CN109717956A - 基于c臂x光机的激光定位仪、手术导航系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的基于C臂X光机的激光定位仪、手术导航系统及使用方法，激光定位仪具有圆周运动机构、径向运动机构和角度调节机构，采用环形导轨和径向滑轨改变发射点的位置，通过反光镜反射角度的改变来调节激光束的角度，进而实现发射点位置及方向的改变来模拟C臂机产生的穿经体内目标点的X射线，三个步进电机互不干涉，可以实现三轴联动，使得定位更加迅速精准；激光发射管位于成像区域外围，将反光镜作为激光束的发射点，透视成像时激光发射管不会遮挡目标点，利于目标点的观察，且病灶点再次透视定位摄片时，无需将反光镜移开，减少了手术步骤，提高手术效率。配置有该激光定位仪的手术导航系统操作更加简单、运行更加平稳。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于C臂X光机体内目标精准定位的激光定位仪、手术导航系统及使用方法。
背景技术
外科传统手术方式切口大，出血多，对机体损伤大，术后不仅瘢痕大，影响美观；而且可能会引起相关并发症。随着微创外科的发展，有望通过小切口或经皮穿刺完成手术。但这有赖于体内目标的经皮精准定位和到达该目标的精准路径导航。
目前，临床上采取的定位及导航方法可大致分为三类：第一类是在患者体表摆放回形针、克氏针、止血钳等标记物或金属网格作为位置参考，然后通过C臂机透视或CT扫描后确定目标的大致位置；第二类是通过超声探头扫描进行目标定位；第三类是依靠专门的手术定位导航系统进行目标定位和手术导航。
第一方法需要反复调整标记物的位置，因此，存在操作复杂、C臂机透视或CT扫描次数较多(辐射大)、定位不精准、标记物遮挡目标等缺点。第二类方法中的超声需要手持贴合在皮肤上，手部的抖动就会引起定位图像的晃动和漂移，故也存在诸多缺点，限制使用。第三类方法中的专用于手术导航目前多采用光学跟踪定位的类“GPS”定位模式，虽然精确度较高，但是大多需要术前CT扫描、CT三维重建、导航工具注册、坐标配准等繁琐步骤，而且这些导航设备需要配备昂贵的术中CT、O臂或3-D C臂，而且需要专门的防辐射复合手术室。因此，价格昂贵、操作复杂、学习曲线长、术中影像漂移导致的精度降低等问题突出。
此前，我们在“手术定位导航领域”研究多年，根据C臂机成像建立了“圆锥几何成像模型”，并创立了“体内目标点成像射线空间可见”的导航新模式，曾申请多项专利，其中，申请号为201210385980.2，名称为一种附属于C臂X光机的手术定位导航设备和申请号为201310515922.1，名称为无创式实时手术定位导航设备，后者是对前者的改进，但是仍存在以下几个问题：1、设备尺寸较大，安装在C臂机上限制了手术空间；2、激光发射管位于手术视野中将会影响目标观察，由于激光发射管通常为金属材质，透视成像时会遮挡病灶点，因此在二次或相邻病灶点透视定位摄片时，需要将激光发射管移开，增加手术步骤；3、激光发射管在视野中央，由于激光发射管的金属材质与人体骨骼的密度相差较大，会引起C臂机自动曝光设置改变；4、上下平面的步进电机如果运动不协调容易产生噪音和卡顿。
发明内容
针对以往手术定位导航设备体积大、结构复杂、激光发射管干扰病灶点成像以及运动机构间干涉产生噪音卡顿等问题，本发明提出了一种结构简单、体积小、运行顺畅且激光发射管不影响目标观察的激光定位仪，另外本发明还提出了具有该激光定位仪的定位手术导航系统以及该导航系统的使用方法。
本发明提出的基于C臂X光机的激光定位仪，安装于影像增强器的末端，用于产生可视激光束用以模拟穿经体内病灶点的X射线，包括：
圆周运动机构，所述圆周运动机构包括带有圆周齿轮的环形导轨、滑动设置在环形导轨上的滑块，以及固定在滑块上的第一步进电机，第一步进电机的输出端通过第一驱动齿轮与圆周齿轮啮合，用以驱动滑块沿环形导轨运动；
径向运动机构，所述径向运动机构包括设置在滑块上的径向滑轨和第二步进电机，第二步进电机的输出端通过第二驱动齿轮与位于径向滑轨底部的齿条啮合，用以驱动径向滑轨沿环形导轨径向运动，径向滑轨沿轴向设有安装槽；
