一種體內靶點體外定向引導裝置及其定位方法
2023-05-20 05:36:26
專利名稱：一種體內靶點體外定向引導裝置及其定位方法
技術領域：
本發明屬於一種醫療器械。
背景技術：
隨著醫學技術的發展微創靶向治療方法逐步擴展，可以替代許多剖口探查和治療手術，節省了手術時間和費用，也減少了患者痛苦和開支。但是如何在患者體外無創情況下，實現患者體內靶點位置的確定和穿刺引導是上述手術成功與否的關鍵。
目前國內少數醫院採用進口的電子雷射導航架與CT機等影像設備配合使用，可以實現體內靶點定位和引導。但是進口設備價格昂貴使用條件苛刻難以推廣。國內目前開發的腦部定位裝置，用機械方法進行空間定位，難以適應體部定位。
所以目前體部微創靶向治療一般還是依靠有經驗的手術醫生，參照醫學影像描述的靶點位置進行盲穿。其精確度和可靠性均難以保證。若出現誤差往往需要反覆進行穿刺以糾正偏差。
而實際上隨著計算機技術的普及，患者體內病灶的位置，可以通過圖像處理技術進行數據描述。目前成熟的圖像處理技術不但可以獲得患者體內病灶靶點的全部空間位置數據，而且還可以通過治療計劃，確定靶點數量和每個靶點的穿刺路徑及其相關數據。
發明內容
本發明的目的是提供一種方便、快捷、精確的體外定位輔助設備及其應用方法。可以使醫生在設備引導下快速進行體外定位，解決體外定位精確度差、所需時間長等問題。
本發明所述的一種體內靶點體外定向引導裝置，它包括設置了基準線的導向雲臺；對導向雲臺進行傾角調整的傾角調節機構；控制導向雲臺模擬影像設備坐標系的坐標旋轉器；安裝於底座的平面調節器及輔助機構。
導向雲臺設置有為穿刺針提供定向引導的基準線標誌，該標誌由紅寶石雷射束或直線導軌構成，其軸向必須與導向雲臺基準平面垂直。
導向雲臺上設置有感知基準平面的傾斜度，保證基準平面空間傾角精確的傾角傳感器。
傾角調節機構由實現二維傾角調整的、相互垂直設置的電機和組成，其下部連接導向雲臺。
坐標旋轉器和平面調節器分別設置於可以使傾角調節機構整體旋轉的軸心上和整臺設備的底座上；坐標旋轉器由一個垂直於傾角調節機構並且由電機驅動的旋轉軸構成；平面調節器由設置在底座上的三個可以伸縮的支柱及一個平面傳感器構成。
本發明所述的一種體內靶點體外定向引導裝置的定位方法，其步驟包括①、通過醫學影像斷層掃描，獲知患者體內病灶信息，並進行病灶三維重建，通過引入影像坐標系和比例尺，獲知病灶的數據描述；②、根據上步的結果和藥物機理、治療手法、體內相關組織確定患者病灶內治療靶點數量、位置和進入路徑，並做出相應體表標記；③、將每一個治療靶點及其相對應的體表標記之間作一個虛擬的直線，此直線即為此靶點的治療路徑基線，根據影像坐標系和比例尺，測得基線的空間傾角和基線長度；④、以大地坐標為基準將已測知的影像設備基準平面空間傾角值輸入本引導裝置，精密控制本引導裝置的平面調節器動作，使本引導裝置基本平面與影像設備基準平面平行；再調控本引導裝置坐標旋轉器，讓另外二維坐標軸與影像設備相對應的二維坐標軸相平行，使調整定向引導裝置基準坐標系與影像坐標系相一致；再將該定向引導裝置的雲臺基準線空間傾角調整到與治療路徑基線的空間傾角高度一致，然後經過定向引導裝置的線性移動功能，將定向引導裝置的導向雲臺基準線對準患者體表標記；則定向引導裝置的導向雲臺基準線就是患者體內特定靶點治療路徑基線的體外延長線。以導向雲臺的基準線作為微創器械軸線的定向標準線，以微創器械上的標尺作為治療路徑基線確定長度的依據，即可實現特定靶點的定位穿刺。
