CN107149722B - 一种经颅磁刺激治疗设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于医疗设备技术领域，提供了一种经颅磁刺激治疗设备，包括TMS线圈、支架、机械臂、控制器及定位装置。定位装置检测到人体头部与TMS线圈的位置，并将位置信息发送至控制器；控制器控制机械臂的六个驱动机构旋转相应的角度。由于机械臂具有六个自由度，TMS线圈可以实现整个大脑脑区的刺激，定位装置能检测到人体头部的准确位置，从而控制机械臂将TMS线圈精确地定位至人体头部，减少了人工操作。当人体头部位置发生变化时，定位装置能实时检测到人体头部新的位置，将TMS线圈定位至新的位置，从而补偿人体头部运动，也可在控制器中载入不同的程序，使机械臂按照需要的轨迹运动，从而，治疗过程更加规范以及精准。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种经颅磁刺激治疗设备。
背景技术
据中国疾病预防控制中心精神卫生中心统计，目前我国精神疾病患者总数已超过1亿，但公众对精神疾病的知晓率不足5成，就诊率更低。目前这些精神病人得到及时救治的约20％，有80％的精神病人得不到及时救治，甚至得不到最基本的救治，症精神疾病患者人数更是高达1600万人。根据IMS health的最新统计数据，全球精神疾病用药已经超过360亿美元，占药品销售总额的5％。不过，就国内而言，目前的精神疾病用药市场规模仍相对较小，大约占医院销售总额的1.5％左右。我国精神病专科医院已经超过600家，但与日益增长的精神病发病率相比，在数量和质量上与精神病患者需求之间还存在较大差距，仍有为数众多的精神病患者不能得到专业、系统、有效的治疗。
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)，是一种通过脉冲磁场在局部大脑皮层中产生电流以暂时激活或抑制该皮层的技术。
对运动皮层进行TMS可以产生肌肉抽动或阻挡运动。对枕叶皮质进行刺激可以产生光幻视或忙点。TMS还可以在刺激之后的一段时间内改变大脑功能。
TMS可以治疗精神分裂症(阴性症状)、抑郁症、强迫症、躁狂症、创伤后应激障碍(PTSD)等精神疾病。然而，TMS治疗很难保持精确的定位，因为目前最常用的方法是通过视觉导航系统，人工来调节TMS线圈的位置。但是，因为单次流程一般在30分钟以上，而且TMS线圈一般在2kg以上，因此这种方式很不实用。而把TMS线圈放在固定的支架上，则会使系统无法跟踪需要的踪轨迹或补偿人体头部运动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种经颅磁刺激治疗设备，旨在解决现有技术中TMS治疗所存在的精确定位困难，无法跟踪需要的轨迹以及补偿人体头部运动的问题。
本发明是这样实现的，一种经颅磁刺激治疗设备，包括
TMS线圈，
支架，
机械臂，所述机械臂包括位于所述机械臂底端的连接件、驱动所述连接件绕Z轴旋转的第一驱动机构、驱动所述第一驱动机构绕X轴旋转的第二驱动机构、驱动所述第二驱动机构绕Z轴旋转的第三驱动机构、驱动所述第三驱动机构绕X轴旋转的第四驱动机构、驱动所述第四驱动机构绕X轴旋转的第五驱动机构以及驱动所述第五驱动机构绕Z轴旋转的第六驱动机构；所述第六驱动机构固定于所述支架上，所述TMS线圈安装于所述连接件上；
控制器，所述控制器用于控制所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构、第五驱动机构以及第六驱动机构的旋转角度；
定位装置，所述定位装置检测到人体头部以及所述TMS线圈的位置，并将位置信息发送至所述控制器；
所述定位装置的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述机械臂的各个驱动机构电气连接。
进一步地，所述定位装置包括第一红外摄像头、第二红外摄像头以及处理器，所述第一红外摄像头与第二红外摄像头的拍摄方向相互垂直，并且两者均位于所述TMS线圈的外侧边，所述第一红外摄像头与第二红外摄像头将拍摄到的图像信息发送至所述处理器，所述处理器处理所述图像信息后得到所述TMS线圈与人体头部的位置，并将位置信息发送至所述控制器，所述控制器控制所述机械臂将所述TMS线圈定位至人体头部。
