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CN109568814B - 一种光学手术导航的肿瘤治疗系统 - Google Patents

一种光学手术导航的肿瘤治疗系统 Download PDF

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CN109568814B CN201811619577.5A CN201811619577A CN109568814B CN 109568814 B CN109568814 B CN 109568814B CN 201811619577 A CN201811619577 A CN 201811619577A CN 109568814 B CN109568814 B CN 109568814B
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Abstract

本发明公开了一种光学手术导航的肿瘤治疗系统，包括CT机、超声仪、电磁定位器、治疗床、光学手术导航仪、伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台、控制台，光学手术导航仪采用摄像机视觉系统，RGB摄像机作为图像输出设备，通过将光信号转换为电信号来完成图像采集并输出，主要包括三个模块：光学成像部分、光电转化部分和电子电路部分，光学成像部分包括光学镜头和成像平面，当投射到病灶上的光线反射经过光学镜头折射后，病灶的影像投影到RGB摄像机的成像平面上，通过光电转化部分将光信号转为电信号，电子电路部分放大微弱的电信号通过USB接口上传到控制台，控制台图像处理获取病灶靶点位置。

Description

一种光学手术导航的肿瘤治疗系统
技术领域
本发明涉及肿瘤治疗技术领域，具体涉及一种光学手术导航的肿瘤治疗系统。
背景技术
影像引导下的肿瘤手术技术发展迅速，目前已经成为一种有效治疗肿瘤的方法。在经皮穿刺消融治疗中，影像技术是不可或缺的，为医生提供了肿瘤的形状大小和三维空间信息，辅助医生实现穿刺路径规划和消融针布置，在精确引导肿瘤的治疗中发挥着重要作用。影响肝癌消融疗效的另一个关键因素是肝癌肿瘤的精准穿刺。临床穿刺中医生操作消融设备实施手术，操作者的经验和技能很大程度上决定了手术的效果，从而造成手术穿刺精度低、个体差异大等后果。临床研究表明，病灶靶点的不确定性和穿刺针的不规范操作是穿刺误差的主要来源。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种光学手术导航的肿瘤治疗系统，其为机械臂的穿刺动作提供准确的靶点技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种光学手术导航的肿瘤治疗系统，包括CT机、超声仪、电磁定位器、治疗床、光学手术导航仪、伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台、控制台，
机械臂固定安装在治疗床上，超声仪的超声探头以及穿刺装置设置在机械臂的末端执行器上，实现对肿瘤部位的精准治疗；
伽马放射治疗设备放置在固定转台上，固定转台设置在CT机上，实现对肿瘤的放疗，CT机则实时监控手术的进展状况；
治疗床外设置有电磁定位器和光学手术导航仪，超声探头的切片图像以及电磁定位器的位姿图像，构建肿瘤的三维图像，光学手术导航仪通过图像识别定位肿瘤的精确定位，
控制台接收来自CT机、超声仪、电磁定位器、光学手术导航仪的数据信号，控制伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台进行相应的动作；
光学手术导航仪采用摄像机视觉系统，RGB摄像机作为图像输出设备，通过将光信号转换为电信号来完成图像采集并输出，主要包括三个模块：光学成像部分、光电转化部分和电子电路部分，光学成像部分包括光学镜头和成像平面，当投射到病灶上的光线反射经过光学镜头折射后，病灶的影像投影到RGB摄像机的成像平面上，通过光电转化部分将光信号转为电信号，电子电路部分放大微弱的电信号通过USB接口上传到控制台，控制台图像处理获取病灶靶点位置。
