和AB於P和Q;同時連接X、N′和N各點，並向兩側延伸，分別與GH、LW和DC相交於R、V、S。
通過所作的一系列輔助線和輔助面，可以得出下面三組相似三角形，即△NTT′～△NMM″①△LNV～△LKW②△TN′N～△MXN③進而得出(NT)/(NM) ＝ (NT′)/(NM″) ④(LN)/(LK) ＝ (LV)/(LM) ⑤(NN′)/(NX) ＝ (NT)/(MN) ⑥從圖2中不難看出N′N＝TT′，從上述的比例關係可以求得T點在OXYZ座標系中的座標(需要注意的，座標原點O是在基準平面ABCD的中心)TX＝ 1/2 AD-NT′⑦
TY＝ 1/2 CD-LV⑧TZ＝SN+TT′⑨式中的AD和CD值在設計時可以設定，按照本發明的一個實施例，AD＝250毫米，CD＝160毫米。
按照本發明的腦立體定位方法，為了取消複雜的計算，本發明進一步提供了一種用二維平面圖形來直接測量三維座標值的直讀圖板。
如圖5所示，圖中以B點為共同頂點的三個等邊三角形，分別為△ABC、△DBC和△FBG，這三個等邊三角形分別用於讀出靶點T在OXYZ座標系中的座標值TX、TY和TZ的一部分即公式⑨中的TT′。
每個等邊三角形的邊長是這樣確定的第一個等邊三角形ABC的邊長是主框架的水平方向的長度，或者是兩側膠片間的距離，按照本發明的一個優先實施例是250毫米。
第二個等邊三角形DBE的邊長是每隻盒內兩根鋁條間的距離，按照本發明的一個優先實施例為160毫米。
第三個等邊三角形△FBG的邊長是等於圖4中的線段XN的長度。
在圖5中作∠ABC的角平分線，它分別與AC、DE、FG交於O、O′和O″，參照圖2和公式⑦、⑧不難看出O和O′分別為OXYZ座標系中的X軸和Y軸的零點。
下面我們具體地利用圖5所示的等邊三角形的關係來確定靶點T的座標。
首先確定靶點T在X軸上的座標值TX。截取圖3中所示的MN的長度，在以B為頂點的等邊三角形ABC的AB邊和BC邊上分別截取MN的長度，分別取得M點和N點，並連接，然後以N為起點，按圖3所示的直線TN的長度在MN上求得T點，再連接BT並延伸交AB(X軸)於T′，量取OT′，即為所求的靶點T在OXYZ座標系的X軸上的座標TX。
然後確定靶點T在Y軸上的座標值TY。以圖4中線段LK的長度在以B為頂點的等邊三角形DBE的BD和BE上分別求得K和L，並將它們連接，再以L為起點，用圖4中的LN的長度在LK上截得H點，然後連接BH並延伸交DE於T″，量取O′T″即為欲求的靶點T在OXYZ座標系中的Y軸上的座標值TY。
最後確定靶點T在Z軸上的座標值TZ。在前述的等邊三角形FBG中和在求TX值的連線BT在FG上有一個交點T′″，量取T′″G的長度，它實際上等於圖4上的N′N，或者等於圖2中TT′的長度，該長度只是靶點T在X軸上的座標值TZ的一部分，它還要加上圖2或者圖4上的SN的長度，它們的和才是所求的座標值T。
圖6所示是按照本發明的腦立體定位方法設計的腦立體定位裝置的一個優先實施例的透視圖。
在底板1上有兩個用於連接和支承主框架3的支架2，為了適應不同病人的需要，所以，支架2與底板1之間採取可調節連接，如用螺杆(未畫出)，主框架3的中間有一個足以容納被檢者的頭部的置入孔，在主框架3的一個側面分布配置了四個
骨固定錐6它們通過壓板5和螺釘4裝在主框架3上，壓板5的中間凸出部分有一個螺紋孔，因此，帶螺紋的
骨固定錐6的伸出長度是可以調的。在主框架3的兩側分別有一個向外延伸的耳板7，耳板7的端部有一個用於插入放置X光膠片的片盒9的橫向板8，橫向板8與耳板7可以是一體的，也可以是分離的，如是後者，本專業普遍技術人員可以用熟知的方法連接成一體。應該注意，左右兩塊橫向板8不僅要求互相平行，且還必須分別垂直於主框架3，這樣才能被插入的左右兩個片盒9裝上後，使片盒9內的X光膠片平面處於既垂直於主框架3所確定的基準平面，而又彼此平行的位置上。
圖7是片盒9的透視圖，它由一個盒蓋11和片座12所組成在片座12背向盒蓋11的方向上的一側有一個垂直放置安裝架13，安裝架13用本專業普遍技術人員所熟知的方式連接到片座12上，安裝架13有一個與主框架3上的橫向板8密配的T形槽14，T形槽14的一側(未畫出)有一個螺紋孔，該螺紋孔用於擰入止頭螺釘，以保證片盒9裝上後，使T形槽14相對於橫向板8定位和固定。當然也可以用其它合適的方法定位和固定。
圖8是片座12的內部結構示意圖，片座12是長方形的，在它的周邊內側具有梯形凸緣15，在上下兩端梯形凸緣的內側各有一根鋁條16，鋁條是用於定標的。按照本發明的一個優先實施例上下兩根鋁條間的距離為160毫米。X光膠片17放置在梯形凸緣和鋁條所包圍的區域內。
應該指出的，兩個片盒12內的鋁條的位置是相互對應的。
圖9所示是盒蓋11的內部結構圖，它也是長方形的，在其與片座12相接的一側具有與片盒12的梯形凸緣15位置相對應的梯形槽18，槽18的深度應略大於凸緣15和鋁條16的高度，以保證盒蓋11和片座12裝配後能密封，且應保證結合處不透光，當然，盒蓋11和片座12還可以用其它方式連接。
