本发明涉及医疗设备领域，具体地，涉及一种肿瘤消融治疗装置，尤其是涉及一种具有力位控制保护功能的肿瘤消融治疗机械装置。
背景技术：
子宫肌瘤是女性常见的一种良性肿瘤，长大到一定的程度时，需要进行治疗。超声消融手术是一种方法，采用的技术工具包括超声聚焦刀和超声刀两种，而超声聚焦刀可以通过超声波透过人体组织将能量聚焦，产生高温来破坏其肿瘤组织，也叫消融。其特点是治疗比较彻底，具有无创伤、不出血、不麻醉的优点。
经检索，公开号为CN104013444A、CN203988158U的中国发明专利，涉及一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，该系统包括治疗床，在治疗床下方是由若干个超声换能器基元组成的凹球面相控阵治疗头，其中心处固定着引导B超探头，治疗头上的换能器基元由相控阵控制电路分别单独控制；与治疗头相连的水囊中灌入去气水，利用五轴运动系统调整治疗头的位置和角度，寻找到最佳入射角度。但该发明没有病人安全保护的力位控制保护功能，因此在病人接受治疗时，存在一定的舒适度和安全性问题。
经检索，公开号为CN101652102A的中国发明专利，涉及一种利用声学透镜进行高强度聚焦超声消融的设备和方法，即一种高强度聚焦超声换能器，包括具有沿着束路径发射超声能量的超声发射器，低衰减聚合物超声透镜等。但该发明仍然没有涉及力位保护功能。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有力位控制保护功能的肿瘤消融治疗机械装置，避免了水囊与病人因接触力过大导致的病人安全问题，且该机械结构简单可靠，维护方便，灵活精确。
为解决上述目标技术问题，本发明所采取的方案为：
一种具有力位控制保护功能的肿瘤消融治疗机械装置，包括一升降自由度模块、一力位控制模块和一治疗模块；
所述升降自由度模块的上端连接水平安装部件，所述升降自由度模块设有驱动机构，用于驱动所述水平安装部件上下升降运动，使所述升降自由度模块具有一上下升降自由度；
所述力位控制模块设有力传感器、大旋转驱动机构，所述力传感器用于在受力时输出与力大小成正比的电流信号，该信号用于实现力位控制保护功能；所述大旋转驱动机构连接治疗模块，用于驱动治疗模块实现左右旋转摆动自由度；所述力位控制模块设置在所述水平安装部件上并随所述水平安装部件上下升降；
所述治疗模块包括摆动驱动部件、小旋转驱动机构、超声检测探头、超声聚焦阵列盘和水囊，摆动驱动部件通过小旋转驱动机构带动超声检测探头、超声聚焦阵列盘和水囊前后摆动，从而实现前后旋转摆动自由度；小旋转驱动机构带动超声检测探头、超声聚焦阵列盘和水囊沿小旋转驱动机构的轴线旋转，从而实现小旋转驱动机构轴线垂直旋转自由度；超声检测探头用于定位肿瘤的位置；超声聚焦阵列盘通过相控技术产生消融肿瘤的能量；通过上述前后旋转摆动自由度、绕轴垂直旋转自由度的旋转，将超声聚焦阵列盘产生的超声消融能量聚焦到肿瘤位置。
优选地，所述力位控制模块还包括力传感器安装部件、旋转驱动机构安装部件、第一安装键、第一轴承、第一法兰，其中：
力传感器安装部件与水平安装部件相连，力传感器安装在力传感器安装部件上，旋转驱动机构安装部件的下侧面与力传感器的上侧面相连，大旋转驱动机构安装在旋转驱动机构安装部件上，大旋转驱动机构的输出轴通过第一安装键与第一法兰相连，第一法兰通过第一轴承与旋转驱动机构安装部件相连。
优选地，所述治疗模块还包括摆动板、第二安装键、第二轴承、第二法兰、垂直安装部件，其中：
摆动板与第一法兰相连，摆动驱动部件安装在摆动板上，小旋转驱动机构和摆动驱动部件的输出轴相连，小旋转驱动机构的输出轴连接第二安装键，第二安装键通过第二轴承与第二法兰相连，第二法兰与垂直安装部件相连；超声检测探头、超声聚焦阵列盘设置在垂直安装部件上，并随小旋转驱动机构旋转。
更优选地，所述超声检测探头安装在垂直安装部件的中间位置，所述超声聚焦阵列盘安装在垂直安装部件的下侧面，所述水囊包裹在超声聚焦阵列盘的外面。
进一步的，本发明所述装置还包括检测装置、控制装置，其中：
所述检测装置与力传感器相连，检测力传感器输出的电流信号，并对该信号放大滤波后输入到控制装置，所述控制装置与升降自由度模块的驱动机构、大旋转驱动机构、摆动驱动部件、小旋转驱动机构相连，该控制装置能根据获得的力的大小值进行力位控制。