有益效果在于：
1、通过光学引导实现对机械臂穿刺装置的精确引导；
2、通过图像处理精准定位病灶靶点；
3、通过电磁定位器结合超声探头的构建三维肿瘤图像，实现手术的合理规划；
4、设置的伽马放射治疗设备进行放射治疗，动态旋转技术实现对全身肿瘤的放射治疗，剂量分布高度集中，焦点中心剂量最大，效率高，治疗时间短；
5、机械臂减速器采用模糊控制，实现手术动作的精准控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的总体构成图；
图2是本发明的摄像机视觉系统的图像处理流程图；
图3是本发明的射频消融装置电路组成图。
图4是本发明的机械臂穿刺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1-图4所示，本发明提供了一种光学手术导航的肿瘤治疗系统，包括CT机、超声仪、电磁定位器、治疗床、光学手术导航仪、伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台、控制台，
机械臂固定安装在治疗床上，超声仪的超声探头以及穿刺装置设置在机械臂的末端执行器上，实现对肿瘤部位的精准治疗；
伽马放射治疗设备放置在固定转台上，固定转台设置在CT机上，实现对肿瘤的放疗，CT机则实时监控手术的进展状况；
治疗床外设置有电磁定位器和光学手术导航仪，超声探头的切片图像以及电磁定位器的位姿图像，构建肿瘤的三维图像，光学手术导航仪通过图像识别定位肿瘤的精确定位，
控制台接收来自CT机、超声仪、电磁定位器、光学手术导航仪的数据信号，控制伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台进行相应的动作。
光学手术导航仪采用摄像机视觉系统，RGB摄像机作为图像输出设备，通过将光信号转换为电信号来完成图像采集并输出，主要包括三个模块：光学成像部分、光电转化部分和电子电路部分，光学成像部分包括光学镜头和成像平面，当投射到病灶上的光线反射经过光学镜头折射后，病灶的影像投影到RGB摄像机的成像平面上，通过光电转化部分将光信号转为电信号，电子电路部分放大微弱的电信号通过USB接口上传到控制台，控制台图像处理获取病灶靶点位置。
其中，使用图像处理获取病灶靶点的具体过程如下：
步骤1，获取病灶周边组织和病灶的原始图像，RGB摄像机的镜头光轴与病灶保持平行；
步骤2，图像增强，对原始图像中的RGB值分别进行滤波去噪。对原始图像的进行滤波去噪，噪声包括设备噪声、椒盐噪声、量化噪声，噪声的滤波过程如下式所示：
Figure GDA0001968371940000051
Figure GDA0001968371940000052
Figure GDA0001968371940000053
其中，以原始图像的中心为原点建立直角坐标系x-0-y，fR(x，y)、fG(x，y)、fB(x，y)分别为原始图像中位于坐标(x，y)的像素的R、G、B值函数，其中x＝(0，1，L L 255)，y∈(0，1，L L 255)，而FR(x，y)、FG(x，y)、FB(x，y)为滤波后的R、G、B值函数，N×N为表示截取的窗口的尺寸，N＝(3，5，7......)，优选为N＝3，P表示窗口内的像素组成的点集；
该滤波方式对像素的RGB值分别进行滤波，抑制无用信息，很好的保留了原始图片的色彩的信息；
步骤，3，图像分割，获取病灶目标图像。
步骤3.1，对RGB颜色空间进行转换，生成新的颜色空间U1U2U3。
经过滤波后的FR(x，y)、FG(x，y)、FB(x，y)经过下述转换变为相应的系数函数：
Figure GDA0001968371940000054
其中，U1(x，y)为红绿相关函数，U2(x，y)为红蓝相关函数，U3(x，y)为绿蓝相关函数；
步骤3.2，病灶与病灶周边组织的区分。
构建病灶与病灶周边组织的分割函数GS(x，y)，使用U1(x，y)、U2(x，y)作为判断条件：
Figure GDA0001968371940000061
