CN1314370C - 具自动调整间距的电极震波产生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具自动调整间距的电极震波产生系统，主要包括一震波产生器，一高感度微型摄影器、以及一个间距控制单元。震波产生器包括一椭圆震杯和二支电极棒，每支电极棒部分地设于震杯内部，且二支电极棒间有一间距，高感度微型摄影器可以观察且撷取到间距大小的影像；间距控制单元控制间距大小，并且藉由移动电极棒以调整间距大小，以作为结石和骨疾方面的治疗，而达到控制间距大小得当的情况下，可以不增加电压操作的一种系统；且本发明的系统还包括一个计算机主控单元，以提供间距调整可以利用自动控制完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种具自动调整间距的电极震波产生系统，特别是一种聚焦与震波在病患的结石上，而可以产生高效率碎石处理的系统。
背景技术
近二十年来体外震波碎石的技术，提供了人体结石治疗的新方法，即，将传统侵入病患体内除去结石的侵略性手术，取代为体外震波(产生震波把结石击碎)，且广泛被结石病患所接受，一般在人为的监控下，碎石的成功比率至多为60-70％，此乃在结石治疗过程中，由于病患呼吸会导致结石的移动，因此导致震波不能够精准的击中结石。为了解决这个问题，台湾地区的成功大学成立跨系所团队，提出并获得中国台湾发明155087，针对结石的移动，可以产生实时性的追踪，来改善前述体外震波碎石技术以及系统的缺点。
目前市场上震波碎石器主要包括三种型式，即电水式、电磁式以及压电式等类型。与其它两种类型相比较，电水式的震波碎石器，由于较早被发明，因此也被更广泛地使用，电水式的震波碎石器产生高能通量的震波，而电磁式与压电式的震波碎石器则产生低能通量震波。因此电水式震波碎石器，治疗结石所需的震波次数在一个疗程中，大约需3000次震波次数，而电磁式与压电式震波碎石器则需大约5000-6000震波次数，导致电磁式与压电式的震波碎石器在疗程中，两者都花费较长的时间，而大多数医生和病患不喜欢长时间的治疗结石的过程。
此外，大多数电水式震波碎石器，在二支电极棒间的间距是无法被自动调整的，只有少数的几种机型可以容许手动来调整电极棒之间的间距；问题在于，若电极棒之间的间距不能够控制在一定的范围时，电极棒间的间距超过某个极限(或门坎)时，震波将会强度变弱，因此，往往疗程中是把电压增加到足够产生震波，但是如此的不同操作方法，将导致不同电压产生不同的震波强度，而当碎石的震波次数与强度无法掌握时，即导致碎石效率偏低。
不过，即使电极棒间的间距能够以手动操作进行调整，如果缺乏实时且有效的监测仪器，则病患必须移开震杯，以允许X射线或者其它方法对电极棒间的间距测量。因此，疗程经常中断，且对于被治疗的病患产生不便。
发明内容
本发明主要目的是提供一种具自动调整间距的电极震波产生系统，对于结石提供一个能够利用操作电压而产生震波的碎石系统上，而通过自动在二个电极棒间所为的间距调整，除可以在水中产生震波外，本发明可以提供同一操作电压，而使得震波强度比较均匀，且降低震波的次数，以及震波对于人体结石目标区的组织伤害。
此外，电极棒间的间距调整，可以配合任何电极棒材质来作。使用的电极棒的材质越软，其电极棒之间的间距则容易经常被调整(较容易被熔蚀)。而电极棒的材质越坚硬，其电极棒之间的间距则较不易经常被调整(较不容易被熔蚀)。因此，在不同的操作电压条件的下，结石治疗所需的次数可以达到有效控制，进而提高结石粉碎的效率。
本发明另一个目的是提供任何一种机型的体外震波碎石器，以及体外震波医疗机，作为结石和骨疾方面的治疗。
