一种人体呼吸运动模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗器械辅助模拟装置领域，具体涉及一种面向精准放射治疗实验研宄的人体呼吸运动模拟装置。
【背景技术】
[0002]放射治疗是无创、快速治疗肿瘤的优良途径，近年来，图像引导的精准放射治疗技术成为肿瘤放射治疗的发展趋势，通过CT、X射线等得到靶区的图像并进行精确配准，大大提高了放射治疗中定位与剂量投放的精确性。
[0003]然而人体胸腹腔中的绝大部分器官和组织不是静止不动的，呼吸、心跳及胃肠蠕动均会造成胸腹腔肿瘤的牵连运动，这给肿瘤靶区的精准定位带来困难，连续扫描靶区可以得到肿瘤的精确位置，但是会给人体造成射线伤害。早期的解决办法通过主动屏气和呼吸门控等降低呼吸对肿瘤定位的干扰，均因对病人体征要求高、定位不够精确而未能得到持续发展，因此研宄胸腹腔体表与体内肿瘤的运动规律并建立联系是解决肿瘤精确定位和放疗导航的最佳手段。
[0004]人体呼吸运动模拟装置通过运动机构再现胸腹腔体表与体内肿瘤的运动，从而服务于数据获取和模型验证。现有的人体呼吸运动模拟装置有直线滑台驱动型模拟器、高仿真人体模拟器等。然而直线滑台驱动型模拟器，有的只能模拟胸壁的二维运动，有的可以模拟胸壁的三维运动但是无法实现胸壁运动和肿瘤运动的关联。高仿真人体模拟器由于内部结构复杂，不方便直接获取内部肿瘤的运动轨迹信号。
[0005]因此有必要开发一种新型的具有三维运动的胸壁和内部肿瘤运动模拟器，且两者之间的运动具有关联性，为呼吸跟踪研宄提供更为准确的运动模型。
【发明内容】
[0006]本实用新型目的是提供一种人体呼吸运动模拟装置，再现人体呼吸时胸壁和内部肿瘤的关联性三维运动，为解决肿瘤放疗呼吸跟踪研宄提供更为准确的运动模型和验证工具，以作为医疗或科研示教仪器，并验证呼吸运动补偿对于图像引导的放射疗法的精确定位作用。
[0007]本实用新型的技术方案是:一种人体呼吸运动模拟装置，包括基座平台，该人体呼吸运动模拟装置还包括固定于所述基座平台上的X向驱动滑台，与所述X向驱动滑台驱动端固定连接的Y向驱动滑台，与所述Y向驱动滑台驱动端固定连接的Z向驱动滑台，一端与所述Z向驱动滑台驱动端固定连接的直角连杆，与所述直角连杆另一端固定连接的胸壁运动模拟台，以及模拟肿瘤球体，所述模拟肿瘤球体的顶部、底部分别对应连接有弹簧阻尼一、弹簧阻尼二，其中所述弹簧阻尼一与所述胸壁运动模拟台底部固定连接，所述弹簧阻尼二与所述基座平台固定连接。
[0008]作为优选的技术方案，所述胸壁运动模拟台上设有用于采集所述胸壁运动模拟台当前位置信号的反光球体。
[0009]作为优选的技术方案，所述X向驱动滑台、所述Y向驱动滑台、所述Z向驱动滑台均包括滚珠丝杠，以及用于驱动所述滚珠丝杠转动的步进电机。
[0010]作为优选的技术方案，所述人体呼吸运动模拟装置还包括控制装置，所述控制装置包括与所述步进电机电连接的微控制器，以及与所述微控制器和所述步进电机电连接的电源转换器。
[0011]作为优选的技术方案，所述弹簧阻尼一通过紧固件一与所述胸壁运动模拟台底部固定连接。
[0012]作为优选的技术方案，所述弹簧阻尼二通过紧固件二与所述基座平台固定连接。
[0013]本实用新型的优点是:不仅结构简单，而且克服了现有技术的缺陷，弥补二维、三维直线滑台驱动型模拟器的不足，再现人体呼吸时胸壁和内部肿瘤的关联性三维运动，同时操作简单方便，为解决肿瘤放疗呼吸跟踪研宄提供更为准确的运动模型，以作为医疗示教或科研仪器，并验证呼吸运动补偿对于图像引导的放射疗法的精确定位作用。
【附图说明】
[0014]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0015]图1为本实用新型人体呼吸运动模拟装置的结构立体图；
[0016]图2为本实用新型人体呼吸运动模拟装置的结构主视图。
[0017]其中:1基座平台，2X向驱动滑台，3Y向驱动滑台，4Z向驱动滑台，5直角连杆，6胸壁运动模拟台，7模拟肿瘤球体，8弹簧阻尼一，9弹簧阻尼二，10紧固件一，11紧固件二，12滚珠丝杠，13步进电机。
【具体实施方式】
[0018]实施例:参照图1、图2所示，一种人体呼吸运动模拟装置，包括基座平台1，固定于所述基座平台I上的X向驱动滑台2，与所述X向驱动滑台2驱动端固定连接的Y向驱动滑台3，与所述Y向驱动滑台3驱动端固定连接的Z向驱动滑台4，一端与所述Z向驱动滑台4驱动端固定连接的直角连杆5，与所述直角连杆5另一端固定连接的胸壁运动模拟台6，以及模拟肿瘤球体7和控制装置(图上未画出)，该模拟肿瘤球体7的顶部、底部分别对应连接有弹簧阻尼一 8、弹簧阻尼二 9，其中所述弹簧阻尼一 8通过紧固件一 10与所述胸壁运动模拟台6底部固定连接，所述弹簧阻尼二 9通过紧固件二 11与所述基座平台I固定连接，该胸壁运动模拟台6上设有用于采集所述胸壁运动模拟台6当前位置信号的反光球体(图上未画出)，该反光球体作为NDI光学运动捕捉设备的追踪目标，连续记录胸壁运动模拟台6的运动轨迹。
