一種人體呼吸運動模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械輔助模擬裝置領域，具體涉及一種面向精準放射治療實驗研宄的人體呼吸運動模擬裝置。
【背景技術】
[0002]放射治療是無創(chuàng)、快速治療腫瘤的優(yōu)良途徑，近年來，圖像引導的精準放射治療技術成為腫瘤放射治療的發(fā)展趨勢，通過CT、X射線等得到靶區(qū)的圖像并進行精確配準，大大提高了放射治療中定位與劑量投放的精確性。
[0003]然而人體胸腹腔中的絕大部分器官和組織不是靜止不動的，呼吸、心跳及胃腸蠕動均會造成胸腹腔腫瘤的牽連運動，這給腫瘤靶區(qū)的精準定位帶來困難，連續(xù)掃描靶區(qū)可以得到腫瘤的精確位置，但是會給人體造成射線傷害。早期的解決辦法通過主動屏氣和呼吸門控等降低呼吸對腫瘤定位的干擾，均因?qū)Σ∪梭w征要求高、定位不夠精確而未能得到持續(xù)發(fā)展，因此研宄胸腹腔體表與體內(nèi)腫瘤的運動規(guī)律并建立聯(lián)系是解決腫瘤精確定位和放療導航的最佳手段。
[0004]人體呼吸運動模擬裝置通過運動機構(gòu)再現(xiàn)胸腹腔體表與體內(nèi)腫瘤的運動，從而服務于數(shù)據(jù)獲取和模型驗證?，F(xiàn)有的人體呼吸運動模擬裝置有直線滑臺驅(qū)動型模擬器、高仿真人體模擬器等。然而直線滑臺驅(qū)動型模擬器，有的只能模擬胸壁的二維運動，有的可以模擬胸壁的三維運動但是無法實現(xiàn)胸壁運動和腫瘤運動的關聯(lián)。高仿真人體模擬器由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，不方便直接獲取內(nèi)部腫瘤的運動軌跡信號。
[0005]因此有必要開發(fā)一種新型的具有三維運動的胸壁和內(nèi)部腫瘤運動模擬器，且兩者之間的運動具有關聯(lián)性，為呼吸跟蹤研宄提供更為準確的運動模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種人體呼吸運動模擬裝置，再現(xiàn)人體呼吸時胸壁和內(nèi)部腫瘤的關聯(lián)性三維運動，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研宄提供更為準確的運動模型和驗證工具，以作為醫(yī)療或科研示教儀器，并驗證呼吸運動補償對于圖像引導的放射療法的精確定位作用。
[0007]本發(fā)明的技術方案是:一種人體呼吸運動模擬裝置，包括基座平臺，該人體呼吸運動模擬裝置還包括固定于所述基座平臺上的X向驅(qū)動滑臺，與所述X向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的Y向驅(qū)動滑臺，與所述Y向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的Z向驅(qū)動滑臺，一端與所述Z向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的直角連桿，與所述直角連桿另一端固定連接的胸壁運動模擬臺，以及模擬腫瘤球體，所述模擬腫瘤球體的頂部、底部分別對應連接有彈簧阻尼一、彈簧阻尼二，其中所述彈簧阻尼一與所述胸壁運動模擬臺底部固定連接，所述彈簧阻尼二與所述基座平臺固定連接。
[0008]作為優(yōu)選的技術方案，所述胸壁運動模擬臺上設有用于采集所述胸壁運動模擬臺當前位置信號的反光球體。
[0009]作為優(yōu)選的技術方案，所述X向驅(qū)動滑臺、所述Y向驅(qū)動滑臺、所述Z向驅(qū)動滑臺均包括滾珠絲杠，以及用于驅(qū)動所述滾珠絲杠轉(zhuǎn)動的步進電機。
[0010]作為優(yōu)選的技術方案，所述人體呼吸運動模擬裝置還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述步進電機電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進電機電連接的電源轉(zhuǎn)換器。
[0011]作為優(yōu)選的技術方案，所述彈簧阻尼一通過緊固件一與所述胸壁運動模擬臺底部固定連接。
