TW482659B - Auto-tracking system for renal stones - Google Patents

Description

482659 五、發明說明α) 【前言】： 由於經 白質含量； 成腎結石， 使個人蒙受 近二十 刀取石方法 醫療院所泌 石及膀胱結 是知， ，經由水和 聚焦於結石 行排出碎片 命中率與治 濟生活提昇，許多人飲食習慣趨向精緻及高蛋 此外，亦由於遺傳或其他不明的原因，容易造 腎結石造成患者有疼痛、噁心、嘔吐等現象， 健康、生命之危害，以及造成社會之損失。 年來治療人體結石的方法，大致已由傳統的開 改為體外震波碎石術。體外震波碎石機在現今 尿科中運用相當廣泛，舉凡腎結石、輸尿管結 石皆可由其治療。 體外震波碎石原理乃在於利用爆震產生之震波 人體組織作為介質，震波在橢圓形震杯反射後 ，以瞬間高壓將之擊碎。爾後可由人體組織自 ，以達成治癒的目的。由此可知，震波擊石的 療效果有直接而顯著的關係。 ' 【習用技術】： 一般碎石機之結石定位方法，係以既有之震波碎石機 以X光和超音波偵測結石位置，一但鎖定結石位置之後， 即在此固定點以震杯進行多發之震波聚焦以期擊碎結石。 但是内臟在腹腔内會因呼吸引發運動而導致結石亦隨之移 動，其距離甚至可達七公分，遂將結石移出震波聚焦之高 壓區，不但，碎石無效，更容易誤擊而傷及組織產生其他後 遺症。因此若能在執行震波碎石過程中，鎖定結石移動， 可以大幅提昇震波碎石效果。

第5頁 482659 五、發明說明（2) 睽諸習用震波碎石的方法，其缺點主要肇於習用體外 震波碎石機對於結石在腹腔内因呼吸引起之移動均無處理 之對策，就硬體設備而言，亦無一因應結石偶發或瞬間移 動之機構，得以克服其缺弊。 因此目前國内外醫院之體外震波碎石機之碎石效果在 無人為監控下大約只有四成五，如輔以醫師之人為經驗與 技術為進一步監控，其碎石效果亦只能約略提昇至六成多 【發明目的】：

有鑒於習用技術對於震波碎石療程中，因呼吸而造成 之結石偏移未能有一即時性的反應，以及醫師對患者結石 移動之掌握有所不足；為提昇醫療品質以及醫療設備之進 步，本發明之各發明者綜合醫療、航太、電機等實務經驗 與研發心得，如今設計一套「結石自動追蹤系統」，藉由 「即時性」監視結石移動，隨時回饋結石位移量至運動控 制器，驅使震波聚焦之能夠即時反應，以高壓準確地粉碎 結石。 以下藉由圖式說明本發明之構造、特點與實施例，俾 使 貴審查委員對本發明有更進一步之了解。 【圖式部份】： 第一圖係本發明之結石自動追蹤系統圖 第二圖係本發明之伺服控制系統機構立體圖 482659 五、發明說明（3) 第三圖係本發明之超音波影像結石位移量示意圖 第四圖係本發明之伺服移動平臺與震杯一超音波探頭 弧執關係立體示意圖 第五圖係本發明運用於震波碎石機之結石追蹤流程圖 【圖式中之參照號數】： (1 ):數據處理單元（電腦） (11) ••影像處理程式 (12) :結石定位程式 (13) :機構運動控制程式 (2):超音波掃描儀 (21):超音波探頭 (3 ):運動控制器 (4 ):伺服移動單元 (40) :弧執 (41) :伺服移動平臺 (42) :震杯 (43) :馬達 (44) :編碼器 (45) :絕緣體 (46) :減速器 (47) :驅動器 (48) :解碼器

