CN111685789B - 一种卧位负重ct模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧位负重CT模拟装置及方法，涉及医疗设备领域，该装置包括推板、软垫底板、活动踏板、大液压缸和小液压缸；推板垂直于软垫底板设置，大液压缸用于带动推板相对于软垫底板平移；推板的一侧固定设置有铰支座，活动踏板的一侧与铰支座铰接，小液压缸用于带动活动踏板相对于推板翻转。该方法是先采集患者站立时的目标数据，在模拟时根据目标数据对大液压缸的动作和小液压缸的动作进行闭环控制，完成自动模拟。上述装置及方法，其能通过自动控制和调整进行更为准确的模拟，获取准确的诊断数据，且控制方便；在模拟诊断时，患者可直接采用卧位姿势，适用范围广。

Description

一种卧位负重CT模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体为一种卧位负重CT模拟装置及方法。

背景技术

在足踝外科的治疗中，为了准确诊断足踝相关疾病并制定手术方案，常引入CT扫描技术对足踝病状进行观察。而传统的CT扫描都在无负重状态下进行，无法模拟足站立时的生理负重状态，这会使疾病的诊断存在一定的偏差。针对该问题，目前出现了一系列负重模拟装置，但这类装置往往仅是单纯的向足底施加压力，并不能完全模拟出患者站立时的受力状态，无法准确得出诊断结果；且其自动化程度低，模拟控制不便；同时这类装置通常结构较为简单，患者在模拟时不能适时调整姿态，对有些难以保持坐姿的患者而言无法实现准确的模拟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种卧位负重CT模拟装置及方法，其能通过自动控制和调整进行更为准确的模拟，获取准确的诊断数据，且控制方便；在模拟诊断时，患者可直接采用卧位姿势，适用范围广。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种卧位负重CT模拟装置，包括推板、软垫底板、活动踏板、大液压缸和小液压缸；所述推板垂直于所述软垫底板设置，所述大液压缸的两端分别与所述推板和软垫底板连接，所述大液压缸用于带动所述推板相对于所述软垫底板平移；所述推板的一侧固定设置有铰支座，所述活动踏板的一侧与所述铰支座铰接，所述小液压缸的两端分别与所述推板和所述活动踏板连接，所述小液压缸用于带动所述活动踏板相对于所述推板翻转。

进一步的，所述活动踏板远离所述推板的一侧设有人体足底图形，所述活动踏板的人体足底图形范围内设置有若干压力传感器，还包括控制器、大液压缸控制系统、小液压缸控制系统，所述大液压缸控制系统用于控制大液压缸伸缩动作，所述小液压缸控制系统用于控制小液压缸伸缩动作，所述控制器分别与所述压力传感器、大液压缸控制系统和小液压缸控制系统电联。

进一步的，所述人体足底图形中：对应于人体足跟部的内侧和外侧各设有一个所述压力传感器，对应于人体足底中部位置设有一个所述压力传感器，对应于人体第一跖骨、第三跖骨和第五跖骨位置各设有一个所述压力传感器，对应于人体第一趾骨位置设有一个所述压力传感器，对应于人体第三趾骨和第四趾骨之间位置设有一个所述压力传感器。

进一步的，所述软垫底板上加工有滑槽，所述推板上固定连接有滑轨，所述滑轨可滑动的设置于所述滑槽内。

进一步的，还包括姿态调整装置，所述姿态调整装置包括活动靠垫和角度调节器，所述活动靠垫与所述软垫底板可转动的连接，所述角度调节器用于调节所述活动靠垫与所述软垫底板的倾角并用于使两者相对固定，所述活动靠垫设置于所述活动踏板远离所述推板的一侧。

进一步的，所述活动靠垫朝向所述活动踏板的一侧可翻转的设置有肩部挡板。

一种卧位负重CT模拟方法，涉及上述的一种卧位负重CT模拟装置，包括如下步骤：

S1、制备水平板，在水平板上绘制所述活动踏板上相同的人体足底图形，并在人体足底图形内设置若干传感器，水平板上传感器位置与所述活动踏板上传感器位置相对应；

S2、让患者站立在水平板上，采集若干压力传感器的压力值；

S3、重复步骤S2，采集若干组压力值数据，取其算数平均值形成目标数据；

S4、患者置于所述软垫底板上，所述控制器根据所述步骤S3中调取的对应的目标数据对大液压缸和小液压缸的伸缩动作进行控制，直至活动踏板上各传感器检测的压力值与对应的目标数据一致时完成模拟。