角度调节机构，所述角度调节机构包括传动轴、第三步进电机、以及平行转动设置在安装槽前端和尾端的反光镜和驱动面，反光镜和驱动面之间通过传动轴铰接，第三步进电机固定在径向滑轨上且其输出端与驱动面相连，用以驱动反光镜与驱动面同步转动；
激光发射管，所述激光发射管固定设置在安装槽靠近驱动面的一端，且由激光发射管发射的光束与反光镜的中轴线垂直；
其中，在传动轴和径向滑轨靠近反光镜一端的上表面分别设有标识点A和标识点B。
在确定病灶点(即体内目标点)所在X射线后，激光束可通过发射点和发射方向的改变来模拟该条X射线，发射点可以通过圆周和径向位置来改变，方向可以通过镜面反射的角度来改变。具体地，在第一步进电机运动时，滑块可在环形导轨上滑动，从而改变反光镜在圆周上的位置；在第二步进电机运动时，径向滑轨可沿环形导轨的径向运动，从而改变反光镜的径向位置；当第三步进电机运动时，可带动驱动面旋转，驱动面通过传动轴带动位于前端的反光镜，使其旋转，从而改变激光发射管射出的激光束的反射方向。
优选地，在所述的基于C臂X光机的激光定位仪中，所述环形导轨的内侧和外侧与滑块接触部位均设有第一导电涂层，内外侧导电涂层分别与电源正负极相连，滑块与第一导电涂层接触部分设有第一导电电刷，第一步进电机和第二步进电机均通过第一导电电刷与电源导通。
优选地，在所述的基于C臂X光机的激光定位仪中，所述滑块与径向滑轨接触部位的两侧分别设有第二导电电刷，径向滑轨与第二导电电刷接触部分设有第二导电涂层，第三步进电机通过第二导电涂层与电源导通。
通过采用电刷和导电涂层的设计为各个步进电机进行供电，从而避免了以往布线方式在使用时进入术野范围，影响目标点的观察。
优选地，在所述的基于C臂X光机的激光定位仪中，所述径向滑轨、反光镜和传动轴均采用透X射线材料，即在X光机透视下几乎不显影或不显影的材料，如碳纤维材料、透X射线功能材料或者透X射线功能复合材料，反光镜采用镀层，从而避免了成像区域内激光定位仪对病灶点的干扰。
优选地，在所述的基于C臂X光机的激光定位仪中，还包括矩阵校正板插槽，所述矩阵校正板插槽与激光定位仪分体或一体设置，尤其是采用分体设置，可以使得激光定位仪的体积更小更轻薄，能够提供更大的手术空间。
优选地，在所述的基于C臂X光机的激光定位仪中，还包括驱动控制电路，驱动控制电路分别与第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和激光发射管相连。
其中，驱动控制电路包括无线通讯模块、微型控制器模块和电机驱动模块。无线通讯模块用于接收工作服务器计算得出的各步进电机的运行量，并通过微型控制器模块控制电机驱动模块，进而使得第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机分别驱动滑块、径向滑轨和反光镜，从而用可视激光束模拟出经体内病灶点的X射线。
进一步地，在本发明中还提出了一种基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统，采用上述的激光定位仪，还包括相互电连接的工作服务器、数字信号分流器和显示器，激光定位仪的驱动控制电路与所述工作服务器无线连接，数字信号分流器通过图像输入线和图像输出线分别与C臂机图像处理主机和显示器相连。
进一步地，在本发明中还提出了上述基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：通过矩阵校正板对C臂机成像的图像畸变进行校正，并自动记录矩阵校正板的基准透视图像中的矩阵校正信息；
步骤二：撤掉矩阵校正板，并将反光镜调至激光定位仪中心区域且反光镜与传动轴垂直，获取标识点A和标识点B在透视图像上的空间坐标信息，根据该空间坐标信息计算获得X射线发射点的空间坐标信息；
步骤三：获取病灶点在透视图像上的空间坐标信息，并结合步骤二中获知的X射线发射点的空间坐标信息计算得出各步进电机的运行量；