[0012]作為優(yōu)選的技術方案，所述彈簧阻尼二通過緊固件二與所述基座平臺固定連接。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且克服了現(xiàn)有技術的缺陷，彌補二維、三維直線滑臺驅(qū)動型模擬器的不足，再現(xiàn)人體呼吸時胸壁和內(nèi)部腫瘤的關聯(lián)性三維運動，同時操作簡單方便，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研宄提供更為準確的運動模型，以作為醫(yī)療示教或科研儀器，并驗證呼吸運動補償對于圖像引導的放射療法的精確定位作用。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0015]圖1為本發(fā)明人體呼吸運動模擬裝置的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0016]圖2為本發(fā)明人體呼吸運動模擬裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0017]其中:1基座平臺，2X向驅(qū)動滑臺，3Y向驅(qū)動滑臺，4Z向驅(qū)動滑臺，5直角連桿，6胸壁運動模擬臺，7模擬腫瘤球體，8彈簧阻尼一，9彈簧阻尼二，10緊固件一，11緊固件二，12滾珠絲杠，13步進電機。
【具體實施方式】
[0018]實施例:參照圖1、圖2所示，一種人體呼吸運動模擬裝置，包括基座平臺1，固定于所述基座平臺I上的X向驅(qū)動滑臺2，與所述X向驅(qū)動滑臺2驅(qū)動端固定連接的Y向驅(qū)動滑臺3，與所述Y向驅(qū)動滑臺3驅(qū)動端固定連接的Z向驅(qū)動滑臺4，一端與所述Z向驅(qū)動滑臺4驅(qū)動端固定連接的直角連桿5，與所述直角連桿5另一端固定連接的胸壁運動模擬臺6，以及模擬腫瘤球體7和控制裝置(圖上未畫出)，該模擬腫瘤球體7的頂部、底部分別對應連接有彈簧阻尼一 8、彈簧阻尼二 9，其中所述彈簧阻尼一 8通過緊固件一 10與所述胸壁運動模擬臺6底部固定連接，所述彈簧阻尼二 9通過緊固件二 11與所述基座平臺I固定連接，該胸壁運動模擬臺6上設有用于采集所述胸壁運動模擬臺6當前位置信號的反光球體(圖上未畫出)，該反光球體作為NDI光學運動捕捉設備的追蹤目標，連續(xù)記錄胸壁運動模擬臺6的運動軌跡。
[0019]本發(fā)明的X向驅(qū)動滑臺2、Y向驅(qū)動滑臺3、Z向驅(qū)動滑臺4均包括滾珠絲杠12，以及用于驅(qū)動所述滾珠絲杠12轉(zhuǎn)動的步進電機13，所述控制裝置包括與所述步進電機13電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進電機13電連接的電源轉(zhuǎn)換器(將220V交流電轉(zhuǎn)換為供微控制器和步進電機使用的直流電)，該微控制器通過通信接口模塊接收上位機的指令，并將其解算成步進電機13的運動控制信號，最終通過滾珠絲杠12將步進電機13的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為X、Y、Z方向的直線運動，其直線運動精度為0.033_。
[0020]本發(fā)明的上位機可以為臺式機或筆記本電腦，將數(shù)據(jù)庫中一段時間內(nèi)真實人體體表呼吸運動軌跡載入后，分解得到體表某一點的實時坐標，以此作為人體呼吸運動模擬裝置的運動指令，也可以采用數(shù)學建模方法，模擬得出一系列規(guī)律或者不規(guī)律的體表呼吸運動軌跡，作為人體呼吸運動模擬裝置的運動指令。
[0021]本發(fā)明的具體原理如下:
[0022]通過X向驅(qū)動滑臺2、Y向驅(qū)動滑臺3、Ζ向驅(qū)動滑臺4合成胸壁運動模擬臺6的三維運動軌跡，胸壁運動模擬臺6通過彈簧阻尼一 8和彈簧阻尼二 9帶動模擬腫瘤球體7滯后運動，對于模擬腫瘤球體7的運動曲線，其相位落后于胸壁運動模擬臺6的運動曲線，其幅值亦有所衰減，并維持震蕩的往復運動，符合真實人體呼吸運動時胸壁體表和體內(nèi)腫瘤運動的相關規(guī)律，由此模擬人體胸壁和體內(nèi)腫瘤的三維運動，且使兩者具有相關性，為后續(xù)進行體表和腫瘤運動規(guī)律的研宄提供了一個更為接近真實的模擬裝置，同時模擬腫瘤球體7的位置設計為開放式，更加方便胸壁運動模擬臺6和模擬腫瘤球體7運動信號的同步獲取。
