专利名称：碎石装置操作方法和用这种方法操作的碎石装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碎石装置操作方法和一种用所述方法操作的碎石装置。
背景技术：
碎石术是一种不通过手术，而是借助聚焦沖击波将患者体内的结石击碎 的治疗方法。为此需以机械方式在患者身上耦合冲击波源，即将带有连接波 紋管(内部注有流体)的沖击波源放置在人体表面。为能将沖击波尽可能没 有损耗地导入患者体内，连接波紋管必须毫无间隙地紧贴在人体表面。
为确保这种无损耗声耦合，已知做法是借助连接波紋管内的流体压力对 用于将冲击波源放置或耦合到患者体表的力进行调节。但根据患者的具体人 体构造和治疗所需的冲击波具体透入深度，可能无法再通过压力调节装置
(例如DE 197 48 071 Al中公开过这种压力调节装置)对发生作用的耦合 力进行调整。此外，在流体压力被调节至预设额定值的情况下，在冲击波源 和体表之间的作用力并非总是相同，其原因在于，在沖击波源和体表之间作
用的力与接触面和几何接触结构相关。
在此情况下，耦合时施加在冲击波源上的力会使承载沖击波源的组件发 生变形，从而使沖击波的焦点偏离其标定位置。这个标定位置通常与结石定 位所用的X射线设备的图像中心重合。图4对此进行了详细图示。如图4所 示，沖击波源2通过支撑结构3 (在本实施例中为支臂4)安装在附图中仅
以示意图形式显示的控制台8上，支臂4可转动地布置在C型臂6上。冲击 波源2具有一连接波紋管10,沖击波源2通过连接波紋管10被放置在患者 12的体表上，并与患者12的体表声耦合。理想情况下，即当冲击波源2上 受到的作用力F较小时，沖击波的焦点S与其标定位置C重合于C型臂6的 同心点)。标定位置C同时也是图中未显示的用于对结石进行定位的X射线 设备的图像中心。附图中的虚线表示的是，沖击波源2与患者12之间耦合 时，沿沖击波源2的中心轴14的方向上在沖击波源2上施加力F时所出现 的情形。此时，由支臂4和C型臂6构成的支撑机构通常会发生可逆的弹性 变形，这会使沖击波的焦点S从其标定位置C偏移到实际位置C'。
如果焦点S的这种偏移情况未被识别和考虑到，就会影响疗效，给患者 带来不必要的负担。
为避免出现这种情况，现有技术中的已知做法是通过在沖击波源2尚 未受到作用力的时候将冲击波的焦点S置于标定位置C之外来补偿将要出现 的变形。在此情况下，当沖击波源2被耦合到患者12的体表后，随之出现 的变形理想情况下会使焦点S与标定位置C重合。图5用虚线对此进行了图 示。但由于用于将沖击波源2耦合到患者12身上的力视具体应用的不同而 不同，因而即使通过这一措施也不能总是确保焦点S与标定位置C重合。
上文借助布置在C型臂上的冲击波源所加以说明的问题，也会以相同的 形式出现在具有其他类型的支撑结构的碎石装置上。图6对这类碎石装置进 行了示范性的图示。其中，自由端上安装有冲击波源2的支臂4绕水平轴4a 可转动地布置在悬臂15的自由端上，悬臂15绕垂直轴仆可转动地安装在 图中未显示的控制台上。在耦合力F的作用下，支臂4首先会发生变形，由 于耦合力F的杠杆作用，支臂4的自由端的变形程度最大。如附图中的虛线 所示，耦合力F致使支臂4的自由端发生偏移，从而同样导致焦点S从其标 定位置C偏移到实际位置。由于耦合力F并非一定在平行于冲击波源中心 轴14的方向上发生作用，因而除了由支臂4和中心轴14确定的平面发生弯曲外，还有可能会出现扭转现象。
除上文借助图4至图6所-沈明的焦点S的可逆性位置偏移外，在预期或
非预期作用力较大的情况下，也有可能出现不可逆变形，这会导致焦点s永
久地偏离标定位置C,并给患者带来风险。