步骤四：将步骤三获得运行量发送至激光定位仪，各步进电机按该运行量执行完毕后，激光发射管发出的激光便指向病灶点，即完成定位。
优选地，在所述的基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法中，步骤二中，以影像增强器所在平面为空间坐标系的XY平面，以影像增强器的中轴线所在直线为Z轴，建立空间几何坐标系，获取的X射线发射点坐标为(0,0,-H)，
其中：S1为标识点A在透视图像的成像点到Z轴的距离；
S2为标识点B在透视图像的成像点到Z轴的距离；
h为标识点A和标识点B的Z向距离；
l1为标识点A到Z轴的距离；
l2为标识点B到Z轴距离。
优选地，在所述的基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法中，步骤三中，病灶点在透视图像上的空间坐标信息为(x,y,0),
第一步进电机驱动滑块沿环形导轨的运行角度为：
第二步进电机驱动径向滑轨的径向位移为：
第三步进电机驱动反光镜的旋转角度为：
其中，β为经体内病灶点的X射线与Z轴的夹角；h0为反光镜中心点(即反光镜上的激光反射点)与影像增强器成像平面的垂直距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用环形导轨和径向滑轨改变发射点的位置，通过反光镜反射角度的改变来调节激光束的角度，进而实现发射点位置及方向的改变来模拟C臂机产生的穿经体内目标点的X射线，相较之前上下平面调整机构而言，本发明的激光定位仪体积更小更轻便，结构更加简单，且三个步进电机互不干涉，可以实现三轴联动，使得定位更加迅速精准；
(2)将反光镜作为激光束的发射点，而激光发射管位于成像区域外围，透视成像时不会遮挡目标点，利于目标点的观察，从而二次定位或相邻病灶点透视定位摄片时，无需将反光镜移开，减少了手术步骤，提高手术效率；
(3)矩阵校正板插槽与激光定位仪可分体设计，可以压缩激光定位仪的厚度，使其更加轻薄，提供更大的手术操作空间；
(4)在线路布置中加入导电电刷和导电涂层设置，使得布线更加合理，避免了以免线路干扰透视成像的问题。
附图说明
图1为现有技术中的C臂X光机的结构示意图；
图2为C臂机X光机的透视成像原理示意图；
图3至图5为本发明中激光定位仪的结构示意图；
图6至图8为本发明中角度调节机构的结构示意图；
图9和图10为本发明中激光定位仪中的布线示意图；
图11和图12为本发明中手术定位导航系统的示意图；
图13为矩阵校正板示意图；
图14为基准透视图像；
图15为本发明中激光定位仪的初始状态示意图；
图16为校准标识的透视图像；
图17为X射线发射点的计算原理图；
图18为病灶透视图像；
图19和图20为圆周运动机构的计算原理图；
图21为径向运动机构径向位移的计算原理图；
图22和图23为反光镜反射角的计算原理图。
图中:
1-C形臂，2-影像增强器，3-X射线球管，4-基准透视图像，5-校准标识的透视图像，6-病灶透视图像，7-矩阵校正板；
100-激光定位仪
110-环形导轨，111-环形凸沿，112-圆周齿轮，113-第一导电涂层，120-滑块，121-第一导电电刷，122-第二导电电刷，130-第一步进电机，131-第一驱动齿轮；
210-径向滑轨，211-齿条，212-第二导电涂层，213-安装槽，214-支架，220-第二步进电机，221-第二驱动齿轮；
310-驱动面，320-传动轴、330-反光镜，340-第三步进电机；
410-激光发射管。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的基于C臂X光机的激光定位仪、手术导航系统及使用方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
