專利名稱：用于確定脊柱減壓設(shè)備治療角度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將拉力施加至患者的脊柱以對脊柱進(jìn)行治療的系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過一定范圍的角度將拉力施加至患者的脊柱，并且該系統(tǒng)動態(tài)地基于床/患者的位置對治療角度進(jìn)行計算和調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
理療師利用脊柱減壓治療來治療各種脊柱疾病，包括椎間盤突出、退變性椎間盤疾病、坐骨神經(jīng)痛、后小面關(guān)節(jié)綜合癥征以及手術(shù)后疼痛。減壓治療源自于傳統(tǒng)的基于牽引的治療，其中通過外力(例如理療師用手或者通過自動過程)將脊柱置于拉力狀態(tài)中。典型地，在傳統(tǒng)的基于牽引的治療期間，脊柱處于連續(xù)的拉力狀態(tài)。減壓治療與傳統(tǒng)牽引治療的不同之處在于，拉力以特定的角度施加至脊柱。而且，在減壓治療期間，在整個治療周期中施加各種拉力或者循環(huán)使用各種拉力，從而使得脊柱旁肌肉放松和疲勞，允許椎間盤分離。這些功能提供了拉力的不同級別之間的平滑過渡。在傳統(tǒng)牽引或者減壓治療中，脊柱拉力都典型地保持30分鐘或更長的周期。由于脊柱置于拉力狀態(tài)中，所以脊柱椎骨分離，以便允許椎間盤重新對準(zhǔn)至其適當(dāng)位置中。這種作用使得椎間盤突出能夠有時間在非負(fù)荷狀態(tài)中治愈。此外，富有營養(yǎng)的脊髓液(髓核)通 過由椎骨的分離產(chǎn)生的壓降而被引至拉力的位置。脊柱旁肌肉通過與拉力相反進(jìn)行拉緊可能不自覺地與脊柱的拉伸發(fā)生相反作用。而且，有知覺的人(患者)可能會不自覺地和/或下意識地收縮脊柱肌肉，作為對拉力的對抗反應(yīng)。上述患者反應(yīng)的其中之一或二者都降低了脊柱牽引或脊柱減壓治療的有效性?，F(xiàn)有的普通脊柱減壓治療治療系統(tǒng)的一個例子利用了經(jīng)由患者接口設(shè)備(例如拉力帶和/或患者固定帶)連接至患者的非反饋提供拉力產(chǎn)生驅(qū)動器(機(jī)電、氣動、磁性、液壓或化學(xué)驅(qū)動器的任意類型)。患者仰臥在治療床上，頭部位于施加的拉力源的遠(yuǎn)端。上身患者固定帶將患者上身緊固至床的遠(yuǎn)端部(床的該端部離產(chǎn)生拉力的源最遠(yuǎn))。下身固定帶圍繞腰部進(jìn)行緊固，并且用作連接拉力帶的點(diǎn)。拉力產(chǎn)生驅(qū)動器輸出增大或減小以在拉力帶連附至患者的點(diǎn)產(chǎn)生合成拉力改變。利用線性驅(qū)動器(機(jī)電、氣動、磁性、液壓或化學(xué)驅(qū)動器的任意類型)從而相對于連附至患者的位置升高和降低拉力帶拉動的點(diǎn)(治療定位器)，從而調(diào)節(jié)施加的拉力的角度。系統(tǒng)還包括拉力測量設(shè)備(例如，稱重傳感器)，其與拉力產(chǎn)生驅(qū)動器和患者共線連接，從而將拉力度量傳達(dá)至拉力產(chǎn)生驅(qū)動器控制設(shè)備(例如計算機(jī))。從而，系統(tǒng)作為受控反饋環(huán)路進(jìn)行操作，從而能夠?qū)⒂媱澋睦η€施加至患者，并且能夠通過計算機(jī)對實(shí)際施加的力進(jìn)行驗(yàn)證。但是在上述例子中，相對于連附至患者的位置的拉力帶拉動的點(diǎn)在施加拉力的過程中典型地是固定的。由于拉動的方向是既不平行于患者的脊柱也不垂直于患者的脊柱，并且由于患者仰臥(在本例中)其頭部位于施加的拉力源的遠(yuǎn)端，所以施加的拉力能夠被建模為兩個力向量，一個力向量與患者的脊柱共線并且遠(yuǎn)離頭部，另一個力向量垂直于患者的脊柱。在患者俯臥的情況下，施加的拉力合力的水平分量的方向?qū)⒈３窒嗤?，然而施加的拉力合力的垂直分量的方向?qū)㈩嵉埂?br>
脊柱減壓的拉力以一定角度施加，特定角度(所述角度對于每個設(shè)備的設(shè)計而言是特定的)會影響特定的椎間盤位置。治療角度的改變會引起減壓應(yīng)力作用于脊柱的具體部位發(fā)生改變，通過三維有限元模擬力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，以及在實(shí)驗(yàn)中改變角度并觀測脊柱受力情況等實(shí)驗(yàn)方法，都可以發(fā)現(xiàn)，脊柱各個點(diǎn)的最大應(yīng)力的位置與減壓角度有關(guān)，減壓角度不同，最大應(yīng)力作用位置不同。減壓角度與最大應(yīng)力位置的關(guān)系是，減壓角度越小時，最大應(yīng)力位置越靠近尾骨，相反，隨著減壓角度的增大，最大應(yīng)力將向著胸椎的方向上移。因此當(dāng)治療時，應(yīng)該根據(jù)病變椎間盤的位置，適當(dāng)調(diào)整減壓施力角度，使病變部位獲得最有效減壓應(yīng)力。通過調(diào)節(jié)施加的拉力的角度而對脊柱中脊柱伸長的位置進(jìn)行定位的能力使得專業(yè)醫(yī)師能夠治療特定位置損傷，以對脊柱伸長的位置進(jìn)行正確定位才能使每個治療階段的治療益處最大化。