本发明专利技术公开了一种聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统，包括治疗床、支撑治疗床运动的上拖板及ｘ轴直线运动机构和可控制Ｂ超探头自转的机构，还包括设置于换能器探头和Ｂ超探头下方的绕ｙ轴摆动的机构，其下部设置有绕ｘ轴摆动的机构，绕ｘ轴摆动的机构坐落于中拖板上，中拖板下方设置有ｚ轴升降直线运动机构，其坐落于下拖板上，下拖板及其下部的ｙ轴直线运动机构坐落于置于地面的基坐板上。本发明专利技术的定位系统，可实现６个自由度的控制，让医生从Ｂ超图像引导的视点角度出发，配合基于视点的运动运算关系，即可直观地在Ｂ超图像上直接上、下、左、右、前、后操作，而无需顾及各个轴的具体运动，从而实现各轴的联动。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属生物医学仪器与设备领域，涉及一种图像引导的运动定位系统，具体涉及聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统。
技术介绍
高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)是将体外超声能量聚焦在人体深部目标组织，达到精确热损伤选定目标组织的目的。高强度聚焦超声治疗立体定位系统的作用一是确定图像引导下的深部患病部位，二是确定适合的方位和短的聚焦超声路径进行定位治疗。根据申请人所进行的资料检索，检索到与本专利技术相关的文献如下中国专利技术专利ZL98100283.8《高强度聚焦超声肿瘤扫描治疗系统》(公开日1999年5月5日，公开号1215616)中公开的是将单阵元治疗换能器和B超探头组合成组合探头，设置在多维数控运动装置上，该运动装置在计算机控制下进行体外扫描运动达到所需的治疗效果。中国技术专利ZL99201009.8《高强度聚焦超声治疗系统中的六坐标扫描装置》中，具有6个完全的自由度，实现了超声波焦点的空间定位和超声波传播路径的姿态控制。这两种形式的扫描机构实质上与传统的6坐标数控机床完全一致，主机座通过中心孔左端面连接板和倾斜机构的外壳联接，倾斜机构左端通过螺孔和四维机构外壳连接，四维机构内由三个相互垂直坐标和一个水平回转坐标，实现6个完全的自由度，保障超声波焦点按任意指定的路径和姿态对目标靶组织治疗。但是，这两种形式机械结构复杂，体积笨重，制造和安装成本较高，整个系统的精度较差，从系统受力的角度看，薄弱环节较多，不利于精度的保持，维护和调节也比较麻烦。中国专利技术专利03128117.6《聚焦超声治疗机的5自由度扫描装置》提出了一种5坐标串并联结构的聚焦超声治疗机器人，该机器人采用3-PRS并联机构和两个串连直线移动机构组成的串并联结构，实现5坐标运动。3-PRS并联扫描机构由三根驱动轴呈正三角形竖直布置，三个滑台分别装于三根驱动轴并可上下运动，三根等长连杆一端为转动副、安装在滑台上，另一端用球副连接于动平台；3-PRS动平台可实现z轴、绕x轴、绕y轴的运动。十字工作台可安装在3-PRS动平台上方或下方实现二维x轴、y轴的直线运动。该专利技术的关键部件可用标准件实现，结构简单、成本较低，可满足聚焦超声的定位需求。但这种并行机构对实时控制要求高，运动控制算法复杂。中国专利技术专利申请号02145322.5《高强度聚焦超声治疗中的立体定位系统》采用C形臂机构实现摆动运动、治疗机构总成和三维运动床体，实现了高强度聚焦超声治疗中的立体定位。不足之处是C形臂占用空间较大。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的是提供一种聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统，该系统可实现6个自由度的运动控制，配合运动控制算法让医生从直观的B超图像引导的视点角度出发，方便地进行定位操作，克服了现有立体扫描机构中的各轴单独操作，使医生难以建立B超图像中的位置和每一运动轴的关系，及其图像找位和对位的困难。本专利技术所采用的技术方案是，一种聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统，其特征在于该系统包括有高强度聚焦超声换能器和B超探头，所述的高强度聚焦超声换能器以5个自由度的姿态定位，其中3个自由度的姿态为x轴、y轴、z轴相互垂直的直线运动，2个自由度的姿态为两个相互垂直且绕x轴、y轴摆动运动；上述5个自由度的姿态定位由各自的驱动机构完成；高强度聚焦超声换能器还与B超探头同轴安装，B超探头在高强度聚焦换能器中进行±90°自转，B超探头上设有控制B超探头自转的驱动机构，构成具有6自由度变换姿态的B超图像引导立体定位系统。