482659 五、發明說明（4) 【發明說明】： 請參閱第一圖，配合第二圖所示，本發明係關於一種 結石自動追蹤系統，該系統主要包括有： 一、 數據處理單元（電腦）（1 ): . 電腦（1 )為一人機介面，它連結超音波掃瞄儀（2 )，與運動控制器（3 );隨時分析由超音波掃瞄儀 (2 )傳來之結石影像和結石位移量，並負責將伺服 移平臺（4 1 )所應移動之位移量傳輸至運動控制器 * (3 )，數據處理系統除基本作業系統外，主要包括 結石影像處理程式（1 1 )、結石定位程式（1 2 ) 和機構運動控制程式（1 3 )。 馨 二、 超音波掃描儀（2 ): 超音波掃描儀（2 )(含探頭2 1 )將結石影像傳輸 到電腦（1 )中，因此結石因呼吸所造成之往復運動 亦將被捕捉在超音波影像中，經由結石影像特徵萃取 技術處理，可以計算出結石每一瞬間在掃描面上偏離 第二焦點之二維位移量（U，V )，如第三圖所示。假 設超音波探頭（2 1 )與鉛垂線夾角為0 (見第四圖 ， )，則伺服移動平臺（4 1 )跟隨之移動，其移動量 為： " (△X，/\Y，AZ) = (Usin0，V，U cos 0 ) (I) 上述之移/動值一旦由電腦（1)算出，隨即傳輸至運¥ 動控制器（2 )，而驅動器（4 7 )聽從其指令後命 令伺服馬達（4 3 )帶動伺服移動平臺（4 1 )跟上 482659 五、發明說明（5) 結石位置。 三、 運動控制器（3 ): 運動控制器（3 )連結著驅動器（4 7 )、馬達（ 4 3 )和編碼器（4 8 )，它是以PID (Proportional Integral and Derivative )控制法 分析編碼器（4 4 )回傳之馬達（4 3 )位置及速 度。參考後命令馬達（4 3 )和減速器（4 6 )作 動。運動控制器（3 )和驅動器（4 7 )之實體，請 參考附件一。 四、 伺服移動單元（4 ): 主要包括三個驅動器（4 7 )、三個A C馬達（4 3 ) 、三個編碼器（4 8 )、三個減速器（4 6 )、三個 編碼器（4 4 )、三個絕緣體（4 5 )、三個解碼器 (4 8 )及一個伺服移動平臺（4 1 )。該馬達（4 3 )與減速器（4 6 )、絕緣體（4 5 )結為一體， 安裝於伺服移動平臺（4 1 )上，其實體參考附件二 、三。每一伺服馬達（4 3 )負責伺服移動平臺（4 1 )之一個方向運動。因此三個馬達（4 3 )可以使 伺服移動平臺（4 1 )做三度空間運動。 此外，伺服移動平臺（4 1 )上有震波產生器（ 震杯）（42)，可以移動震波聚焦區域（第二焦點 )到結石位置，參考第四圖所示。圖中震杯（4 2 ) 和超音波探頭（2 1 )同置於弧執（4 0 )上。由於 482659 五、發明說明（6) 震杯（4 2 )第二焦點與弧執（4 0 )圓心重合，而 超音波掃瞄面亦通過此重合點，此點僅可被伺服移動 平臺（4 1 )所帶動，而與弧軌（40)轉動角度無 關，且永遠與超波掃描面相交，因此醫師得以藉由超 音波影像判斷結石是否位於第二焦點上。 【原理】 本發明結合醫療、航太、資訊、電機等實務與原理 ，就結石影像之分析與判定原理而言，乃由超音波掃瞄取 得結石患部影像，利用影像灰階程度超過某一閥值而決定 一可能之結石區域，再藉由結石區域中候選者之前後外形 變化微小者，判別為結石（即結石影像特徵之萃取），進 而算出結石中心位置。由連續瞬間取像即可決定結石移動 執跡。取像以每秒1 0次以上為較佳實施例。其次，結石定 位原理是利用超音波掃瞄面中之結石偏離第二焦點之漂移 量，經由座標轉換公式（I)算出參考座標（X，Y，Z)中之結 石瞬間位置。 【系統特色所形成之優點】 本發明結石追蹤系統經多次實驗證實可以提高碎石效 率如下表統計，樣本為取自病患之結石運動執跡。 從表一中吾人可知有無追蹤下碎石效率由四成五提升 到八成六，顯見本發明之效果確實能夠有效地擊碎移動中 之結石。另外實驗亦證實，結石落在有效聚焦範圍程度，

