CN110974372A - 一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，包括床板、圆环型支架，床板用于支撑病人，圆环型支架底端可移动式连接在床板左右两侧，并沿床板作前后方向的往返运动，圆环型支架上安装有摄像装置，反射板两端均连接有柔性固定带，柔性固定带另一端固定在床板表面，反射板通过柔性固定带固定在病人体表，柔性固定带随病人体表呼吸运动进行伸缩变形，以使得反射板随病人呼吸而实时运动，摄像装置用于实时跟踪人体表反射板的位置信息，床板一侧设置有反射面，反射面用于作为人体表面的反射板实时位置运动跟踪的基准；本发明能够最大程度地保证穿刺或者骨科微创手术时的准确度，最大限度地减小病人自身呼吸运动导致的手术定位误差。
Description
[技术领域]
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置。
[背景技术]
目前，现有的图像引导手术导航装置和医学影像设备在物理位置上和工作的时间上是各自独立的装置，因此两者的坐标系是独立的。而且两者的工作时间相差也较大，因此在做医学影像扫描时的人体状态和进行微创手术时的人体状态有可能因为时间相差过长而发生病灶的位置改变。
而且，在病人进行医学图像扫描时以及准备做穿刺手术时，病人的呼吸运动是一直在进行的，这会导致人体内部的器官做有规律的位移运动。呼吸导致的肺部位移可以达2厘米，同时也会引起腹部器官的位移，这种位移运动会导致穿刺手术时的器官位置和病人做医学图像扫描时的器官位置有较大的差异，这会对于医学图像引导的穿刺手术时的位置精度会带来较大的的精度误差。因此，目前现有的技术无法对受呼吸运动影响导致位移的运动器官做精确的穿刺手术。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，能够最大程度地保证穿刺或者骨科微创手术时的准确度，最大限度地减小病人自身呼吸运动导致的手术定位误差。
为实现上述目的设计一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，包括床板1、反射板2、反射面4、摄像装置5、圆环型支架6、柔性固定带7，所述床板1用于支撑病人3，所述圆环型支架6呈圆环形结构且架设于床板1上方，所述圆环型支架6底端可移动式连接在床板1左右两侧，并沿床板1作前后方向的往返运动，所述圆环型支架6上安装有摄像装置5，所述反射板2两端均连接有柔性固定带7，所述柔性固定带7另一端固定在床板1表面，所述反射板2通过柔性固定带7固定在病人3体表，所述柔性固定带7随病人3体表呼吸运动进行伸缩变形，以使得体表的反射板2随病人3的呼吸运动而实时运动，所述摄像装置5用于感知深度信息以实时跟踪人体表反射板2的位置信息，所述床板1一侧设置有反射面4，所述反射面4用于作为人体表面的反射板2实时位置运动跟踪的基准。
进一步地，所述圆环型支架6一端安装有固定板9，所述固定板9上安装有滑块一8，所述滑块一8与床板1一侧的导轨一配合连接，所述圆环支架6另一端安装有滑块二14，所述滑块二14与床板1另一侧的导轨二配合连接，所述滑块二14上安装有压带轮13，所述压带轮13通过同步皮带12连接同步带轮11，所述同步皮带12固定在床板1上导轨二的两端，且绕过两个压带轮13与同步带轮11啮合，所述同步带轮11安装在伺服电机10的输出端，所述伺服电机10通过同步带轮11带动同步皮带12做直线运动，所述同步皮带12通过压带轮13和滑块二14带动圆环支架6沿着床板1做往返直线运动。
进一步地，所述摄像装置5为用于获取物体深度信息的光学摄像头，所述光学摄像头通过线路连接显示装置，并通过显示装置将反射板2的位置信息实时地显示出来。
进一步地，所述反射板2由碳纤维材料制成，所述反射板2用于穿透X光射线并在医学图像上留下图像轮廓信息。
进一步地，所述反射板2和反射面4的表面均具有用于被摄像装置5识别出来识别层，所述识别层为黑白相间的棋盘格状。
本发明同现有技术相比，提供了一种能在手术过程中以及在病人做医学成像扫描过程中实时监控病人体表微小运动位置的装置，该装置能在完成医学成像时同时获得病人的实时的体表位移信息，同时可以在穿刺手术过程中实时地监控病人体表的位移信息，因此可以提示医生在病人做穿刺手术时的体表位置和做图像扫描时的位置一致的时候进行穿刺手术，即，实时监控在做影像扫描时和做手术时的身体位移，可以帮助医生完成对人体影像病灶位置的准确定位，进而引导手术末端精确完成穿刺或者骨科微创手术，从而能最大程度地保证穿刺手术时的准确度，最大限度地减小病人自身呼吸运动导致的手术定位误差，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明圆环型支架一侧的连接示意图；