本发明的具自动调整间距的电极震波产生系统主要包括一个震波产生器、一高感度微型摄影器、和一个间距控制单元。震波产生器包括一个震杯与和两支电极棒，每支电极棒皆有部分是设于震杯内部，且二支电极棒之间存在有一个间距。高感度微型摄影器能够在此一间距中撷取出一个电极棒间距的影像，并藉由间距控制单元则可以调整电极棒间距的大小，并且提供电极棒一个进给量，而在实验中也发现，本发明震波产生器所使用的震杯，其偏心率约在0.71为较佳。
在本发明的实施例之一中，震波产生器以震杯为基础，这基础包括一个高感度微型摄影器，以及可以使高感度微型摄影器穿透照射而取得间距影像的窗口。
间距控制单元包括二个伺服马达，以及二个驱动伺服马达的驱动器。
在发明的另一个实施例中，间距控制单元包括一张马达的多轴的轴控卡，以及连接一个I/O卡，藉以控制伺服马达，从而控制二支电极棒之间的间距。间距控制单元更进一步包括二个传动机构，而每一个传动机构各包括一个伺服马达组，其中该间距控制单元更进一步包括两个传动机构，每一个传动机构包括被伺服马达所旋转驱动的第一组件，以及一个第二组件，第一组件并作为第二组件的推进支持，且每一个电极棒与第二组件连接，并且沿着纵向的直线运动。
该系统进一步包括一计算机主控单元，以作为分析与比较电极棒实际间距与最佳间距的差值并且可以设定，当此一差值超过预设的极限时，启动间距控制单元，此一计算机主控单元可以包括一个以G语言为基础的程序。
而且，系统内的高感度微型摄影器包括一影像撷取卡，系统也包括一I/O卡，以达到控制电压的稳定，以利于体外震波碎石器系统产生震波。
以下参考附图，详细说明本发明的内容、特色和实施例，以便于进一步理解本发明。
附图说明
图1是本发明体外震波碎石系统的系统架构示意图：
图2是本发明系统的震波产生器的立体图；
图3是由图2所视的俯视图；
图4是由图2所视的侧视图；
图5是本发明藉由回馈讯号而控制的流程图；
图6是本发明配合疗程的工作流程图；
图7A是显示在二电极棒之间有间距控制条件下聚焦压力曲线图；
图7B是显示在二电极棒之间无间距控制条件下聚焦压力曲线图。
附图标记说明：1影像撷取单元；11高感度微型摄影器；12影像撷取卡；2间距控制单元；21伺服马达；211减速器；22驱动器；23轴控卡；25传动机构；250第一皮带轮；251皮带；3计算机主控单元；31间距控制程序；32影像间距分析程序；33I/O卡；4震波产生器单元；40底座；41震杯；42电极棒；421衬套；43第二皮带轮；44固定座；45窗口；46铜基座。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明为一种具自动调整间距的电极震波产生系统，本发明的主要包括一个影像撷取单元1，一个间距控制单元2，一计算机主控单元3，一震波产生器单元4(请参阅图2所示)。
影像撷取单元1包括一个高感度微型摄影器11以及影像撷取卡12。高感度微型摄影器11装设在一震杯41底座40的下方(请参阅图3所示)，底座40包括一透明的窗口45，以容许二支电极棒42间的间距被高感度微型摄影器11由此一窗口45所测量，尤其是在该电极棒42经过高压放电后的高温熔蚀所产生的间距，而经由测量所产生的间距影像，并且通过影像间距分析程序32分析与处理，并且提供一个回馈信号给间距控制单元2。
请参阅图1至图3所示，间距控制单元2至少包括一个伺服马达21(本发明的实施例为2个)，至少一减速器211(本发明的实施例为2个)，作为驱动伺服马达21的驱动器22(本发明的实施例为二个)，以及至少一传动机构25(本发明的实施例为二个)。而在实施例方面，每个伺服马达21的驱动器22连接多轴的轴控卡23，多轴的轴控卡23是一张内建马达微处理器的适配卡，由此控制电极棒42之间的间距。传动机构25包括第一皮带轮250，该第一皮带轮250被减速器211连接且连动，且被伺服马达21连接并且驱动，每一个传动机构25包括第二皮带轮43，且设有一皮带251，环绕在第一皮带轮250和第二皮带轮43周围。