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第11頁 482659 五、發明說明（8) 表一 結石在有無追縱下之碎石效率比較 樣本 不追蹤（％ ) 追蹤 ( 1 36. 9 84. 5 2 63. 9 93. 1 3 38. 3 84. 0 4 46. 1 82. 1 5 50. 4 88. 9 6 35. 2 82. 1 7 52. 6 81 · 7 8 17. 4 86. 0 9 37. 6 91. 6 10 48. 4 70. 6 11 39. 8 83. 7 12 58. 8 98. 9 13 60. 7 85. 1 平均 45. 1 85. 6 【結語】： 綜上所述，本發明在整合不同物件並配合軟體設計成 為一套系統，該系統並已製成實物如附件所示，如 鈞局 ¥ 認有必要實地履勘或實際測試，申請人當竭誠配合，以證 實本發明確可達到所預期達成之功效，爰依法提出專利申

第12頁 482659 五、發明說明（9) 請。 舉凡依 皆屬本 惟上述所陳，為本發明產業上一較佳實施例 本發明申請專利範圍所作之均等變化或等效設計 發明申請專利範圍之列。 附件一：運動控制器和驅動器及其連接實體圖 附件二：馬達、減速器、絕緣體（紅色）連接伺服移動平 台實體圖 附件三：馬達、減速器、絕緣體（紅色）連接伺服移動平 台實體圖

% 13 β

Claims (1)

1. 482659 六、申請專利範圍 【專利範圍】 1 、一種結石自動追蹤系統，尤指一種配合震波碎石 以即時性追蹤結石漂移並以震波擊碎之輔助系統 系統主要包括： 一數據處理單元（電腦）： 就硬體設置而言，電腦為一人機介面，其連結 波掃瞄儀與運動控制器；隨時分析由超音波掃 傳來之結石影像和結石位移量，並負責將伺服 平臺所應移動之位移量傳輸至運動控制器； 一超音波掃目结儀： 超音波掃瞄儀之超音波探頭架設於伺服移動平 且該超音波掃瞄儀與數據處理單元中之影像處 式形成作業連線； 一運動控制器： 該運動控制器連結驅動器，且透過編碼器與解 器、馬達、減速器形成作業連線； 一伺服移動單元： 伺服移動單元其主體為一伺服移動平臺，移動 上設有一弧軌，弧軌上則設有震波產生器（震 ，可以移動震波聚焦區域（第二焦)到結石 ;伺服移動平臺内部設有馬達；馬達受驅動器 Λ ，另設一解碼器，與數據處理單元之機構運動 程式形成作業連線連線；以接受指令帶動伺服 平台；藉由本發明之自動追蹤系統，即時調整 機， ，該 超音 描儀 移動 臺， 理程 石馬 平臺 杯） 位置 驅動 控制 移動 第二 482659 六、申請專利範圍 焦點於結石位置，使震波得以準確擊中結石並粉碎 之，減少結石附近之組織傷害。 2 、如申請專利範圍第1、項所述之一種結石自動追蹤系統 :其中，結石影像之分析與判定程式，乃由超音波掃 瞄取得結石患部影像，利用^影像灰階程度超過某一閥 值而決定一可能之結石區域，再藉由結石區域中候選 者之前後外形變化微小者，判別為結石（即結石影像 特徵之萃取），進而算出結石中心位置，由連續瞬間 取像即可決定結石移動執跡。 3 、如申請專利範圍第1項所述之一種結石自動追蹤系統 ;其中，機構運動控制程式係運算移動平臺應跟隨之 移動量；並隨即傳輸至運動控制器，而驅使驅動器聽 從其指令後命令伺服馬達帶動移動平臺跟上結石位置 4、如申請專利範圍第1項所述之一種結石自動追蹤系統 :其中，該移動平臺内部所設馬達，以一至三組為皆 可實施之範圍。 / 5 、如申請專利範圍第1項所述之一種結石自動追蹤系統 :其中，以一絕緣體將馬達與震杯隔離，以避免高壓 電之干擾與破壞。

   第16頁 482659 六、申請專利範圍 6 、如申請專利範圍第5項所述之一種結石自動追縱系統 ;其中，該絕緣體以電木為較佳實施例。 7 、如申請專利範圍第1項所述之一種結石自動追蹤系統 ;其中，馬達以伺服馬達為較佳實施例，以馬達移動 量回饋運動控制器，運動控制器就可知道馬達移動位 置，並且接受下一移動指令。 8 、如申請專利範圍第1項所述之一種結石自動追蹤系統 ;其中，伺服馬達設有一組減速器為較佳實施例。

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