CN2730332Y

CN2730332Y - 微创导航定位仪

Info

Publication number: CN2730332Y
Application number: CNU2004200889173U
Authority: CN
Inventors: 王管奇; 陈慧军; 王立城; 金思志
Original assignee: BEIJING KE-LIN-ZHONG MEDICAL TECHNIQUE INSTITUTE
Current assignee: BEIJING KE-LIN-ZHONG MEDICAL TECHNIQUE INSTITUTE
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2014-08-25

Abstract

本实用新型公开了一种微创导航定位仪，它包括：线性调节机座、云台机构、调节三维转角机构和控制系统；所述云台机构中的光电信号发生器设置于云台下方，在云台机构中，安装固定有三维角度传感器，所述三维角度传感器与所述控制系统的位置信号检测输入端相连接；所述云台机构与所述三维转角机构联接固定成一体，所述三维转角机构固定联接在线性调节机座的调节臂上。所述调节三维转角机构的X、Y、Z轴方向的驱动步进电机与控制系统的可编程控制器输出端相连接。本实用新型利用云台中的三维角度传感器和三维转角机构确定空间位置基准点，使云台根据指令寻找和确定空间夹角，具有自动、快速和准确的优点。

Description

微创导航定位仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，特别涉及精确指引医学断层影像所描述空间位置的独立设备。

背景技术

目前在医学领域利用靶向微创治疗手法治疗肿瘤的需求不断增加，但是微创穿刺如何定位导航，找到正确靶点是一个难题。现有的定位技术，如头架定位方式等，均不适用于体部，国外与CT机结合的电子激光导航架，价格昂贵，国产类似导航架定位精度不高。由于上述问题，目前一般仍然依靠有丰富经验的医生依托高超的技术，实现精确定位，但是难度较大。

发明内容

本实用新型所述微创导航定位仪，可以解决在医学影像信号引导下，根据CT扫描图像的病灶以及靶区靶点位置角度信号，自动、快速和准确的实现体部靶点定位的问题。

本实用新型所述微创导航定位仪结构包括：线性调节机座、云台机构、调节三维转角机构和控制系统；所述云台机构中的光电信号发生器以其产生的光电信号方向与云台平面垂直的方式设置于云台下方，在云台机构中，安装固定有三维角度传感器，所述三维角度传感器与所述控制系统的位置信号检测输入端相连接；所述云台机构与所述三维转角机构联接固定成一体，所述三维转角机构保证Z轴与大地水平面绝对垂直的位置，固定联接在线性调节机座的调节臂上；所述调节三维转角机构的X、Y、Z轴方向的驱动步进电机与控制系统的可编程控制器输出端相连接。

如上所述的微创导航定位仪，所述线性调节机座包括使云台以直线或弧线做上升移动的爬升机构、固定爬升机构的垂直升降机构和水平移动机构、固定垂直升降机构和水平移动机构的支承机构。

如上所述的微创导航定位仪，所述的云台机构内包括一个安装于云台下方的微创器械夹持装置，该夹持装置的夹持部位与所述光电信号形成的射线重叠。

如上所述的微创导航定位仪，所述爬升机构的滑行部件安装在一个弧形或斜线的支撑臂上，该支撑臂一端固定在定位仪中心立柱上，另一端悬空，臂上有供爬升机构上升或下降的轨道，驱动步进电机安装在滑行部件上。

如上所述微创导航定位仪，所述光电信号发生器为发射形成光点、光线或光网效果的激光束、红外线或光网信号发生装置。

如上所述微创导航定位仪，所述光电信号发生器为电磁波信号发生器。

本实用新型与传统的装置相比，具有优点和积极效果如下：

1 利用云台中的三维角度传感器和三维转角机构确定空间位置基准点，使云台根据指令寻找和确定空间夹角，具有自动、快速和准确的优点；

2 设置了爬升运动机构，扩大了云台的位置调整范围；

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的云台机构结构示意图。

图3是本实用新型的爬升机构结构示意图。

图4是本实用新型的爬升机构的另一个实施例。

图5是本实用新型的三维转角机构的三维空间调整装置原理图。

图6是本实用新型的控制系统电路原理框图。

具体实施方式

本实用新型的技术方案是以三维转角机构，使云台在医学影像信号引导下，利用倾角传感器进行云台水平调整和零位调整，并做X、Y、Z三维旋转，达到云台中光束坐标与CT影象零面坐标系高度一致，并且根据CT扫描图像的病灶以及靶区靶点位置角度，使云台自动依据输入数据信息快速准确地实现体部靶点定位。