进一步地，所述第四驱动机构为柔性驱动器，其包括第四电机、水平锥齿轮、竖向锥齿轮、输出件、第一弹簧、第二弹簧、皮带轮、皮带以及顶紧装置，所述水平锥齿轮与所述第四电机的输出轴同轴联接，所述水平锥齿轮与所述竖向锥齿轮相互啮合；所述输出件与所述竖向锥齿轮固定连接；所述皮带轮与所述竖向锥齿轮同轴固定连接，所述皮带绕置于所述皮带轮以及顶紧装置上；所述竖向锥齿轮上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，所述输出件的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，所述第一弹簧、第二弹簧分别卡置于所述第一卡槽以及第二卡槽内，所述第一弹簧、第二弹簧的两端均凸伸出用于限制自身活动范围的阻挡部，所述第一弹簧两端的阻挡部能顶压所述第一活动槽两端的槽壁，所述第二弹簧两端的阻挡部能顶压所述第二活动槽两端的槽壁。
进一步地，所述第六驱动机构包括第六电机、转盘以及第六传动架，所述转盘与所述第六电机的输出轴固定连接，所述第六传动架的顶部与所述转盘固定连接。
进一步地，所述第五驱动机构包括水平设置的第五电机以及第五传动架，所述第五电机安装于所述第六传动架上，所述第五传动架与所述第五电机的输出轴固定连接。
进一步地，所述第四电机固定在所述第五传动架上，所述顶紧装置包括顶紧轮以及固定轴，所述固定轴固定在所述第五传动架上，所述顶紧轮能旋转地套设于所述固定轴上。
进一步地，所述第四驱动机构还包括第四传动架以及转轴，所述转轴与所述竖向锥齿轮固定连接，所述转轴可旋转地穿设过所述第五传动架的底端，并与所述第四传动架的顶端固定连接；所述输出件亦与所述第四传动架的顶端固定连接。
进一步地，所述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机以及第三传动架，所述第三电机固定在所述第四传动架的底端，所述第三传动架与所述第三电机的输出轴固定连接。
进一步地，所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机以及第二传动架，所述第二传动架位于所述第三传动架的下方；所述第二传动架具有第二安装槽，所述第二电机固定安装于所述第二安装槽内，所述第二电机的输出轴穿出所述第二安装槽的一槽壁，并与所述第三传动架固定连接，所述第二安装槽的另一槽壁上开设有第二通孔，所述第三传动架对应于所述第二通孔的位置延伸出第二凸柱，所述第二凸柱伸入所述第二通孔内。
进一步地，所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机，所述第一电机固定在所述第二传动架的底部，所述第一电机的输出轴与所述连接件固定连接。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的经颅磁刺激治疗设备，其机械臂具有多个自由度，固定在机械臂上的TMS线圈可以实现整个大脑脑区的刺激，其定位装置能检测到TMS线圈与人体头部的准确位置，从而控制器能根据位置信息控制机械臂的各个驱动机构转动，使机械臂将TMS线圈精确地定位至人体头部，从而大大地减少了人工操作步骤，节省了定位时间。当人体头部位置发生变化时，定位装置能实时检测到人体头部新的位置，控制器能根据新的位置信息控制机械臂将TMS线圈定位至新的位置，从而补偿人体头部运动，当需要TMS线圈按照某一种程序运动时，也可通过在控制器中载入不同的程序，使机械臂按照需要的轨迹运动，从而，治疗过程更加规范以及精准，有利于患者的康复。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种经颅磁刺激治疗设备的立体结构示意图；
图2是图1所示经颅磁刺激治疗设备另一角度的示意图；
图3是图2中的经颅磁刺激治疗设备局部位置的放大示意图；
图4是图1所示经颅磁刺激治疗设备结构框图；
图5是图1所示经颅磁刺激治疗设备中的柔性驱动器的立体结构示意图；
图6是图5所示柔性驱动器的分解结构示意图；
