CN1319378A

CN1319378A - 体外冲击波碎石术的计算机定位装置

Info

Publication number: CN1319378A
Application number: CN 01110526
Authority: CN
Inventors: 张禄荪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: CN1126509C

Abstract

本发明公开了一种体外冲击波碎石术的计算机定位装置,该装置通过检测冲击波发生装置第二焦点的位置,检测B超装置位置及由B超装置检测结石位置,由计算机进行座标转换,计算结石位置和第二焦点位置间的距离,然后控制相应的传动系统,使对石位置与第二焦点位置重合。本发明的装置具有使用方便,定位准确,可靠性高的优点。

Description

体外冲击波碎石术的计算机定位装置

本发明涉及体外冲击波碎石术的计算机定位装置

体外冲击波碎石术是通过在病人体外发出的冲击波冲击体内胆管、肾、尿道或膀胱内的结石，使之粉碎，然后经尿道排出体外，实现治疗的目的。

实现体外冲击波碎石术的装置是体外冲击波碎石装置。该装置是基于椭球体第一焦点上发出的冲击波将会聚于第二焦点上这一特性设计的。体外冲击波碎石装置包括一个冲击波发生装置，该装置用于产生冲击波，发生冲击波的波源可以是电火花发生器、超声发生器、激光器或其它能瞬间发生高脉冲能量的装置。一个确定体内结石位置的装置，该装置通过B超、X线或XTV或两者结合检测出欲粉碎结石所在位置。一个手动控制装置，该装置按照确定体内结石位置的装置检测到的结石位置人工地将其调整到椭球体第二焦点上，使之重合，然后由冲击波发生装置发出冲击波矗击结石，从而实现治疗。

如上所述，粉碎人体内结石的重要一环是如何检测到体内结石所在位置，并把它调整到与体外冲击波装置的椭球体第二焦点上。为此，已有不少人提出了各种不同的解决方案。例如，Kudo Nobuki等1990年5月4日在欧州专利申请EP-0397056中提出一种技术方案，该方案是通过操作人员控制操纵杆实现焦点标志与显示屏上显示的欲粉碎的结石的像一致。显然，这是一种借助人工的解决方案。但是，该方案存在不足之处。第一，由于超声探头位于冲击波换能器凹形面的中心，将损失部份冲击波换能器反射冲击波的面积，降低了有效能量。第二，实现欲粉碎结石位置与所述第二焦点重合是借助于人工操作，准确性受到限制。

因此，本发明的目的在于提供一种体外冲击波术的计算机定位装置。

按照本发明的冲击波碎石术的计算机定位装置包括：

一个冲击波发生装置，该装置包括一个冲击波发生源，它可以是电火花发生器、超声波发生器，激光器或其它能瞬间释放高脉冲能量的冲击波发生源。冲击波发生器还包括一个与人体相接触的，而且能随人体表面轮廓改变其形状的水囊。冲击波发生装置还包括一个检测和控制冲击波发生装置第二焦点所在位置和将其调节到欲要求位置的装置，该装置包括多个位置传感器和传动系统。

一个检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生器的第二焦点位置重合的装置，该装置包括一个B超装置，多个传感器和传动系统。

一个计算控制装置，它包括一个含特定软体的计算机，一个显示冲击波发生器的第二焦点所在位置和人体内结石位置的显示装置，和一个键盘。所述的计算机接收冲击波发生装置的传感器检测到的该装置第二焦点所在位置的数据，和由检测人体内结石位置和将其调节到与所述的冲击波发生装置的第二焦点位置相重合的装置的传感器检测到的人体结石位置的数据，按所述软件的预定程序进行座标转换，并将计算结果控制相应的传动系统，例如，冲击波发生装置的传动系统，以调节人体位置和/或冲击波发生装置，最终使人体内结石位置与冲击波发生装置的第二焦点(也称炮点)重合，以使实现碎石。

不难看出，按照本发明的体外冲击波碎石术的计算机定位装置包括两个座标系，一个是冲击波发生装置检测其所在位置装置的座标系。为简便起见，下面将称为绝对座标系。另一个是B超装置检测人体内结石位置的检测装置的座标系，下面称为相对座标系。因此，本发明的计算机定位装置实质上是将分别按绝对座系和相对座标系检测到的冲击波发生器和人体结石位置，将其中之一转换到另一座标系中，然后通过移动或转动使两者的位置重合。在后面将说明实施例中，进一步为方便起见，将绝对座标系和相对座标系简化到同一平面内。这一简化，在实际的结构中是不难实现的。

