體外衝擊波碎石機定位控制系統和方法

2023-05-04 03:47:31

專利名稱：體外衝擊波碎石機定位控制系統和方法
技術領域：
本發明屬於一種體外衝擊波碎石機定位控制系統和方法。
目前，X光體外衝擊波碎石機(見圖1)定位方式為手動方式，其操作步驟是首先將大C臂轉到與床垂直狀態(簡稱正面)並通過人工開啟X光監視人體內結石的X光影象，手動控制床移動直到人體結石的X光影像移到碎石機在X-Z平面的第二焦點的影像位置F為止，然後關閉X光，完成X-Z平面的定位；然後將大C臂轉到左或右側面(簡稱側面)重複上述的操作，完成人體結石在Y軸的定位。此種方法不僅要求操作人員有熟練的操作經驗，而且操作繁鎖，並且X光長時間的照射，對人體造成傷害。例如專利93112128.0多功能腎結石排石機、專利95110616.3人體結石排石治療儀、專利99101562.2結石排石儀等雖然能使人體結石排出，但臨床排石治療不能自動控制，不夠科學化，也不能提高排石效果與結石的治癒率。
本發明的目的是提供一種體外衝擊波碎石機定位控制系統和方法，配合X光體外衝擊波碎石機，通過計算機計算正面和側面的X光影象中人體結石影象的虛擬結石中心與第二焦點在該平面的坐標的偏差量實現該面的自動控制；不但使定位操作方便簡單、定位速度快、準確度高，而且大大減少X光機的開機時間，減少X射線對病人的傷害、並且延長X光機的使用壽命。
本發明由X光定位體外衝擊波碎石機、定位控制系統組成，是利用X光影象中目標結石影象與實際人體內結石的影射關係，通過鎖定目標結石時建立的虛擬結石中心在影象中的位移關係反映實際結石的位移關係，利用虛擬結石中心S與第二焦點F的坐標偏差來控制床的移動，實現自動定位。
採用步驟如下(1)、操作員指令計算機抓獲一幀正面含人體結石的X光影象；在該過程中，由計算機執行指令控制完成檢測並控制大C臂轉到正面狀態→開啟X光→抓獲影象→關閉X光→顯示並保存抓獲影象；(2)、操作員按下滑鼠左鍵或右鍵並在該X光影象的人體結石影象上拖曳，用滑鼠拖曳畫出的鎖定框對目標結石進行鎖定，使目標結石影象被包含在鎖定框B內；計算機計算出鎖定框B的中心坐標值作為影象中目標結石的虛擬中心S坐標值。(3)、操作員指令計算機開始自動定位過程，計算機接到該指令後通過計算目標結石的虛擬中心S與第二焦點F在x、y坐標軸上的偏差值，控制床移動，檢測床的位移量並且按影射關係取得虛擬結石中心S的位移量，確定虛擬結石中心S的新坐標使床上患者體內結石映射在X光映象上的目標結石的虛擬中心S作趨向於第二焦點F運動，同時不斷計算S與F的x、y坐標的偏差量作為繼續控制的依據，當S與F的坐標偏差量小於允許的誤差值時，即完成正面的自動定位控制。(4)、完成正面定位後，由計算機執行指令控制完成開啟X光→抓獲影象→關閉X光→顯示並保存抓獲影象。(5)、左或右側面的定位與上述步驟相同。
本發明設計合理，使臨床排石治療自動控制和更加科學化，提高了排石效果與治癒率，很有推廣應用價值。


圖1是本發明體外衝擊波碎石機示意圖；圖2是本發明正面含有人體結石X光影象3是本發明目標結石影象被包含在鎖定框B內圖；圖4是本發明目標結石的虛擬中心S作趨向於第二焦點F運動圖；圖5是本發明自動定位後的圖；圖6是本發明主要流程圖。
達到技術效果的實施方式根據設計構思，本自動定位方法適用於帶有下列功能的計算機系統A、圖象採集和圖象顯示功能；B、數據採集功能；C、直接I/O控制功能或與下位機I/O控制通信功能。
圖象採集和顯示功能用於抓獲X光影象並顯示在屏幕上，以便操作員可以正確地鎖定目標結石。數據採集功能用於採集床的三維坐標數據以及大C臂的角度位置，計算機需要使用這些數據計算出目標實體與X光影象中目標影象的映射關係。直接I/O控制功能是指計算機內帶有開關量輸入輸出卡，控制繼點器驅動床的移動。與下位機通訊控制I/O功能是指如果不選擇直接I/O控制卡驅動設備時，可選擇與下位機(PLC或DDC)通過串行口通訊方式，將控制命令通過編碼形式發送到下位機，由下位機I/O控制繼點器驅動碎石工具機的移動。