然而現(xiàn)有的減壓或牽引技術(shù)，或是沒有針對病變位置進(jìn)行拉力角度的調(diào)整(第一種情況)，或是有粗略的病灶角度定位，但最終治療角度的確定，要么憑借臨床治療經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，要么通過機(jī)器預(yù)設(shè)的固定治療角度，進(jìn)行角度的確定(第二種情況)。第一種情況所帶來的問題是顯而易見的，病變位置無法獲得最有效的減壓應(yīng)力，以平行的角度(0°，床體水平)來進(jìn)行牽引或減壓，那么最大應(yīng)力靠近尾椎骨，另外，無減壓角度設(shè)定，減壓力將作用于整個脊柱，而實(shí)際作用于病灶(病變椎間隙)之有效減壓力將微乎其微，從而不能實(shí)現(xiàn)病變椎間隙的有效治療。第二種情況的問題在于，通過機(jī)器以往的角度數(shù)據(jù)或人工設(shè)定角度，雖然有一個參考基礎(chǔ)，即臨床經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室數(shù)據(jù)，但問題在于人體脊柱不等同于計算機(jī)數(shù)字化或教科書中的理想脊柱模型，由于生理、性別、年齡、體格、工作性質(zhì)等差異，都將導(dǎo)致脊柱生理曲線形成差異，甚至同一患者在不同的日期進(jìn)行治療，若仍然套用同一固化的角度設(shè)定，其病灶角度定位必然發(fā)生較大的偏差，也將導(dǎo)致無法得到最好的減壓效果。而本發(fā)明能夠在病人調(diào)整好體位后，通過配置水平方向和垂直方向的位移傳感器，根據(jù)傳感器傳遞的位移數(shù)據(jù)，結(jié)合人體脊椎的HPT最佳擬合曲線，自動計算出作用于脊椎L3所應(yīng)的最合適的拉力角度，由于相對于舊方案中更精準(zhǔn)的定位了 L3，L1-L5從而也能相對于舊方案進(jìn)行相對精確角度定位了，達(dá)到了對病變位置更準(zhǔn)確的角度定位，進(jìn)而能更準(zhǔn)確的將減壓力作用于病變位置
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖展示一種獨(dú)特方法，綜合各種患者人群和人體測量學(xué)在脊柱減壓治療床上定位脊柱前凸的頂點(diǎn)(腰椎的第三椎骨)。此外，利用脊柱前凸的頂點(diǎn)并且定位在骶骨處施加至患者的合成拉力的原點(diǎn)，以計算基于平均或理想脊柱模型的節(jié)段治療角度，所述模型考慮了治療床的水平位置和治療定位器的垂直位置。通常，不同患者的下脊柱不需要拉力帶拉動的點(diǎn)在水平方向上處于相同的位置。本發(fā)明的治療床設(shè)計為可朝向與可遠(yuǎn)離拉力帶拉動的點(diǎn)滑動，以適應(yīng)患者高度的差異。而不論患者的高度怎樣，下脊柱的位置是已知的。這是通過兩種方式實(shí)現(xiàn)的。首先，通過在治療床內(nèi)放置脊柱前凸支撐件，其起到將患者脊柱的前凸曲線定位在治療床上相同位置的作用。具體而言，脊柱前凸的頂點(diǎn)，第三腰椎(L3)，定位在脊柱前凸支撐件的中心頂部的上方。脊柱前凸支撐件可以是床體中的升高位置，例如泡沫凸出件，或者可以是可調(diào)節(jié)式支撐件，例如可充氣氣墊。脊柱前凸支撐件用于兩個目的，都允許設(shè)備基于前凸脊柱的已知位置計算治療角度，并且用作支點(diǎn)，下脊柱關(guān)于該支點(diǎn)對準(zhǔn)并且伸長。其次，通過在治療床中置入位置傳感器，其檢測治療床的移動和位置。治療床利用線性驅(qū)動器以使得治療床朝向和遠(yuǎn)離拉力源水平移動。針對這種施加的位置傳感器可以是位于驅(qū)動器內(nèi)的電位計、相對或絕對編碼器，或者光學(xué)設(shè)備。位置傳感器也可以安裝于驅(qū)動器外部。在任何情況下，位于水平治療床位置傳感器的度量傳達(dá)至處理單元，用于治療角度的動態(tài)計算。按照上面描述的兩種方法，無論患者高度如何變化，相對于拉力源的脊柱的前凸的頂點(diǎn)的水平位置可以是已知的。在普通牽引和脊柱減壓設(shè)備中，拉力源一般固定在水平方向上遠(yuǎn)離患者的位置。拉力源可以在垂直方向上相對于患者升高和降低，以增大和減小施加至患者的拉力的角度?？蛇x擇地，拉力源可以相對于患者在垂直方向上固定于合適的位置。在該方案中，可以利用輥?zhàn)酉到y(tǒng)以相對于患者升高和降低拉力源拉動的點(diǎn)，以增大和減小施加至患者的拉力的角度。在任一情況下，利用一些類型的驅(qū)動器以升高和降低拉力源或拉力源拉動的點(diǎn)。將位置傳感器內(nèi)置在控制拉力源或拉力源拉動的點(diǎn)的垂直位置的驅(qū)動器中，這提供了用于在治療角度的動態(tài)計算中使用的處理單元的垂直位置度量。下身患者固定帶將合成拉力向量起始點(diǎn)定位在在身體的后側(cè)骶骨處，從而使得治療角度的改變直接影響該脊柱結(jié)構(gòu)。如果原點(diǎn)位于身體后側(cè)骶骨上方的患者腰部，那么在計算治療角度時可能不得不考慮患者腰圍。在脊柱減壓的技術(shù)中已知的是，對于腰椎，脊柱的初始拉力的參考是患者體重的二分之一。并且此拉力級別至少足以使得脊柱松動并且通過治療角度使得脊柱提升和旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明提出了一種使得脊柱適當(dāng)松動的裝置，然后就指定適當(dāng)?shù)淖甸g盤治療角度。