CN101411621A - Ct床内人体局部加压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了医学领域使用的用于模拟踩跷法在志愿者腰部加压的CT床内人体局部加压装置。该装置包括支撑固定装置，该支撑固定装置能够在CT检测窗内进出；安装在支撑固定装置上的加压装置，该加压装置具有至少一个与CT测定床相对应的仿生头；仿生头的作用力由压力检测装置测量。该装置使用时人俯卧在CT测定床上，加压装置随支撑固定装置进入CT检测窗内，位于人体的背部上方，通过仿生头作用在人体；仿生头用于模拟足尖施力，其力量大小由加压装置进行控制，从而实现模拟踩跷法在志愿者腰部加压；通过该装置模拟踩跷法在志愿者腰部加压的同时，对志愿者进行螺旋CT扫描，实现脊柱腰椎段实时动态螺旋CT三维重建。

Description

CT床内人体局部加压装置
技术领域
本发明涉及一种在医学领域用于模拟踩跷试验所使用的CT床内人体局部加压装置。
背景技术
手法产生的生物效应是多方面的，其中最直接、最明显的是力学效应。崔京浩等在第十三届全国结构工程学术会议特邀报告中明确提出中医传统的推拿手法多数都是力学原理的运用，对各种力和谐的组合和利用构成了手法的操作过程。因此，可以说手法操作的特征之一是力学原理的运用，手法的规范化研究首先应对其力学原理应用的规律、力学治疗机制进行研究。同时由于手法的多样性，同一手法在不同疾病治疗中运用也存在差异，因此，要对其力学原理应用规律、力学治疗机制在不同疾病治疗中的差异，则必须结合具体手法治疗的优势病种进行研究。
踩跷法是临床常用的推拿手法之一，医生利用足部踩踏患者一定部位来治疗疾病。与其他一般的手法相比，踩跷法具有压力大，作用部位相对固定的特点，常用于脊柱疾病的推拿治疗，特别是治疗LDH的临床疗效优异，因此是临床治疗LDH常用的手法之一。踩跷法操作时其用力的方式较一般的手法简洁，可简化为施加一个垂直向下的力，力量轻重有节律的变化。因此，对其在治疗LDH中力学原理的应用规律，力学治疗机制以及踩跷参数与生物力学效应的量效关系，踩跷参数优化的研究具有可行性和实用价值。
目前对踩跷法力学治疗机制的研究非常薄弱。踩跷法基础研究薄弱的主要原因之一是缺乏直接可视化的观察和研究手段，难以直观地了解踩跷时腰椎的三维结构改变情况，医生只能通过观察腰椎的CT或MRI图像并结合其解剖学知识进行反复思考，在头脑中构想出腰椎在踩跷力作用时的三维结构变化。而现在新兴的三维可视化技术与计算机模拟为这个难题的解决提供了可能。
三维重建是三维可视化技术的核心内容。三维重建的图像可显示出人体各解剖部位复杂的空间结构，避免了主观因素的影响，简化了大脑的空间思维过程，便于研究疾病的发展规律；此外，三维图像可以按X、Y、Z轴的方向任意旋转，突出感兴趣区，并且对于观察椎体的微小移位，椎间孔的变形等诸多方面体现出明显的优越性。而计算机模拟则解决了推拿手法研究中难以解决的模型问题。目前，最新颖的研究应当是推拿手法与关节功能的计算机数学模型，它能清楚地重复实验内容，能在正常和病理状态下对治疗前后肌肉骨骼系统的功能状态进行定量、非侵入性的生物力学评价。它既有X线平片对腰部整体观察的优点，又兼有CT、MRI扫描对腰部附件骨及软组织的高分辨率，特别在显示不同年龄段、不同疾病状况等条件下，对骨性椎管及软组织的立体显示是常规方法无法比拟的。因而，三维可视化技术与计算机模拟技术在推拿研究中具有广阔的应用前景。