其中，随着沖击波源的机械自由度数量)的增加，上述问题的出现频率 必然会越来越高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种碎石装置操作方法，借助于这种方法可 避免上述问题的发生。此外，本发明的另一目的是提供一种用所述方法操作 的碎石装置。
本发明与方法有关的目的通过一种具有独立权利要求1所述特征的方法 而达成。所述碎石装置操作方法是在待治疗患者身上耦合一个冲击波源，用 于产生聚焦在一个焦点上的沖击波，并对用于支撑冲击波源的支撑结构在耦 合时所发生的变形进行检测和分析。
通过这种措施，使用者可在治疗过程中对焦点所发生的偏移有否达到必 须中断或停止进一步治疗的程度以及是否必须重新定位焦点进行判断。
其中，可通过测量一个与支撑结构或沖击波源机械地耦合的基准位置或 基准轴与一个位于支撑结构外部的位置固定的基准位置或基准轴之间的位 移变化或角度变化来检测支撑结构的变形情况，或者通过测量布置在支撑结 构上的两个基准位置或两个基准轴之间的位移变化或角度变化来检测支撑 结构的变形情况。
根据具体设备类型，有可能只需测量一个轴上或一个平面内的位移变化 或角度变化即可对变形情况进行检测。当受力情况较为复杂时，合理的做法 是对复数个轴上或复数个平面内的位移变化或角度变化进行检测。
;险测到的变形特別用于焦点实际位置的测定和冲击波源的正确定位。因 为如果沖击波源的支撑结构(即用于支撑冲击波源的支撑组件)的变形为已 知量，就可根据变形情况和设备相关参量(例如经试验验证的查找表)确定 焦点的实际位置。
根据本发明的一种特别有利的实施方案，与支撑结构机械地耦合的基准 位置布置在沖击波源上。通过这种措施，在对检测到的变形情况进行分析后， 可特别简单、准确地确定沖击波源焦点的实际位置，因为出现在这个位置上 的是支撑结构所有局部变形的综合结果。
如果将焦点的实际位置显示在患者的x射线图像中，就可以简单的方式 对沖击波的焦点进行准确定位。为此可通过机械定位或电子图像校正，对x
射线装置进行调节，使X射线图像的图像中心重新与沖击波源的焦点重合。
在所述方法的另 一有利实施方案中，将检测到的变形与 一上限值相比 较，并对这一上限值被超过的情况进行指示。通过这种措施可避免施力过大 而引起的不可恢复的变形，从而避免碎石装置受到意外的永久性损坏。
此外，如果上限值被超过时触发可减小变形的自动补偿运动，就能确保， 即使在使用者操作不慎的情况下也能避免发生不可逆的受损情况。
本发明与碎石装置有关的目的通过独立权利要求9的特征而达成。从属 于这项独立权利要求的从属权利要求说明的是碎石装置的其他有利实施方 案。ii些碎石装置权利要求的优点，分别产生自相对应的各方法权利要求具 有的优点。
下面借助附图所示的实施例对本发明作进一步说明，其中 图1为本发明的碎石装置的原理图2为示意图形式的X射线图像，其中显示的是沖击波焦点的实际位置； 图3为碎石装置的支臂，根据本发明，支臂上布置有测量传感器；以及 图4至图6为示意图，显示碎石装置将冲击波源耦合到待治疗患者身上 时所出现的变形情况。
具体实施例方式
像上文中通过图4和图5所说明的那样，图1所示的沖击波源2由包括 支臂4的支撑结构3支撑，支臂4安装在C型臂6上，支臂4可围绕沖击波 源2的焦点的标定位置C (在本实施例中为C型臂6的同心点)转动。沖击 波源2的焦点的标定位置C位于X射线成像装置18的图像中心，X射线成像 装置18在本实施例中为一C型臂X射线设备，其中，X射线接收器M和X 射线管22布置在X射线C型臂16上，X射线C型臂16的同心点与上述焦点 的标定位置C重合。X射线接收器20和X射线管22可一起围绕这个标定位 置C转动。
待治疗患者12被安置在患者检查台24上，沖击波源2通过其连接波紋 管10与患者12的体表耦合。附图还对待击碎结石K进行了图示，结石K理 想情况下定位在X射线C型臂16的同心点上。
