一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于醫(yī)療器械輔助模擬裝置領(lǐng)域，具體涉及一種面向精準(zhǔn)放射治療實(shí)驗(yàn)研宄的人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]放射治療是無(wú)創(chuàng)、快速治療腫瘤的優(yōu)良途徑，近年來(lái)，圖像引導(dǎo)的精準(zhǔn)放射治療技術(shù)成為腫瘤放射治療的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)CT、X射線等得到靶區(qū)的圖像并進(jìn)行精確配準(zhǔn)，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(dòng)的，呼吸、心跳及胃腸蠕動(dòng)均會(huì)造成胸腹腔腫瘤的牽連運(yùn)動(dòng)，這給腫瘤靶區(qū)的精準(zhǔn)定位帶來(lái)困難，連續(xù)掃描靶區(qū)可以得到腫瘤的精確位置，但是會(huì)給人體造成射線傷害。早期的解決辦法通過(guò)主動(dòng)屏氣和呼吸門控等降低呼吸對(duì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律并建立聯(lián)系是解決腫瘤精確定位和放療導(dǎo)航的最佳手段。
[0004]人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)再現(xiàn)胸腹腔體表與體內(nèi)腫瘤的運(yùn)動(dòng)，從而服務(wù)于數(shù)據(jù)獲取和模型驗(yàn)證?，F(xiàn)有的人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置有直線滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)型模擬器、高仿真人體模擬器等。然而直線滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)型模擬器，有的只能模擬胸壁的二維運(yùn)動(dòng)，有的可以模擬胸壁的三維運(yùn)動(dòng)但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)胸壁運(yùn)動(dòng)和腫瘤運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)。高仿真人體模擬器由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不方便直接獲取內(nèi)部腫瘤的運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)。
[0005]因此有必要開發(fā)一種新型的具有三維運(yùn)動(dòng)的胸壁和內(nèi)部腫瘤運(yùn)動(dòng)模擬器，且兩者之間的運(yùn)動(dòng)具有關(guān)聯(lián)性，為呼吸跟蹤研宄提供更為準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型目的是提供一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，再現(xiàn)人體呼吸時(shí)胸壁和內(nèi)部腫瘤的關(guān)聯(lián)性三維運(yùn)動(dòng)，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研宄提供更為準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模型和驗(yàn)證工具，以作為醫(yī)療或科研示教儀器，并驗(yàn)證呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償對(duì)于圖像引導(dǎo)的放射療法的精確定位作用。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括基座平臺(tái)，該人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置還包括固定于所述基座平臺(tái)上的X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，與所述X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，與所述Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，一端與所述Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)，以及模擬腫瘤球體，所述模擬腫瘤球體的頂部、底部分別對(duì)應(yīng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)底部固定連接，所述彈簧阻尼二與所述基座平臺(tái)固定連接。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)上設(shè)有用于采集所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)當(dāng)前位置信號(hào)的反光球體。
[0009]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)、所述Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)、所述Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)均包括滾珠絲杠，以及用于驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述步進(jìn)電機(jī)電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進(jìn)電機(jī)電連接的電源轉(zhuǎn)換器。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述彈簧阻尼一通過(guò)緊固件一與所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)底部固定連接。
[0012]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述彈簧阻尼二通過(guò)緊固件二與所述基座平臺(tái)固定連接。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，彌補(bǔ)二維、三維直線滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)型模擬器的不足，再現(xiàn)人體呼吸時(shí)胸壁和內(nèi)部腫瘤的關(guān)聯(lián)性三維運(yùn)動(dòng)，同時(shí)操作簡(jiǎn)單方便，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研宄提供更為準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模型，以作為醫(yī)療示教或科研儀器，并驗(yàn)證呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償對(duì)于圖像引導(dǎo)的放射療法的精確定位作用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0015]圖1為本實(shí)用新型人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置的結(jié)構(gòu)主視圖。
[0017]其中:1基座平臺(tái)，2X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，3Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，4Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，5直角連桿，6胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)，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(jìn)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例:參照?qǐng)D1、圖2所示，一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括基座平臺(tái)1，固定于所述基座平臺(tái)I上的X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)2，與所述X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)2驅(qū)動(dòng)端固定連接的Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)3，與所述Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)3驅(qū)動(dòng)端固定連接的Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)4，一端與所述Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)4驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)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(duì)應(yīng)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(guò)緊固件一 10與所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6底部固定連接，所述彈簧阻尼二 9通過(guò)緊固件二 