本发明的有益效果是：

该卧位负重CT模拟装置设置推板、软垫底板、活动踏板、大液压缸和小液压缸，通过大液压缸伸缩可以带动活动踏板平移从而模拟足底的水平受力，通过小液压缸的伸缩可以带动活动踏板改变倾斜方向，从而改变足底受力方向，以模拟患者站立时的受力状态。

该模拟方法是利用对比的方式，先采集患者正常站立状态下各测点的压力值作为目标数据，其后以该目标数据为依据自动控制大液压缸和小液压缸的伸缩，形成闭环控制，直至活动踏板上各压力传感器的压力值与目标数据大体一致时完成模拟，其自动化程度高，模拟控制更为方便。

在软垫底板上设置有姿态调整装置，可以根据患者的实际情况对姿态调整装置中的靠垫角度进行调节，适用于不同患者使用；在靠垫上还设置有肩部挡板，对于无法采取坐姿进行模拟的患者，可以将靠垫放平，利用肩部挡板提供阻力，使患者在卧姿下亦可进行模拟，适用范围广。

附图说明

图1为本发明一种卧位负重CT模拟装置的结构示意图；

图2为本发明一种卧位负重CT模拟装置中大液压缸控制系统或小液压缸控制系统的液压原理图；

图3为人体足底区域分布示意图；

图4为人体足底图形中单足内压力传感器布置位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种卧位负重CT模拟装置，包括推板1、软垫底板2、活动踏板3、大液压缸4和小液压缸5。推板1垂直于软垫底板2设置，大液压缸4的两端分别与推板1和软垫底板2连接，在液压控制下，大液压缸4的活塞杆伸缩，可以带动推板1相对于软垫底板2平移。推板1的一侧固定设置有铰支座6，活动踏板3的一侧与铰支座6铰接，小液压缸5的两端分别与推板1和活动踏板3连接，在液压系统的控制下，小液压缸5的活塞杆伸缩，可带动活动踏板3相对于推板1绕上述铰接位置摆动。该装置在使用时，病人仰卧或坐于软垫底板2上，脚部正对推板1及软垫底板2，在大液压缸4带动推板1平移过程中，活动踏板3可对病人的脚部提供正压力，模拟主受力状态。然而实际人体负重时并非单纯的足底受正压力，因此设置上述小液压缸5带动活动踏板3摆动，可适时对人体足底受力情况进行调整，达到更好的模拟效果。

具体实施时，在活动踏板3远离推板1的一侧设有人体足底图形，活动踏板3的人体足底图形范围内设置有若干压力传感器11。该模拟装置还包括控制器、大液压缸控制系统、小液压缸控制系统，大液压缸控制系统用于控制大液压缸4伸缩动作，小液压缸控制系统用于控制小液压缸5伸缩动作，控制器分别与压力传感器11、大液压缸控制系统和小液压缸控制系统电联。上述大液压缸控制系统和小液压缸控制系统的液压原理均如图2所示，控制器具体是与该两个控制系统中的电磁换向阀电联。上述人体足底图形可以直接绘制在活动踏板3上，也可以在活动踏板3上通过切削加工的形式加工制成。在使用时，病人足底对正上述人体足底图形，随着推板1的移动，活动踏板3与人体接触，其后各压力传感器11分别感应到人体足底不同点位的压力，并将其反馈给控制器，由控制器控制大液压缸和小液压缸的伸缩进行调节，直至各压力点位的压力传感器11感应到的压力值与设定值大致相同时，即表示进入正确的模拟状态。