计算机主控单元3包括一个可以分析前述二电极棒42间的间距的影像间距分析程序32，以及藉以驱动电极棒42间距控制程序31，间距控制程序31与影像间距分析程序32被写进计算器控制3单元的内存内。主控单元3可以搭配设置一个I/O卡33，以利用I/O卡33对于输入与输出的电压达到控制，达到稳定电压，从而稳定震波的功能。
请参阅图2至图4所示，震波产生器4包括震杯41与电极棒42。为了避免漏电于水中，每支电极棒42的在震杯41内设于一铁弗龙所制的衬套421里面。传动机构25的第二皮带轮43连接于铜基座46，且被电木所制的固定座44所支持，每支电极棒42被焊接在铜基座46。
第一皮带轮250和第二皮带轮43和皮带251可以被任何其它合适的组件所取代，例如齿轮和链条。而且，其它符合本发明范围的组件亦可容许。减速器211也可被省略，甚至伺服马达21也可以容许被其它等效组件所替换，而去移动电极棒以直线进行，例如，在电极棒42间的间距，可以通过水力或者气动控制调整。而且，值得注意的是，电极棒42之间的间距可能被通过使用一套伺服马达21来调整，减速器211、驱动器22、以及传动机构25。但是如此一来，震杯41的中间可能必须调整，以因应震波击发后的焦点。
请参阅图5所示，在电极棒42之间作为间距控制的计算机主控单元3，请参阅图6本发明配合疗程的工作流程图所示，该计算机主控单元3可以包括一个G语言的程序。请参阅图5所示，实验中也发现到一个最佳的间距，而实际的间隙则由高感度微型摄影器11所监测与辨识，并且将电极棒42实际的间距讯息传送至计算机主控单元，以影像间距分析程序32分析。编码器26是作为传送替代的数据，伺服马达21可搭配减速器211，尚包含前述驱动器22和多轴的轴控卡23所形成的伺服控制单元，当实际所产生的间距，和最佳间距的差距超过一个设定极限时，比较的结果被传送到伺服控制单元启动伺服马达21，令二支电极棒42在被高感度微型摄影器所摄取影像，真实间距与最佳间距的差距，也就是于电极棒42在击发熔蚀的后，在那些电极棒42间的实际间距大于最佳间距时，程序继续在可接受范围内保持实际间距，允许电极棒42在高温燃烧而熔蚀的情况，无须增加施于电极棒42的电压。
图6显示本发明配合疗程的工作流程图。首先，本发明所使用的工作流程必须先进行初始设定诸项参数，例如震波累计变量(由计算机计算)、由治疗的医师决定病人疗程所需震波总次数、电极棒熔蚀间距、电极棒最佳间距(经由实验所得知)、电极棒熔蚀的实际间距…等等；且疗程中必须要求震波累计变量为医师决定的疗程所需震波总次数。
然后，启动高感度微型摄影器，高感度微型摄影器启动后，可以撷取二电极棒42的间距影像，并且分析电极棒熔蚀的实际间距的大小，并进而决定是否调整间距，如果必须调整，则进行电极棒间距的调整，使电极棒熔蚀间距调整至最佳间距，如果无须调整，则继续进行电波击发的步骤。当震波累计变数等于疗程所需震波总次数时，此时符合疗程所需，直到依据医生决定而结束工作流程。
图7A为显示本发明有间距控制条件下聚焦压力曲线图，即显示震波产生器4的电极棒42之间有所控制情况下的聚焦压力曲线图。图7B为显示本发明无间距控制条件下聚焦压力曲线图，即显示震波产生器4的电极棒42之间并无控制情况下的聚焦压力曲线图。此处的电极棒42系以青铜做成，从图7A图与图7B中可以发现，明显可以看出有间距条件控制下可以产生稳定压力输出，且在1500次震波以后，平均聚焦压力值远比无间距控制的条件下的平均聚焦压力高出很多。本发明在实施震波1500次、青铜电极棒有、无间距控制条件下的结石粉碎率比较，有间距控制条件下的结石粉碎率为55％，而无间距控制条件下的结石粉碎率为27％，有间距控制条件的结石粉碎率几乎提高一倍。(此处结石粉碎率的定义为结石碎片小于2mm的重量除以结石原来重量)。
此外，本发明的电极棒可使用长度比传统的电极棒长10倍以上，因此耗材费用节省10倍以上。由于本发明可用电极棒长度比传统电极棒长10倍以上，故一组电极棒可以使用十个病人以上，而传统的一组固定间距电极棒只能使用一次(一个病人)，对医院而言，节省十倍以上的电极棒材料支出。
