專利名稱：對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，尤其涉及一種包括三維定位導(dǎo)航裝置與手術(shù)機(jī)器人的缺血性心肌病診斷與治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、影像處理與分析技術(shù)等的充分發(fā)展和日益完善，為工程技術(shù)進(jìn)入外科領(lǐng)域奠定了良好基礎(chǔ)。作為數(shù)字化醫(yī)療器械領(lǐng)域的一個(gè)新興交叉學(xué)科研究方向，計(jì)算機(jī)與機(jī)器人輔助外科手術(shù)系統(tǒng)受到廣泛關(guān)住。它能夠充分利用醫(yī)學(xué)和工程的各自優(yōu)勢(shì)，最大化人機(jī)協(xié)作的能力。機(jī)器人手術(shù)定位準(zhǔn)確、靈巧性強(qiáng)、狀態(tài)穩(wěn)定，微創(chuàng)外科手術(shù)的治療更為精確、靈巧·與安全。微創(chuàng)外科手術(shù)提供了除傳統(tǒng)式外科手術(shù)技術(shù)之外的許多好處，包括更少的疼痛、更短的住院時(shí)間、更快地恢復(fù)到正常運(yùn)動(dòng)、最小限度的傷疤、減少了恢復(fù)時(shí)間和減少了受創(chuàng)傷的組織。因此，在微創(chuàng)外科中使用機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的需求是強(qiáng)烈的。關(guān)于機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)在心肌病方面的治療技術(shù)，涉及到心臟結(jié)構(gòu)的定位，一般通過造影技術(shù)為心臟手術(shù)提供影像信息，心臟結(jié)構(gòu)要通過與造影圖像反復(fù)比對(duì)來獲得，以滿足臨床中對(duì)心臟手術(shù)進(jìn)行精確治療的目的。但是目前的心臟造影技術(shù)不能為心臟手術(shù)提供實(shí)時(shí)影像導(dǎo)航。為此，出現(xiàn)了利用超聲定位的各種介入性技術(shù)，該技術(shù)受超聲探頭的角度、操作者的經(jīng)驗(yàn)等諸多因素的影響，掌握該技術(shù)需要有經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)生經(jīng)過3 5年的培訓(xùn)，因此在一定程度上大大限制了該技術(shù)在臨床的普及應(yīng)用。同時(shí)醫(yī)生在操作中手部的抖動(dòng)或用力的不均勻，均會(huì)造成穿刺針道的偏移，這將直接影響各種穿刺和治療的治療效果。進(jìn)一步的，對(duì)于動(dòng)態(tài)成像的情況下，例如心臟在治療過程中，心臟圖像會(huì)隨著呼吸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的空間位移，因此，在動(dòng)態(tài)下的超聲成像和具有機(jī)器人的微創(chuàng)治療，能夠減輕醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的相互交叉、滲透和促進(jìn)，對(duì)超聲技術(shù)和機(jī)器人在微創(chuàng)中的應(yīng)用在臨床上是一個(gè)巨大的推動(dòng)。為使超聲引導(dǎo)下的介入性操作更加精確、可靠、易于普及，使超聲引導(dǎo)下的缺血性心肌病治療治療更加科學(xué)，使介入性操作方便、精確，并大幅度減少操作中對(duì)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)因素的依賴，減輕醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，真正實(shí)現(xiàn)超聲引導(dǎo)治療的精確三維適形治療。但是如何將超聲和動(dòng)態(tài)影像的定位結(jié)合，并將機(jī)器人操作和超聲影像的定位結(jié)合？現(xiàn)在還沒有具體技術(shù)方案完美的解決這個(gè)問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待于進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種包括超聲儀和手術(shù)導(dǎo)航儀的缺血性心肌病早期診斷與治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過超聲儀和手術(shù)導(dǎo)航儀確定動(dòng)態(tài)的心臟三維模型，并且能將超聲儀掃描到的二維圖形定位到所述心臟三維模型；進(jìn)一步的通過對(duì)手術(shù)機(jī)器人的定位，將手術(shù)機(jī)器人將和心臟三維模型結(jié)合，使手術(shù)機(jī)器人能夠根據(jù)心臟三維模型和手術(shù)路徑精確的進(jìn)針和退針，完成缺血性心肌病的診斷和治療。