其中，Ts为分割阈值；
分割阈值Ts可以为预先设定的固定值，例如Ts＝4。
步骤4，图像去噪。
经过运算得到目标病灶的图像，但是不可避免的存在一些小面积的噪声，即图像上的斑点噪声，这些斑点噪声显然不是病灶的图像，需要滤除，这里使用数学形态学的开运算和闭运算进行去噪
步骤4.1，构建二值分割函数G′A(x，y)，在运算前首先将分割函数GA(x，y)进行二值化，二值分割函数为：
Figure GDA0001968371940000062
步骤4.2，使用开运算，先对二值图像进行腐蚀运算然后在进行膨胀运算；
步骤4.3，使用闭运算。先对二值图像进行膨胀运算然后在进行腐蚀运算；
步骤4.4，生成最终的病灶目标函数GF(x，y)。经过开合运算后的二值图像与分割函数G′A(x，y)构成的二值图像进行与运算，在1值的区域将GA(x，y)的值按照坐标逐一赋值，构成最终的病灶目标函数GF(x，y)；
步骤5，获取病灶的中心位置(xcen，ycen)。其目的在于让机械臂能够定位病灶的位置，进而实现穿刺治疗。
运用高斯滤波器获取图像中的最大响应值，进而确定图像中目标的中心位置，构建高斯响应值函数为：
Figure GDA0001968371940000071
其中，δ为尺度因子，可根据实际情况设定；
对GF(x，y)进行卷积计算，得到高斯卷积响应函数：
h(x，y)＝GF(x，y)*g(x，y)，
计算当h(x，y)的最大值时的坐标，即病灶的中心位置(xcen，ycen)。
控制台包括上位机、下位机、手控盒、RS485接口、USB接口、CAN转换接口、变频器、机架使能和刹车使能模块、两个数据电位器、A/D转换器、I/O接口、地址逻辑器、逻辑条理器、D/F模块、F/D模块、RAM、差分驱动、输入、输出开关量电平转换以及闪存，当手控盒关闭时，上位机接收来自CT机、超声仪、电磁定位器、光学手术导航仪的数据信号，并生成控制指令发送给下位机，当手控盒打开时，下位机只接收手控盒的控制指令，下位机接收上位机或手控盒的指令后，通过RS485转换通信接口发出相应得指令给离合器、穿刺装置、各个步进电机、永磁同步伺服电机、减速器。
上位机为计算机，下位机为PLC，利用专门编程软件，进行控制系统的编程，通过专用传输线路进行数据与信号的传输，将编制好的计算机程序向PLC的内存存储器进行传送，使PLC产生脉冲信号和PWM信号，从而控制步进电机、永磁同步伺服电机、减速器.
通过对PLC的编程，使其输出固定频率的脉冲信号，来控制步进电机的转速，同时通过对控制方向信号的输出，控制步进电机的正转以及反转，在PLC与步进电机之间安装步进电机驱动器，输出电流以驱动步进电机，步进电机驱动器负责将PLC输出的电脉冲进行放大，转化为步进电机的角位移，每当步进电机驱动器接收到一个PLC发出的脉冲信号后，步进电机会按照设定的方向转动固定的设置角度。
步进电机是通过PLC所发出的脉冲进行驱动控制的，输出的脉冲频率决定了步进电机的输出转速，同时，PLC输出的方向信号决定了步进电机的转向。
其中，固定转台包括圆弧转动台、平移模块和角度调整模块三部分，圆弧转动台的弧形板结构覆盖在患者身体外侧，弧形板位于了患者与CT机的腔体之间，平移模块利用弧形板下方的齿轮齿条机构和离合机构转动到弧形板侧面的任意角度，使伽马放射治疗设备能够从侧面不同角度完成放疗。
该设计结构紧凑，体积小质量轻，具有创新性。
圆弧转动台是固定转台的支撑部分，包括前端离合器、不完全内齿轮、主轴、手轮、前端竖向面板、内啮小齿轮、弧形板、后端竖向面板、后端离合器，圆弧转动台的圆弧支架上的转动功能由两个不完全内齿轮与两个内啮小齿轮的啮合传动实现，调整角度时，圆弧转动台前端离合器分离，手轮沿主轴拉出，使后端离合器分离，转动手轮，为主轴提供转动扭矩，驱动主轴转动，使内啮小齿轮绕不完全内齿轮转动，从而带动平移模块和角度调整模块一起绕弧形板转动，转角达到设定值时，将手轮沿主轴推回，使后端离合器接合，将主轴锁固在后端竖向主板上，使其不能转动，完成自锁，前端离合器接合，将主轴锁固在前端竖向主板上，使其不能转动。