11與所述基座平臺(tái)I固定連接，該胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6上設(shè)有用于采集所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6當(dāng)前位置信號(hào)的反光球體(圖上未畫出)，該反光球體作為NDI光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的追蹤目標(biāo)，連續(xù)記錄胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0019]本實(shí)用新型的X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)2、Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)3、Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)4均包括滾珠絲杠12，以及用于驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)13，所述控制裝置包括與所述步進(jìn)電機(jī)13電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)使用的直流電)，該微控制器通過(guò)通信接口模塊接收上位機(jī)的指令，并將其解算成步進(jìn)電機(jī)13的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，最終通過(guò)滾珠絲杠12將步進(jìn)電機(jī)13的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為X、Y、Z方向的直線運(yùn)動(dòng)，其直線運(yùn)動(dòng)精度為0.033_。
[0020]本實(shí)用新型的上位機(jī)可以為臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦，將數(shù)據(jù)庫(kù)中一段時(shí)間內(nèi)真實(shí)人體體表呼吸運(yùn)動(dòng)軌跡載入后，分解得到體表某一點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，以此作為人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置的運(yùn)動(dòng)指令，也可以采用數(shù)學(xué)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(yùn)動(dòng)軌跡，作為人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置的運(yùn)動(dòng)指令。
[0021]本實(shí)用新型的具體原理如下:
[0022]通過(guò)X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)2、Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)3、Ζ向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)4合成胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6的三維運(yùn)動(dòng)軌跡，胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6通過(guò)彈簧阻尼一 8和彈簧阻尼二 9帶動(dòng)模擬腫瘤球體7滯后運(yùn)動(dòng)，對(duì)于模擬腫瘤球體7的運(yùn)動(dòng)曲線，其相位落后于胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6的運(yùn)動(dòng)曲線，其幅值亦有所衰減，并維持震蕩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，符合真實(shí)人體呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)胸壁體表和體內(nèi)腫瘤運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律，由此模擬人體胸壁和體內(nèi)腫瘤的三維運(yùn)動(dòng)，且使兩者具有相關(guān)性，為后續(xù)進(jìn)行體表和腫瘤運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研宄提供了一個(gè)更為接近真實(shí)的模擬裝置，同時(shí)模擬腫瘤球體7的位置設(shè)計(jì)為開放式，更加方便胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)6和模擬腫瘤球體7運(yùn)動(dòng)信號(hào)的同步獲取。
[0023]當(dāng)然上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括基座平臺(tái)(I)，其特征在于，該人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置還包括固定于所述基座平臺(tái)(I)上的X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(2)，與所述X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(2)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(3)，與所述Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(3)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(4)，一端與所述Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(4)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)(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(duì)應(yīng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)(6)底部固定連接，所述彈簧阻尼二(9)與所述基座平臺(tái)(I)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)(6)上設(shè)有用于采集所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)(6)當(dāng)前位置信號(hào)的反光球體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(2)、所述Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)⑶、所述Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)(4)均包括滾珠絲杠(12)，以及用于驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲杠(12)轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述步進(jìn)電機(jī)(13)電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述步進(jìn)電機(jī)(13)電連接的電源轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述彈簧阻尼一(8)通過(guò)緊固件一(10)與所述胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)(6)底部固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述彈簧阻尼二(9)通過(guò)緊固件二(11)與所述基座平臺(tái)(I)固定連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種人體呼吸運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括基座平臺(tái)，固定于基座平臺(tái)上的X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，與X向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，與Y向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)端固定連接的Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，一端與Z向驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)，以及模擬腫瘤球體，模擬腫瘤球體的頂部、底部分別對(duì)應(yīng)連接有彈簧阻尼一、彈簧阻尼二，其中彈簧阻尼一與胸壁運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)底部固定連接，彈簧阻尼二與基座平臺(tái)固定連接；其優(yōu)點(diǎn)在于，再現(xiàn)人體呼吸時(shí)胸壁和內(nèi)部腫瘤的關(guān)聯(lián)性三維運(yùn)動(dòng)，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤研究提供更為準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模型和驗(yàn)證工具，以作為醫(yī)療示教或科研儀器。
【IPC分類】A61N5-00
【公開號(hào)】CN204379991
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420836958
【發(fā)明人】郁樹梅, 張峰峰, 匡紹龍, 豆夢(mèng), 范立成, 馮原, 孫立寧
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日