[0023]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種人體呼吸運動模擬裝置，包括基座平臺(I)，其特征在于，該人體呼吸運動模擬裝置還包括固定于所述基座平臺(I)上的X向驅(qū)動滑臺(2)，與所述X向驅(qū)動滑臺(2)驅(qū)動端固定連接的Y向驅(qū)動滑臺(3)，與所述Y向驅(qū)動滑臺(3)驅(qū)動端固定連接的Z向驅(qū)動滑臺(4)，一端與所述Z向驅(qū)動滑臺(4)驅(qū)動端固定連接的直角連桿(5)，與所述直角連桿(5)另一端固定連接的胸壁運動模擬臺(6)，以及模擬腫瘤球體(7)，所述模擬腫瘤球體(7)的頂部、底部分別對應連接有彈簧阻尼一(8)、彈簧阻尼二(9)，其中所述彈簧阻尼一(8)與所述胸壁運動模擬臺(6)底部固定連接，所述彈簧阻尼二(9)與所述基座平臺(I)固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種人體呼吸運動模擬裝置，其特征在于，所述胸壁運動模擬臺(6)上設有用于采集所述胸壁運動模擬臺(6)當前位置信號的反光球體。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種人體呼吸運動模擬裝置，其特征在于，所述X向驅(qū)動滑臺(2)、所述Y向驅(qū)動滑臺⑶、所述Z向驅(qū)動滑臺(4)均包括滾珠絲杠(12)，以及用于驅(qū)動所述滾珠絲杠(12)轉(zhuǎn)動的步進電機(13)。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種人體呼吸運動模擬裝置，其特征在于，所述人體呼吸運動模擬裝置還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述步進電機(13)電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進電機(13)電連接的電源轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種人體呼吸運動模擬裝置，其特征在于，所述彈簧阻尼一(8)通過緊固件一(10)與所述胸壁運動模擬臺(6)底部固定連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種人體呼吸運動模擬裝置，其特征在于，所述彈簧阻尼二(9)通過緊固件二(11)與所述基座平臺(I)固定連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人體呼吸運動模擬裝置，包括基座平臺，固定于基座平臺上的X向驅(qū)動滑臺，與X向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的Y向驅(qū)動滑臺，與Y向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的Z向驅(qū)動滑臺，一端與Z向驅(qū)動滑臺驅(qū)動端固定連接的直角連桿，與直角連桿另一端固定連接的胸壁運動模擬臺，以及模擬腫瘤球體，模擬腫瘤球體的頂部、底部分別對應連接有彈簧阻尼一、彈簧阻尼二，其中彈簧阻尼一與胸壁運動模擬臺底部固定連接，彈簧阻尼二與基座平臺固定連接；其優(yōu)點在于，再現(xiàn)人體呼吸時胸壁和內(nèi)部腫瘤的關聯(lián)性三維運動，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研究提供更為準確的運動模型和驗證工具，以作為醫(yī)療示教或科研儀器。
【IPC分類】A61N5-00
【公開號】CN104548371
【申請?zhí)枴緾N201410821504
【發(fā)明人】郁樹梅, 張峰峰, 匡紹龍, 豆夢, 范立成, 馮原, 孫立寧
【申請人】蘇州大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日