图7是图5所示柔性驱动器控制不同的力作用在输出件上的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示，为本发明的一个较佳实施例，提供了一种经颅磁刺激治疗设备，包括TMS线圈1、支架2、机械臂3、控制器4以及定位装置5。机械臂3安装在支架2上，TMS线圈1安装在机械臂3上，定位装置5检测人体头部与TMS线圈1的位置后，将位置信息发送至控制器4，控制器4控制机械臂3运动。
具体地，上述机械臂3包括位于机械臂3底端的连接件30、第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构、第五驱动机构以及第六驱动机构。其中，第一驱动机构驱动连接件30绕Z轴旋转，第二驱动机构驱动第一驱动机构绕X轴旋转，第三驱动机构驱动第二驱动机构绕Z轴旋转，第四驱动机构驱动第三驱动机构绕X轴旋转，第五驱动机构驱动第四驱动机构绕X轴旋转，第六驱动机构驱动第五驱动机构绕Z轴旋转，第六驱动机构固定于支架2上，TMS线圈1安装于连接件30上。
定位装置5的输出端与控制器4的输入端电气连接，控制器4的输出端与机械臂3的各个驱动机构电气连接。
具体地，请参见图4，上述定位装置5包括第一红外摄像头51a、第二红外摄像头51b以及处理器52。第一红外摄像头51a与第二红外摄像头51b的拍摄方向相互垂直，并且两者均位于TMS线圈1的外侧边，所以，第一红外摄像头51a与第二红外摄像头51b能分别拍摄两个二维图像，两个二维图像结合后可得到三维的空间位置信息。第一红外摄像头51a与第二红外摄像头51b将拍摄到的图像信息发送至所述处理器52，所述处理器52处理所述图像信息后得到所述TMS线圈1与人体头部的位置，并将位置信息发送至所述控制器4。控制器4控制所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构、第五驱动机构以及第六驱动机构的旋转角度；从而使TMS线圈1运动至人体头部。
可见，本实施例的经颅磁刺激治疗设备，其机械臂3具有六个自由度，固定在机械臂3上的TMS线圈1可以实现整个大脑脑区的刺激，其定位装置5能检测到TMS线圈1与人体头部的准确位置，从而控制器4能根据位置信息控制机械臂3的各个驱动机构转动，使机械臂3将TMS线圈1精确地定位至人体头部，从而大大地减少了人工操作步骤，节省了定位时间。当人体头部位置发生变化时，定位装置5能实时检测到人体头部新的位置，控制器4能根据新的位置信息控制机械臂3将TMS线圈1定位至新的位置，从而补偿人体头部运动，当需要TMS线圈1按照某一轨迹运动时，也可通过在控制器4中载入程序，使机械臂3按照需要的轨迹运动，从而，使得治疗过程更加规范以及精准，有利于患者的康复。
下面，将详细描述本实施例的具有六个自由度的机械臂的具体结构以及工作过程。
上述第六驱动机构包括第六电机361、转盘(图中未示出)以及第六传动架362。所述转盘与第六电机361的输出轴固定连接，第六传动架362的顶部与转盘固定连接。第六电机361工作时，其输出轴带动转盘绕Z轴转动一定角度，而固定在转盘下方的第六传动架362也跟随转动相同的角度。
上述第五驱动机构包括水平设置的第五电机351以及第五传动架352，所述第五电机351安装于第六传动架362上，所述第五传动架352与第五电机351的输出轴固定连接。第六传动架362转动，带动第五电机351以及第五传动架352的位置发生变化，第五电机351转动时，带动第五传动架352绕X轴转动。
请参见图5及图6，上述第四驱动机构为柔性驱动器，其包括第四电机341、水平锥齿轮342、竖向锥齿轮343、输出件344、皮带轮345、皮带346、顶紧装置347、第四传动架348、转轴349、第一弹簧340a以及第二弹簧340b。所述水平锥齿轮342与所述第四电机341的输出轴同轴联接，水平锥齿轮342与竖向锥齿轮343相互啮合；所述输出件344与竖向锥齿轮343固定连接。竖向锥齿轮343上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，输出件344的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，第一弹簧340a、第二弹簧340b分别卡置于第一卡槽以及第二卡槽内。第一弹簧340a的两端凸伸出用于限制其自身活动范围的阻挡部3401a，第二弹簧340b的两端凸伸出用于限制其自身活动范围的阻挡部3401b；第一弹簧340a两端的阻挡部3401a分别能顶压第一活动槽两端的槽壁；第二弹簧340b两端的阻挡部3401b分别能顶压第二活动槽两端的槽壁。