主要流程圖；(見圖6)在流程圖的初始條件中，第二焦點F的坐標是衝擊波聚焦點X光投影在屏幕上所得對於碎石機，一旦安裝調試好，F的坐標就是固定值；自動定位開始時F的坐標隨程序一起加載。虛擬結石中心S坐標與第二焦點F坐標的允許誤差Δt由操作員預先設置。流程圖的控制流程如下①、操作員指令計算機開始正(或左、右側)面定位後，計算機檢測大C臂當前的位置並將其轉到正確的位置，其後的開啟X光、抓獲影象、關閉X光和顯示並保存抓獲影象是為鎖定目標結石影象作準備。
②、操作員按下滑鼠左鍵或右鍵並在該X光影象的人體結石影象上拖曳，用滑鼠拖曳畫出的鎖定框對目標結石進行鎖定，使目標結石影象被包含在鎖定框B內(見圖3)；然後檢取目標鎖定框的位置和寬高。計算出鎖定框的中點坐標。用鎖定框的中點坐標作為虛擬結石中心的坐標。此時已為該平面上的定位作好準備。
③、操作員指令計算機開始該面自動定位，具體說明展開如下符號定義<![CDATA[stg.x、stg.y-虛擬結石中心坐標f2.x、f2.y-第二焦點坐標　　DEVIATE-虛擬結石中心S坐標與第二焦點F坐標的允許誤差　　Id_Img-當前影象標誌變元　　ID_C_MIDDLE-C臂在正中的影象標誌　　ID_C_LEFT-C臂在左側的影象標誌　　ID_C_RIGHT-C臂在右側的影象標誌　　idCtr-床控制代碼變元　　ID_BED_LEFT-床左移(Z軸正方向)控制代碼　　ID_BED_LEFT_FRONT-床左前移(Z軸正方向、X軸負方向)控制代碼ID_BED_FRONT-床前移(X負軸方向)控制代碼　　ID_BED_FRONT_RIGHT-床前右移(X軸負方向、Z軸負方向)控制代碼　　ID_BED_RIGHT-床右移(Z軸負方向)控制代碼　　ID_BED_RIGHT_BACK-床右後移(Z軸負方向、X軸正方向)控制代碼　　ID_BED_BACK-床後移(X軸正方向)控制代碼　　ID_BED_BACK_LEFT-床後左移(X軸正方向、Z軸正方向)控制代碼　　x，y，x h，xl，yh，yl-臨時變元Bed_Auto{　　xh＝f2.x+DEVIATE；xl＝f2.x-DEVIATE；//建立以第二焦點為　　yh＝f2.y+DEVIATE；yl＝f2.y-DEVIATE；//中心的允許誤差的邊界CtrBedx＝stg.x；y＝stg.y；//虛擬結石中心S的坐標　　/*計算虛擬結石中心S坐標與第二焦點F坐標的偏差量，如果偏差在允許　　範圍內則停止床的移動*/　　if(x＜xh x＞xl y＜yh y＞yl)　　{　　CtrCommand(IDC_BED_STOP)；//發出停止床移動的命令　　return；　　} switch(id_Img) {case ID_C_MIDDLE//C臂在正中的影象　　//根據偏差量確定床的移動方向　　if(x＞xh y＜＝yh y＞＝yl)idCtr＝ID_BED_LEFT；//床左移　　else if(x＞xh y＜yh)idCtr＝ID_BED_LEFT_FRONT；//床左前移　　else if(x＞＝xlx＜＝xh y＜yl)idCtr＝ID_BED_FRONT；//床前移　　else if(x＜xl y＜yl)idCtr＝ID_BED_FRONT_RIGHT；//床前右移　　else if(x＜xly＜＝yb y＞＝yl)idCtr＝ID_BED_RIGHT；//床右移　　else if(x＜xl y＞yh)idCtr＝ID_BED_RIGHT_BACK；//床右後移　　else