如附图中的双向箭头所示，中央控制和分析装置26用于对X射线装置 18和沖击波源2进行控制。控制和分析装置26上连接有操作设备和显示设 备，即附图以示意图形式显示的键盘28和监视器30。在监视器30所显示的 患者12的X射线图像B中，定位在X射线C型臂16的同心点上的结石K出 现在图像中心。
支撑结构3 (在本实施例中为支臂4 )上布置有至少一个测量传感器31, 测量传感器31在沖击波源2耦合到患者12身上时，检测所述支撑结构由于 受到耦合力作用而发生的变形。通过对复数个测量传感器31进行适当选择 和布置，原则上还可对多轴变形及扭转情况进行检测。原则上也可对支臂4 上的局部变形分布情况进行^f企测。
测量传感器31的测量信号M被传输到控制和分析装置26上，由控制和 分析装置26对其进行分析，从而测定沖击波源2的焦点的实际位置。这一 步骤例如可通过一种包含有经试-睑一睑证的查找表的分析软件而实现。该查找 表内存储有由沖击波源2的位置变化引起的焦点偏离标定位置C的数据，以 及上迷测量传感器31所测量到的测量信号M。
这种方法测定的实际位置用相应的符号34表示，在本例中标示为一个 显示在X射线装置18所产生的X射线图像B中的十字线。
此外，控制和分析装置26还通过测量信号M来检验，是否存在低于或 超过变形上限值的情况。这种低于或超过的情况由指示元件36和38指示， 指示元件36和38也可整合在监视器30的像面中。
此外，控制和分析装置26还与图中未显示的用于驱动患者检查台24的 驱动装置相连，当测量传感器31所测量到的变形超过上限值时，控制和分 析装置26会触发患者检查台24自动离开原来的位置(如箭头40所示)。
控制和分析装置26还包含有存储装置42,存储装置42用于存储治疗过 程中所测量到的变形和其他相应的患者数据及治疗相关数据D。
如图2所示，结石K定位在由X射线装置产生的X射线图像B的图像中 心。理想情况下，如果冲击波源上未受到外力作用，图像中心就与冲击波源 焦点的标定位置C重合。如果在冲击波源上施加一外力，冲击波源的焦点就 会从标定位置C偏移到实际位置C'，即，使用者看到的符号34。使用者可 从所示实施例中看出，焦点的实际位置C'不再位于结石K的内部，因而不能 释放冲击波。此时，使用者可通过减小耦合时的施力或通过移动患者位置后 重新实施耦合，从而将X射线图像B中所显示的实际位置。定位在结石K 上，或将结石K移置到实际位置C'上。作为补充方案，也可将X射线图像的 图像中心对准焦点。这一点可通过X射线装置的重新定位或电子图像校正而 实现。在此情况下，结石K偏离图像中心。
图3所示的实施例中设置有用作测量传感器31的光学装置，这一光学
装置通过对两个与支臂4机械地耦合的基准位置Pl、 P2之间的相对位置变
化情况进行测量，来检测支臂4的变形情况。为此，基准位置P1上，即支 臂4的支撑端区域内布置有可发射光束LS的光源50(例如激光二极管)，光 束LS沿从属于光源的第一基准轴Al传播。光束LS被布置在支臂4中的致 偏镜52折射到光接收器54上，光接收器54布置在位于支臂4自由端区域 内的基准位置P2上。布置在光路中的遮光器56起到的是限束作用。在此情 况下，耦合力F所引起的支臂4的变形会使光接收器54发生位置变化，使 光束LS偏离光接收器54的接收面，以致光接收器54从变形上限值被超过 时起再也接收不到光束LS。这表示，变形已达到一个必须中断或停止治疗的 程度。换言之就是当由光接收器54传输的测量信号没有出现时，可自动 中断冲击波的释放。如果将由复数个单个接收器构成的线性阵列(例如CCD 传感器)用作光接收器54，就可对支臂的变形(即自由端的偏移)和与此相 应的焦点偏离其标定位置的情况进行定量检测。