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，包括超聲儀和圖像處理器，其中，還包括手術(shù)導(dǎo)航儀、圖像處理器、手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器人控制儀。所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其中，所述手術(shù)機(jī)器人包括基座、第一臂、第二臂、主軸和擺臂，以及第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；所述基座通過第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第一臂軸連接，所述第一臂通過第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第二臂軸連接，所述第二臂通過第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述主軸軸連接，所述主軸通過第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述擺臂軸連接。所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其中，所述擺臂上還設(shè)
置有夾持部。所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其中，所述手術(shù)機(jī)器人還設(shè)置CXD視覺傳感系統(tǒng)。所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其中，所述手術(shù)機(jī)器人上還設(shè)置有超聲探頭與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供了一種對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過設(shè)置超聲儀掃描的二維圖像在所述圖像處理器上重構(gòu)心臟三維模型，根據(jù)心臟的動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)一步的得到動(dòng)態(tài)的心臟三維模型；該系統(tǒng)通過超聲儀掃描得到的二維圖像，將二維圖像對(duì)應(yīng)到心臟三維模型的具體位置上，并且通過手術(shù)導(dǎo)航儀在所述三維模型上顯示出手術(shù)的進(jìn)針路徑，使手術(shù)機(jī)器人進(jìn)針的路徑更加精確，在所述手術(shù)導(dǎo)航儀可以清楚的診斷缺血性心肌病的狀況；最后，將手術(shù)機(jī)器和心臟三維模型的坐標(biāo)統(tǒng)一，通過手術(shù)機(jī)器人的CXD視覺傳感系統(tǒng)，將拍攝的二維圖像和動(dòng)態(tài)心臟三維模型結(jié)合，還可以在所述機(jī)器人控制儀上對(duì)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行控制指令的發(fā)送，所述手術(shù)機(jī)器人根據(jù)控制指令以及手術(shù)的進(jìn)針路徑完成對(duì)心肌病的手術(shù)治療。

圖I為本實(shí)用新型缺血性心肌病早期診斷和治療的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型手術(shù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型提供的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，如圖I所示，包括超聲儀、手術(shù)導(dǎo)航儀、圖像處理器、手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器人控制儀。本實(shí)用新型首先通過超聲儀對(duì)患者的心臟做掃描，所述超聲儀將掃描的二維圖像發(fā)送到所述圖像處理器，所述圖像處理器根據(jù)超聲掃描儀掃描得到的二維圖像，通過輪廓提取法重構(gòu)掃描心臟的三維圖像。在輪廓提取法的過程中，通過輪廓對(duì)應(yīng)、輪廓拼接、分叉、曲面擬合等方法實(shí)現(xiàn)心臟圖像的三維重構(gòu)。也就是根據(jù)超聲儀對(duì)心臟的掃描，重新得到一個(gè)心臟的三維模型。心臟的三維模型得到以后，可以通過所述超聲儀對(duì)心臟實(shí)時(shí)掃描得到心臟的二維圖像，所述超聲儀將二維圖像通過手術(shù)導(dǎo)航儀發(fā)給所述圖像處理器。所述圖像處理器將超聲儀掃描得到的二維圖像根據(jù)形變模型等方法進(jìn)行圖像分割，再利用模式識(shí)別技術(shù)將二維圖像和心臟三維模型比對(duì)，將二維圖像定位到三維模型相應(yīng)的位置上。所述圖像處理器再根據(jù)二維圖像和心臟三維模型的匹配情況，在心臟三維模型上顯示手術(shù)機(jī)器人進(jìn)針的路徑，可以通過圖像處理器和手術(shù)導(dǎo)航儀對(duì)心臟的心肌病進(jìn)行早期診斷。根據(jù)超聲儀掃描到的心臟的二維圖像和心臟三維模型比對(duì)，在此基礎(chǔ)上，在三維模型上顯示需要手術(shù)治療的路徑，解決了目前超聲手術(shù)中，手術(shù)者只能依靠二維超聲圖像憑想象完成的手術(shù)進(jìn)針不準(zhǔn)確的問題，從而實(shí)現(xiàn)立體精確定位。