纵所周知，C臂X光机一般包括C形臂1、影像增强器2、X射线球管3及C臂机图像处理主机等，请参见图1，影像增强器2和球管3分别位于C形臂1的两端。请参见图2，X射线自C臂机球管3(点O)发出后，射向另一端的影像增强器2，其投射区域呈一圆锥几何模型，而且X射线在不同介质(人体组织)间的折射率≈1。据此，我们可以将C臂机的整个成像区域看做是无数条由球管3发出并沿不同方向投射的X射线组成的圆锥形几何区域。圆锥区域内，任意一条X射线经过体内某一目标点A1，在影像增强器2成像为A2时，我们可知O、A1、A2在同一直线上，且这条直线上任意添加一点A3，其在影像增强器2上的成像均与A2重合。根据这个规律，我们的设备采用可视激光束将经过该目标点点A1的X射线描绘出来，使这条路径可视化，从而完成目标指示和路径导航。
在本发明中，激光定位仪100安装在C臂机的影像增强器2末端，激光定位仪100通过改变内置的反光镜330的位置和方向，用于产生可视激光束用以模拟经体内目标点的X射线。激光定位仪100包括用于调整发射点的圆周及径向位置的圆周运动机构和径向运动机构，以及用于调整发射角度的角度调节机构。
请参见图3，圆周运动机构包括环形导轨110、滑块120和第一步进电机130，环形导轨110的内外侧设有环形凸沿111，用以供滑块120挂设在环形导轨110上，内外侧凸沿之间设有环形的圆周齿轮112；第一步进电机130的输出端通过第一驱动齿轮131与圆周齿轮112啮合，用以驱动滑块120沿环形导轨110做圆周运动，以改变滑块120在环形导轨110上的圆周位置。
请参见图4和图5，径向运动机构包括径向滑轨210和第二步进电机220。径向滑轨210沿环形导轨110的径向滑动设置在滑块120上，径向滑轨210的底部设有齿条211，第二步进电机220的输出端通过第二驱动齿轮221与该齿条211啮合，用以驱动径向滑轨210沿环形导轨110径向运动，以改变径向滑轨210前端的径向位置。
角度调节机构包括驱动面310、传动轴320、反光镜330和第三步进电机340。请参见图6至图8，径向滑轨210的顶部沿其轴线方向开设有安装槽213，安装槽213的前端(靠近环形导轨110中心的一端)和尾端(背离环形导轨110中心的一端)分别安装有反光镜330和驱动面310，反光镜330和驱动面310相互平行且转动固定在安装槽213上，反光镜330和驱动面310之间通过传动轴320铰接；第三步进电机340固定在安装槽213侧壁的支架214上，且其输出端与驱动面310相连，用以使驱动面310旋转，进而通过传动轴320带动反光镜330同步旋转，以实现对发射点角度的改变。
请参见图6至图8，激光发射管410安装在安装槽213内。激光发射管410发出的光束与安装槽213的轴线平行，且垂直照射到反光镜330的中轴线上。
为了最大程度减少各运动机构对成像区域目标的干扰，径向滑轨210、反光镜330和传动轴320均采用碳纤维结构，该材料在X射线下几乎不显影，反光镜330采用镀层，可以理解的是，在其他实施例中，径向滑轨210、反光镜330和传动轴320还可以采用其他透x射线功能材料或者透x射线功能复合材料，诸如ABS材料、碳纤维/环氧复合材料等。
在申请号为201310515922.1的专利中，提出的无创式实时手术定位导航设备，在实际使用中，各个步进电机和激光发生管的供电线路在C臂机摄片时会在成像区域内显影，影响目标点的观察，因此，存在布线不合理的问题。在本发明中，采用导电涂层和导电电刷使各个步进电机与电源进行通电连接，从而避免线路干扰目标观察的问题。
请参见图9，环形导轨110的内侧和外侧与滑块120接触部位均设有第一导电涂层113，内外侧导电涂层分别与电源正负极相连，滑块120与第一导电涂层113接触部分设有第一导电电刷121，第一步进电机130和第二步进电机220均通过第一导电电刷121与电源导通。请参见图10，所述滑块120与径向滑轨210接触部位的两侧分别设有第二导电电刷122，径向滑轨210与第二导电电刷122接触部分设有第二导电涂层212，第三步进电机340通过第二导电涂层212与电源导通。