微创导航定位仪的组成部分为：

云台机构；三维转角机构；由爬升机构、支撑臂、垂直及水平

移动机构和支撑结构组成的线性调节基座；以及控制面板和壳体等。

a.云台机构：可自动调整水平、垂直位置能自锁，能夹持微创器械。云台机构内设角度传感器及光电信号发生器、夹持器等。

b.三维转角机构：

可实现三维传动，内装步进电机，进行精密调节。

c.爬升机构：

使云台以直线或弧线做上升移动并能自锁。电控方法调节。

d.垂直升降机构：

使支撑臂能上升或下降，用电控方法调整

e.水平移动机构：

使支撑臂能水平、前后移动并自锁。用电控方法调整。

f.支承机构

在应用于临床将仪器牢固可靠的固定在指定位置以免整体位移。

g.控制机板：设有指示及开关。用于输入数据信息指令、操作及调整各项工作功能。

云台机构设置了光电信号发生器、三维角度传感器和微创器械夹持装置，做为该微创导航定位仪的输出端和空间位置基准点。云台机构安装在三维转角机构上，该机构可做三维角度调节，使云台根据指令寻找和确定空间夹角。而三维转角机构安装在一个爬升机构上，该爬升机构可以沿着一个支撑臂爬升或下降。支撑臂又固定在一立柱上，该立柱可以连带支撑臂做水平或垂直运动。则支撑臂的运动和云台在支撑臂上爬升运动共同扩大了云台位置调整范围。上述所有机构固定在壳体上。而壳体下部又设置了支撑机构。当支撑机构启动时可以将整个壳体撑离地面，从而保证了整台设备相对于地面的稳定。

本实用新型的具体结构可参见图1，所述升降机构3位于水平移动机构2之上，它们为普通的机械或电控升降、水平移动控制机构。所述水平移动机构固定在支撑机构1上，并且共同位于仪器的壳体4内，该机构与其连接的支撑臂做垂直或水平的可控运动。在壳体的左斜上方，设有控制面板5。爬升机构6的底端与固定于升降机构3上方的定位仪中心立柱10相固定联接。在图1中爬升机构6为斜线型支撑臂，爬升机构6的滑行部件7上固定有三维转角机构8，而三维转角机构的运动输出端与所述云台机构9实现固定联接。

云台机构9的具体结构参见图2，在云台上接X、Y、Z坐标固定有三维角度传感器于基准台面10上，在基准台面下方安装有发射方向垂直于基准台面的光电信号发生器11。该光电信号发生器11为可以形成光点、光线或光网效果的激光束、红外线信号发生器，也可以是电磁波信号发生器。在基准台面10下方还固定有微创器械夹持器12，该夹持器12的端部为夹持部位，其夹持面应与所述光柱13重叠，该夹持器12可夹持穿刺针等微创器械，沿光束引导的方向，到达预定空间位置，实现导航定位的目的。

爬升机构的实施例为弧线型支撑臂，其结构可参见图3，沿所述弧型支撑臂上设有弧型导轨14、齿型导轨15、滑行部件7上安装有动力驱动装置17，即步进电机，步进电机驱动一个齿轮转动，滑行拖板16为三维转角机构的固定装置。

爬升机构的另一实施例为斜线型支撑臂，其结构可参见图4，它由圆导轨18、齿型圆导轨19、滑行拖板16和滑行部件7组成。

三维转角机构由X、Y、Z轴转角机构20、21、22共同组成，它们均为普通的转角控制机构，其转角控制应精确度高。该机构又与爬升机构固定连接。此三维转角机构可以使云台相对于爬升机构做X轴、Y轴、Z轴三维旋转调节。该三维转角机构由三部互为直角安装的电机及驱动装置构成。从而保证了云台机构的三维精密旋转角度调节。该机构依靠电信号指示步进电机完成转角。三维转角机构的原理图可参见图4。