三维动态模型是一种更为先进的表达方法。这种动态模型主要以活体标本作为研究对象，以CT或MRI为手段收集目标不同状态下的数据，进行三维重建，再利用先进的计算机处理技术，将各状态下的三维重建模型进行整合，形成观察目标的动态三维图形，以便对目标进行动态观察、研究。这种动态三维图形建立后，计算机能在可根据观察的需要改变观察角度的三维图形上使各质点数字化，通过动态环境下各质点的位移等数据变化，计算参数，完成观察目标的动态定量处理，实现真正数字化意义上的动态三维模型。建立这种动态三维模型后，能将观察目标的动态变化过程进行真实数字化表达，提高了研究结果的科学性、客观性，解决了部分科研研究靶点动态数据采集等问题，同时对一些定量化研究中效应难以观测等方面更有帮助。
因此，如果将三维动态模型运用于推拿手法定量化、标准化研究，以客观的数据反映推拿手法的量、评价推拿的量效关系，不仅能真实反映推拿效应，使之具有量的表达，而且通过数据的转换直接反映施加因素的量，使推拿手法定量化、标准化研究在方法学上成为可能。
然而，要实现脊柱腰椎段三维动态模型的重建，首先要解决的问题是对志愿者进行螺旋CT扫描的同时，用踩跷法对志愿者实施推拿。显然，受现有CT机的CT检测窗大小的限制，采用医生直接在CT检测窗内对志愿者实施推拿是不现实的。为此，就需要开发一种可模拟踩跷法在志愿者腰部加压的装置，通过该装置模拟踩跷法在志愿者腰部加压的同时，对志愿者进行螺旋CT扫描，实现脊柱腰椎段实时动态螺旋CT三维重建。
发明内容
为了实现脊柱腰椎段实时动态螺旋CT三维重建，以便在此基础上对踩跷法力学治疗机制进行深入研究，本发明所解决的技术问题是提供一种可模拟踩跷法在志愿者腰部加压的CT床内人体局部加压装置。
解决上述技术问题的技术方案是：CT床内人体局部加压装置，它包括支撑固定装置，该支撑固定装置能够在CT检测窗内进出；安装在支撑固定装置上的加压装置，该加压装置具有至少一个与CT测定床相对应的仿生头；仿生头的作用力由压力检测装置进行测量。
本发明的有益效果是：该装置在使用过程中，人俯卧在CT测定床上，并由CT测定床送入CT检测窗内：加压装置随支撑固定装置进入CT检测窗内，位于人体的背部上方与CT测定床相对应，并通过仿生头作用在人体；仿生头用于模拟足部施力，其力量大小由加压装置进行控制，从而实现模拟踩跷法在志愿者腰部加压。通过该装置模拟踩跷法在志愿者腰部加压的同时，对志愿者进行螺旋CT扫描，从而实现脊柱腰椎段实时动态螺旋CT三维重建，在三维重建模型上计算机测量腰椎椎间隙、椎间孔、腰椎曲度、腰椎椎管及腰椎椎旁肌肉群等在不同压力时的动态变化，结合踩跷力学参数变化情况，分析踩跷治疗脊柱的生物力学效应机制，探讨踩跷的力学参数与其生物力学效应的量效关系，以此为基础对踩跷法的力学参数进行优化，对踩跷法的规范化研究进行深入的探索。
附图说明
图1为本发明的CT床内人体局部加压装置的立体示意图。
图2为本发明的CT床内人体局部加压装置的侧视图。
图3为本发明的CT床内人体局部加压装置的使用状态图。
图4为本发明CT床内人体局部加压装置中微应变测量系统的示意图。
图中标记为：承力板1、支撑环21、支撑环22、支撑架3、底部保护板4、加压板5、仿生头6、螺杆7、螺母8、空腔9、CT测定床10、CT检测窗11、信号调理和数据采集单元12、计算机13。
具体实施方式
下面结合附图和对本发明做进一步的说明。
如图1～图4所示的CT床内人体局部加压装置，它包括：支撑固定装置，该支撑固定装置能够在CT检测窗11内进出；安装在支撑固定装置上的加压装置，该加压装置具有至少一个与CT测定床10相对应的仿生头6；压力检测装置，用于测量仿生头6作用力的大小。该装置在使用过程中，人俯卧在CT测定床10上，所述加压装置随支撑固定装置进入CT检测窗11内，并通过仿生头6作用在人体上；仿生头6用于模拟足部施力，其力量大小由压力检测装置进行测量，并通过加压装置进行控制，从而实现模拟踩跷法在志愿者腰部加压。通过该装置模拟踩跷法在志愿者腰部加压的同时，对志愿者进行螺旋CT扫描，从而实现脊柱腰椎段实时动态螺旋CT三维重建。
