专利名称：磁共振图像导引辅助定位装置的制作方法
技术领域：
磁共振图像导引辅助定位装置
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种磁共振图像导引辅助定位装置。背景技术：
随着人们对生活品质和医疗质量的要求不断提高，损伤小、恢复快、效果好的微创 的治疗方法越来越受到人们的关注。图像引导下的微创或介入治疗是指在影像设备的导引 下，利用经皮穿刺器械或血管导管技术，对体内器官的病变进行诊断和治疗。图像引导可以 帮助医生对病变进行纵深观察和精确定位，从而达到微创、靶向和高效的治疗目的。与其他 影像技术相比，磁共振图像引导下的微创治疗具有独特优势和发展潜力，被认为是图像引 导微创治疗最理想的引导和监控手段。磁共振图像引导下的微创治疗方式主要有两种一是经皮穿刺治疗，即在磁共振 图像引导下，利用穿刺器械，通过皮肤直接穿刺到达邻近的体内器官，达到微创和靶向诊疗 目的；另一种方式是血管介入治疗，即将具有治疗功能的导管插入血管内，在磁共振图像的 导引下，将导管送至需要治疗的器官或利用导管对血管本身的病变进行治疗。磁共振图像 引导微创治疗技术应用于临床，准确性和安全性是其首要要求。最优介入路径的选择是治 疗成功的有力保证，就目前的介入实施点定位而言，大多是医生通过观看扫描图像，结合自 身的解剖学知识来手动选定介入实施点，一方面，这种方式依赖于医生主观认识和视觉判 断，难免存在误差；另一方面，当病人在术前扫描和治疗实施之间运动也会导致定位误差， 影响治疗效果。
实用新型内容基于此，有必要提供一种定位精度较高、稳定性较好的磁共振图像导引辅助定位
直ο一种磁共振图像导引辅助定位装置，所述装置包括光学跟踪系统，监测介入实施点的坐标位置及发光器的方位角；控制模块，设于磁共振工作站上，接收介入实施点的坐标位置及发光器的方位角 且计算出所述发光器对应的设定角位移，并将所述设定角位移发送给压电陶瓷运动平台且 接收所述压电陶瓷平台发送的运行状态信息；压电陶瓷运动平台，与所述控制模块相连，获取发光器的实际角位移和设定角位 移并根据设定角位移与实际角位移之差计算出运动控制量，根据所述运动控制量调整所述 发光器的角位移；以及发光器，安装在所述压电陶瓷运动平台，投射到介入实施点。优选地，所述控制模块包括数据共享单元，获取介入实施点的坐标位置及发光器的方位角并发送到角位移计 算单元；角位移计算单元连接所述数据共享单元，根据介入实施点的坐标位置和发光器的方位角计算出所述发光器对应的角位移；以及第一通信单元连接所述角位移计算单元，将设定角位移发送到所述压电陶瓷运动
D ο优选地，所述设定角位移和实际角位移均包括水平方向角位移和竖直方向角位 移。优选地，所述压电陶瓷运动平台包括第二通信单元、检测单元、处理单元、数/模 转换单元、压电陶瓷电机功率放大电路和压电陶瓷电机，所述第二通信单元与所述控制模 块相连，获取设定角位移；所述检测单元安装在所述压电陶瓷电机，获取发光器的实际角位 移；所述处理单元与所述检测单元相连，获取发光器的设定角位移与实际角位移，且根据所 述设定角位移和实际角位移之差获得运动控制量；所述数/模转换单元与所述处理单元和 所述压电陶瓷电机功率放大电路相连，所述数模转换单元将所述运动控制量进行数/模转 换，并将转换后的运动控制模拟量输出到所述压电陶瓷电机功率放大电路；所述压电陶瓷 电机功率放大电路连接所述压电陶瓷电机，将运动控制模拟量放大输出控制所述压电陶瓷 电机转动。优选地，所述检测单元包括至少两个光电编码器和至少两个正交编码检测电路， 所述至少两个光电编码器中的产生对应水平方向角位移脉冲的一个光电编码器与所述至 少两个正交编码检测电路中检测对应水平方向的实际角位移脉冲的一个正交编码检测电 路相连，另一个产生对应竖直方向角位移脉冲的光电编码器与另一个检测对应竖直方向实 际角位移脉冲的正交编码检测电路相连，所述至少两个光电编码器均安装在所述压电陶瓷 电机转子，至少两个正交编码检测电路均与所述根据检测到的脉冲计算出发光器的水平方 向和竖直方向的实际角位移的处理单元相连。优选地，所述压电陶瓷运动平台还包括电磁屏蔽单元，所述电磁屏蔽单元设置在 所述第二通信单元、检测单元、处理单元、数/模转换单元、压电陶瓷电机功率放大电路和 压电陶瓷电机的外部。优选地，第一通信单元与第二通信单元通过以太网进行通信。优选地，所述压电陶瓷电机包括超声波驱动部件，驱动所述压电陶瓷电机转动。