请参见图15，在传动轴320和径向滑轨210靠近反光镜330一端的上表面分别设有标识点A和标识点B，用以成像空间的立体几何建模，及对经体内目标点X射线的计算以确定各个步进电机的运行量。标识点A和标识点B为可以为不锈钢钢球，标识点A和标识点B均可以设置多个，以便在求算X射线发射点位置时，可以通过多组不同的标识点A和标识点B的组合以获得更为精确的计算结果，最终提高手术定位准确性。
请参见图12，激光定位仪100中配置有驱动控制电路，该驱动控制电路包括无线通讯模块、微型控制器模块和电机驱动模块。无线通讯模块用于接收工作服务器计算得出的各步进电机的运行量，并通过微型控制器模块控制电机驱动模块，进而使得第一步进电机130、第二步进电机220和第三步进电机340分别驱动滑块120、径向滑轨210和反光镜330，从而用可视激光束模拟出经体内病灶点的X射线。
为了使医护人员使用更加简单、易操作，在本发明中，还提出配备该激光定位仪100的定位手术导航系统，以使该激光定位仪的使用更加智能化。请参见图11和12，该定位手术导航系统包括激光定位仪和计算处理模块两大部分，激光定位仪和计算处理模块两者之间的数据及信号传递通过蓝牙或其他无线通讯设备进行传输。
计算处理模块包括工作服务器、显示器和数字信号分流器。工作服务器是导航系统的数据处理中心，工作服务器包括数字图像采集卡、PC、MCU模块和无线模块，对整个系统的运行进行控制；其中PC配置有4核高速CPU和4G内存，拥有独立显卡、DVI信号采集卡及大容量硬盘；MCU模块采用STM32F103XX系列Cortex-M3内核的MCU芯片；无线模块中的无线射频电路全双工，实现高速无线传输，与激光定位仪通过无线连接(自动联网)，可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，误码率极低，输出功率10dBm，理论无线传输距离达到上百米，电路由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成，ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC。
数字信号分流器包括矩阵切换芯片及其配套的外围电路，其能利用芯片内部电路的导通与关闭进行信号的接通与关断，并可通过电平进行控制完成信号的选择。数字信号分流器设有两个通道，其中通道1为C臂机原信号通道，通道2为导航系统的信号通道，操作者可以根据自己需求来切换信号通道。即数字信号分流器通过图像输入线和图像输出线分别与C臂机图像处理主机及显示器相连，工作服务器处于开机状态时，数字信号分流器会自动将C臂机的图像信号切换到工作服务器中。
该体内目标点激光精准定位手术导航系统的使用方法如下：
1、C臂机图像畸变校正
(1)将工作服务器与C臂机图像处理主机及显示器的对应接口分别连接好，并启动激光定位仪100；启动工作服务器，系统进入初始状态，鼠标点击工作服务器系统中的导航设备的专用应用软件图标，进入操作主界面；
(2)将矩阵校正板(如图13所示)安装到影像增强器2的末端，利用C臂机(C-arm机)获取矩阵校正板的基准透视图像4(如图14所示)，工作服务器通过数字图像采集卡将基准透视图像采集下来后对基准透视图像进行图像处理，操作人员鼠标点击主界面中的图像校正按钮，系统将根据基准透视图像4上各校准点的坐标跟校正板各点实际相对坐标进行比较，从而计算出C臂机成像的图像畸变，系统自动记录矩阵校正板的基准透视图像4中的矩阵校正信息；其中，矩阵校正板为现有市购产品，其上设置有矩阵校正点，矩阵校正点由设置在矩阵校正板上的24行23列的552个不锈钢钢球组成，不锈钢钢球与不锈钢钢球的行列间距均为6mm，可以理解的是，在其他实施例中，上述矩阵校正板也可以为自制产品，且其形状可以不限于矩形，可以为圆形；当然，其上的矩阵校正点也可以为同心圆阵列排布，或沿圆形径向阵列排布；
(3)取下矩阵校正板。
2、C臂机成像空间建模，并求算X射线发射点的空间坐标
(1)将激光定位仪100安装在C臂机(C-arm机)的影像增强器2上，并打开电源开关，激光定位仪中的各运动机构将自动复位至初始位置(如图15所示)，此时，反光镜330移动至激光定位仪100的中心区域，且反光镜330与传动轴320垂直；