如图3，所述支撑固定装置最好安装在CT测定床10上，由CT测定床10带动在CT检测窗11内进出，可便于支撑固定装置的安装定位。当然，支撑固定装置也可以独立设置，但需要一个用于将加压装置和压力检测装置送入CT检测窗11内，并使其运动至人体相应部位的运动机构。
如图1～图3，作为支撑固定装置的一种具体结构，该支撑固定装置为一个由承力板1、安装在承力板1前后两端的支撑环21、22所构成的支撑架3，所述支撑环21、22的顶部分别与承力板1连接，底部轴向套装在CT测定床10上使支撑架3与CT测定床10之间形成一个容纳人体的空腔9；所述加压装置安装在承力板1上。该装置使用时，测试者俯卧在空腔9内，面部与CT测定床10进行支撑，安装在承力板1上的加压装置则刚好位于人体背部的上方，通过控制加压装置使仿生头6作用在人体的腰椎部位，实现模拟踩跷法在志愿者腰部加压。这种结构的支撑固定装置具有很好的稳固性，并且具有结构紧凑、方便人的进出等优点。其中，支撑架3的高度和宽度必须小于CT检测窗11的窗口尺寸，才能保证支撑架3在CT检测窗11内进出。通过加压装置进行加压时，由于人体与CT测定床10紧紧接触，使支撑环21、22与CT测定床10之间的作用力逐渐增大。如图1～图3，为了防止大幅度加压时支撑环21、22损伤CT测定床10，所述支撑架3内还安装有底部保护板4，当支撑环21、22轴向套装在CT测定床10上时，所述底部保护板4贴附并支撑在CT测定床10的底面。底部保护板4增大了CT测定床10的受力面，减小CT测定床10局部的应力集中，可以有效的保护CT测定床10。
如图1～图3，作为加压装置的一种具体结构，该加压装置包括螺旋传动机构，转动该螺旋传动机构中的螺母8使螺杆7轴向伸缩；所述仿生头6安装在螺杆7的端部。该螺旋传动机构中，螺母8轴向固定，但可周向旋转；而螺杆7周向固定，但可轴向伸缩。这样，在转动该螺旋传动机构中的螺母8时，使螺杆7轴向伸缩。如图2，为了便于将仿生头6安装在螺杆7的端部，所述螺杆7轴向竖直设置，其下端设置有加压板5，所述仿生头6安装在加压板5的底部。这样，可根据需要在加压板5上安装若干个仿生头6。如图2，所述加压板5的底部横向水平设置两个仿生头6，所述两个仿生头6轴对称设置在螺杆7中心线的两侧，以实现施加压力时两处同时加压，且两点处于同一水平面，两点连线与腰部纵轴垂直。
如图2和图4，作为压力检测装置的一种具体结构，该压力检测装置包括粘贴在加压装置受力部位的若干电阻应变片14以及与电阻应变片14连接的微应变测量系统。上述的压力检测装置采用的是电阻式应变测试技术，其原理是利用电阻应变片14测定构件的表面应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态。具体为，将电阻应变片14粘贴在被测构件上，当构件变形时，电阻应变计的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪将此电阻值的变化测定出来，通过测试电桥输出与此应变成正比的电压(或电流)信号(信号调理电路处理为大信号)，就可得到所测定的应变或应力。由于电桥输出的电压与受力体上的电阻应变片14受力后的应变(力)大小成正比，经过标准传感器标定后，可计算出对应的力。目前，电阻式应变测试技术已广泛用于航空航天、机械制造、工程建筑、交通运输、船舶及桥梁等领域。采用上述压力检测装置能够抵抗CT机的高频电磁场干扰，较普通力传感器(包含有电子元器件)具有较高的测量准确性。其中，如图2，所述电阻应变片14粘贴在加压装置中螺杆7下端靠近加压板5处的外侧，并对称设置了四片电阻应变片14。螺杆7下端靠近加压板5处的外侧的应力变化比较明显，将电阻应变片14粘贴在该处，检测的灵敏度高，使测量更为准确。如图4，与电阻应变片14连接的微应变测量系统包括信号调理和数据采集单元12和与信号调理和数据采集单元12输出端连接的计算机13。为了避免电阻应变片14在电磁场中影响CT设备的正常工作，所述电阻应变片14采用非金属材料制作。