图3是本发明圆环型支架另一侧的连接示意图一；
图4是本发明圆环型支架另一侧的连接示意图二；
图中：1、床板 2、反射板 3、病人 4、反射面 5、摄像装置 6、圆环型支架 7、柔性固定带 8、滑块一 9、固定板 10、伺服电机 11、同步带轮 12、同步皮带 13、压带轮 14、滑块二。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图1所示，本发明提供了一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，包括床板1、反射板2、反射面4、摄像装置5、圆环型支架6、柔性固定带7，床板1用于支撑病人3，圆环型支架6呈圆环形结构且架设于床板1上方，圆环型支架6底端可移动式连接在床板1左右两侧，并沿床板1作前后方向的往返运动，圆环型支架6上安装有摄像装置5，反射板2两端均连接有柔性固定带7，柔性固定带7另一端固定在床板1表面，反射板2通过柔性固定带7固定在病人3体表，柔性固定带7随病人3体表呼吸运动进行伸缩变形，以使得体表的反射板2随病人3的呼吸运动而实时运动，摄像装置5用于感知深度信息以实时跟踪人体表反射板2的位置信息，床板1一侧设置有反射面4，反射面4用于作为人体表面的反射板2实时位置运动跟踪的基准。其中，摄像装置5为用于获取物体深度信息的光学摄像头，光学摄像头通过线路连接显示装置，并通过显示装置将反射板2的位置信息实时地显示出来；反射板2由碳纤维材料制成，反射板2用于穿透X光射线并在医学图像上留下图像轮廓信息，该反射板2和反射面4的表面均具有用于被摄像装置5识别出来识别层，识别层为黑白相间的棋盘格状。
其中，床板，可以用来支撑病人，同时可以用来完成CT或者MR等医学成像，同时也用来支撑摄像装置。圆环型支架，可以用来安装摄像装置，该支架可以沿着床板实现全行程的精确往返运动。反射板固定在病人体表，该反射板可以随病人的呼吸运动而同步一起运动。床板一侧的反射面，可以用来作为人体表面的反射面实时位置运动跟踪的基准。可以感知深度信息的摄像装置，可以用来实现实时跟踪人体表反射板的位置信息。柔性固定带，该固定带的一端固定在床板表面，另一端用来固定反射板，同时可随着体表呼吸运动进行伸缩变形，从而保证体表的反射板可以随人体呼吸而实时运动。
本发明所述装置提供了一个放置病人体表的反射板，该反射板固定在病人体表，可以随着病人的呼吸运动和病人体表同时进行同步位移，该反射板由碳纤维材料制造，可以穿透X光射线并在医学图像上留下清晰的图像轮廓信息。另外，在装置的上方安装有可以实时跟踪反射板位置信息的光学摄像头，该摄像头可以将反射板的位置信息实时地显示出来。因此，可以判断反射板位置是否和病人医学扫描的位置是否一致；当反射板的位置和医学扫描图像的位置一致时，因为反射板和身体是位置是固定不变的，可以确定当时病人体内的位置和图像扫描的位置是一致的，从而可以在这一时间进行穿刺手术，即可达到病人进行医学图像扫描时的同一位置。通过该装置，可以跟踪病人自身的呼吸运动导致的体内脏器的位移，从而保证穿刺手术时的运动轨迹位置坐标和病人做医院图像时的位置坐标是一致性的。因此，本发明可以最大限度地减小病人自身呼吸运动导致的手术定位误差。
如附图2至附图4所示，圆环型支架6一端安装有固定板9，固定板9上安装有滑块一8，滑块一8与床板1一侧的导轨一配合连接，圆环支架6另一端安装有滑块二14，滑块二14与床板1另一侧的导轨二配合连接，滑块二14上安装有压带轮13，压带轮13通过同步皮带12连接同步带轮11，同步皮带12固定在床板1上导轨二的两端，且绕过两个压带轮13与同步带轮11啮合，同步带轮11安装在伺服电机10的输出端，伺服电机10通过同步带轮11带动同步皮带12做直线运动，同步皮带12通过压带轮13和滑块二14带动圆环支架6沿着床板1做往返直线运动。
具体为，如附图2所示，在圆环支架6上的一端装有固定板9，固定板9上装有滑块一8，滑块一8和床板1上的导轨一互相配合，滑块一8可以沿着床板1上的导轨一做往返运动。如附图3所示，在圆环支架6上的另一端安装有滑块二14，同时安装有伺服电机10，在伺服电机10的一端安装有同步带轮11。如附图4所示，在滑块二14中间安装有压带轮13，同步皮带12固定在床板1导轨一侧的两端，同时该皮带绕过两个压带轮13和同步带轮11完全啮合。伺服电机的精确转动可以带动同步带轮11转动，同步带轮11转动带动同步皮带12做直线运动，由于皮带两端是固定不动的，因此只能带动压带轮做直线运动，进而带动圆环支架6沿着床板做精确的直线运动。