上述压力点位设置时，依托于人体正常站立时足底的受力情况。如图3所示为人体足底区域分布图，其包括足跟内侧区21、足跟外侧区22、足中内侧区23、足中外侧区24、第一跖骨区25、第二跖骨区26、第三至第五跖骨区27和第一至第五趾骨区28，其中第一至第五跖骨以及第一至第五趾骨均是由足内侧向外排序。在人体足底骨骼中，跟骨作为人体主要的承压骨骼，人体站立时起到支撑作用，步行时则起到推进作用，在设置点位时，对应于人体足跟部的内侧和外侧各设有一个压力传感器11，即在足跟内侧区和足跟外侧区22各设置一个压力传感器11；跗骨处于足底中后部，是足部主要的链接关节，对应于人体足底中部位置设有一个压力传感器11，该传感器设置于足中内侧区23和足中外侧区24中间位置；跖骨处于足底中前部，此部分是人体重要的承压骨骼，从内到外依次是第一、二、三、四和第五跖骨，人体站立时趾骨和跟骨共同承担全身重量，对应于人体第一跖骨、第三跖骨和第五跖骨位置各设有一个压力传感器11；趾骨处于足底前段，5个拇趾依次从内到外为 5个趾骨，趾骨位于脚尖人体运动过程中都会受到力的作用，对应于人体第一趾骨位置设有一个压力传感器11，对应于人体第三趾骨和第四趾骨之间位置设有一个压力传感器11。上述各压力传感器11的具体设置位置如图4所示，另一只脚与图4所示位置对称，通过上述设置，各压力传感器11点位基本能反映出足底力的分布情况，通过各压力传感器11采集的压力值与正常受力状况时进行比对，可以较为准确的模拟出实际的受力状况。

进一步的，上述铰支座6可选用球铰支座，其与活动踏板3通过球铰连接，在活动踏板3的四周均分布有小液压缸5，且每个小液压缸5分别由控制器控制伸缩，在进行模拟时活动踏板3可以在任意方向上摆动，可以调节活动踏板3上的各压力传感器11点的压力值与设定值更为匹配，模拟更为准确。

进一步的，软垫底板2上加工有滑槽，推板1上固定连接有滑轨7，滑轨7可滑动的设置于滑槽内，通过滑轨和滑槽的设置，对推板1的移动起到限位和导向的作用，加强其平移动作的稳定性。本实施例中，滑轨7为整个板件，滑槽为在软垫底板2内形成的空心结构，两者形成套管式连接，使导向稳定，滑动顺畅。

进一步的，该卧位负重CT模拟装置，还包括姿态调整装置，姿态调整装置包括活动靠垫8和角度调节器9，活动靠垫8与软垫底板2可转动的连接，角度调节器9用于调节活动靠垫8与软垫底板2的倾角并用于使两者相对固定，活动靠垫8设置于活动踏板3远离推板1的一侧。该活动靠垫8的倾角可调，可满足不同病人的使用需求。在实施时上述角度调节器9可以选择各类伸缩式支撑杆结构，根据活动靠垫8的倾角调节长度并进行支撑。进一步的，在该活动靠垫8朝向活动踏板3的一侧可翻转的设置有肩部挡板10，在对于无法保持坐姿的患者进行模拟时，可以放平活动踏板3，并撑起肩部挡板10，让患者平躺，利用肩部挡板10提供阻挡力，辅助病患完成模拟过程。

利用上述模拟装置进行模拟的一种卧位负重CT模拟方法，包括如下步骤：

S1、制备水平板，在水平板上绘制活动踏板3上相同的人体足底图形，并在水平版的人体足底图形内设置若干传感器，水平板上传感器位置与活动踏板3上传感器位置相对应。

S2、让患者站立在水平板上，采集若干压力传感器11的压力值并进行记录。

S3、重复步骤S2，采集若干组压力值数据，取其算数平均值形成目标数据；在实施时可采集5组以上数据，取其算数平均值，以减小数据采集的随机误差带来的影响。

在实际实施时，通过不同体重参数人体的站立状况构建数据库。对于一些行动不变、无法保持站姿的患者而言，可直接根据其体重参数调用数据库中相匹配的数据作为上述目标数据，直接进行以下的模拟过程。