此外，本发明可以避免增加电极棒42的操作电压，而给予相同的操作的电压与相同强度，可以降低震波对于病患的组织伤害。此外，电极棒42间的间距调整，可以配合任何电极棒42材质来作。电极棒42的材料越软，在电极棒42之间的间距被经常调整。因此，习用电极棒42间距扩大而导致疗程中必须不断施予不同操作电压的情况已被改善，且本发明对于震波碎石的技术效率上也达到提升与改进。
而且，就本发明的应用领域而言，本发明可以应用到近年来治疗骨科有关疾病的体外震波医疗机，骨科有关疾病有如五十肩、运动伤害的网球肘和高尔夫球肘、钙化性关节炎、脚刺、无法自然愈合的骨折。
上述所陈仅为本发明一较佳实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化，皆属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于包括：
一震波产生器，包括一个椭圆震杯以及两支电极棒，每一支电极棒设于震杯内部，且二支电极棒之间具有一个间距，且该间距位于震杯焦点的中间；
一高感度微型摄影器，以撷取二支电极棒间的间距影像；以及
一间距控制单元，该间距控制单元为一个控制二支电极棒间距的控制单元，至少包括一个可以移动二支电极棒以调整其间距的传动机构。
2、如权利要求1所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该震波产生器包括以一个椭圆震杯为主体，以作为提供其它组件安装的基座，该基座包括一个提供高感度微型摄影器撷取影像的清晰窗口。
3、如权利要求1所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该间距控制单元包括二个伺服马达，以及二个伺服马达的驱动器。
4、如权利要求3所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该间距控制单元包括两个传动机构，每一个传动机构包括被伺服马达所旋转驱动的第一组件，以及一个第二组件，第一组件并作为第二组件的推进支持，且每一个电极棒与第二组件连接，并且沿着纵向的直线运动。
5、如权利要求1所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该系统包括一个计算机主控单元，控制震波产生器中椭圆震杯中两支电极棒间的间距，当电极棒实际间距与最佳间距的差值超过一个设定极限时，启动间距控制单元。
6、如权利要求5所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该计算机主控单元包括一个G语言为基础的程序。
7、如权利要求3所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该间距控制单元包括一个多轴的轴控卡，并连接一个I/O卡，以控制伺服马达，并藉以控制电极棒间的间距。
8、如权利要求1所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该高感度微型摄影器配合连接一影像撷取卡。
9、如权利要求4所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该第一组件为第一皮带轮，以及第二组件为第二皮带轮，以及设有环绕在第一皮带轮与第二皮带轮的一皮带，每一个电极棒安装在铜基座上，铜基座连接在第二个皮带轮以及在一个固定座上。
10、如权利要求1所述的具自动调整间距的电极震波产生系统，其特征在于该椭圆震杯的偏心率约为0.71。
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