平移模块包括三个丝杠、驱动器和安装支架，采用串联结构，安装支架上设置相互垂直的三个方向的平移由丝杠螺母运动副实现伽马放射治疗设备的空间位置调节，驱动器为丝杠末端联接的步进电机，定位时，驱动横向丝杠带动角度调整模块进行左右位置调整，到达既定位置后，驱动纵向丝杠带动角度调整模块进行前后位置调整，驱动升降丝杠带动角度调整模块完成定位。
角度调整模块安装伽马放射治疗设备，包括旋转从动齿轮、摆动滑块、托板、进给丝杠、铰链轴、摆动丝杠、摆动连杆、旋转驱动轴以及旋转主动齿轮，实现三个自由度运动，分别是托板绕摆动丝杠的转动自由度、托板绕铰链轴的转动自由度和伽马放射治疗设备的进给自由度。
前端离合器的设置能够使主轴的受力平衡情况更佳，机械臂的整体结构稳定性更好。此设计极大的扩展了末端执行器的可达工作空间，为医生术前的路径规划提供了更多的进针路线选择。
超声仪为全数字黑白超声仪，包括主机、探头以及黑白图像采集卡，黑白图像采集卡将黑白超声仪的二维图像采集到控制台。
电磁定位器包括电磁发射器、电磁接收器以及电子单元，电磁发射器和电磁接收器都连接到电子单元，电磁接收器相对于电磁发射器的位姿信息通过USB或RS232传输给控制台，在手术中，电磁发射器固定在治疗床，两个电磁接收器分别固定于探头和穿刺装置末端，固定在探头上的电磁接收器是用来确定二维超声图像中的像素在三维晶格中的空间位置，固定在伽马放射治疗设备末端的电磁接收器是用来实时监控伽马放射治疗设备的位姿。
治疗床包括X轴部件、Y轴部件、Z轴部件、翻转部件和回转工作台，Z轴部件用于承载病人，通过治疗床伸入伸出将病人送到指定工作位置，包括CT扫描位置、穿刺位置和伽马放射治疗位置，X轴部件用于病人的左右横向移动，Y轴部件用于病人的头脚竖直方向移动，Z轴部件用于病人的升降移动，将治疗床升降到所需高度位置，翻转部件用于开始病人上到治疗床上时，将治疗床翻转，便于病人趴到治疗床上，回转工作台主要用于CT扫描、穿刺和伽马放射治疗时，驱动治疗床旋转到所需位置。
伽马放射治疗设备包括：放射准直系统、屏蔽门、翻转机构，射准直系统由屏蔽体、射源体和准直体组成，屏蔽体用于容纳伽马射线和防止辐射泄漏的保护装置，屏蔽体上开有小门，用于更换放射源用，不更换放射源时用专门屏蔽的阶梯挡块堵起来；射源体是一个半球形的壳体，射源体上均匀布置有36个径向通孔，底下还有一个定位销孔，供与准直体配合时使用，在射源体的下面设有环形槽，里面填充重金属铅，用来防止伽马射线辐射对人体造成伤害，为了使伽马射线集中照射于肿瘤位置，使肿瘤位置的照射剂量最大，射源体与准直体一起旋转，形成36个非共面的圆锥弧，使射线束收敛到一点，构成类似于放大镜的聚光功能，内部装有旋转传感器，确保治疗时准直体和射源体旋转的同步性；准直体是由内外两套准直孔直径不同的部分组成，用于在治疗不同肿瘤之间切换也可以在治疗同一种肿瘤的过程中切换，并且治疗过程中出现断电情况，附加电源提供电力驱动准直体旋转来关闭射源体，出于安全可靠性角度考虑，即使附加电源也失效了，还可以手动旋转准直体来关闭射源体上伽马射线照射，准直体内容纳有治疗肿瘤的治疗空间；
屏蔽门是两扇平拉式的门，是用铸铁材料铸造而成，内部灌重金属铅来屏蔽伽马射线的辐射伤害，用电机、减速器和齿轮齿条传动来驱动屏蔽门开和关，两个屏蔽门是同时相对运动的，每个屏蔽门用四个滚柱导轨来支撑和导向，滑块之间装有严格尺寸的挡块，保证屏蔽门密封足够好，最大程度的避免辐射泄漏，屏蔽门上有手摇装置，用于前期的安装调试和治疗过程中的紧急处理；
翻转机构通过伺服电机带动齿轮，经过一级减速，驱动旋转型螺母副旋转，从而带动丝杠往复运动，驱动整个伽马放射治疗设备翻转，翻转机构转动轴的位置放在伽马放射治疗设备的重心位置，减少翻转时的转矩。
有了翻转机构，伽马刀放射治疗设备扩大了治疗范围，使设备得到了充分利用。
穿刺装置为射频消融装置，射频消融装置包括输入保护电路、整流滤波电路、调压电路、逆变电路、辅助电源电路、PWM调制器、高频变压器以及控制电路，输入保护电路是由保险丝和工频变压器组成，防止电路短路造成的大电流损坏元器件，并且有效地与电网隔离，220V/50Hz的交流电通过整流滤波电路，滤除电网中的各种干扰，输出的直流电经过调压电路，在控制电路的控制下使调压电路输出所需的直流电压，控制部分包括电压电流反馈电路和脉宽调制电路三部分组成，控制电路根据反馈电路采样信号的变化，实时地调节脉冲宽度，保持输出电压的稳定，通过逆变电路将直流信号逆变成高频的交流信号，经过高频变压器隔离输出；当系统出现过流或过压时，保护电路就会给控制电路发送信号，使系统停止工作，射频消融装置电路的工作电压由辅助电源提供，为了系统运行稳定可靠，辅助电源进行独立设计。