本发明中，摄像装置是具有物体深度信息功能的精密摄像头，该摄像头可以实时探测出被探测物体与摄像头之间的距离信息，探测精度可以在毫米以下，反射板2和反射面4的表面具有黑白相间的类似于棋盘格的的规则形状和色差，因此可以非常容易地被摄像头识别出来，并可以防止摄像头将反射面和病人体表的其它不相关物体所混淆。
在摄像头工作时，反射板2与摄像头之间的距离信息会实时地被探测到并记录下来，该距离信息可以被定义为L1，L1信息是随着病人的呼吸而同时发生改变的波动信息。同时，反射面4与摄像头之间的距离信息也会实时地被探测到并记录下来，该距离信息可以被定义为L2，L2信息理论上是固定不变的信息。L2与L1相减的差值L3和病人的截面高度值L4非常近似，病人截面的高度L4在CT医学影像上的信息是固定的，因此可以比较L2和L1的差值L3和L4的大小，当L3和L4的差值小于设定的允许误差值时，则可以认为病人这时呼吸引起的截面高度和做CT扫描的截面高度是一致的；由于病人被反射板2底部的固定支架所固定不会发生其它方向的位移，因此可以认为其三维位置和做CT扫描时的三维位置也是一致的。因此，在该时刻进行CT图像引导下的精确微创手术位置也是最为准确的，可以达到消除病人呼吸运动导致的位移影响的效果。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，其特征在于：包括床板(1)、反射板(2)、反射面(4)、摄像装置(5)、圆环型支架(6)、柔性固定带(7)，所述床板(1)用于支撑病人(3)，所述圆环型支架(6)呈圆环形结构且架设于床板(1)上方，所述圆环型支架(6)底端可移动式连接在床板(1)左右两侧，并沿床板(1)作前后方向的往返运动，所述圆环型支架(6)上安装有摄像装置(5)，所述反射板(2)两端均连接有柔性固定带(7)，所述柔性固定带(7)另一端固定在床板(1)表面，所述反射板(2)通过柔性固定带(7)固定在病人(3)体表，所述柔性固定带(7)随病人(3)体表呼吸运动进行伸缩变形，以使得体表的反射板(2)随病人(3)的呼吸运动而实时运动，所述摄像装置(5)用于感知深度信息以实时跟踪人体表反射板(2)的位置信息，所述床板(1)一侧设置有反射面(4)，所述反射面(4)用于作为人体表面的反射板(2)实时位置运动跟踪的基准。
2.如权利要求1所述的手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，其特征在于：所述圆环型支架(6)一端安装有固定板(9)，所述固定板(9)上安装有滑块一(8)，所述滑块一(8)与床板(1)一侧的导轨一配合连接，所述圆环支架(6)另一端安装有滑块二(14)，所述滑块二(14)与床板(1)另一侧的导轨二配合连接，所述滑块二(14)上安装有压带轮(13)，所述压带轮(13)通过同步皮带(12)连接同步带轮(11)，所述同步皮带(12)固定在床板(1)上导轨二的两端，且绕过两个压带轮(13)与同步带轮(11)啮合，所述同步带轮(11)安装在伺服电机(10)的输出端，所述伺服电机(10)通过同步带轮(11)带动同步皮带(12)做直线运动，所述同步皮带(12)通过压带轮(13)和滑块二(14)带动圆环支架(6)沿着床板(1)做往返直线运动。
3.如权利要求1或2所述的手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，其特征在于：所述摄像装置(5)为用于获取物体深度信息的光学摄像头，所述光学摄像头通过线路连接显示装置，并通过显示装置将反射板(2)的位置信息实时地显示出来。
4.如权利要求1或2所述的手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，其特征在于：所述反射板(2)由碳纤维材料制成，所述反射板(2)用于穿透X光射线并在医学图像上留下图像轮廓信息。
5.如权利要求4所述的手术过程中病人运动位置实时跟踪装置，其特征在于：所述反射板(2)和反射面(4)的表面均具有用于被摄像装置(5)识别出来识别层，所述识别层为黑白相间的棋盘格状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |