三维直角坐标ct连床式放射性粒子微创自控定位装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，属于将穿刺针引导到特定点上的装置。本实用新型一方面通过控制器和驱动器控制X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机，实现机械臂三维移动；另一方面通过控制器经舵机带动旋转轴，实现穿刺模板正、负90°旋转。实现了在CT图像的引导下，快速准确的实现放射性粒子植入和微创手术的辅助定位和校准。操作简单、安全，定位精度高、灵活性强，由于设计了三维直角坐标运动机构，利用机械臂使放射性粒子植入的穿刺模板可上下、左右、前后三维立体定向调节，实现穿刺模板按照数字化指令，正、负90°旋转，使其达到指定倾角，为图像引导辅助微创手术提供可靠的保障。
【专利说明】三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及将穿刺针引导到特定点上的装置，具体是一种CT连床式放射性粒子微创自控定位装置。
【背景技术】
[0002]CT引导下放射性粒子植入，因其持续照射使肿瘤细胞死亡，且对周围正常组织影响极低，并发症少，已广泛应用于恶性肿瘤的治疗。尤其是在前列腺癌的治疗，由于前列腺解剖位置固定，且有一整套固定支架使植入模板位置、角度固定，保证了粒子植入的精确度和放射剂量的准确性，因此疗效显著，已成为美国前列腺癌的标准治疗手段。而对于其他部位肿瘤的放射性粒子植入，大多仍采用传统的手动执针凭经验盲目穿刺方式，精度低，缺乏有效的定位辅助、固定及校准装置。
[0003]中国专利201260837公开一种“放射性粒子植入装置”，它包括形成点阵植入孔的圆形植入模板，容纳圆形植入模板的内周壁上形成梯形环槽孔的矩形模板框；而在环槽孔的中心线模板框两侧边对应成螺检定位的定位螺孔，模板框的一端经模板夹安装在具有升降组件、屈臂组件和转向组件的支撑架上。解决了肺癌治疗中植入装置固定在人体胸部不便的问题。
[0004]其中，大多采用空间转动副的结构来调整放射粒子模板的空间定位及其角度的固定。因此在植入的精确度和操作性上存在着一定的局限性。
实用新型内容
[0005]本实用新型是为了解决传统穿刺方法穿刺精确度和自动化程度低的问题，而提供一种精确度高、自动化控制的CT连床式放射性粒子微创自控定位装置。
[0006]本实用新型是按照以下技术方案实现的。
[0007]一种三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，包括形成点阵植入孔的穿刺模板，而在CT床面一侧设置的三维直角坐标运动机构，包括X轴步进电机驱动与X轴导轨平行的X轴丝杠正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的X轴滑块移动；χ轴滑块上垂直设置有Y轴步进电机驱动与Y轴导轨平行的Y轴丝杠正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Y轴滑块移动；Y轴滑块的内侧面垂直设置有Z轴步进电机驱动与Z轴导轨平行的Z轴丝杠正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Z轴滑块移动；Z轴滑块的一侧直角面，经机械臂固接内置舵机的电机盒，在电机盒对应面突出连通的套筒内，将旋转轴一端的轴内齿与舵机的轴外齿啮合，旋转轴另一端的扩径结合部与穿刺模板的端边结合为一体；其中驱动装置的连接:AC 220V经电源开关33 —方面导出DC 24V通过运动控制器34并联X轴步进电机驱动器36、Y轴步进电机驱动器37和Z轴步进电机驱动器38，以及各自串接控制的X轴步进电机16、Y轴步进电机17、Z轴步进电机18 ;电源开关33另一方面导出DC 5V通过舵机控制器35连接舵机13。
[0008]这样设计的本实用新型可与大多数医疗机构的现有CT床相结合，在CT图像的引导下，辅助医生完成放射性粒子植入及其他微创手术。操作简单、安全，定位精度高、灵活性强，快速准确的实现微创手术的辅助定位和校准。由于设计了三维直角坐标运动机构，利用机械臂使放射性粒子植入的穿刺模板可上下、左右、前后三维立体定向调节，实现穿刺模板按照数字化指令，正、负90°旋转，使其达到指定倾角。满足了临床治疗上不同方向和角度的需要，且真正实现了自动化控制，能过极大程度的提高手术穿刺的精准度，确保粒子植入的精确度和放射剂量的准确性，为图像引导辅助微创手术提供可靠的保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型驱动装置的连接框图；
[0010]图2是本实用新型与CT床结合的结构示意图；
[0011]图3是本实用新型X轴导轨、丝杠及滑块立体结构示意图；
[0012]图4是本实用新型中丝杠立体结构示意图；
[0013]图5是本实用新型中机械臂及穿刺模板结构示意图；
[0014]图6是本实用新型中旋转轴及电机盒分解结构示意图。
[0015]图中主要部件的标记符号:
[0016]1.CT床面2.三维直角坐标运动机构
[0017]3.X轴导轨4.X轴丝杠
[0018]5.X轴滑块6.Y轴导轨
[0019]7.Y轴丝杠8.Y轴滑块
[0020]9.Z轴导轨10.Z轴丝杠
[0021]IL Z轴滑块12.机械臂
[0022]13.舵机14.电机盒
[0023]15.套筒16.X轴步进电机
[0024]17.Y轴步进电机18.Z轴步进电机
[0025]19.旋转轴20.结合部
[0026]21.穿刺模板22a.22b.固定支架
[0027]23.植入孔24a.24b.24c 固定孔
[0028]25.螺钉26.环槽
[0029]27.支架28.滑轮
[0030]29.轴内齿30.轴外齿
[0031]31.丝杠连接器32.轴承
[0032]33.开关电源34.运动控制器
[0033]35.舵机控制器36.X轴步进电机驱动器
[0034]37.Y轴步进电机驱动器 38.Z轴步进电机驱动器。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
[0036]一种三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，包括形成点阵植入孔23的穿刺模板21，而在CT床面I 一侧设置的三维直角坐标运动机构2，包括X轴步进电机16驱动与X轴导轨3平行的X轴丝杠4正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的X轴滑块5移动；X轴滑块5上垂直设置有Y轴步进电机17驱动与Y轴导轨6平行的Y轴丝杠7正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Y轴滑块8移动；Y轴滑块8的内侧面垂直设置有Z轴步进电机18驱动与Z轴导轨9平行的Z轴丝杠10正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Z轴滑块11移动；Ζ轴滑块11的一侧直角面，经机械臂12固接内置舵机13的电机盒14，在电机盒14对应面突出连通的套筒15内，将旋转轴19 一端的内齿与舵机13的轴外齿啮合，旋转轴19另一端的扩径结合部20与穿刺模板21的端边结合为一体；
[0037]其中驱动装置的连接:AC 220V经电源开关33 —方面导出DC 24V通过运动控制器34并联X轴步进电机驱动器36、Y轴步进电机驱动器37和Z轴步进电机驱动器38，以及各自串接控制的X轴步进电机16、Y轴步进电机17、Z轴步进电机18 ；电源开关33另一方面导出DC 5V通过舵机控制器35连接舵机13。
[0038]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其CT床面I 一侧设置的三维直角坐标运动机构2是经平行的X轴导轨3和X轴丝杠4两端的固定支架22a、22b与CT床面I固定连接的。X轴丝杠4的一端结合在固定支架22b上的轴承32上，X轴丝杠4的另一端经丝杠连接器31与X轴步进电机16连接。
[0039]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其X轴步进电机16安置在X轴导轨3和X轴丝杠4 一端的固定支架22a上；Y轴步进电机17安置在平行的Y轴导轨6和Y轴丝杠7的自由端支架上；Ζ轴步进电机18安置在平行的Z轴导轨9和Z轴丝杠10自由端的支架上。
[0040]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其旋转轴19 一端的轴内齿29与舵机13的轴外齿30啮合，带动穿刺模板21作正、负90°倾角范围内旋转。
[0041]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其穿刺模板21为透X光材料制成，其上垂直形成等间距点阵植入孔23。穿刺模板21上植入孔23的间距为5mm，且于穿刺模板21外缘标注阿拉伯数字序号(未图示)。
[0042]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其电机盒14对应面连通的套筒15经其上的固定孔24a及螺钉25与旋转轴19的环槽26结合。
[0043]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其X轴滑块5、Y轴滑块8和Z轴滑块11分别经其上的滑轮28与X轴导轨3、Y轴导轨6和Z轴导轨9滑动配
八
口 ο
[0044]所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控定位装置，其平行的Z轴导轨9和Z轴丝杠10自由端的支架27呈平板状，侧边平行端边呈弧圆形，两端分别形成的固定孔24c供选择性连接机械臂12，板面上的固定孔24b供与Z轴滑块11固定。
[0045]CT机床面I采用透X光的板材制作。
[0046]本实用新型采用的全金属齿轮舵机13、舵机控制器35是长沙智足电子科技有限公司生产，型号为SC32。
[0047]采用的型号为TC 4520运动控制器34，型号为HYQD40-H5742的X轴步进电机驱动器36、Y轴步进电机驱动器37和Z轴步进电机驱动器38，以及各自串接控制的X轴步进电机16、Υ轴步进电机17、Ζ轴步进电机18，均为北京多普康自动化技术有限公司产品。