上述磁共振图像导引辅助定位装置，通过光学跟踪系统追踪病人运动，检测出介 入实施点的坐标位置，控制模块根据介入实施点的位置计算出发光器对应的设定角位移， 压电陶瓷运动平台获取实际角位移，再根据设定角位移与实际角位移，得出压电陶瓷运动 平台的运动控制量，控制压电陶瓷运动平台转动，从而调整发光器的方位角，达到准确照射 介入实施点位置，减少了主观标记带来的误差，避免了病人运动导致定位误差，提高了定位 精度和可靠性。同时，采用发光器投射到介入实施点，可以将该装置设置在远离磁共振的主磁场， 保证了磁共振成像质量。另外，采用压电陶瓷电机保证能在磁共振环境下正常工作；采用产生对应于角位 移的脉冲计算实际角位移，计算简单、精确；采用调整水平方向和竖直方向角位移实现调整 发光器的方位角，操作简单、方便；采用电磁屏蔽单元，保证电子设备在磁共振环境下更好 的工作，且不干扰磁共振成像。
图1为一个实施例中磁共振图像导引辅助定位装置结构示意图；图2为另一个实施例中磁共振图像导引辅助定位装置结构示意图。
具体实施方式如图1和图2所示，一种磁共振图像导引辅助定位装置，包括光学跟踪系统10、设 于磁共振工作站的控制模块20、压电陶瓷运动平台30和发光器40。其中光学跟踪系统10用于监测发光器40的方位角和病人病灶的介入实施点的坐标位 置，并将监测到的发光器40方位角和病人介入实施点的坐标位置发送给控制模块20。在一 个实施例中，在病人身体上安装光学跟踪系统的光源装置，病人在手术中发生移动，光学跟 踪装置10能及时的检测到病人移动及病人的新的位置，同时监测发光器40的方位角，将检 测到的病人位置和发光器40的方位角传输到控制模块20中。另外，光学跟踪系统10与磁 共振扫描系统的坐标系会进行匹配，即获取光学跟踪系统10的坐标位置与磁共振扫描系 统的坐标位置之间的相互转换关系。控制模块20设于磁共振工作站上。控制模块20根据磁共振坐标系与光学坐标系 的坐标映射计算介入实施点在光学坐标系中的坐标位置，获取发光器40的方位角，根据介 入实施点的坐标位置和发光器40的方位角计算出发光器40对应的设定角位移，并将该设 定角位移发送给压电陶瓷运动平台30。控制模块20接收光学跟踪系统10传输的发光器 40的实际位置和病人的位置，及时的调整介入实施点的坐标位置。在一个实施例中，控制模 块20通过无线以太网将该发光器40对应的设定角位移传输给压电陶瓷运动平台30。坐标 映射为光学跟踪系统10与磁共振扫描系统的坐标进行匹配，获取磁共振扫描系统的坐标 位置和光学系统位置之间映射关系。发光器40的方位角最初的值是通过手术规划系统得 出。在进行介入操作开始之前，使用磁共振扫描系统对病人进行术前病灶局部扫描，医生在 术前图像上设置病灶点，采用手术规划系统根据病灶附近组织结构关系，计算出最优的介 入实施点，获取介入实施路径和介入点的磁共振坐标系位置，控制模块20根据磁共振坐标 系位置计算介入实施点的光学坐标系位置，获取发光器40的方位角。在另一个实施例中，控制模块20包括数据共享单元200、角位移计算单元210和第 一通信单元220。数据共享单元200获取光学坐标系中介入实施点的坐标位置及发光器的 方位角。角位移计算单元210与数据共享单元200相连，根据获取的介入实施点的坐标位 置及发光器40的方位角计算出发光器40对应的设定角位移。该发光器40的设定角位移 包括发光器40的水平方向转动角位移和竖直方向转动角位移。第一通信单元220与角位 移计算单元210相连，将该发光器40的设定角位移发送出去。压电陶瓷运动平台30接收发光器40的设定角位移且获取发光器40的实际角位 移，根据设定角位移和实际角位移之差计算出压电陶瓷运动平台30的运动控制量，并将运 行状态信息反馈到控制模块20。其中，实际角位移为压电陶瓷运动平台30带动发光器40 实际转动的角位移，即发光器40转动反馈回的角位移。在一个实施例中，压电陶瓷运动平台30包括第二通信单元300、处理单元310、数/ 模转换单元320、压电陶瓷电机功率放大电路330、压电陶瓷电机340、检测单元350和电磁 屏蔽单元360。第二通信单元300用于与控制模块20进行通信，接收控制模块20传输的发光器的设定角位移。其中，第二通信单元300以中断方式接收控制模块20传输的数据及命 令。处理单元310与数/模转换单元320、第二通信单元300和检测单元350均相连，接收 第二通信单元300传输的设定角位移和检测单元350检测的发光器40的实际角位移，并根 据设定角位移和实际角位移之差计算出压电陶瓷运动平台30的运动控制量并将该运动控 制量输出到数/模转换单元320。