本仪器的控制系统可以参见图5。CT机断层影像角度信号送入可编程序控制器，三维角度传感器的坐标信号也送入可编程控制器，可编程序控制器根据上述输入信号，实现对云台自动调整水平零位和可控角度调态的任务。

整体设置可编程控制器，控制三维转角机构。安装于云台上的光电信号发生器，微创器械夹持器的中心轴与安装于云台上的三维角度传感器基准水平面绝对垂直固定，通过三维转角机构的程序控制可实现云台自动调整水平零位和可控角度调整。三维转角机构在支撑臂上的爬升运动，支撑臂的水平垂直移动等线性调节，不通过可编程控制器，直接进行电控调整并实现微调。

调节控制步骤是：

①.开启电源后首先调零位，三维角度传感器将水平偏差信号传输到可编程序控制器。可编程序控制器根据预先设置的程序，发出角度调整驱动信号至X轴、Y轴、Z轴电机驱动器。三个驱动器再驱动三部步进电机将云台调整至水平零位。此时云台之光电信号发生器中心轴与微创器械夹持器中心轴均处于与大地垂直的零位位置上。

②.调整支撑臂爬升机构或支撑臂水平垂直移动机构，使云台处于所需求位置附近。水平方位另一个轴向的调整由患者所卧床位的调整完成。

③.打开光电信号发生器，夹持微创器械。此时光电信号投影及微创器械中心轴指向应垂直于大地。

④.输入自医学影像获取的靶点三维角度偏差信号，可编程序控制器接收信息后即驱动三维转角机构带动云台进行三维角度调整至信号引导的方位角。此时，光电信号投影点及微创器械中心轴指向应在患者体表所画标记(根据医学影像制作微创手术计划时，标注在患者体表的微创入口标记)附近。

⑤.微调支撑臂机构及支撑臂水平垂直移动机构，使云台光电信号投影点及微创器械轴心与患者体表标记相重合。则此时，光电信号指向及微创器械指向，即为医学影像引导的方向。沿此方向进行微创手术，即可实现微创的精确导航定位。

使用方法

a.将本仪器推到临床予定位置后，将支撑机构起动在脚轮高于地面后固紧，仪器将稳定牢固地安置在予定位置上。

b.利用控制面板，调整零位，然后输入数据调整云台使激光信号达到予定位置。

c.将微创器械安装到夹持器上，重新确认其位置。

d.确认无误后可以进行微创手术。

Claims

1.一种微创导航定位仪，其特征在于它的结构包括：线性调节机座、云台机构、调节三维转角机构和控制系统；所述云台机构中的光电信号发生器以其产生的光电信号方向与云台平面垂直的方式设置于云台下方，在云台机构中，安装固定有三维角度传感器，所述三维角度传感器与所述控制系统的位置信号检测输入端相连接；所述云台机构与所述三维转角机构联接固定成一体，所述三维转角机构保证Z轴与大地水平面绝对垂直的位置，固定联接在线性调节机座的调节臂上；所述调节三维转角机构的X、Y、Z轴方向的驱动步进电机与控制系统的可编程控制器输出端相连接。

2.如权利要求1所述的微创导航定位仪，其特征在于：所述线性调节机座包括使云台以直线或弧线做上升移动的爬升机构、固定爬升机构的垂直升降机构和水平移动机构、固定垂直升降机构和水平移动机构的支承机构。

3.如权利要求1或2所述的微创导航定位仪，其特征在于：所述的云台机构内包括一个安装于云台下方的微创器械夹持装置，该夹持装置的夹持部位与所述光电信号形成的射线重叠。

4.如权利要求1或2所述的微创导航定位仪，其特征在于：所述爬升机构的滑行部件安装在一个弧形或斜线的支撑臂上，该支撑臂一端固定在定位仪中心立柱上，另一端悬空，臂上有供爬升机构上升或下降的轨道，驱动步进电机安装在滑行部件上。

5.如权利要求1所述的微创导航定位仪，其特征在于：所述光电信号发生器为发射形成光点、光线或光网效果的激光束、红外线或光网信号发生装置。

6.如权利要求1所述的微创导航定位仪，其特征在于：所述光电信号发生器为电磁波信号发生器。