[0048]使用时，病人仰卧在CT机上，舵机13及步进电机16、17、18接通电源，依据CT机(未图示)提示的病变部位及测量肿瘤的位置及显示X、Y、Z轴角度的倾角信息，操纵运动控制器34分别经X轴步进电机驱动器36、Y轴步进电机驱动器37和Z轴步进电机驱动器38，控制的X轴步进电机16、Y轴步进电机17、Z轴步进电机18，使X轴丝杠4、Y轴丝杠7和Z轴丝杠10转动，带动各导轨滑块快速在水平、上下、前后，即X、Y、Z方向上移动；
[0049]舵机控制器35，控制舵机13并带动旋转轴19、穿刺模板21正、负90°旋转到指定倾角。通过穿刺模板21将穿刺针(未图示)一次性穿刺完成，按照放射性粒子植入常规完成肿瘤各层面的粒子植入。
[0050]本实用新型可更换不同孔径规格的穿刺模板，完成术中病灶的穿刺病理活检、氩氪冷冻消融手术、射频消融手术及微波消融手术等多项微创治疗技术。
[0051]这样设计的本实用新型，在CT机引导下行放射性粒子植入，操作简单、安全，定位精度高、灵活性强，能快速准确的实现微创手术的辅助定位和校准，且实现了自动化控制，能够极大程度的提高手术穿刺的精准度，确保粒子植入的精确度和放射剂量的准确性。
【权利要求】
1.一种三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，包括形成点阵植入孔(23)的穿刺模板(21)，其特征在于:CT床面(I) 一侧设置的三维直角坐标运动机构(2)包括X轴步进电机(16)驱动与X轴导轨(3)平行的X轴丝杠(4)正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的X轴滑块(5)移动；X轴滑块(5)上垂直设置有Y轴步进电机(17)驱动与Y轴导轨(6)平行的Y轴丝杠(7)正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Y轴滑块(8)移动；Y轴滑块(8)的内侧面垂直设置有Z轴步进电机(18)驱动与Z轴导轨(9)平行的Z轴丝杠(10)正、反向旋转，并带动其上经内齿啮合的Z轴滑块(11)移动；Ζ轴滑块(11)的一侧垂直面,经机械臂(12 )固接内置舵机(13 )的电机盒(14 )，在电机盒(14)对应面突出连通的套筒(15)内，将旋转轴(19) 一端的轴内齿(29)与舵机(13)的轴外齿(30)啮合，旋转轴(19)另一端的扩径结合部(20)与穿刺模板(21)的端边结合为一体； 其中驱动装置的连接:AC 220V经电源开关(33) —方面导出DC 24V通过运动控制器(34)并联X轴步进电机驱动器(36)、Y轴步进电机驱动器(37)和Z轴步进电机驱动器(38)，以及各自串接控制的X轴步进电机(16)、Y轴步进电机(17)、Z轴步进电机(18);电源开关(33)另一方面导出DC 5V通过舵机控制器(35)连接舵机(13)。
2.根据权利要求1所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:CT床面(I) 一侧设置的三维直角坐标运动机构(2)是经平行的X轴导轨(3)和X轴丝杠(4)两端的固定支架(22a)、(22b)与CT床面(I)固定连接的。
3.根据权利要求1或2所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:X轴步进电机(16)安置在X轴导轨(3)和X轴丝杠(4) 一端的固定支架(22a)上；Y轴步进电机(17)安置在平行的Y轴导轨(6)和Y轴丝杠(7)的自由端支架上；Ζ轴步进电机(18)安置在平行的Z轴导轨(9)和轴丝杠(10)自由端的支架(27)上。
4.根据权利要求1所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:旋转轴(19) 一端的轴内齿(29)与舵机(13)的轴外齿(30)啮合，带动穿刺模板(21)作正、负90°倾角范围内旋转。
5.根据权利要求1所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:穿刺模板(21)为透X光材料制成，其上垂直形成等间距点阵植入孔(23)，植入孔(23)的间距为5mmο
6.根据权利要求1所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:电机盒(14)对应面连通的套筒(15)经其上的固定孔(24)及螺钉(25a)结合在环槽(26)，而与与旋转轴(19)结为一体。
7.根据权利要求1所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:x轴滑块(5)、Y轴滑块(8)和Z轴滑块(11)分别经其上的滑轮(28)与X轴导轨(3)、Y轴导轨(6)和Z轴导轨(9)滑动配合。
8.根据权利要求3所述三维直角坐标CT连床式放射性粒子微创自控植入装置，其特征在于:平行的Z轴导轨(9)和Z轴丝杠(10)自由端的支架(27)呈平板状，侧边平行端边呈弧圆形，两端分别形成的固定孔(24c)供选择性连接机械臂(12)，板面上的固定孔(24b)供与Z轴滑块(11)固定。
【文档编号】A61B19/00GK203609748SQ201320831570
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】霍彬, 柴树德, 张国强, 王俊杰, 张宁, 刘长富, 王青山, 巩瑞红, 朱旭东, 李琦, 任剑波, 宋杨, 叶剑飞 申请人:天津市同仁和医用科技有限公司