if(x＞＝xlx＜＝xh y＞yh)idCtr＝ID_BED_BACK；//床後移　　else if(x＞xh y＞yl)idCtr＝ID_BED_BACK_LEFT；//床後左移　　break；case ID_C_LEFT//C臂在左側的影象　　 …… 　　break；case ID_C_RIGHT//C臂在右側的影象　　 …… 　　break；}CtrCommand(idCtr)；//發出控制床移動的命令CollectBedData；//採集當前床的位移數據/*將床的位移量影射為虛擬結石中心S的位移量並確定虛擬結石中心S的新坐標*/BedDataToStgData(stg)；　　ReDrawStg；/*清除舊的虛擬結石中心『+』並在新坐標重畫虛擬結石中心『+』*/　　goto CtrBed；//跳轉，繼續　　位移量影射係數由實驗所得。]]>執行上面的程序時，將可以看到計算機在控制床移動的時候，同時控制虛擬結石中心『+』在原『凍結』顯示的X光影象中作趨向於第二焦點『+』的運動，當虛擬結石中心『+』與第二焦點『+』重合或坐標偏差很小時，計算機將控制床停止，從而完成該面的自動定位。在該定位過程，操作人員只需要抓取影象和鎖定結石然後指令開始定位即可，其餘由計算機完成。因此不僅定位準確度高，而且不需要人工開啟X光監視，也不需要人工控制床的移動，所以簡化了操作員的操作，同時也減少X射線對病人的傷害並且延長X光機的使用壽命。
權利要求
1.一種體外衝擊波碎石機定位控制系統，由X光體外衝擊波碎石機、定位控制系統組成，其特徵在於利用X光影象中目標結石影象與實際人體內結石的影射關係，通過鎖定目標結石時建立的虛擬結石中心在影象中的位移關係反映實際結石的位移關係，利用虛擬結石中心S與第二焦點F的坐標偏差來控制床的移動，實現自動定位。
2.一種體外衝擊波碎石機定位控制方法，其特徵在於採用下列步驟(1)、操作員指令計算機抓獲一幀正面含人體結石的X光影象；在該過程中，由計算機執行指令控制完成檢測並控制大C臂轉到正面狀態→開啟X光→抓獲影象→關閉X光→顯示並保存抓獲影象；(2)、操作員按下滑鼠左鍵或右鍵並在該X光影象的人體結石影象上拖曳，用滑鼠拖曳畫出的鎖定框對目標結石進行鎖定，使目標結石影象被包含在鎖定框B內；計算機計算出鎖定框B的中心坐標值作為影象中目標結石的虛擬中心S坐標值；(3)、操作員指令計算機開始自動定位過程，計算機接到該指令後通過計算目標結石的虛擬中心S與第二焦點F在x、y坐標軸上的偏差值，控制床移動，檢測床的位移量並且按影射關係取得虛擬結石中心S的位移量，確定虛擬結石中心S的新坐標使床上患者體內結石映射在X光映象上的目標結石的虛擬中心S作趨向於第二焦點F運動，同時不斷計算S與F的x、y坐標的偏差量作為繼續控制的依據，當S與F的坐標偏差量小於允許的誤差值時，即完成正面的自動定位控制；(4)、完成正面定位後，由計算機執行指令控制完成開啟X光→抓獲影象→關閉X光→顯示並保存抓獲影象；(5)、左或右側面的定位與上述步驟相同。
全文摘要
一種體外衝擊波碎石機定位控制系統和方法,配合體外衝擊波碎石機,通過計算機正面和側面的X光影象中人體結石影象的虛擬結石中心與第二焦點在該平面的坐標的偏差量實現該面的自動控制。不但使定位操作方便簡單,定位速度快、準確度高,而且大大減少X光機的開機時間,減少X射線對病人的傷害,並且延長X光機的使用壽命。本發明設計合理,使臨床排石治療自動定位控制和更加科學化,提高了排石效果與結石的治癒率,很有推廣應用價值。
文檔編號A61B17/225GK1387830SQ01119000
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月26日 優先權日2001年5月26日
發明者高田桂 申請人:高田桂