所述圖像處理器，在心臟三維模型上確定進(jìn)針位置時(shí)，會(huì)調(diào)用平穩(wěn)呼吸狀態(tài)下心臟的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及數(shù)學(xué)模型，使心臟三維模型也處于動(dòng)態(tài)的變化中，這充分考慮了呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)心臟位移帶來的圖像的變動(dòng)，從而達(dá)到二維圖像和心臟三維模型實(shí)時(shí)匹配的要求。所述手術(shù)機(jī)器人如圖2所示，包括通過軸連接的基座10、第一臂20、第二臂30、主軸40和擺臂50。所述基座10的一端設(shè)置在工作平臺(tái)或者是手術(shù)室水平工作面上，用于支 撐整個(gè)手術(shù)機(jī)器人的重量。第一臂20，其一端通過第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)100與基座10的另一端軸連接，用于圍繞在該基座10的垂直軸線，且在一水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。第二臂30，其一端通過第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)200與第一臂的另一端軸連接，用于圍繞在該第一臂20的垂直軸線，且在另一水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸40貫穿第二臂30的另一端，通過第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)300與第二臂30軸連接，用于在該第二臂30的垂直軸線上自轉(zhuǎn)，沿該垂直軸線上下移動(dòng)，或者是該主軸40自轉(zhuǎn)、上下移動(dòng)同時(shí)執(zhí)行的耦合運(yùn)動(dòng)。該主軸40優(yōu)選的為滾珠絲桿-花鍵軸，易于上下移動(dòng)或者是自轉(zhuǎn)，且精密度更高。該主軸40靠近工作平臺(tái)的一端設(shè)有一矩形平臺(tái)41。擺臂50通過第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)400與設(shè)置在該主軸40的矩形平臺(tái)41 一端的側(cè)面軸連接，且圍繞該側(cè)面的垂直軸旋轉(zhuǎn)。所述擺臂50上還可以設(shè)置有夾持部60，手術(shù)器械通過該夾持部60與該擺臂50固接，該夾持部60安裝不同的手術(shù)器械，可以執(zhí)行不同的手術(shù)動(dòng)作，完成各種手術(shù)任務(wù)。所述手術(shù)機(jī)器人上還可以設(shè)置CO) (Charge Coupled Device)視覺傳感系統(tǒng),通過所述CCD視覺傳感系統(tǒng)識(shí)別超聲波探頭運(yùn)動(dòng)軌跡及病人手術(shù)區(qū)表面等信息，來實(shí)時(shí)處理二維超聲影像，以修訂動(dòng)態(tài)的三維超聲影像。所述手術(shù)機(jī)器人通過CCD視覺傳感系統(tǒng)識(shí)別心臟定位標(biāo)志，調(diào)節(jié)手術(shù)機(jī)器人工作臺(tái)的方向位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人三維坐標(biāo)與心臟三維模型坐標(biāo)平行定位，確定二者間的定量轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過手術(shù)機(jī)器人坐標(biāo)與心臟三維模型坐標(biāo)之間統(tǒng)一、所述手術(shù)機(jī)器人可以通過第一臂20、第二臂30和擺臂50的配合，實(shí)現(xiàn)手術(shù)中的進(jìn)針、退針動(dòng)作，完成多針的扶持運(yùn)動(dòng)。具體的，所述手術(shù)機(jī)器人將CCD視覺傳感系統(tǒng)拍攝的圖像發(fā)送給所述機(jī)器人控制儀，所述機(jī)器人控制儀將所述拍攝的圖像發(fā)送給所述圖像處理器顯示。操作者根據(jù)圖像處理器上手術(shù)機(jī)器人和心臟三維模型的位置關(guān)系，可以對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷，還可以根據(jù)心臟三維模型上的進(jìn)針路徑，在所述機(jī)器人控制儀上向所述手術(shù)機(jī)器人發(fā)出控制指令。所述手術(shù)機(jī)器人根據(jù)所述機(jī)器人控制儀的控制指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，包括進(jìn)針、退針、穿刺等手術(shù)動(dòng)作，對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行治療。