一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于醫療器械輔助模擬裝置領域，具體涉及一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置。
【背景技術】
[0002]腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法，大約70%的癌癥患者在治療癌癥的過程中需要用放射治療，約有40%的癌癥可以用放療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出，已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一。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展趨勢，通過CT、X射線等得到靶區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]然而在呼吸、心跳及腸胃蠕動等生理因素的影響下，位于胸腹部的腫瘤及其周圍組織是動態變化的，這給腫瘤靶區的精準定位帶來困難。相關研究表明，胸隔膜在呼吸運動的影響下活動范圍達0.5?2.0cm，并且個體的差異性很大。為了減少呼吸運動造成的不利后果，傳統解決方案一般采用等中心位移和呼吸門控等手段，這些方法因對患者的呼吸和狀態要求嚴格，治療效率低，正常組織仍然受到照射傷害而未能得到持續的發展，因此研究胸腹腔體表與體內腫瘤的運動規律并建立聯系是解決腫瘤精確定位和放療導航的最佳手段。
[0004]人體胸腹腔運動模擬裝置通過運動機構再現胸腹腔體表與體內腫瘤的運動，從而服務于數據獲取和模型驗證。現有的由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置有直線滑臺驅動型模擬器、高仿真人體模擬器等。然而高仿真人體模擬器由于內部結構復雜，不方便直接獲取內部腫瘤的運動軌跡信號。直線滑臺驅動型模擬器，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胸壁運動和腫瘤運動的關聯。現有的人體呼吸模擬裝置均無法準確的模擬胸腹腔體表與體內腫瘤的三維關聯性運動。
[0005]因此有必要開發一種新型的具有三維運動的胸壁和內部腫瘤運動模擬器，且兩者之間的運動具有關聯性，為呼吸跟蹤準確定位研究提供更為準確的運動模型。
【發明內容】
[0006]本實用新型目的是提供一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，再現人體呼吸時胸壁體表和體內腫瘤的關聯性三維運動，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤定位研究提供準確的運動模型，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]本實用新型的技術方案是:一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，包括工作臺，依次設于所述工作臺上的底座和支架，設于所述底座上的驅動電機，通過聯軸器與所述驅動電機輸出端連接的絲桿，設于所述絲桿上、并可隨絲桿的轉動而左右移動的滑塊，垂直設置于所述滑塊頂部的推板;設于所述支架上的針筒筒體，設于所述針筒筒體內的針筒活塞以及與所述針筒活塞外部連接的推桿;所述推桿與所述推板固定連接，同時在所述針筒筒體的針嘴處設有模擬體內用氣球，在所述模擬體內用氣球外側套有模擬體表用氣球。
[0008]作為優選的技術方案，在所述模擬體內用氣球和所述模擬體表用氣球上均設有用于采集當前位置信號的反光球體。
[0009]作為優選的技術方案，還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述驅動電機電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述驅動電機連接的電源轉換器。
[0010]作為優選的技術方案，在所述底座上兩對稱設置絲桿固定座，在兩絲桿固定座上、位于絲桿兩側分別設有兩導向桿，所述滑塊套裝于所述兩導向桿上。
[0011]作為優選的技術方案，所述驅動電機為步進電機。
[0012]本實用新型的具體原理如下:通過驅動電機控制絲桿轉動從而帶動滑塊進行直線運動，推桿推動針筒活塞對模擬體內用氣球進行打氣或者吸氣，從而控制模擬體內用氣球和模擬體表用氣球上的反光球體運動，模擬體表用氣球上的反光球體用于模擬人體胸壁體表的運動，模擬體內用氣球上的反光球體模擬人體體內腫瘤的運動，胸壁運動相位落后于腫瘤的運動，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腫瘤運動的相關規律，由此模擬人體胸壁和體內腫瘤的三維運動，且使兩者具有相關性，為后續進行體表和腫瘤運動規律的研究提供了一個更為接近真實的模擬裝置，同時模擬腫瘤球體和模擬胸壁球體設計為開放的位置式，更加方便胸壁運動和模擬腫瘤球體運動信號的同步獲取。