整流电路实现将正弦波电压转换成单一的脉动直流电压，整流电路采用全波整流电路，由四只二极管组成，两个二极管的阴极和阳极分别接第一点和第二点，当输入电压为正半周时，电流从第一点流出，第二二极管和第四二极管导通，从第二点流入；当输入电压为负半周时，电流从第二点流出，第一二极管和第三二极管导通，从第一点流入，在交流电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向保持不变。
调压电路实现直流到直流的降压功能，由开关管、第五二极管，开关管和第五二极管的导通压降为0，开关管与直流输入电压IU串联，当PWM驱动信号施加到开关管上时，开关管按照PWM信号的频率作周期性地开通和关断，通过改变开关管的开关频率得到新的直流电压，经过后面的电感和电容组成LC滤波器进行滤波，在开关管导通期间，电感上的电流不能突变，电流将会线性地上升，并以磁能的形式在电感中存储能量，而续流第五二极管因为反向偏置而截至，在开关管刚截止时，电感上的电流不能突变，于是将产生极性相反的电动势，续流第五二极管正向导通，电感上所存储的能量将通过续流第五二极管和负载电阻进行释放，电感上的电流将会线性下降，当开关管在开通期间增加的电流等于开关管关断期间减少的电流时，电感上的能量就能达到动态平衡。
辅助电源电路通过工频变压器降压单独分出一路18V/50Hz的交流电，然后经过整流滤波，最后通过集成稳压器输出所需的电压。
根据临床穿刺手术的特点对机械臂的运动步骤和运动功能进行了规划，并实现了机械臂穿刺的功能，步骤如下：
步骤1，系统标定，利用坐标标定模板，获得病灶的像素坐标与空间坐标的位置关系，为后续的图像处理提供信息源；
步骤2，机械臂通过手臂平移运动将穿刺装置移动到手术规划的皮肤进针点；
步骤3，腕部在保持针尖点不动的情况下按照进针路径调整穿刺装置姿态；
步骤4，机械臂通过进针机构的平移运动将穿刺装置推进到光学手术导航仪获取的病灶靶点位置；
步骤5，在完成组织治疗后，机械臂通过进针机构的平移运动按照原进针路径快速退针。
其中，减速器为两级减速机构，包括中心轮、行星轮、行星轮、曲柄轴、摆线轮、针轮以及输出盘，减速器的动力传递路径为，动力从右端输入，经过中心轮与行星轮啮合使行星轮自转；行星轮与曲柄轴固连，曲柄轴安装于法兰盘上；摆线轮安装于曲柄轴上，并与针轮啮合，摆线轮通过曲柄轴驱动行星轮回转，动力由与行星轮连接的输出盘输出。
其中，机械臂的运动控制器包括模糊控制装置，其对减速器进行模糊控制，模糊控制装置包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库，负载估计模块将测得的减速器的测量负载电压通过带通滤波器提供给差分器，差分器将操作人员输入的设定负载电压与测量负载电压相减得到误差值E，误差值E经过微分器得到误差变化率dE/dt，误差值E和误差变化率dE/dt提供给模糊化接口，对误差值E和误差变化率dE/dt进行模糊化赋值，分别得到模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC，模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC提供给推理机，推理机根据知识库中的输入输出隶属度矢量值以及逻辑推理规则对模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC进行模糊推理得到模糊控制量MU，输出量转换模块将模糊控制量MU转换为实际控制量U，根据实际控制量U控制电源向减速器提供电压。