显然，按照本发明的体外冲击波碎石术的计算机定位装置由于采用了先进的传感器技术和计算机技术，从而使它与已有技术的定位技术相比具有使用方便，定位准确，可靠性高的优点。

本发明的上述目的和其它目的及其优点通过下面结合附图所示实施例的详细说明将会更加清楚，附图有：

图1是按照本发明的体外冲击波碎石术的计算机定位装置的部份结构示意图。

图2是计算控制部份示意图；

图3是座标转换关系；

图4是计算机软件的流程图。

现在参照附图1和图2说明按照本发明的体外冲击波碎石术的计算机定位装置。如图所示，包括一个冲击波发生装置10，一个检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点位置重合的装置30和一个计算控制装置50。其中，所述冲击波发生装置10进一步包括一个冲击波源11，冲击波源可以是电火花发生装置、激光器、超声发生器或其它可瞬间发生高脉冲强量的装置，其前端有一可随人体外形轮廓改变形状的水囊12。冲击波源11和水囊12可通过电动机13、传动装置14在高度方向(Z方向)调节其高度，以及一个检测高度变化的传感器15，该传感器检测的结果将输入计算控制装置50。冲击波源11和水囊12可通过电动机16和传动装置17在水平方向(Y方向)上调节其位置，以及一个检测其水平方向上位置变化的传感器18，该传感器检测的结果将输入计算控制装置50。冲击波源11和水囊12还有一个通过电动机和传动系统19在垂直于图面方向(X方向)上调节其位置，以及一个检测其垂直于图面方向上位置变化的传感器20，该传感器检测的结果将输入计算控制装置50。

尽管上述的冲击波发生装置在X、Y、Z三个方向分别具有检测调节装置，不难理解，X方向上的检测传动装置，即传感器20和传动系统19是可以省略的。

下面继续参照图1说明按照本发明的体外冲击波碎石的计算机定位装置的检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点重合的装置。检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点位置重合的装置30包括一个B超装置31，该装置装在转动座32上，并能围绕转动座32的转动轴转动，以及一个检测B超装置转角α的传感器33。一个检测B超装置31的B超头部伸出长度ρ的传感器34。B超装置31和转动座32如同冲击波发生装置10一样可以在水平方向(Y方向)和高低方向(Z方向)上调节。水平方向的调节是通过电动机40和传动装置35实现。另外，还有一个在Y方向上的位置传感器36。高低方向的调节是通过电动机37和传动装置38实现。同样，在Z方向上也有一个位置传感器39。

下面参照图2，说明体外冲击波碎石术的计算定位装置的计算控制装置50。该装置包括一个具特定软件的计算机主体51。分别由检测冲击波发生器10所在位置的位置传感器15、18和20，和检测人体结石位置的传感器33、34、36和39的检测结果经计算机51的接线总成52和A/D卡53以数字信号输入计算机51，计算机51将按下面将说明的预定程序计算出冲击波发生器10的第二焦点与结石间的相对位置，并将该数据通过D/A卡53控制相应的电动机工作，使两者重合。显示器54显示出第二焦点与结石所在位置。键盘55用于输入不同信息，其中包括控制电动机工作的信息。

现在参照图3说明按照本发明的体外冲击波碎石术的定位装置的座标转换关系。如前所述，结石与冲击波发生器的第二焦点处于同一平面内。

令冲击波发生器所在座标系为绝对座标OYZ，其第二焦点F₂在该座标系的座标为Y_f、Z_f。令B超装置的转动中心为原点o的座标系为相对座标系oyz，相对座标系的原点o在绝对座标系OYZ中的座标Δy,Δz。