[0019]本实用新型的X向驱动滑台2、Y向驱动滑台3、Z向驱动滑台4均包括滚珠丝杠12，以及用于驱动所述滚珠丝杠12转动的步进电机13，所述控制装置包括与所述步进电机13电连接的微控制器，以及与所述微控制器和所述步进电机13电连接的电源转换器(将220V交流电转换为供微控制器和步进电机使用的直流电)，该微控制器通过通信接口模块接收上位机的指令，并将其解算成步进电机13的运动控制信号，最终通过滚珠丝杠12将步进电机13的旋转运动转换为X、Y、Z方向的直线运动，其直线运动精度为0.033_。
[0020]本实用新型的上位机可以为台式机或笔记本电脑，将数据库中一段时间内真实人体体表呼吸运动轨迹载入后，分解得到体表某一点的实时坐标，以此作为人体呼吸运动模拟装置的运动指令，也可以采用数学建模方法，模拟得出一系列规律或者不规律的体表呼吸运动轨迹，作为人体呼吸运动模拟装置的运动指令。
[0021]本实用新型的具体原理如下:
[0022]通过X向驱动滑台2、Y向驱动滑台3、Ζ向驱动滑台4合成胸壁运动模拟台6的三维运动轨迹，胸壁运动模拟台6通过弹簧阻尼一 8和弹簧阻尼二 9带动模拟肿瘤球体7滞后运动，对于模拟肿瘤球体7的运动曲线，其相位落后于胸壁运动模拟台6的运动曲线，其幅值亦有所衰减，并维持震荡的往复运动，符合真实人体呼吸运动时胸壁体表和体内肿瘤运动的相关规律，由此模拟人体胸壁和体内肿瘤的三维运动，且使两者具有相关性，为后续进行体表和肿瘤运动规律的研宄提供了一个更为接近真实的模拟装置，同时模拟肿瘤球体7的位置设计为开放式，更加方便胸壁运动模拟台6和模拟肿瘤球体7运动信号的同步获取。
[0023]当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种人体呼吸运动模拟装置，包括基座平台(I)，其特征在于，该人体呼吸运动模拟装置还包括固定于所述基座平台(I)上的X向驱动滑台(2)，与所述X向驱动滑台(2)驱动端固定连接的Y向驱动滑台(3)，与所述Y向驱动滑台(3)驱动端固定连接的Z向驱动滑台(4)，一端与所述Z向驱动滑台(4)驱动端固定连接的直角连杆(5)，与所述直角连杆(5)另一端固定连接的胸壁运动模拟台(6)，以及模拟肿瘤球体(7)，所述模拟肿瘤球体(7)的顶部、底部分别对应连接有弹簧阻尼一(8)、弹簧阻尼二(9)，其中所述弹簧阻尼一(8)与所述胸壁运动模拟台(6)底部固定连接，所述弹簧阻尼二(9)与所述基座平台(I)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种人体呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述胸壁运动模拟台(6)上设有用于采集所述胸壁运动模拟台(6)当前位置信号的反光球体。
3.根据权利要求1所述的一种人体呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述X向驱动滑台(2)、所述Y向驱动滑台⑶、所述Z向驱动滑台(4)均包括滚珠丝杠(12)，以及用于驱动所述滚珠丝杠(12)转动的步进电机(13)。
4.根据权利要求3所述的一种人体呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述人体呼吸运动模拟装置还包括控制装置，所述控制装置包括与所述步进电机(13)电连接的微控制器，以及与所述微控制器和所述步进电机(13)电连接的电源转换器。
5.根据权利要求1所述的一种人体呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述弹簧阻尼一(8)通过紧固件一(10)与所述胸壁运动模拟台(6)底部固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种人体呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述弹簧阻尼二(9)通过紧固件二(11)与所述基座平台(I)固定连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种人体呼吸运动模拟装置，包括基座平台，固定于基座平台上的X向驱动滑台，与X向驱动滑台驱动端固定连接的Y向驱动滑台，与Y向驱动滑台驱动端固定连接的Z向驱动滑台，一端与Z向驱动滑台驱动端固定连接的直角连杆，与直角连杆另一端固定连接的胸壁运动模拟台，以及模拟肿瘤球体，模拟肿瘤球体的顶部、底部分别对应连接有弹簧阻尼一、弹簧阻尼二，其中弹簧阻尼一与胸壁运动模拟台底部固定连接，弹簧阻尼二与基座平台固定连接；其优点在于，再现人体呼吸时胸壁和内部肿瘤的关联性三维运动，为解决肿瘤放疗呼吸跟踪研究提供更为准确的运动模型和验证工具，以作为医疗示教或科研仪器。
【IPC分类】A61N5-00
【公开号】CN204379991
【申请号】CN201420836958
【发明人】郁树梅, 张峰峰, 匡绍龙, 豆梦, 范立成, 冯原, 孙立宁
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月25日