S4、患者置于软垫底板2上，控制器根据步骤S3中调取的对应的目标数据对大液压缸4和小液压缸5的伸缩动作进行控制，直至活动踏板3上各传感器检测的压力值与对应的目标数据一致时完成模拟。在具体实施时，先依据人体站立时目标数据中各测点最大压力值对大液压缸进行控制，由活动踏板3施加水平方向压力；其后控制器控制小液压缸5伸缩，检测活动踏板3上各压力传感器11的压力值，并与目标数据进行比对，依照比对结果继续对小液压缸5和大液压缸4的伸缩进行控制，形成闭环控制，直至活动踏板3上各压力传感器11反馈的压力值与目标数据各测点压力值在误差范围内一致时，完成模拟。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种卧位负重CT模拟装置，其特征在于，包括推板（1）、软垫底板（2）、活动踏板（3）、大液压缸（4）和小液压缸（5）；所述推板（1）垂直于所述软垫底板（2）设置，所述大液压缸（4）的两端分别与所述推板（1）和软垫底板（2）连接，所述大液压缸（4）用于带动所述推板（1）相对于所述软垫底板（2）平移；所述推板（1）的一侧固定设置有铰支座（6），所述活动踏板（3）的一侧与所述铰支座（6）通过球铰铰接，所述小液压缸（5）的两端分别与所述推板（1）和所述活动踏板（3）连接，所述小液压缸（5）用于带动所述活动踏板（3）相对于所述推板（1）翻转；

所述活动踏板（3）远离所述推板（1）的一侧设有人体足底图形，所述活动踏板（3）的人体足底图形范围内设置有若干压力传感器（11），还包括控制器、大液压缸控制系统、小液压缸控制系统，所述大液压缸控制系统用于控制大液压缸（4）伸缩动作，所述小液压缸控制系统用于控制小液压缸（5）伸缩动作，所述控制器分别与所述压力传感器（11）、大液压缸控制系统和小液压缸控制系统电联；

所述人体足底图形中：对应于人体足跟部的内侧和外侧各设有一个所述压力传感器（11），对应于人体足底中部位置设有一个所述压力传感器（11），对应于人体第一跖骨、第三跖骨和第五跖骨位置各设有一个所述压力传感器（11），对应于人体第一趾骨位置设有一个所述压力传感器（11），对应于人体第三趾骨和第四趾骨之间位置设有一个所述压力传感器（11）。

2.根据权利要求1所述的一种卧位负重CT模拟装置，其特征在于，所述软垫底板（2）上加工有滑槽，所述推板（1）上固定连接有滑轨（7），所述滑轨（7）可滑动的设置于所述滑槽内。

3.根据权利要求1所述的一种卧位负重CT模拟装置，其特征在于，还包括姿态调整装置，所述姿态调整装置包括活动靠垫（8）和角度调节器（9），所述活动靠垫（8）与所述软垫底板（2）可转动的连接，所述角度调节器（9）用于调节所述活动靠垫（8）与所述软垫底板（2）的倾角并用于使两者相对固定，所述活动靠垫（8）设置于所述活动踏板（3）远离所述推板（1）的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种卧位负重CT模拟装置，其特征在于，所述活动靠垫（8）朝向所述活动踏板（3）的一侧可翻转的设置有肩部挡板（10）。

5.一种卧位负重CT模拟方法，其特征在于，涉及权利要求1所述的一种卧位负重CT模拟装置，包括如下步骤：

S1、制备水平板，在水平板上绘制所述活动踏板（3）上相同的人体足底图形，并在人体足底图形内设置若干传感器，水平板上传感器位置与所述活动踏板（3）上传感器位置相对应；

S2、让患者站立在水平板上，采集若干压力传感器（11）的压力值；

S3、重复步骤S2，采集若干组压力值数据，取其算数平均值形成目标数据；

S4、患者置于所述软垫底板（2）上，所述控制器根据所述步骤S3中调取的对应的目标数据对大液压缸（4）和小液压缸（5）的伸缩动作进行控制，直至活动踏板（3）上各传感器检测的压力值与对应的目标数据一致时完成模拟。

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