所述皮带轮345与竖向锥齿轮343同轴固定连接，皮带346绕置于皮带轮345以及顶紧装置347上。所述第四电机341固定在第五传动架352上。所述顶紧装置347包括顶紧轮3471以及固定轴3472，所述固定轴3472固定在所述第五传动架352上，所述顶紧轮3471能旋转地套设于所述固定轴3472上。所述转轴349与所述竖向锥齿轮343固定连接，所述转轴349可旋转地穿设过所述第五传动架352的底端，并与所述第四传动架348的顶端固定连接，所述输出件344亦与第四传动架348的顶端固定连接。
第四电机341工作时，水平锥齿轮342绕X轴转动，其直接带动与其啮合的竖向锥齿轮343绕X轴转动，竖向锥齿轮343转动时，与其连接的输出件344以及转轴349转动，并带动第四传动架348转动。由于竖向锥齿轮343转动时，与其连接的皮带轮345受到皮带346的约束，所以，可使第四传动架348起到一个弹性摆动的效果，有利于提高TMS线圈1作用于人体头部时的舒适度。
另一方面，本实施例的柔性驱动器除了通过摆动帮助TMS线圈1定位外，其还能控制或调节TMS线圈1以不同大小的力作用在头部上。请参见图7，竖向锥齿轮343的摆动角度以及摆动方向由第四电机341控制，当竖向锥齿轮343往顺时针方向摆动时，其第一活动槽端部的槽壁3431顶压第一弹簧340a，第一弹簧340a受力挤压而压缩，压缩状态下的第一弹簧340a的弹力通过输出件344、TMS线圈1后作用在头部上，所以，通过控制第四电机341往顺时针方向转动的角度大小，能控制第一弹簧340a的压缩量；由于第一弹簧340a不同的压缩量能向输出件344产生不同大小的压力(压缩量越大，压力越大)，所以，通过本实施例的柔性驱动器能控制TMS线圈1以不同大小的力挤压头部的一侧。同理，控制第四电机341往逆时针方向转动不同的角度，可控制TMS线圈1以不同大小的力挤压头部的另一侧。
上述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机331以及第三传动架332，所述第三电机331固定在所述第四传动架348的底端，所述第三传动架332与第三电机331的输出轴固定连接。第三电机331工作时，带动第三传动架332绕Z轴转动。
所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机321以及第二传动架322，第二传动架322位于第三传动架332的下方；所述第二传动架322具有第二安装槽3231，第二电机321固定安装于第二安装槽3231内，第二电机321的输出轴穿出第二安装槽3231的一槽壁，并与第三传动架332固定连接，第三传动架332的转动，带动第二电机321以及第二传动架322的位置变化。第二电机321工作时，第二传动架322绕X轴转动。第二安装槽3231的另一槽壁上开设有第二通孔3232，所述第三传动架332对应于所述第二通孔3232的位置延伸出第二凸柱3321，所述第二凸柱3321伸入所述第二通孔3232内，从而第二凸柱3321可起到承托其下方的第二电机321、第二安装座323以及第二传动架322的作用。
所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机311，所述第一电机311固定在所述第二传动架322的底部，所述第一电机311的输出轴与连接件30固定连接。第一电机311工作时，带动连接件30转动。由于TMS线圈安装于连接件30上，所以通过各个驱动机构的相互驱动，能使TMS线圈1在三维空间内先移动至人体头部的位置，然后再在精准的局部施加压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种经颅磁刺激治疗设备，包括TMS线圈，其特征在于，所述经颅磁刺激治疗设备还包括
支架，
机械臂，所述机械臂包括位于所述机械臂底端的连接件、驱动所述连接件绕Z轴旋转的第一驱动机构、驱动所述第一驱动机构绕X轴旋转的第二驱动机构、驱动所述第二驱动机构绕Z轴旋转的第三驱动机构、驱动所述第三驱动机构绕X轴旋转的第四驱动机构、驱动所述第四驱动机构绕X轴旋转的第五驱动机构以及驱动所述第五驱动机构绕Z轴旋转的第六驱动机构；所述第六驱动机构固定于所述支架上，所述第六驱动机构包括第六电机、转盘以及第六传动架，所述转盘与所述第六电机的输出轴固定连接，所述第六传动架的顶部与所述转盘固定连接，所述TMS线圈安装于所述连接件上；