其中，模糊控制方法具体为：按照操作人员的语言变量的选取参量PL、PB、PM、PS、Z0、NS、NM、NB、BL分别表示正超大、正大、正中、正小、零、负小、负中、负大、负超大，对应的模糊集{-n，-n+1，.....，0，.......，n-1，n}，n＝4，n为初级模糊集变量；
确定量化因子，ke，＝n/e，其中，ke为误差值量化因子，e为测量的最大误差值，kec＝n/ec，kec为误差变化率量化因子，ec为测量的最大误差变化率，
如果m≤keE≤m+1，m＜n，则模糊化误差值ME为经过四舍五入的keE，m为次级模糊集变量；
如果keE＜-n，则模糊化误差值ME为-n；
如果keE＞n，则模糊化误差值ME为n；
如果m≤kecE≤m+1，m＜n，则模糊化误差变化值MEC为经过四舍五入的kecE；
如果kecE＜-n，则模糊化误差变化值MEC为-n；
如果kecE＞n，则模糊化误差变化值MEC为n。
通过模糊控制可以自动有效实现机械臂减速器的精确控制，减少了人工设定的反复修改带来的效率上浪费以及精度的不准确，实现精准的穿刺手术。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光学手术导航的肿瘤治疗系统，包括CT机、超声仪、电磁定位器、治疗床、光学手术导航仪、伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台、控制台，机械臂固定安装在治疗床上，超声仪的超声探头以及穿刺装置设置在机械臂的末端执行器上，实现对肿瘤部位的精准治疗；
伽马放射治疗设备放置在固定转台上，固定转台设置在CT机上，实现对肿瘤的放疗，CT机则实时监控手术的进展状况；
治疗床外设置有电磁定位器和光学手术导航仪，超声探头的切片图像以及电磁定位器的位姿图像，构建肿瘤的三维图像，光学手术导航仪通过图像识别定位肿瘤的精确定位，
控制台接收来自CT机、超声仪、电磁定位器、光学手术导航仪的数据信号，控制伽马放射治疗设备、穿刺装置、机械臂、固定转台进行相应的动作；
光学手术导航仪采用摄像机视觉系统，RGB摄像机作为图像输出设备，通过将光信号转换为电信号来完成图像采集并输出，主要包括三个模块：光学成像部分、光电转化部分和电子电路部分，光学成像部分包括光学镜头和成像平面，当投射到病灶上的光线反射经过光学镜头折射后，病灶的影像投影到RGB摄像机的成像平面上，通过光电转化部分将光信号转为电信号，电子电路部分放大微弱的电信号通过USB接口上传到控制台，控制台图像处理获取病灶靶点位置；
用图像处理获取病灶靶点的具体过程如下：
步骤1，获取病灶周边组织和病灶的原始图像，RGB摄像机的镜头光轴与病灶保持平行；
步骤2，图像增强，对原始图像中的RGB值分别进行滤波去噪，对原始图像的进行滤波去噪，噪声包括设备噪声、椒盐噪声、量化噪声；
步骤3，图像分割，获取病灶目标图像；
步骤4，图像去噪，使用数学形态学的开运算和闭运算进行去噪；
步骤5，获取病灶的中心位置，让机械臂能够定位病灶的位置，进而实现穿刺治疗；
固定转台包括圆弧转动台、平移模块和角度调整模块三部分，圆弧转动台的弧形板结构覆盖在患者身体外侧，弧形板位于患者与CT机的腔体之间，平移模块利用弧形板下方的齿轮齿条机构和离合机构转动到弧形板侧面的任意角度，使伽马放射治疗设备能够从侧面不同角度完成放疗；
电磁定位器包括电磁发射器、电磁接收器以及电子单元，电磁发射器和电磁接收器都连接到电子单元，电磁接收器相对于电磁发射器的位姿信息通过USB或RS232传输给控制台，在手术中，电磁发射器固定在治疗床，两个电磁接收器分别固定于探头和穿刺装置末端，固定在探头上的电磁接收器是用来确定二维超声图像中的像素在三维晶格中的空间位置，固定在伽马放射治疗设备末端的电磁接收器是用来实时监控伽马放射治疗设备的位姿；
伽马放射治疗设备包括：放射准直系统、屏蔽门、翻转机构，