利用C臂机(C-arm机)透视获取校准标识的透视图像5，如图16所示，操作人员鼠标点击主界面中的系统校准按钮，工作服务器采集并进行处理，系统将会自动识别并记录位于激光定位仪100上的校准标识点在透视图像上的坐标信息，即传动轴320和径向滑轨210上的标识点A(xa，ya，0)和标识点B(xb，yb，0)，标识点A和标识点B此时位于不同的水平面。
(2)C臂机成像空间的立体几何建模，以影像增强器2所在平面为XY平面，中轴线所在直线为Z轴。根据获得的标识点A和标识点B在透视图像上的坐标信息求算X线发射点的空间坐标点(0，0，-H)；
请参见图17，根据相似三角形性质可以得出：
其中：S1为标识点A在透视图像的成像点到Z轴的距离，
S2为标识点B在透视图像的成像点到Z轴的距离，
h为标识点A和标识点B的Z向距离；
l1为标识点A到Z轴的距离；
l2为标识点B到Z轴距离，h，l1，l2由机器工装设计决定，为已知参数。
通过(1)式和(2)式可以求算出
继而获得X射线发射点的空间坐标
3、计算获得各步进电机的运行量
将C臂机(C-arm机)移至病灶点E上方，利用C臂机(C-arm机)获取病灶透视图像6，移动鼠标至病灶透视图像6上的病灶(黑点)，并点击鼠标左键，然后点击主界面中的定位按钮，工作服务器采集并进行图像处理，获取病灶点在透视图像上的空间坐标(x，y，0),根据之前校正获知的X线发射点(0，0，-H)便可计算出各步进电机的运行量。
第一步进电机130驱动滑块120沿环形导轨110的运行角度为(如图19和图20所示)：
第二步进电机220驱动径向滑轨210的径向位移为(如图21所示)：
第三步进电机340驱动反光镜330的旋转角度为(如图22和图23所示)：
其中，β为经体内病灶点的X射线与Z轴的夹角；h0为h0为反光镜330中心点(即反光镜上的激光反射点)与影像增强器成像平面的垂直距离。
4、执行各步进电机的运行量，完成定位
计算处理模块通过无线通讯模块将上一步计算获得各步进电机运行量的数据传输给激光定位仪100，激光定位仪100就会自动调节第一步进电机130、第二步进电机220和第三步进电机340，从而驱动圆周运动机构、径向运动机构和角度调节机构，以调整反光镜330的位置及反射角度，从而使得由反光镜330反射的可视激光束模拟出经体内目标点的X射线。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于C臂X光机的激光定位仪，安装于C臂机影像增强器(2)的末端，用于产生可视激光束用以模拟穿经体内目标点的X射线，其特征在于，包括：
圆周运动机构，所述圆周运动机构包括带有圆周齿轮(112)的环形导轨(110)、滑动设置在环形导轨(110)上的滑块(120)，以及固定在滑块(120)上的第一步进电机(130)，第一步进电机(130)的输出端通过第一驱动齿轮(131)与圆周齿轮(112)啮合，用以驱动滑块(120)沿环形导轨(110)运动；
径向运动机构，所述径向运动机构包括设置在滑块(120)上的径向滑轨(210)和第二步进电机(220)，第二步进电机(220)的输出端通过第二驱动齿轮(221)与位于径向滑轨(210)底部的齿条(211)啮合，用以驱动径向滑轨(210)沿环形导轨(110)径向运动，径向滑轨(210)沿轴向设有安装槽(213)；
角度调节机构，所述角度调节机构包括传动轴(320)、第三步进电机(340)、以及平行转动设置在安装槽(213)前端和尾端的反光镜(330)和驱动面(310)，反光镜(330)和驱动面(310)之间通过传动轴(320)铰接，第三步进电机(340)固定在径向滑轨(210)上且其输出端与驱动面(310)相连，用以驱动反光镜(330)与驱动面(310)同步转动；
激光发射管(410)，所述激光发射管(410)固定设置在安装槽(213)靠近驱动面(310)的一端，且由激光发射管(410)发射的光束与反光镜(330)的中轴线垂直；
其中，在传动轴(320)和径向滑轨(210)靠近反光镜(330)一端的上表面分别设有标识点A和标识点B。