片盒9也可以做成其它形式，例如，盒蓋11和片座12可以在裝入X光膠片時不必拆開，而是在盒蓋11和片座12之間的側面開有一個足以插入一個能放入X光膠片的片夾，如同固定式照相機放置照相底片的片夾那樣。
盒蓋11和片座12(除鋁條外)應該用X光可透過的材料製造，例如塑料。
本發明的腦立體定位裝置經我國黃河機器廠試製出樣機，先後由徐州第一人民醫院和北京市天壇醫院神精外科進行實驗室靶點試驗和臨床使用，均獲滿意的結果。與國內外已有技術相比，它具有設計原理新穎，節省大量的佔機時間，易於使用，定位精度高，整機的綜合誤差小於0.3毫米，且不必進行繁複的計算。
按照本發明的腦立體定位方法、測量用的模板和腦立體定位裝置的一個優選實施例，本專業的普遍技術人員可以在上述的基礎上作出各種變換和改進，但這些變換和改進都在本發明要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種用於實現腦立體定位的方法，其特徵在於包括一個由主框架所確定的測量基準平面，和兩個彼此平行的且與所說的測量基準平面正交的，置於片盒內的X光膠片平面所組成的平面系，在該平面系內，以所說的主框架的測量基準平面的中心為座標原點，以所說的測量基準平面內經所說的座標原點沿水平方向延伸的方向為X軸，經所說的座標原點沿垂直方向延伸的方向為Y軸，以及通過座標原點沿垂直於所說的測量基準平面方向延伸的方向為Z軸，從而組成三維的空間座標系在所說的片盒內有兩根分別置於片盒上下兩端，且彼此平行的用於定位的鋁條，在CT靶點層面掃描時，在CT片上獲得所說的用於定位的鋁條的影像和靶點在該層面的影像，同時在兩張X光片上記錄靶點層面的X射線掃描軌跡線；利用所說的CT片和兩張X光片上所記錄的影像，按照相似三角形的比例關係把靶點在任意CT掃描平面上的座標關係轉換到所說的平面系的三維空間直角座標上，從而實現腦立體定位。
2.一種腦立體定位裝置，它由底座、主框架和在主框架上的可調的
骨固定錐所組成，其特徵在於在所說的主框架的兩側分別有一個與主框架正交的，且又彼此平行的，裝在片盒內的X光膠片在所說的每個片盒內還有兩塊分別置於所說的片盒的上端和下端的且是彼此平行的用於定位的鋁條。
3.按照權利要求2所說的腦立體定位裝置，其特徵在於所說的主框架的兩側分別有一塊耳板，在耳板的外端有一塊橫向板，在所說的片盒上有一個將其裝在橫向板上的帶T形槽的安裝架。
4.按照權利要求2或3所說的腦立體定位裝置，其特徵在於所說的片盒由片座和盒蓋所組成，所說的片座在其放X光膠片的一側的周邊附近有梯形凸緣，在其上下端分別置有定位用的鋁條，在盒蓋上有與之相適配的梯形槽，所說的凸緣和鋁條的高度略小於梯形槽的深度，以保證兩者密配。
5.按照權利要求4所說的腦立體定位裝置，其特徵在於所說的片盒是由片座和盒蓋所組成，所說的片座和盒蓋有一側共同形成的開口，所說的開口足以容納插入一個能置入X光膠片的片夾。
6.按照權利要求2所說的腦立體定位裝置，其特徵在於所說的主框架的水平長度(兩張X光膠片的垂直距離)為260毫米，所說的在每個片盒中的兩塊用於定位的鋁條間的距離為160毫米
7.一種用於按權利要求1所說的腦立體定位方法的確定靶點的三維空間座標的直讀圖板，其特徵在於在所說的直讀圖板上有三個具有共同頂點的等邊三角形，第一個三角形的邊長等於主框架的水平長度(兩張X膠片間的距離)，它用於確定靶點在水平方向上的座標值X的度量，第二個三角形的邊長等於片盒中兩根鋁條間的距離，它用於度量靶點的Y值，再一個三角形的邊長是以含靶點的任意CT掃描層面在兩張X光膠片上的投影確定，它用於度量靶點的Z值，在所說的圖板上能將任意CT掃描靶點層面片和相應的X光膠片所記錄下來的影象直接轉換成靶點在三維空間座標系中的座標值。
8.按照權利要求7所說的直讀圖板，其特徵在於所說的主框架水平長度(兩張X光膠片間的距離)為250毫米，所說的在每一個片盒內的定位用的鋁條間的距離為160毫米。
全文摘要
本發明公開了一種腦立體定位方法，該方法包括由主框架為測量基準平面，還有兩彼此平行且分別與測量基準平面正交的，置於片盒內的X光膠片為定位輔助平面組成的平面系，該平面系具有一個以測量基準平面中心為原點的坐標系，在片盒的上下端具有定位的鋁條，該方法根據三角形相似的原理，將任意CT片上的靶點轉換到所述的坐標系中，從而實現腦立體定位。本發明還公開了按照上述方法設計的腦立體定位裝置及一種利用等邊三角形的直接度量靶點在直角坐標系中的坐標的直讀圖板。
文檔編號A61B19/00GK1070328SQ9210558
公開日1993年3月31日 申請日期1992年7月11日 優先權日1992年7月11日
發明者孟昭中, 陳玉書, 徐鋒, 薛春鋒 申請人:徐州市第一人民醫院