本专利技术的聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统，是一立体定位系统，可实现6个自由度的控制，6自由度装置采用串联结构，结构紧凑、高精度、运动过程中各轴运动无同步要求，该立体定位系统从医生直观的B超图像引导的视点角度出发，配合基于视点的运动运算关系，即可直观地在B超图像上(方位)直接上、下、左、右、前、后操作，而无需顾及各个轴的具体运动，从而实现各轴的联动。附图说明图1是本专利技术应用于聚焦超声治疗床的外形结构图；图2是本专利技术应用于治疗床的运动定位系统的结构示意图；图3是本专利技术运动定位系统中B超探头自转机构结构示意图；图4是本专利技术中绕x轴、y轴摆动机构的一种实例结构示意图，其中，a是主视图，b是俯视图；图5是本专利技术中y轴、z轴直线运动的实例结构示意图，其中，a是主视图，b是俯视图；图6是本专利技术中床体x轴直线运动的实例结构示意图；图7是本专利技术坐标换算示意图，其中，a是基于B超视点的运动直角坐标系uvw和轴运动直角坐标系xyz的关系示意，b是B超探头自转坐标示意，c是B超扇扫面上任意点的坐标示意。下面结合附图和专利技术人给出的具体应用实施例对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施例方式参见附图1～2，图1是本专利技术应用于聚焦超声治疗床的外形结构图，从图1中可看出，高强度聚焦超声换能器置于治疗床的下方，治疗床的中央有孔，本专利技术的运动定位系统十分紧凑地位于聚焦超声治疗系统中治疗床的下部空间中。参见图2，图2是本专利技术用于治疗床的运动定位系统的结构示意图，它包括有高强度聚焦超声换能器1和B超探头7，高强度聚焦超声换能器作相互垂直的x轴、y轴、z轴直线运动和绕x轴、y轴的摆动；高强度聚焦超声换能器1的上方有用于支撑治疗床运动的上拖板6及x轴直线运动的驱动机构11，上拖板6上留有大孔，使高强度聚焦超声换能器1的探头中大孔露出，B超探头7同轴安装在高强度聚焦超声换能器1的探头中，B超探头7在高强度聚焦换能器1中进行±90°自转。在高强度聚焦超声换能器1和B超探头7的下方，设置有绕y轴摆动的驱动机构2，驱动机构2的下方还有中拖板10，绕x轴摆动的驱动机构3设置于中拖板10上，中拖板10下方设置有z轴升降直线运动机构4，其坐落于下拖板9上，下拖板9及其下部的y轴直线运动机构5坐落于置于靠近地面的基座板8上。构成了具有6自由度变换姿态的B超图像引导立体定位治疗系统。B超图像在xy平面沿任意轴平行扫描可构成三维数据图像重建，亦可让B超探头自传构成三维数据图像重建。图3是B超探头自转的结构示意图。B超探头自转的驱动机构由伺服电机18、驱动齿轮13、和B超探头同轴装配的齿轮12组成，伺服电机18带动驱动齿轮13并将以一定转速比带动齿轮12使B超探头7自转。由于高强度聚焦超声换能器1下置，自转的B超探头7部分设置了密封圈有效的防止下漏水，在高强度聚焦换能器1与绕y轴摆动的机构2之间设置有压环15，压环15上部与下置的高强度聚焦超声换能器1的盛放脱气净化水的水囊16相连。图4是本专利技术中绕x轴、y轴摆动机构的一种实例结构示意图。两个绕轴摆动可形成绕锥顶(共焦点)的锥体内摆动。绕y轴摆动的驱动机构2置于绕x轴摆动的机构3上，两摆动运动相互垂直；两轴摆动机构的结构是一样的，故在此只说明其中一个摆动结构即绕y轴摆动的机构2。在绕y轴摆动的机构2中，伺服电机17驱动滚珠丝杆18转动使螺母19作直线运动，在螺母19的两侧夹持着两条同步带一道作直线运动，同步带支撑在四个同步轮20上，同步带带动绕y轴摆动的机构2运动；绕y轴摆动的机构2的外圆弧跑道21与同步轮20相切，外圆弧跑道21上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚焦超声治疗中基于视点的三维图像引导运动定位系统，其特征在于：该系统包括有高强度聚焦超声换能器和Ｂ超探头，所述的高强度聚焦超声换能器以５个自由度的姿态定位，其中３个自由度的姿态为ｘ轴、ｙ轴、ｚ轴相互垂直的直线运动，２个自由度的姿态为两个相互垂直且绕ｘ轴、ｙ轴摆动运动；上述５个自由度的姿态定位由各自的驱动机构完成；高强度聚焦超声换能器还与Ｂ超探头同轴安装，Ｂ超探头在高强度聚焦换能器中进行±９０°自转，Ｂ超探头上设有控制Ｂ超探头自转的驱动机构，构成具有６自由度变换姿态 的Ｂ超图像引导立体定位系统。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，陆明珠，万明习，丁克宪，何先梁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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