现在说明B超装置如何确定人体结石位置。B超装置确定人体结石位置是通过其探头伸出长度的传感器34和转动角度传感器33的检测结果确定，即

y_s=(ρ₀+ρ+d)cosα

z_s=(ρ₀+ρ+d)sinα式中，ρ₀为B超装置探头的固定长度，

ρ为B超装置探头的伸出长度，

d为B超探头与人体接触处至结石间的距离，可从B超装置监视器上读出。因此，人体内结石在绝对座标系的座标位置Y_s、Y_z为：

Y_s=Δy+(ρ₀+ρ+d)cosα

Z_s=Δz+(ρ₀+ρ+d)sinα所以，人体结石位置与冲击波发生器第二焦点F₂在绝对座标系OYZ中的位置差异，或不重合的差异为

ΔY=Y_f-Ys

ΔZ=Z_f-Ys

按照上述的座标转换关系确定了计算机51中的特定软件，其流程图如图4所示。

如图所示，在步骤S401采集治疗床所在装置，亦即确定冲击波发生器10的第二焦点位置Y_f、Z_f，采集的数据在步骤S402通过A/D转换器53进行数据转换和处理，使之适合于计算机51输入。另一方面，由B超装置31测得人体结石位置y_s、z_s、α、ρ₀、ρ、d，并经A/D转换器43转换成适合于计算机输入的数字信号。步骤S404将来自步骤S402和S403的第二焦点位置和B超测得的人体内结合位置，计算它们的相对位置ΔY、ΔZ是否是零，即两者是否重合。如判断的结果为零，则进入步骤S407，表明定位完成，可实施对结石的轟击。如步骤S405判断的结果不为零或其中一个不为零，则进入步骤S406，在该步骤将不重合的数据，即ΔY、ΔZ通过D/A转换器转换后作为控制电动机转动的控制数据，程序返回步骤S401。重复前述的处理过程，直至在步骤S405判断的结果为ΔY=0 ΔZ=0，然后进入步骤S407，定位完成。

申请人已就本发明的体外冲击波碎石术的计算机定位装置的构思及其实施例作出了详细说明，对于本专业的技术人员在此基础上可以作出各种变换和改进，但这些变换和改进都没有脱离本发明的精神，都是在权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims

1．一种体外冲击波碎石术的计算机定位装置，其特征在于，包括：一个冲击波发生装置，该装置包括一个冲击波源，一个与人体相接触的，且能随人体表面轮廓改变其形状的水囊，以及一个检测冲击波发生装置的第二焦点所在位置和将其调节到欲要求的装置，该装置由多个传感器和传动系统组成；

一个检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生器的第二焦点相重合的装置，该装置包括一个B超装置，以及多个传感器和传动系统；

一个计算控制装置，该装置包括一个含特定软件的计算机，一个显示冲击波发生器的第二焦点所在位置和人体内结石位置的显示装置和一个键盘；所述的计算机接收冲击波发生装置的传感器检测到的该装置第二焦点所在位置的数据，和由检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点位置相重合的装置的传感器检测到的人体内结石位置的数据，按所述软件的预定程序进行座标转换，并将计算结果控制冲击波发生装置和/或检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点位置相重合的装置的传动系统，使人体内结石位置与冲击波发生装置的第二焦点重合。

2．按照权利要求1所述的装置，其中所述的冲击波源可以是电火花发生装置、超声发生装置、激光器或其它能产生瞬间高脉冲能量的装置。

3．按照权利要求1所述的装置，其中所述的冲击发生装置的多个传感器和传动系统包括一个在高度方向(Z方向)上的位置传感器和一个由电动机和传动装置组成的传动系统，和一个在水平方向(Y方向)上的位置传感器和一个由电动机和传动装置组成的传动系统；

所述的检测人体内结石位置和将其调节到与所述冲击波发生装置的第二焦点位置重合的装置的多个传感器和传动系统包括在高度方向(Z方向)调节B超装置高度的位置传感器和一个由电动机和传动装置组成的传动系统，一个在水平方向(Y方向)上调节B超装置位置的位置传感器和由电动机和传动装置组成的传动系统，以及测定B超装置转动角度的传感器和测定B超装置探头伸出长度的距离传感器。

4．按照权利要求1所述的装置，其中所述的座标转移为：由B超装置测得的人体内结石的位置在相对座标系的座标为：

y_s=(ρ₀+ρ+d)cosα

z_s=(ρ₀+ρ+d)sinα式中，ρ₀为B超装置探头的固定长度，

ρ为B超装置探头的伸出长度，

d为B超探头与人体接触处至结石间的距离；

人体内结石在绝对座标系中的座标为：

Y_s=Δy+(ρ₀+ρ+d)cosα

Z_s=Δz+(ρ₀+ρ+d)sinα其中：ΔY,ΔZ是相对座标系原点至绝对座标系原点间的距离；

ΔY=Y_f-Ys

ΔZ=Z_f-Zs式中Y_f、Z_f是第二焦点在绝对座标系中的座标；

ΔY,ΔZ是结石位置与第二焦点间距离在绝对座标系的Y轴和Z轴上的投影。