所述第四驱动机构为柔性驱动器，其包括第四电机、水平锥齿轮、竖向锥齿轮、输出件、第一弹簧、第二弹簧、皮带轮、皮带、顶紧装置以及转轴，所述水平锥齿轮与所述第四电机的输出轴同轴联接，所述水平锥齿轮与所述竖向锥齿轮相互啮合；所述输出件的一端与所述竖向锥齿轮固定连接；所述皮带轮与所述竖向锥齿轮同轴固定连接，所述皮带绕置于所述皮带轮以及顶紧装置上；所述竖向锥齿轮上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，所述输出件的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，所述第一弹簧、第二弹簧分别卡置于所述第一卡槽以及第二卡槽内，所述第一弹簧、第二弹簧的两端均凸伸出用于限制自身活动范围的阻挡部，所述第一弹簧两端的阻挡部能顶压所述第一活动槽两端的槽壁，所述第二弹簧两端的阻挡部能顶压所述第二活动槽两端的槽壁；所述转轴与所述竖向锥齿轮固定连接；
控制器，所述控制器用于控制所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构、第五驱动机构以及第六驱动机构的旋转角度；
定位装置，所述定位装置检测到人体头部以及所述TMS线圈的位置，并将位置信息发送至所述控制器,所述定位装置包括第一红外摄像头、第二红外摄像头以及处理器，所述第一红外摄像头与第二红外摄像头的拍摄方向相互垂直，并且两者均位于所述TMS线圈的外侧边，所述第一红外摄像头与第二红外摄像头将拍摄到的图像信息发送至所述处理器，所述处理器处理所述图像信息后得到所述TMS线圈与人体头部的位置，并将位置信息发送至所述控制器，所述控制器控制所述机械臂将所述TMS线圈定位至人体头部；
所述定位装置的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述机械臂的各个驱动机构电气连接。
2.如权利要求1所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第五驱动机构包括水平设置的第五电机以及第五传动架，所述第五电机安装于所述第六传动架上，所述第五传动架与所述第五电机的输出轴固定连接。
3.如权利要求2所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第四电机固定在所述第五传动架上，所述顶紧装置包括顶紧轮以及固定轴，所述固定轴固定在所述第五传动架上，所述顶紧轮能旋转地套设于所述固定轴上。
4.如权利要求3所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第四驱动机构还包括第四传动架，所述转轴可旋转地穿设过所述第五传动架的底端，并与所述第四传动架的顶端固定连接；所述输出件亦与所述第四传动架的顶端固定连接。
5.如权利要求4所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机以及第三传动架，所述第三电机固定在所述第四传动架的底端，所述第三传动架与所述第三电机的输出轴固定连接。
6.如权利要求5所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机以及第二传动架，所述第二传动架位于所述第三传动架的下方；所述第二传动架具有第二安装槽，所述第二电机固定安装于所述第二安装槽内，所述第二电机的输出轴穿出所述第二安装槽的一槽壁，并与所述第三传动架固定连接，所述第二安装槽的另一槽壁上开设有第二通孔，所述第三传动架对应于所述第二通孔的位置延伸出第二凸柱，所述第二凸柱伸入所述第二通孔内。
7.如权利要求6所述的经颅磁刺激治疗设备，其特征在于，所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机，所述第一电机固定在所述第二传动架的底部，所述第一电机的输出轴与所述连接件固定连接。
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