[发明专利]一种多针连续电动粒子植入装置的控制系统及方法

说明书

本发明涉及医疗器械领域，是一种多针连续电动粒子植入装置的控制系统及方法，包括：中央处理单元、通信单元、交互单元、环境信息感知单元、驱动单元，容易实现电动粒子植入器系统与机器人本体驱动单元的集成，只须配置将机器人本体驱动单元挂载在总线上，交互单元的脚踏安全开关、环境信息感知单元的B超探头、穿刺力传感器和中央处理单元的监控显示器联合使用，可以实现穿刺力或进针图像异常下，外科医生紧急干预下急停操作，保证控制系统运行的安全性，控制器响应于交互单元的控制面板发送的粒子植入任务，控制器解析任务级控制命令发送给所述驱动单元，驱动器完成对所述电机、开关量、编码器的控制和管理，提高控制系统实时性和扩展性。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，属于医学、机械、自动化交叉学科，具体涉及一种多针连续电动粒子植入装置的控制系统及方法。

技术背景

近些年，随着靶向放射性粒子植入术在北京中国人民解放军301医院临床推广应用的普及，北京市医疗器械检验所、医疗器械检验与安全性评价北京市重点实验室、北京理工大学智能机器人研究所、天智航公司、北京积水潭医院等北京科研机构已经从2012年的863计划项目开始，进行了脑外科、神经外科、骨科恶性肿瘤的粒子植入机器人关键技术的研究。传统放射性治疗术是在超声的引导下，借助于固定在超声支架上的导向板，临床医生使用手动粒子植入器将50～80颗镍钛合金包裹的¹²⁵I （144Gy）/103Pd（120Gy）粒子植入靶区部位，连续低剂量放射γ射线对肿瘤细胞进行杀死。当前国内外的粒子植入器多为医生手动进行，依赖于医生的临床经验，使得粒子植入的准确度具有不确定性。同时医生的疲劳和抖动使得手术时间变长，还有可能对患者造成一定的伤害。现有的电动粒子植入装置一定程度上改善了植入过程的自动化程度，如放射性粒子植入设备(CN104288904B)、一种医用粒子植入装置(CN202982916U)等专利，但是关于粒子植入器的控制系统专利较少，一般是简单的按钮和开关控制，缺乏实用、有效的控制系统架构，而关于粒子植入装置的控制系统设计，决定了该装置的智能化程度和放射外科医生使用的可接受度，会进一步对电动粒子植入系统辅助该类手术的临床研究和示范应用进程产生影响。

发明内容

本发明为解决现有的粒子植入装置的控制系统方案简单、外科医师使用可接受度低等问题，进而提供了一种多针连续电动粒子植入装置的控制系统及方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种多针连续电动粒子植入装置的控制系统，包括：中央处理单元、通信单元、交互单元、环境信息感知单元、驱动单元，所述通信单元包括RS232外设接口、PCI接口、EtherCAT总线接口，所述中央处理单元包括主控计算机，所述交互单元包括控制面板和脚踏安全开关，所述主控计算机通过RS232外设接口与交互单元连接，所述主控计算机通过PCI接口与环境信息感知单元连接，所述主控计算机通过TCP/IP协议接口安装有控制器，所述控制器通过EtherCAT总线接口与驱动单元连接，所述驱动单元包括内、外针驱动模块、弹匣更换模块、外针更换模块，所述内、外针驱动模块、弹匣更换模块、外针更换模块在中央处理单元的控制下完成粒子植入任务；

所述控制器响应于所述交互单元的控制面版发送的粒子植入任务，所述控制器解析任务级控制命令发送给所述驱动单元的内、外针驱动模块、弹匣更换模块、外针更换模块的驱动器，所述驱动器完成对所述电机、开关量、编码器的控制和管理；

所述环境信息感知单元包括位移传感器、红外传感器，所述位移传感器用于内、外针驱动模块、弹匣更换模块的直线定位信息反馈，所述红外传感器用于弹匣更换模块、外针更模块的角度定位信息反馈，所述位移传感器、红外传感器信息通过通信单元发送至中央处理单元的控制器，用于环境信息反馈的驱动单元的控制；

所述环境信息感知单元包括数据采集卡，所述数据采集卡采集环境信息感知单元的B超探头、穿刺力传感器信息，通过PCI接口发送至主控计算机的监控显示器上实时显示，所述监控显示器配合所述交互单元的脚踏安全开关协同工作，外科医生根据监控显示器上的B超和穿刺力数据，触发脚踏安全开关停止工作，所述脚踏安全开关的停止信号通过通信单元接口发送至驱动单元停止工作；