[0013]本實用新型的優點是:本實用新型不僅結構簡單、操作簡單、原理簡單，而且克服了現有技術的缺陷，彌補二維、三維直線滑臺驅動型模擬器的不足，再現人體呼吸時胸壁體表和體內腫瘤的關聯性三維運動，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤定位研究提供準確的運動模型和驗證工具，以作為醫療示教或科研儀器，并能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]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0015]其中:1底座，2支架，3驅動電機，4聯軸器，5絲桿，6滑塊，7推板，8針筒筒體，9推桿，10模擬體內用氣球，11模擬體表用氣球，12絲桿固定座，13導向桿。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0017]實施例:參照圖1所示，一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，包括工作臺，依次設于工作臺上的底座1和支架2，設于底座1上的驅動電機3(該驅動電機3為步進電機)，通過聯軸器4與驅動電機3輸出端連接的絲桿5，設于絲桿5上、并可隨絲桿5的轉動而左右移動的滑塊6，垂直設置于滑塊6頂部的推板7;設于支架2上的針筒筒體8，設于針筒筒體8內的針筒活塞以及與針筒活塞外部連接的推桿9;該推桿9與推板7固定連接，同時在針筒筒體8的針嘴處設有模擬體內用氣球10，在模擬體內用氣球10外側套有模擬體表用氣球11，在模擬體內用氣球10和模擬體表用氣球11上均設有用于采集當前位置信號的反光球體，該反光球體作為NDI光學運動捕捉設備的追蹤目標，其運動會被記錄。
[0018]本實用新型在底座1上兩對稱設置絲桿固定座12，在兩絲桿固定座12上、位于絲桿5兩側分別設有兩導向桿13，滑塊6套裝于兩導向桿13上。
[0019]本實用新型還包括控制裝置，該控制裝置包括與驅動電機3電連接的微控制器，以及與微控制器和驅動電機3連接的電源轉換器，該電源轉換器可將220V交流電轉換為供微控制器和驅動電機3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，并將其解算成驅動電機3的運動控制信號，最終通過絲杠5將驅動電機3的旋轉運動轉換為直線運動，其直線運動精度為0.033mm。
[0020]本實用新型的上位機是一臺控制器，通過控制絲桿5—個周期(使針筒打氣、吸氣各一次)的運動位移來模擬人體呼吸一次的呼吸氣的量的大小，通過運動位移和運動速度的變化來模擬人體呼吸氣一次所需的時間，模擬得出一系列規律或者不規律的體表呼吸運動軌跡，作為由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置的運動指令。
[0021]當然上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，其特征在于:包括工作臺，依次設于所述工作臺上的底座(1)和支架(2)，設于所述底座(1)上的驅動電機(3)，通過聯軸器(4)與所述驅動電機(3)輸出端連接的絲桿(5)，設于所述絲桿(5)上、并可隨絲桿(5)的轉動而左右移動的滑塊(6)，垂直設置于所述滑塊(6)頂部的推板(7);設于所述支架(2)上的針筒筒體(8)，設于所述針筒筒體(8)內的針筒活塞以及與所述針筒活塞外部連接的推桿(9);所述推桿(9)與所述推板(7)固定連接，同時在所述針筒筒體(8)的針嘴處設有模擬體內用氣球(10)，在所述模擬體內用氣球(11)外側套有模擬體表用氣球。2.根據權利要求1所述的由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，其特征在于:在所述模擬體內用氣球(10)和所述模擬體表用氣球(11)上均設有用于采集當前位置信號的反光球體。3.根據權利要求1所述的由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，其特征在于:還包括控制裝置，所述控制裝置包括與所述驅動電機(3)電連接的微控制器，以及與所述微控制器和所述驅動電機(3)連接的電源轉換器。4.根據權利要求1所述的由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，其特征在于:在所述底座(1)上兩對稱設置絲桿固定座(12)，在兩絲桿固定座(12)上、位于絲桿(5)兩側分別設有兩導向桿(13)，所述滑塊(6)套裝于所述兩導向桿(13)上。5.根據權利要求1所述的由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，其特征在于:所述驅動電機(3)為步進電機。
【專利摘要】本實用新型公開了一種由呼吸引起的人體胸腹腔運動模擬裝置，包括工作臺，依次設于工作臺上的底座和支架，設于底座上的驅動電機，通過聯軸器與驅動電機輸出端連接的絲桿，設于絲桿上、并可隨絲桿的轉動而左右移動的滑塊，垂直設置于滑塊頂部的推板；設于支架上的針筒筒體，設于針筒筒體內的針筒活塞以及與針筒活塞外部連接的推桿；所述推桿與所述推板固定連接，同時在所述針筒筒體的針嘴處設有模擬體內用氣球，在所述模擬體內用氣球外側套有模擬體表用氣球；本實用新型的優點在于再現人體呼吸時胸壁體表和體內腫瘤的關聯性三維運動，為解決腫瘤放療呼吸跟蹤定位研究提供準確的運動模型，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。
【IPC分類】A61B5/11, A61B90/00
【公開號】CN205126437
【申請號】CN201520863041
【發明人】郁樹梅, 陳濤, 駱放, 吉景偉, 譚優, 豆夢
【申請人】蘇州大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月3日