針對仰臥或俯臥在治療床上、側(cè)臥位置或站立的患者設(shè)計脊柱減壓設(shè)備，需要選擇適當(dāng)?shù)纳渚€照相數(shù)據(jù)。例如，利用對脊柱負(fù)載重力的站立患者進(jìn)行的射線照相測量可能不適合于針對仰臥在床上膝蓋下方具有膝墊的患者設(shè)計的設(shè)備。如果患者仰臥，其膝蓋下方具有膝墊，這使得必須利用理想或平均節(jié)段脊柱前凸測量指定治療角度?？梢钥紤]使用基于患有背部疼痛的患者的節(jié)段測量。治療角度計算通過對由三個點(diǎn)形成的三角形進(jìn)行可視化來進(jìn)行。這三個點(diǎn)定義了三角形的邊，垂直和水平分量的長度允許計算以前凸的頂點(diǎn)為原點(diǎn)的治療角度。拉力源相對于患者在垂直方向上處于的點(diǎn)(或者在垂直固定拉力源的情況下則是拉力源相對于患者在垂直方向上拉動的點(diǎn))定義了一些起始點(diǎn)上方的垂直高度。該起始點(diǎn)是處于由脊柱前凸支撐件的中心頂部在水平方向上平分的垂直平面內(nèi)的點(diǎn)。兩點(diǎn)之間的距離形成治療角度計算的垂直距離。從上述起始點(diǎn)到脊柱前凸支撐件的中心頂部(等同于前凸的頂點(diǎn))的距離形成治療角度計算的水平距離。源自于脊柱前凸的頂點(diǎn)的治療角度可以通過利用反正切函數(shù)來計算:
權(quán)利要求
1.一種拉力設(shè)備，包括: 患者定位裝置，所述患者定位裝置能夠不斷地對患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行對準(zhǔn)； 拉力產(chǎn)生驅(qū)動器，所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器將患者脊柱置于拉力中； 定位設(shè)備，所述定位設(shè)備將所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器相對于患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行定位； 患者接口裝置，所述患者接口裝置在所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器與患者脊柱之間進(jìn)行接口連接；以及 顯示器，所述顯示器能夠?qū)㈥P(guān)于合成拉力向量的數(shù)據(jù)提供至用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師； 其中所述拉力設(shè)備根據(jù)脊柱形態(tài)，通過幾何定位患者脊柱的拉力向量，將拉力集中于患者脊柱需治療位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力設(shè)備，其中所述患者定位裝置包括治療床體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉力設(shè)備，其中所述治療床體包括被識別為對準(zhǔn)區(qū)域的區(qū)域，所述患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域應(yīng)該定位在所述對準(zhǔn)區(qū)域上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉力設(shè)備，其中所述治療床體的對準(zhǔn)區(qū)域包括所述治療床體的分離部位，例如在所述治療床體的上墊和下墊之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉力設(shè)備，其中所述治療床體包括物理移動所述治療床體各部分的位置的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力設(shè)備，其中所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器包括通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭矩的機(jī)電設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拉力設(shè)備，其中所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器包括增大或減小產(chǎn)生的扭矩的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力設(shè)備，其中所述定位設(shè)備包括用于實(shí)現(xiàn)所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器的高度相對于所述患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域的增大和減小的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力設(shè)備，其中所述患者接口裝置包括連