腦外科手術的球面坐標微機定位裝置的製作方法

2024-03-22 18:25:05

專利名稱：腦外科手術的球面坐標微機定位裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療裝置，特別涉及一種腦外科手術的球面坐標微機定位裝置。
已有的腦外科手術定位器是一種機械框架結構，框架上有刻度標誌，要將框架固定在患者的頭部進行照相(CT或MR)和手術；外科醫生用影像中的刻度標誌進行換算以確定靶點的位置；定位精度低，操作不便；約克、考(YUKOKOSUGI)等人曾提出用多關節機械臂進行定位的原理設想，但多關節機械臂結構複雜而且要進行一系列矩陣運算才能確定靶點的位置，也難於達到較高精度。
本實用新型的目的是為了提供一種定位精度高、操作方便、結構簡單的腦外科手術的球面坐標微機定位裝置。
本實用新型是按以下技術方案實現的。該裝置由圖像掃描儀、微型計算機及相應軟體和球面探測器構成；球面探測器由固定架、編碼器、探測杆、連杆結構、鎖緊機構、升降杆、齒輪齒條機構、迴轉臂、軸、軸套、絲槓螺母、滑座和基座組成，連杆結構的一端與固定架相連接，另一端與升降杆相連接，探測杆可沿固定架上下伸縮，升降杆通過齒輪齒條機構與迴轉臂相連接，迴轉臂的另一端與軸相連接，軸套與滑座相固連，滑座通過絲槓螺母機構可相對基座運動(±XO)並通過光柵尺進行測量，另一滑座通過另一絲槓螺母機構可相對該滑座運動(±YO)並通過光柵尺進行測量，兩個絲槓螺母機構是互相正交的，升降杆相對迴轉臂的直線運動(±ZO)用編碼器進行測量，升降杆垂直於兩個絲槓螺母機構構成的平面，迴轉臂與軸相固連並可繞軸套迴轉(±φ)，角度φ用編碼器進行測量，升降杆和固定架通過連杆機構連接在一起，當連杆機構相對升降杆迴轉角度±θ時，探測杆連同固定架也相應的迴轉角度±θ，探測杆還可沿固定架伸縮，角度θ和探測杆伸縮長度ρ均採用編碼器進行測量，所有運動參數(XO，YO，ZO，ρ，φ，θ)都以編碼形式經I／O接口輸送給微型計算機，患者的CT或MR圖象用圖象掃描儀輸送給微型計算機並在微型計算機中進行三維重建，採用C語言編程將二維CT或MR圖象通過該裝置而實現病變與頭部輪廓同步透視三維顯示，微型計算機會自動給出靶點T到三隻鋼球所在點a、b、c(患者左耳、右耳和鼻孔)的空間距離Li(i＝a、b、c)，即構成腦外科手術的球面坐標微機定位裝置。
利用球面探測器對三個鋼球所在點進行測量，則三隻鋼球的位置為Xi＝(ρo－ρi)sinθicosφi＋XoYi＝(ρo－ρi)sinθisinφi＋Yo(1)Zi(ρo－ρi)cosθi＋Zo而靶點T的位置(Xt，Yt，Zt)由式(2)求得(Xt－Xi)2＋(Yt－Yi)2＋(Zt－Zi)2＝Li2(2)i＝a，b，co依據Xt，Yt，Zt調整探測器的Xo，Yo和Zo，使坐標系原點O1與靶點T重合。則當角度θ和φ取任意值時，探測杆會始終指向靶點T。
連杆結構是一個以保證探測杆始終指向球心的平行四邊形連杆結構，在不同的測量點(患者頭部表面任意點)進行測量，則計算機會立即顯示出測量點的坐標(ρo、ρe、φe、θe)以及從該點到靶點的距離(ρo－ρe)，計算機三維圖象的二維提取是以探測器的角度φe來確定的，即顯示的圖象為O1X1Z1平面圖象；探測杆可更換為手術器械，在選取的測量點進行手術，手術器械的插入深度為ρo－ρe並實時顯示在微型計算機屏幕上。