其中，运动控制量可以通过比例积分控制算法计算得出。 数/模转换单元320将运动控制量转换为模拟量，并将模拟量输出到压电陶瓷电机功率放 大电路330。压电陶瓷电机功率放大电路330接收运动控制模拟量，根据运动控制模拟量控 制压电陶瓷电机340转动。检测单元350安装在压电陶瓷电机340的转子上，获取发光器 40转动的实际角位移。电磁屏蔽单元360设置在第二通信单元300、处理单元310、数/模 转换单元320、压电陶瓷电机功率放大电路330、压电陶瓷电机340、检测单元350的外部， 保证电子设备能在磁共振环境下正常工作，且不干扰磁共振成像。压电陶瓷电机340包括 超声波驱动部件，驱动压电陶瓷电机340转动。压电陶瓷电机340的驱动器和运动导轨采 用无磁材料以屏蔽电磁，该压电陶瓷电机340不产生任何磁场，能在磁共振环境下工作，且 上述磁共振图像导引辅助定位装置安装位置与磁共振装置的主磁体有一定的距离，不会影 响磁共振成像质量。优选地，当压电陶瓷运动平台30安装在离磁共振成像区域较远的区域 时，不会干扰成像质量。另外，第一通信单元220和第二通信单元300可以为以太网通信单兀。在一个实施例中，检测单元350包括至少两个光电编码器和至少两个正交编码检 测电路。至少两个光电编码器安装在压电陶瓷电机340的转子上，至少两个正交编码检测 电路与处理单元310相连。至少两个光电编码器中一个光电编码器与至少两个正交编码器 检测电路中一个正交编码器检测电路相连，另一个光电编码器与另一个正交编码器检测电 路相连。至少两个光电编码器产生对应于实际角位移的脉冲，一个光电编码器产生对应于 水平方向角位移的脉冲，另一个光电编码器产生对应于垂直方向角位移的脉冲；至少两个 正交编码器检测电路检测出对应于实际角位移的脉冲，一个正交编码器检测电路检测出对 应于水平方向的实际角位移的脉冲，另一个正交编码器检测电路检测出对应于竖直方向的 实际角位移的脉冲，且将检测到的对应于水平方向和竖直方向实际角位移的脉冲传输给处 理单元310，处理单元310根据脉冲计算出发光器的水平方向的实际角位移和竖直方向的 实际角位移。发光器40安装在压电陶瓷运动平台30上。发光器40用于发光投射到介入实施 点。发光器40随着压电陶瓷运动平台30的转动而转动。通过压电陶瓷运动平台30的转 动，调整发光器40的方位角，在本实施例中，通过转动压电陶瓷运动平台30，调整发光器40 在水平方向和竖直方向发生角位移，从而实现调整发光器40的方位角。上述磁共振图像导引辅助定位装置的工作过程是光学跟踪系统10监测发光器 40的方位角及病人病灶的介入实施点的坐标位置并传输给控制模块20。控制模块20获取 到介入实施点的光学坐标系中的坐标位置及发光器40的方位角，角位移计算单元210根据 方位角计算出设定角位移，第一通信单元220将设定角位移传输到压电陶瓷运动平台30， 压电陶瓷运动平台30的检测单元350检测出实际角位移，处理单元310根据设定角位移和 实际角位移之差得出运动控制量，压电陶瓷电机功率放大电路330根据运动控制量控制压 电陶瓷电机350转动调整发光器40的方位角，使发光器40投射到介入实施点。[0034]上述磁共振图像导引辅助定位装置，通过光学跟踪系统追踪病人运动，检测出介 入实施点的坐标位置，控制模块根据介入实施点的位置计算出发光器对应的设定角位移， 压电陶瓷运动平台获取实际角位移，再根据设定角位移与实际角位移，得出压电陶瓷运动 平台的运动控制量，控制压电陶瓷运动平台转动，从而调整发光器的方位角，达到准确照射 介入实施点位置，减少了主观标记带来的误差，避免了病人运动导致定位误差，提高了定位 精度和可靠性。同时，采用发光器投射到介入实施点，可以将该装置设置在远离磁共振的主磁场， 保证了磁共振成像质量。另外，采用压电陶瓷电机保证能在磁共振环境下正常工作；采用产生对应于角位 移的脉冲计算实际角位移，计算简单、精确；采用调整水平方向和竖直方向角位移实现调整 发光器的方位角，操作简单、方便；采用电磁屏蔽单元，保证电子设备在磁共振环境下更好 的工作，且不干扰磁共振成像。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求一种磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述装置包括光学跟踪系统，监测介入实施点的坐标位置及发光器的方位角；控制模块，设于磁共振工作站上，接收介入实施点的坐标位置及发光器的方位角且计算出所述发光器对应的设定角位移，并将所述设定角位移发送给压电陶瓷运动平台且接收所述压电陶瓷平台发送的运行状态信息；压电陶瓷运动平台，与所述控制模块相连，获取发光器的实际角位移和设定角位移并根据设定角位移与实际角位移之差计算出运动控制量，根据所述运动控制量调整所述发光器的角位移；以及发光器，安装在所述压电陶瓷运动平台，投射到介入实施点。