优选地，所述控制装置上有操作显示部件，用于根据使用者的操作指令向各驱动机构发送控制信号，并显示反馈各驱动机构的位置信息。
更优选地，所述力传感器的输出电流大小和治疗模块传递过来的力成正比。
更优选地，所述检测装置是独立的电路，检测装置通过导线与力传感器相连。
更优选地，所述的力传感器安装部件的前端厚度小于后端厚度。
本发明中，所述治疗模块有1个左右旋转摆动自由度，1个前后旋转摆动自由度，1个绕轴垂直旋转自由度和1个升降自由度，在使用时，再配合相应的治疗床，治疗床可以具有的左右运动和前后运动2个自由度。
上述装置在使用时，病人仰卧在治疗床上，使用者通过控制装置控制治疗床的左右运动和前后运动；当使用者通过控制装置控制所述治疗模块前后旋转摆动和垂直旋转2个自由度，以及升降自由度和左右旋转摆动自由度时，水囊会与病人的腹部发生接触并产生接触力，接触力通过所述治疗模块传递到所述力位控制模块，其中所述力传感器输出的电流信号输入到检测装置后，控制装置采集到检测装置获得的接触力的大小数据信息；当接触力大于设定的力时，升降自由度、左右旋转摆动和前后旋转摆动自由度产生的下降运动停止，从而实现了对病人的安全保护控制。
本发明中，所述接触力的力检测的精度可达100g，不会产生误判。
本发明中，所述力传感器的理论极限安全保护力最大可为91kg，如果超过这个上限，传感器将会产生损坏。由于与病人的接触力有限，所述力传感器可一直处于安全的工作状态。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明肿瘤消融治疗机械装置有4个工作自由度，可调整治疗装置有效地定位肿瘤，达到精确可靠的治疗效果。
本发明肿瘤消融治疗机械装置采用力传感器、各驱动机构等总体结构的设置，使整个装置具有力位控制保护功能，当治疗装置的水囊与病人接触时，接触力和接触位置的关系由过去的不可控状态变成了本发明的可控状态，极大地提高了治疗过程的人性化和舒适度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例构成示意图；
图中：1.升降自由度模块，2.安装底板，3.水平安装板，4.力传感器，5.力传感器安装板，6.螺钉，7.螺钉，8.螺钉，9.旋转电机安装板，10.大旋转电机，11.大旋转减速器，12.安装键，13.轴承，14.法兰，15.摆动板，16.摆动电机，17.小旋转电机，18.小旋转减速器，19.安装键，20.轴承，21.法兰，22.垂直安装板，23.超声检测探头，24.超声聚焦阵列盘，25.水囊，26.病人，27.肿瘤，28.治疗床，29.检测装置，30.控制装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
如图1所示，本发明优选实施例中的具有力位控制保护功能的肿瘤消融治疗机械装置，包括一升降自由度模块1、一力位控制模块和一治疗模块，其中：升降自由度模块1为治疗模块提供升降运动；力位控制模块用于实现力位控制保护功能，并能实现治疗模块左右旋转摆动；所述治疗模块能绕轴垂直旋转、前后旋转摆动。从而，所述治疗模块有1个左右旋转摆动自由度，1个前后旋转摆动自由度，1个绕轴垂直旋转自由度和1个升降自由度。
在部分优选实施例中，所述升降自由度模块1上端连接水平安装板3，升降自由度模块1设有驱动机构，用于驱动水平安装板3进行升降运动，从而使所述升降自由度模块1具有一个升降自由度。具体的，在一些实施例中，升降自由度模块1设置一台电机和减速器，通过齿轮齿条或丝杆滑块传动机构驱动水平安装板3上下升降运动，或者也可以采用其他驱动机构实现。使用时，可以将所述升降自由度模块1下端固定，比如将所述升降自由度模块1下端与外围装配组件的安装底板2相连，安装底板2可以平放在地面上。
在部分优选实施例中，所述力位控制模块包括：力传感器4、力传感器安装板5、螺钉6、螺钉7、螺钉8、旋转电机安装板9、大旋转电机10和旋转减速器11、安装键12、轴承13、法兰14，其中：力传感器4安装在力传感器安装板5，所述力传感器4用于在受力时输出与力大小成正比的电流信号，该信号用于实现力位控制保护功能；力传感器安装板5与水平安装板3相连；旋转电机安装板9的下侧面通过螺钉7和螺钉8与力传感器4的上侧面相连；大旋转电机10、旋转减速器11安装在旋转电机安装板9上，大旋转电机10与旋转减速器11相连，旋转减速器11的输出轴通过安装键12与法兰14相连，法兰14通过轴承13和旋转电机安装板9相连；所述大旋转电机10提供治疗模块的左右旋转摆动自由度；