本實用新型是一種球面坐標微機定位裝置。由於本實用新型的球面探測器具有四個直線運動和兩個迴轉運動，並採用一個平行四邊形的連杆結構以保證探測杆始終指向球心，利用它醫生可以精確地確定靶點的位置，其精度優於1毫米；它還可以輔助醫生選擇最佳手術路徑；如果將探測杆更換為手術器械，醫生還可以利用該裝置進行鑽孔、活檢、血腫清除等手術，本實用新型不僅精度高，且結構簡單、操作方便、安全可靠。
下面將結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明


圖1為本實用新型一實施例結構方框圖圖2為本實用新型軟體框圖圖3為本實用新型球面坐標探測器結構示意圖參照
圖1到圖3，備好AST－386微型計算機及相應軟體，圖象掃描儀，自製球面坐標探測器，球面坐標探測器由固定架1、編碼器2、探測杆3、連杆結構4、鎖緊機構5、升降杆6、齒輪齒條機構7、迴轉臂8、軸9、軸套10、絲槓螺母11、14、滑座12、13和基座15組成、連杆結構4的一端與固定架1相連接，另一端與升降杆6相連接，探測杆3沿固定架1上下伸縮，升降杆6通過齒輪齒條機構7與迴轉臂8相連接，迴轉臂8的另一端與軸9相連接，軸套10與滑座12相固連，滑座13通過絲槓螺母機構14可相對基座15運動(±XO)並通過光柵尺進行測量，滑座12通過絲槓螺母機構11可相對滑座13運動(±YO)並通過光柵尺進行測量，絲槓螺母機構11和14是互相正交的，升降杆6相對迴轉臂8的直線運動(±ZO)用編碼器進行測量，升降杆6垂直於絲槓螺母機構11和14構成的平面，迴轉臂8與軸9相固連並可繞軸套10迴轉(±φ)，角度φ用編碼器進行測量，升降杆6和固定架1通過連杆機構4聯接在一起，當連杆機構4相對升降杆6迴轉角度±θ，探測杆3也相應的迴轉角度±θ，探測杆3還可以沿固定架1伸縮(ρ)，角度θ和探測杆3伸縮長度ρ均採用編碼器進行測量，所有運動參數(XO、YO、ZO、ρ、φ、θ)都以編碼形式經I／O接口輸送給微型計算機，患者的CT或MR圖象用圖象掃描儀輸送給微型計算機並在微型計算機中進行三維重建，採用C語言編程將二維CT或MR圖象通過該裝置而實現病變與頭部輪廓同步透視三維顯示，微型計算機會自動給出靶點T到鋼球所在點a、b、c(患者左耳、右耳和鼻孔)的空間距離Li(i＝a、b、c)，即構成腦外手術的球面坐標微機定位裝置。
利用球面探測器對三個鋼球所在點進行測量，則三隻鋼球的位置為Xi＝(ρo－ρi)sinθicosφi＋XoYi＝(ρo－ρi)sinθisinφi＋Yo(1)Zi(ρo－ρi)cosθi＋Zo而靶點T的位置(Xt，Yt，Zt)由式(2)求得(Xt－Xi)2＋(Yt－Yi)2＋(Zt－Zi)2＝Li2(2)i＝a，b，co依據Xt，Yt，Zt調整探測器的Xo，Yo和Zo，使坐標系原點O1與靶點T重合。則當角度θ和φ取任意值時，探測杆會始終指向靶點T。
連杆結構4是一個以保證探測杆3或手術器械始終指向球心的平行四邊形連杆結構，在不同測量點(患者頭部表面任意點)進行測量，則計算機會立即顯示出測量點的坐標(ρo、ρe、φe、θe)以及從該點到靶點的距離(ρo－ρe)，計算機三維圖象的二維提取是以探測器的角度φe來確定的，即顯示的圖象為O1X1Z1平面圖象；探測杆3可更換為手術器械，在選取的測量點進行手術，手術器械的插入深度為ρo－ρe並實時顯示在微型計算機屏幕上。AST－386微型計算機帶有PIP－1024B圖象板、80387協處理器和ASTECDI顯示器。