2.根据权利要求1所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述控制模块 包括数据共享单元，获取介入实施点的坐标位置及发光器的方位角并发送到角位移计算单元；角位移计算单元，连接所述数据共享单元，根据介入实施点的坐标位置和发光器的方 位角计算出所述发光器对应的角位移；以及第一通信单元，连接所述角位移计算单元，将设定角位移发送到所述压电陶瓷运动平台。
3.根据权利要求1所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述设定角位 移和实际角位移均包括水平方向角位移和竖直方向角位移。
4.根据权利要求2所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述压电陶瓷 运动平台包括第二通信单元、检测单元、处理单元、数/模转换单元、压电陶瓷电机功率放 大电路和压电陶瓷电机，所述第二通信单元与所述控制模块相连，获取设定角位移；所述检 测单元安装在所述压电陶瓷电机，获取发光器的实际角位移；所述处理单元与所述检测单 元相连，获取发光器的设定角位移与实际角位移，且根据所述设定角位移和实际角位移之 差获得运动控制量；所述数/模转换单元与所述处理单元和所述压电陶瓷电机功率放大电 路相连，所述数模转换单元将所述运动控制量进行数/模转换，并将转换后的运动控制模 拟量输出到所述压电陶瓷电机功率放大电路；所述压电陶瓷电机功率放大电路连接所述压 电陶瓷电机，将运动控制模拟量放大输出控制所述压电陶瓷电机转动。
5.根据权利要求4所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述检测单元 包括至少两个光电编码器和至少两个正交编码检测电路，所述至少两个光电编码器中的产 生对应水平方向角位移脉冲的一个光电编码器与所述至少两个正交编码检测电路中检测 对应水平方向的实际角位移脉冲的一个正交编码检测电路相连，另一个产生对应竖直方向 角位移脉冲的光电编码器与另一个检测对应竖直方向实际角位移脉冲的正交编码检测电 路相连，所述至少两个光电编码器均安装在所述压电陶瓷电机，至少两个正交编码检测电 路均与所述根据检测到的脉冲计算出发光器的水平方向和竖直方向的实际角位移的处理 单元相连。
6.根据权利要求4所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述压电陶瓷 运动平台还包括电磁屏蔽单元，所述电磁屏蔽单元设置在所述第二通信单元、检测单元、处 理单元、数/模转换单元、压电陶瓷电机功率放大电路和压电陶瓷电机的外部。
7.根据权利要求4所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，第一通信单元 与第二通信单元通过以太网进行通信。
8.根据权利要求4所述的磁共振图像导引辅助定位装置，其特征在于，所述压电陶瓷 电机包括超声波驱动部件，驱动所述压电陶瓷电机转动。
专利摘要本实用新型涉及一种磁共振图像导引辅助定位装置，包括光学跟踪系统，监测介入实施点的坐标位置及发光器的方位角；控制模块，设于磁共振工作站，接收介入实施点的坐标位置及发光器的方位角且计算所述发光器对应的设定角位移，并将所述设定角位移发送给压电陶瓷运动平台且接收所述压电陶瓷平台发送的运行状态信息；压电陶瓷运动平台，获取发光器的实际角位移和设定角位移并根据设定角位移与实际角位移之差计算出运动控制量，根据所述运动控制量调整所述发光器的角位移；以及发光器，安装在所述压电陶瓷运动平台，投射到介入实施点。上述磁共振图像导引辅助定位装置，减少主观标记带来的误差，避免病人运动导致定位误差，提高了定位精度和可靠性。
文档编号A61B19/00GK201617950SQ201020110089
公开日2010年11月3日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者刘新, 周辉, 孙素明, 谢国喜, 邱本胜, 邹超, 郑海荣 申请人:深圳先进技术研究院