在一些实施例中，所述力传感器4、力传感器安装板5和水平安装板3通过螺钉6连接在一起。所述力传感器安装板5的前端厚1mm、后端厚3mm。前端比后端薄，使得力传感器有足够的空间检测来自前端治疗模块的力。
在部分优选实施例中，所述治疗模块包括：摆动板15、摆动电机16、小旋转电机17和小旋转减速器18、安装键19、轴承20、法兰21、垂直安装板22、超声检测探头23、超声聚焦阵列盘24、水囊25；其中：
法兰14和摆动板15相连，摆动电机16安装在摆动板15上，小旋转电机17、小旋转减速器18和摆动电机16的输出轴相连，小旋转减速器18的输出轴安装键19通过轴承20与法兰21相连，法兰21与垂直安装板22相连，超声检测探头23安装在垂直安装板22中间，超声聚焦阵列盘24安装在垂直安装板22的下面，随小旋转电机17和小旋转减速器18旋转。水囊包裹在超声聚焦阵列盘24的外面。
大旋转电机10和大旋转减速器11的旋转通过法兰14带动摆动板15，带动整个治疗模块旋转，从而实现治疗模块左右旋转摆动自由度。摆动电机16通过小旋转电机17、小旋转减速器18、安装键19、轴承20、法兰21、垂直安装板22带动超声检测探头23、超声聚焦阵列盘24和水囊25前后摆动，从而实现前后旋转摆动自由度；小旋转电机17、小旋转减速器18通过安装键19、轴承20、法兰21、垂直安装板22带动超声检测探头23、超声聚焦阵列盘24和水囊25沿着小旋转电机17的轴线旋转，从而实现绕轴垂直旋转自由度。超声检测探头23用于定位肿瘤的位置。超声聚焦阵列盘24通过相控技术产生消融肿瘤的能量。通过这三个自由度的旋转，可以将超声消融能量聚焦到肿瘤位置，实现病灶的治疗。
在部分优选实施例中，所述力传感器4连接检测装置29，检测装置29检测力传感器4输出的电流信号，经过检测装置29放大滤波后输入到控制装置30，控制装置30根据获得的力的大小值进行力位控制。控制装置30与升降自由度模块1、大旋转电机10、摆动电机16、小旋转电机17相连，控制装置30上有操作显示界面，可根据使用者操作的指令向电机发送控制信号，并显示反馈电机的位置信息，用于实现力位控制保护功能。
本发明上述实施例中，所述治疗模块具有1个左右旋转摆动自由度，1个前后旋转摆动自由度，1个绕轴垂直旋转自由度和1个升降自由度，使用时配合具有左右运动和前后运动2个自由度的治疗床28，使得整个手术系统具有6个自由度。
使用时，病人26仰卧在治疗床28上，使用者可通过控制装置30控制治疗床28的左右运动和前后运动；当使用者通过控制装置30控制整个治疗模块前后旋转摆动和垂直旋转2个自由度，以及升降自由度和左右旋转摆动自由度时，超声聚焦阵列盘24将能量聚焦到肿瘤27，水囊25会与病人26的腹部发生接触并产生接触力，接触力通过治疗模块传递到力位控制模块；力传感器4输出的电流信号输入到检测装置29后，控制装置30采集到检测装置29获得的接触力的大小数据信息；当接触力大于设定的力时，升降自由度、左右旋转摆动和前后旋转摆动自由度产生的下降运动停止，从而实现了对病人的安全保护控制。
作为优选的实施方式，所述接触力的力检测的精度可达100g，建议设置的力检测精度不要小于该值，因为如果太小，当加速运动产生加速力时会产生误判。
作为优选的实施方式，所述力传感器4的理论极限安全保护力最大为91kg，如果超过这个上限，力传感器4将会产生损坏。由于与病人的接触力有限，所述力传感器4可一直处于安全的工作状态。
本发明肿瘤消融治疗装置具有力位控制保护功能，当治疗装置的水囊25与病人26接触时，接触力和接触位置的关系由过去的不可控状态变成了本发明的可控状态，极大地提高了治疗过程的人性化和舒适度。本发明配合带有的两个自由度的治疗床(共有6个工作自由度)，可调整治疗装置有效地定位肿瘤，达到精确可靠的治疗效果。
本发明用于超声消融治疗时自动调节水囊与病人腹部的接触力，接触力根据病人的感觉进行调整，极限安全保护力最大可为91kg，力检测的精度可达100g；当升降自由度模块下降时，水囊与病人接触，当接触力达到设定力时，升降自由度模块停止运动，从而实现对病人接触的安全保护，具有稳定可靠、灵敏度高、操作人性化的优点。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。