本實用新型經臨床實驗、安全可靠、精度高、使用方便。
權利要求1.一種腦外科手術的球面坐標微機定位裝置，包括圖象掃描儀、微型計算機及相應軟體，其特徵是所述的球面坐標微機定位裝置還包括球面坐標探測器，球面坐標探測器由固定架[1]、編碼器[2]、探測杆[3]、連杆結構[4]、鎖緊機構[5]、升降杆[6]、齒輪齒條機構[7]、迴轉臂[8]、軸[9]、軸套[10]、絲槓螺母[11]、[14]、滑座[12]、[13]和基座[15]組成，連杆結構[4]的一端與固定架[1]相連接，另一端與升降杆[6]相連接，探測杆[3]沿固定架[1]上下伸縮，升降杆[6]通過齒輪齒條機構[7]與迴轉臂[8]相連接，迴轉臂[8]的另一端與軸[9]相連接，軸套[10]與滑座[12]相固連，滑座[13]通過絲槓螺母機構[14]可相對基座[15]運動(±X0)並通過光柵尺進行測量，滑座[12]通過絲槓螺母機構[11]可相對滑座[13]運動(±Y0)並通過光柵尺進行測量，絲槓螺母機構[11]和[14]是互相正交的，升降杆[6]相對迴轉臂[8]的直線運動(±Z0)用編碼器進行測量，升降杆[6]垂直於絲槓螺母機構[11]和[14]構成的平面，迴轉臂[8]與軸[9]相固連並可繞軸套[10]迴轉(±Φ)，角度Φ用偏碼器進行測量，升降杆[6]和固定架[1]通過連杆機構[4]連接在一起，當連杆機構[4]相對升降杆[6]迴轉角度±θ時，探測杆[3]連同固定架[1]也相應的迴轉角度±θ，探測杆[3]還可沿固定架[1]伸縮(ρ)，角度θ和探測杆伸縮長度ρ均採用編碼器進行測量，所有運動參數(X0、Y0、Z0、ρ、Φ、θ)都以編碼形式經I/O接口輸送給微型計算機，患者的CT或MR圖象用圖象掃描儀輸送給微型計算機並在微型計算機中進行三維重建，採用C語言編程將二維CT或MR圖象通過該裝置而實現病變與頭部輪廓同步透視三維顯示，即構成腦外手術的球面坐標微機定位裝置。
2.如權利要求1所述的球面坐標微機定位裝置，其特徵是連杆結構［4］是一個以保證探測杆［3］始終指向球心的平行四邊形連杆結構，在不同測量點(患者頭部表面任意點)進行測量，則計算機會立即顯示出測量點的坐標(ρo、ρe、φe、θe)以及從該點到靶點的距離(ρo－ρe)，計算機三維圖象的二維提取是以探測器的角度φe來確定的。
3.如權利要求1所述的球面坐標微機定位裝置，其特徵是所述的探測杆［3］可更換為手術器械。
專利摘要本實用新型涉及一種醫療裝置，特別涉及一種腦外科手術的球面坐標微機定位裝置；本實用新型由圖象掃描儀、微型計算機和球面探測器構成；球面探測器具有四個直線運動和兩個迴轉運動，並採用一個平行四邊形的連杆機構以保證探測杆始終指向球心，運動參數都以編碼形式經I/O接口輸送給微型計算機，患者的CT或MR圖象用圖象掃描儀輸送給微型計算機並在微型計算機中進行三維重建，實現了病變與頭部輪廓同步透視三維顯示；醫生利用該實用新型可以精確地確定靶點的位置，其精度優於1毫米，且結構簡單、操作方便、安全可靠。
文檔編號A61B6/04GK2165805SQ93219669
公開日1994年5月25日 申請日期1993年7月28日 優先權日1993年7月28日
發明者呂應祥, 徐浩, 於源波, 解淼淼 申請人:航空航天工業部第二研究院第四總體設計部