所述手術(shù)機(jī)器人上還設(shè)置超聲探頭，用于實(shí)時(shí)探測(cè)周圍的圖像。[0031]本實(shí)用新型提供的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的系統(tǒng)，通過設(shè)置圖像處理器和超聲儀實(shí)現(xiàn)重構(gòu)心臟三維模型；通過超聲儀的實(shí)時(shí)掃描以及超聲探頭實(shí)時(shí)探測(cè)的周圍圖像，將得到的二維圖像和心臟三維模型匹配，其中所述心臟三維模型是動(dòng)態(tài)的，從而能夠在動(dòng)態(tài)的心臟三維模型上標(biāo)識(shí)出手術(shù)的進(jìn)針路徑；最后，將手術(shù)機(jī)器人同心臟三維模型的坐標(biāo)統(tǒng)一，通過手術(shù)機(jī)器人上的CXD視覺傳感系統(tǒng)，將CXD視覺傳感系統(tǒng)拍攝的心臟圖像和心臟三維模型上的手術(shù)的進(jìn)針路徑結(jié)合，通過機(jī)器人控制儀向所述手術(shù)機(jī)器人發(fā)出手術(shù)的操作指令，完成對(duì)缺血性心肌病的診斷和治療。本實(shí)用新型對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷和治療的超聲系統(tǒng)，定位精確、操作靈活、減少了對(duì)操作者經(jīng)驗(yàn)的依賴、創(chuàng)傷小，而且本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)、機(jī)器人學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的相互交叉、滲透和促進(jìn)，對(duì)臨床介入醫(yī)學(xué)發(fā)展將會(huì)有巨大的推進(jìn)作用應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而 認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型專利保護(hù)范圍的限制，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，包括超聲儀和圖像處理器，其特征在于，還包括手術(shù)導(dǎo)航儀、手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器人控制儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述手術(shù)機(jī)器人包括基座、第一臂、第二臂、主軸和擺臂，以及第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；所述基座通過第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第一臂軸連接，所述第一臂通過第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第二臂軸連接，所述第二臂通過第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述主軸軸連接，所述主軸通過第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述擺臂軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述擺臂上還設(shè)置有夾持部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述手術(shù)機(jī)器人還設(shè)置CCD視覺傳感系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述手術(shù)機(jī)器人上還設(shè)置有超聲探頭。
專利摘要本實(shí)用新型公開的對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷與治療的超聲系統(tǒng)，包括超聲儀和圖像處理器，還包括手術(shù)導(dǎo)航儀、圖像處理器、手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器人控制儀。本實(shí)用新型對(duì)缺血性心肌病進(jìn)行早期診斷和治療的超聲系統(tǒng)，定位精確、操作靈活、減少了對(duì)操作者經(jīng)驗(yàn)的依賴、創(chuàng)傷小，而且本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)、機(jī)器人學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的相互交叉、滲透和促進(jìn)，對(duì)臨床介入醫(yī)學(xué)發(fā)展將會(huì)有巨大的推進(jìn)作用。
文檔編號(hào)A61B8/00GK202761317SQ20122033907
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者陳智毅, 曾濤, 邱日想, 梁琨, 林雁, 楊鳳 申請(qǐng)人:陳智毅