此外，所述支撑固定装置、加压装置均由非金属材料制成，避免使用时在CT设备的电磁场中影响CT设备的正常工作。
需要指出的是，仿生头6可以采用多种形式与人体相接触，比如将仿生头6设计成脚掌形或球形，用于模拟不同情况下的施力。因此，实际上本发明的CT床内人体局部加压装置不仅可以专用于模拟踩跷法对人体进行局部施力，也可以用于模拟其它的推拿手法。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】CT床内人体局部加压装置，其特征是：它包括支撑固定装置，该支撑固定装置能够在CT检测窗(11)内进出；安装在支撑固定装置上的加压装置，该加压装置具有至少一个与CT测定床(10)相对应的仿生头(6)；仿生头(6)的作用力由压力检测装置进行测量。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述支撑固定装置安装在CT测定床(10)上，由CT测定床(10)带动在CT检测窗(11)内进出。
  3. 【权利要求3】如权利要求2所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述支撑固定装置为一个由承力板(1)、安装在承力板(1)前后两端的支撑环(21、22)所构成的支撑架(3)，所述支撑环(21、22)的顶部分别与承力板(1)连接，底部轴向套装在CT测定床(10)上使支撑架(3)与CT测定床(10)之间形成一个容纳人体的空腔(9)；所述加压装置安装在承力板(1)上。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述支撑架(3)内安装有底部保护板(4)，当支撑环(21、22)轴向套装在CT测定床(10)上时，所述底部保护板(4)贴附并支撑在CT测定床(10)的底面。
  5. 【权利要求5】如权利要求1、2、3或4所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述加压装置包括螺旋传动机构，转动该螺旋传动机构中的螺母(8)使螺杆(7)轴向伸缩；所述仿生头(6)安装在螺杆(7)的端部。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述螺杆(7)轴向竖直设置，其下端设置有加压板(5)，所述仿生头(6)安装在加压板(5)的底部。
  7. 【权利要求7】如权利要求6所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述加压板(5)的底部横向水平设置两个仿生头(6)，所述两个仿生头(6)轴对称设置在螺杆(7)中心线的两侧。
  8. 【权利要求8】如权利要求1、2、3或4所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述压力检测装置包括粘贴在加压装置受力部位的若干电阻应变片(14)以及与电阻应变片(14)连接的微应变测量系统。
  9. 【权利要求9】如权利要求8所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述电阻应变片(14)采用非金属材料制作。
  10. 【权利要求10】如权利要求1、2、3或4所述的CT床内人体局部加压装置，其特征是：所述支撑固定装置、加压装置均由非金属材料制成。
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