放射准直系统由屏蔽体、射源体和准直体组成，屏蔽体用于容纳伽马射线和防止辐射泄漏的保护装置，屏蔽体上开有小门，用于更换放射源用，不更换放射源时用专门屏蔽的阶梯挡块堵起来；射源体是一个半球形的壳体，射源体上均匀布置有36个径向通孔，底下还有一个定位销孔，供与准直体配合时使用，在射源体的下面设有环形槽，里面填充重金属铅，用来防止伽马射线辐射对人体造成伤害，为了使伽马射线集中照射于肿瘤位置，使肿瘤位置的照射剂量最大，射源体与准直体一起旋转，形成36个非共面的圆锥弧，使射线束收敛到一点，构成类似于放大镜的聚光功能，内部装有旋转传感器，确保治疗时准直体和射源体旋转的同步性；准直体是由内外两套准直孔直径不同的部分组成，用于在治疗不同肿瘤之间切换也可以在治疗同一种肿瘤的过程中切换，并且治疗过程中出现断电情况，附加电源提供电力驱动准直体旋转来关闭射源体，出于安全可靠性角度考虑，即使附加电源也失效了，还可以手动旋转准直体来关闭射源体上伽马射线照射，准直体内容纳有治疗肿瘤的治疗空间；
屏蔽门是两扇平拉式的门，是用铸铁材料铸造而成，内部灌重金属铅来屏蔽伽马射线的辐射伤害，用电机、减速器和齿轮齿条传动来驱动屏蔽门开和关，两个屏蔽门是同时相对运动的，每个屏蔽门用四个滚柱导轨来支撑和导向，滑块之间装有挡块，保证屏蔽门密封，避免辐射泄漏，屏蔽门上有手摇装置，用于前期的安装调试和治疗过程中的紧急处理；
翻转机构通过伺服电机带动齿轮，经过一级减速，驱动旋转型螺母副旋转，从而带动丝杠往复运动，驱动整个伽马放射治疗设备翻转，翻转机构转动轴的位置放在伽马放射治疗设备的重心位置，减少翻转时的转矩；
穿刺装置为射频消融装置，射频消融装置包括输入保护电路、整流滤波电路、调压电路、逆变电路、辅助电源电路、PWM调制器、高频变压器以及控制电路，输入保护电路是由保险丝和工频变压器组成，防止电路短路造成的大电流损坏元器件，并且有效地与电网隔离，220V/50Hz的交流电通过整流滤波电路，滤除电网中的各种干扰，输出的直流电经过调压电路，在控制电路的控制下使调压电路输出所需的直流电压，控制部分包括电压电流反馈电路和脉宽调制电路三部分组成，控制电路根据反馈电路采样信号的变化，实时地调节脉冲宽度，保持输出电压的稳定，通过逆变电路将直流信号逆变成高频的交流信号，经过高频变压器隔离输出；当系统出现过流或过压时，保护电路就会给控制电路发送信号，使系统停止工作，射频消融装置电路的工作电压由辅助电源提供，为了系统运行稳定可靠，辅助电源进行独立设计；
控制台包括上位机、下位机、手控盒、RS485接口、USB接口、CAN转换接口、变频器、机架使能和刹车使能模块、两个数据电位器、A/D转换器、I/O接口、地址逻辑器、逻辑条理器、D/F模块、F/D模块、RAM、差分驱动、输入、输出开关量电平转换以及闪存，当手控盒关闭时，上位机接收来自CT机、超声仪、电磁定位器、光学手术导航仪的数据信号，并生成控制指令发送给下位机，当手控盒打开时，下位机只接收手控盒的控制指令，下位机接收上位机或手控盒的指令后，通过RS485转换通信接口发出相应指令给离合器、穿刺装置、各个步进电机、永磁同步伺服电机、减速器；
机械臂的运动控制器包括模糊控制装置，其对减速器进行模糊控制，模糊控制装置包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库，负载估计模块将测得的减速器的测量负载电压通过带通滤波器提供给差分器，差分器将操作人员输入的设定负载电压与测量负载电压相减得到误差值E，误差值E经过微分器得到误差变化率dE/dt，误差值E和误差变化率dE/dt提供给模糊化接口，对误差值E和误差变化率dE/dt进行模糊化赋值，分别得到模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC，模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC提供给推理机，推理机根据知识库中的输入输出隶属度矢量值以及逻辑推理规则对模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC进行模糊推理得到模糊控制量MU，输出量转换模块将模糊控制量MU转换为实际控制量U，根据实际控制量U控制电源向减速器提供电压；
超声仪为全数字黑白超声仪，包括主机、探头以及黑白图像采集卡，黑白图像采集卡将黑白超声仪的二维图像传输给控制台。
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