2.根据权利要求1所述的基于C臂X光机的激光定位仪，其特征在于，所述环形导轨(110)的内侧和外侧与滑块(120)接触部位均设有第一导电涂层(113)，内外侧导电涂层分别与电源正负极相连，滑块(120)与第一导电涂层(113)接触部分设有第一导电电刷(121)，第一步进电机(130)和第二步进电机(220)均通过第一导电电刷(121)与电源导通。
3.根据权利要求1所述的基于C臂X光机的激光定位仪，其特征在于，所述滑块(120)与径向滑轨(210)接触部位的两侧分别设有第二导电电刷(122)，径向滑轨(210)与第二导电电刷(122)接触部分设有第二导电涂层(212)，第三步进电机(340)通过第二导电涂层(212)与电源导通。
4.根据权利要求1所述的基于C臂X光机的激光定位仪，其特征在于，所述径向滑轨(210)、反光镜(330)和传动轴(320)均采用透X射线材料。
5.根据权利要求1所述的基于C臂X光机的激光定位仪，其特征在于，还包括矩阵校正板插槽，所述矩阵校正板插槽与激光定位仪(100)分体或一体设置。
6.根据权利要求1～5所述的任一项基于C臂X光机的激光定位仪，其特征在于，还包括驱动控制电路，驱动控制电路分别与第一步进电机(130)、第二步进电机(220)、第三步进电机(340)和激光发射管(410)相连。
7.一种基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统，其特征在于，采用权利要求6所述的激光定位仪(100)，还包括相互电连接的工作服务器、数字信号分流器和显示器，激光定位仪(100)的驱动控制电路与所述工作服务器无线连接，数字信号分流器通过图像输入线和图像输出线分别与C臂机图像处理主机和显示器相连。
8.一种权利要求7所述的基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过矩阵校正板(7)对C臂机成像的图像畸变进行校正，并自动记录矩阵校正板的基准透视图像(4)中的矩阵校正信息；
步骤二：撤掉矩阵校正板(7)，并将反光镜(330)调至激光定位仪(100)中心区域且反光镜(330)与传动轴(320)垂直，获取标识点A和标识点B在透视图像上的空间坐标信息，根据该空间坐标信息计算获得X射线发射点的空间坐标信息；
步骤三：获取病灶点在透视图像上的空间坐标信息，并结合步骤二中获知的X射线发射点的空间坐标信息计算得出各步进电机的运行量；
步骤四：将步骤三获得的运行量发送至激光定位仪(100)，各步进电机按该运行量执行完毕后，激光发射管(410)发出的激光便指向病灶点，即完成定位。
9.根据权利要求8所述的基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法，其特征在于，在步骤二中，以影像增强器(2)所在平面为空间坐标系的XY平面，以影像增强器(2)的中轴线所在直线为Z轴，建立空间几何坐标系，获取的X射线发射点坐标为(0,0,-H)，
其中：S1为标识点A在透视图像的成像点到Z轴的距离；
S2为标识点B在透视图像的成像点到Z轴的距离；
h为标识点A和标识点B的Z向距离；
l1为标识点A到Z轴的距离；
l2为标识点B到Z轴距离。
10.根据权利要求9所述的基于C臂X光机的体内目标激光定位手术导航系统的使用方法，其特征在于，在步骤三中，病灶点在透视图像上的空间坐标信息为(x,y,0)；
第一步进电机(130)驱动滑块(120)沿环形导轨(110)的运行角度为：
第二步进电机(220)驱动径向滑轨(210)的径向位移为：
第三步进电机(340)驱动反光镜(330)的旋转角度为：
其中，β为经体内病灶点的X射线与Z轴的夹角；h0为反光镜(330)中心点与影像增强器成像平面的垂直距离。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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