接至患者固定帶的減壓帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉力設(shè)備，其中所述減壓帶的一個端部包括與所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器的轉(zhuǎn)子的連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉力設(shè)備，其中所述減壓帶在其另一端部與固定帶連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉力設(shè)備，其中所述患者固定帶包裹所述患者脊柱的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的拉力設(shè)備，其中所述患者接口裝置將由所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器產(chǎn)生的扭矩轉(zhuǎn)移至所述患者脊柱。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力設(shè)備，其中控制系統(tǒng)允許用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師輸入，并且包括用戶輸入的裝置，從而相對于所述設(shè)備上的位置物理地移動所述患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)沿著患者接口裝置計算患者脊柱目標(biāo)區(qū)域和拉力產(chǎn)生驅(qū)動器之間的合成拉力向量角度，并且包括顯示器或用于將該角度傳達(dá)至用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)提供用戶輸入的裝置，用于相對于所述設(shè)備上的位置物理地移動所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)允許用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師以視覺方式評估或通過患者身體抖動，修改患者位置和拉力產(chǎn)生驅(qū)動器位置以根據(jù)幾何角度對準(zhǔn)所述合成拉力向量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)基于相對于脊柱模型的所述位置的經(jīng)驗(yàn)計算以及數(shù)學(xué)和醫(yī)學(xué)假設(shè)而指示合成拉力將會集中的脊柱的區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)基于理想脊柱模型計算合成拉力將會集中的脊柱的區(qū)域，所述理想脊柱模型是通過臨床引用的脊柱形態(tài)研究獲得的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的拉力設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)允許用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師相對于所述設(shè)備上的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)脊柱區(qū)域，并且輸入治療的椎骨區(qū)域或合成拉力向量的角度，所述控制系統(tǒng)然后自動地調(diào)節(jié)拉力`產(chǎn)生驅(qū)動器位置以適應(yīng)用戶輸入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定脊柱減壓設(shè)備治療角度的系統(tǒng)。具體地，提供一種拉力設(shè)備，包括患者定位裝置，所述患者定位裝置能夠不斷地對患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行對準(zhǔn)；拉力產(chǎn)生驅(qū)動器，所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器將患者脊柱置于拉力中；定位設(shè)備，所述定位設(shè)備將所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器相對于患者脊柱的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行定位；患者接口設(shè)備，所述患者接口設(shè)備在所述拉力產(chǎn)生驅(qū)動器與患者脊柱之間進(jìn)行接口連接；顯示器，所述顯示器能夠?qū)㈥P(guān)于合成拉力向量的數(shù)據(jù)提供至用戶或?qū)I(yè)醫(yī)師；其中所述拉力設(shè)備根據(jù)脊柱形態(tài)，通過幾何定位患者脊柱的拉力向量，將拉力集中于患者脊柱需治療位置。
文檔編號A61H1/02GK103156754SQ20111041561
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者任嵩 申請人:北京瑞德埃克森醫(yī)療投資有限公司