作为附图所示的实施例的替代方案，也可在光接收器54的位置上定位 一反射镜，并将光源50和光接收器54整合在一个结构单位内。采用这种布 置方案时，反射镜角位置变化，即由反射镜的法线确定的且与支撑结构(在 本实施例中为支臂4)机械耦合的第二基准轴A2的角位置发生变化，会使光 接收器54上的测量信号发生变化，因为在此情况下，光束LS的光轴和上述 法线不再彼此平行。
原则上，支臂4的变形情况也可通过直接测量该支臂相对于基准位置Pl (相对于X射线C型臂位置固定)的变形而获得，其方法是例如将光发射器 和光接收器布置在支臂4的外部。这一点例如可通过基于三角测量的光学测 距传感器31a而实现，如图中的虛线所示，测距传感器31a布置在位于支臂 4外部的位置固定的基准位置P1上，与支臂4之间不存在机械连接，并用于 检测到达一个布置在基准位置P2上的反射面的距离。其中，基准位置P2与 支臂4机械地耦合。测距传感器31a也可与反射面对调布置。此外，这种测
距传感器31a也可以和所属的反射面一起布置在支臂4的内部，并与支臂4 机械相连，以便对支臂4的结构元件之间的相对位移变化进行检测。借助于 这种既可布置在支臂4内部又可布置在支臂4外部的测距传感器31a，不仅 可对是否已超过一个预定的变形上限值的情况进行检测，还可检测变形的程 度、及焦点实际位置与标定位置之间的偏差，并对上述检测进行相应指示。
此外，还可通过测量支撑结构上的基准轴Al与位置固定的基准轴A2之 间的角度变化，来测量支撑结构的变形情况。为此，合适的测量传感器例如 是所谓的"罗盘模块"31b,这种测量传感器可用于测量支撑结构上的基准 轴Al与地磁场方向(基准轴A2)之间的角度。在本实施例中，罗盘模块布 置在冲击波源2上。这种绝对角度变化还可用一些重力场倾角传感器来测量。
角度传感器特别适合用于测量角度变化，其测量原理建立在角度变化引 起电阻变化的基础上。角度传感器适于检测相对于一个、两个或三个空间轴 的角度变化。
作为上述测量传感器的替代或补充方案，也可使用电容或电感式测量传 感器，他们可检测绝对位移变化或相对位移变化，即， 一个固定的基准位置 与一个支撑结构上的基准位置之间的位移变化，或者设置在上述支撑结构上 的两个基准位置之间的位移变化。为测量位移变化，还可使用根据测绳原理 (Messsei lpr inzip )工作的位置传感器。
此外，还可直接通过布置在支撑结构上的一个或复数个应变传感器31c, 来检测支撑结构的机械变形，借助于这些应变传感器同样可对支撑结构内部 的相对位移变化进行测量。通过电感式测量传感器还可检测相对旋转角。
原则上，支撑结构的变形情况可以通过测量位移变化或角度变化而得 到，其中， 一个或复数个选定基准位置或基准轴布置在所述沖击波源上，如 附图中有关罗盘模块31b的实施例所示。采用这种处理方式时，测量信号以 特别简单的方式与焦点偏移(焦点实际位置与标定位置之间的偏差)建立关 联关系。
权利要求
1.一种操作碎石装置的方法，其中在待治疗患者(12)身上耦合冲击波源(2)，所述冲击波源用于产生聚集在一焦点(S)上的冲击波；以及对用于支撑所述冲击波源(2)的支撑结构(3)在耦合时所发生的变形进行检测和分析。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过测量一个与所述支撑结构 或所述沖击波源(2)机械地耦合的基准位置(pl, p2)或基准轴(Al, A2) 与一个位于所述支撑结构(3)外部的位置固定的基准位置(PI, P2)或基 准轴(Al, A2)之间的位移变化或角度变化，来检测所述变形。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过测量布置在所述支撑结构 (3)上的两个基准位置(Pl， P2)之间或两个基准轴(Al, A2)之间的位移变化或角度变化来检测所述变形。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，与所述支撑结构(3 )机械 耦合的所述基准位置(PI, P2)或者与所述支撑结构(3)机械耦合的所述 基准轴(Al， A2)布置在所述冲击波源(2)上。
5. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，利用检测 到的变形来测定所述焦点(S)的实际位置(C')并对所述冲击波源(2)进 行正确定位。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，将所述焦点(S)的实际位置(C') 显示在所述患者(12)的X射线图像(B)中。
7. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，将测量到 的变形与 一上限值相比较，并对所述上限值被超过的情况进行指示。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述上限值被超过时，触发一 个可减小所述变形的补偿运动。
9. 一种碎石装置，包括 一个冲击波源(2),所述冲击波源用于产生聚集在一焦点(S)上的冲击波；以及至少一个测量传感器(31， 31a-c), 所述测量传感器对所述冲击波源(2)的支撑结构(3)在耦合时所发生的变形进行测量。
10. 根据权利要求9所述的碎石装置，其中，所述测量传感器(31, 31a-c ) 用于测量一个与所述支撑结构(3)或所述冲击波源(2)机械地耦合的基准 位置(Pl， P2)或基准轴(A1, A2)与一个位于所述支撑结构(3)外部的 位置固定的基准位置(PI, P2)或基准轴(A1, A2)之间的位移变化或角度 变化。
11. 根据权利要求9所述的碎石装置，其中，所述测量传感器(31， 31a-c ) 用于测量布置在所述支撑结构上的两个基准位置(P1,P2 )或两个基准轴(Al, A2)之间的位移变化或角度变化。
12. 根据权利要求10或11所述的碎石装置，其中，与所述支撑结构(3) 机械耦合的基准位置(PI, P2)或者与所述支撑结构(3)机械耦合的基准 轴(Al， A2)布置在所述沖击波源(2)上。
13. 根据权利要求9至12中任一项权利要求所述的碎石装置，其中， 具有一个控制和分析装置(26),根据测量到的变形确定所述焦点(S)的实 际位置(C')。
14. 根据权利要求13所述的碎石装置，其中，具有一个X射线装置(18 )， 用于产生和再现所述患者(12)的X射线图像(B),并将所述焦点(S)的 实际位置(C')显示在所述X射线图像(B)中。
15. 根据权利要求9至14中任一项权利要求所述的碎石装置，其中， 当测量到的变形超过一个预定的上限值时，所述控制和分析装置(26)会自 动触发补偿运动。
16. 根据权利要求15所述的碎石装置，其中，所述补偿运动指的是由 所述控制和分析装置(26 )触发的患者检查台(24 )偏离其原来位置的移动， 所述患者检查台用于安置所述待治疗患者U2)。
全文摘要
本发明涉及一种碎石装置操作方法，所述方法是在待治疗患者(12)身上耦合冲击波源(2)，所述冲击波源用于产生聚集在一焦点(S)的冲击波，并对用于支撑所述冲击波源(2)的支撑结构(3)在耦合时所发生的变形进行检测和分析。
文档编号A61B17/22GK101208048SQ200680022741
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月21日 优先权日2005年6月22日
发明者赫伯特·陶伯, 马赛厄斯·马勒 申请人:西门子公司