[发明专利]一种基于并联机器人的TMS自动治疗仪

说明书

本发明属于经颅磁刺激(TMS)治疗领域，公开了一种基于并联机器人的TMS自动治疗仪。并联机器人由6‑UPS并联机构与两自由度云台构成。6‑UPS并联机构由基座、虎克铰、电动缸、复合铰、动平台四部分组成，两自由度云台由行星减速步进电机、方位台、俯仰台、传动齿轮等部分组成。其中，两自由度云台安装于6‑UPS并联机构动平台。并联机器人固定在桁架结构上。在患者面部预置靶点，通过核磁共振影像设备可获得刺激靶点坐标和预置靶点在核磁共振影像设备坐标系中的坐标，再通过双目视觉测量系统可得到预置靶点在双目相机坐标系中的坐标，进一步控制并联机器人末端刺激线圈定位至刺激靶点进行经颅磁刺激治疗。

技术领域

本发明属于经颅磁刺激治疗技术领域，尤其涉及一种基于并联机器人的TMS自动治疗仪。

背景技术

经颅磁刺激治疗是一种无痛、无创的绿色治疗方法，磁信号透过颅骨而刺激大脑神经，实际应用中并不局限于头脑的刺激，外周神经肌肉同样可以刺激，因此称之为“磁刺激”。磁刺激是一种物理刺激形式，它是利用时变电流流入经颅磁刺激线圈，产生高强度时变脉冲磁场，时变脉冲磁场在组织内产生感应电场和感生电流，感应电流使某些可兴奋组织产生兴奋，通过不同的频率来达到治疗目的，高频主要是兴奋作用，低频则是抑制作用。由于其无痛、无损伤、操作简单、安全可靠等优点，在临床医学方面具有广泛的应用。

经颅磁刺激治疗在临床应用的过程中，最大难题是刺激线圈如何实现精准定位。目前，临床上经颅磁刺激治疗主要以操作者根据自身知识、经验以及人脑常规脑功能的分布对刺激靶点进行大致定位，通过手持经颅磁刺激治疗仪进行刺激治疗，但此种操作误差较大，其主要缺点在于实际刺激靶点位置与目标刺激靶点位置不统一，因此影响治疗效果，同时由于是人工手动操作，易产生误操作，使治疗过程存在一定的危险性。市面上有一种配备导航定位系统的经颅磁刺激治疗仪，以深圳瀚翔生物医疗电子股份有限公司为代表研发的TMS导航机器人，由脉冲磁场刺激仪(TMS)、3D红外摄像头(NDI)、3D红外反射球、计算机等组成的一套神经导航系统。精确定位线圈在治疗时对应脑区位置，结合全自动机械臂全程追踪线圈位置，保证线圈不会随着患者的头部移动而偏离线圈刺激靶点，确保治疗有效性。该系统使用串联六自由度机械臂，包含柔韧驱动器，多自由度，可实现整个脑区刺激。但此种导航机器人为串联机器人，由于各级电机非同步运转，存在响应速度低，串联机械臂定位误差累积较大，设备体积庞大等问题，另一方面串联机器人控制系统开发难度大，而经颅磁刺激治疗需医疗仪器辅助进行，因此数据传输接口相匹配也是一个难题。市面上还有一种基于光学导航定位系统的TMS导航机器人，但其光学导航定位系统主要集中在导航定位软件上，一般使用患者头部的核磁共振扫描图像来重建三维模型，然后利用光学导航定位系统实时跟踪经颅磁刺激线圈的位置，从而实现经颅磁刺激线圈定位，其存在的缺点主要是缺乏患者头部形状信息，无法进行准确的头脑三维模型重建，这就导致目标刺激靶点出现偏差，难以对经颅磁刺激线圈作进一步地精确定位，而且目前光学导航定位系统的价格颇为昂贵。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)手持经颅磁刺激治疗仪存在定位不精准、治疗效果差、易产生误操作等问题；

(2)基于串联机器人的TMS导航定位系统存在响应速度低、串联机械臂累积定位误差大、整个导航系统体积庞大、控制系统开发难度大等问题；

(3)基于光学导航系统的经颅磁刺激治疗仪难以对经颅磁刺激线圈作进一步的精确定位，且光学导航定位系统的价格颇为昂贵，使产品成本较高。

而解决上述问题的要点在于基于现有成熟的技术以及较低成本的前提下研发一套设备实现刺激线圈精准定位至相应的刺激靶点，并且设备的控制系统较容易开发，且与核磁共振等医疗设备数据传输方便。

为解决上述问题，提出一种基于并联机器人的TMS自动治疗仪，由6-UPS并联机构和两自由度云台串联而成，通过运动控制，可实现刺激线圈快速精准定位，进一步简化经颅磁刺激治疗的临床操作，实现高效治疗。