本發明具有如下優點和積極效果1、實現體內靶點體外精確定位的功能，即對人體內部特定的治療點(靶點)不通過肌體解剖就在體外進行測量定位，並通過設備進行方向指示，引導微創器械；2、精確確定手術路徑；3、使用成本低，方法簡單實用；4、提高了醫療資源利用率。
圖1是本發明的體內靶點體外定向引導裝置結構原理圖。
圖2是本發明的治療路徑示意圖。
圖3是本發明的傾角調節機構結構圖。
圖4是本發明的平面調節器結構圖。
具體實施例方式
由於人體內部病灶在不解剖的情況下，在體外無法直接觀察到，因此在體外也就無法穿透皮膚和肌肉的阻隔，精確找到其在體內的位置。盲目進行穿刺手術，很難保證穿刺到位，風險極大。更何況在穿刺時必須避開無法穿過或不得穿過的骨骼及重要器官，其難度就更大。
目前利用醫學影像技術進行體內病灶三維重建，利用治療計劃技術進行治療靶點設置，治療路徑確定和空間位置測量及數據輸出，可以得到每一個靶點治療信息的數據指引。
因此，首先獲得患者體內靶點空間位置的相應數據，並依據這些數據在體外重現與靶點的對應關係，並在患者體外實現這些數據，才可以實現準確到達靶點的目的。
本發明依據醫學斷層影像和圖像處理技術，治療計劃技術。首先確定患者體內治療靶點的數量和空間位置及每一個靶點的治療計劃路徑。此技術相對比較成熟。
在上述處理基礎上，可以在患者體表標出每一個靶點的對應標記。此時，每個靶點與其對應的體表標記之間的連線就是治療計劃路徑，實際上就是每個靶點的穿刺路徑。
上述穿刺路徑體外延長線的獲得，則需要一個可以精密重現穿刺路徑方位和空間傾斜角的定向裝置。只要將從醫學影像獲得的直線空間位置數據輸入定向裝置，則定向裝置就可以依據這些數據尋找到穿刺路徑的體外延長線。
在尋找到穿刺路徑的體外延長線基礎上，以此延長線為基準，配合標有刻度的穿刺針，按影像提供的深度數值穿刺到位，即可精確到達靶點。(見圖2)本發明的定位方法由如下步驟組成A、病灶的三維重建——通過醫學影像斷層掃描，獲知患者體內病灶(靶區)信息，並進行病灶三維重建。通過引入影像坐標系和比例尺，獲得病灶的數據描述。
B、制定治療計劃——根據三維重建的結果和藥物機理、治療手法、體內相關組織(器官)確定患者病灶(靶區)內治療點(靶點)數量、位置和進入路徑，最終確定藥物種類及患者體表相對於每個靶點的入針點，並做出體表標記；C、確定治療路徑基線——在上述治療計劃的基礎上，將每一個治療靶點及其相對應的體表標記之間作出一個虛擬的直線。此直線即為此靶點的治療路徑基線。根據影像坐標系和比例尺，測得基線的空間傾角和基線長度。
D、體外定向——採用本發明的定向引導裝置，以大地水平為基準將已測知的影像設備基準平面空間傾角值輸入本引導裝置，精密控制本引導裝置的平面調節器動作，使本引導裝置基本平面與影像設備基準平面平行；再調控本引導裝置坐標旋轉器，讓另外二維坐標軸與影像設備相對應的二維坐標軸相平行；達到調整定向引導裝置基準坐標系與影像坐標系相一致。精確控制導向雲臺傾角將雲臺基準線的空間傾角調整到與治療路徑基線的空間傾角高度一致的目的，再經過定向引導裝置的線性移動功能，使導向雲臺基準線標誌對準患者體表標記，則導向雲臺基準線就是患者體內特定靶點治療路徑基線的體外延長線，完成了體外靶點定向的目的。
E、引導穿刺——在體外定向的基礎上，將微創器械(如穿刺針)端部對準患者體表標記，其軸線沿著導向雲臺基準線，向患者體內實施穿刺，其治療路徑基線確定的長度由微創器械上的標尺來度量，插入此深度則穿刺針尖即準確到達患者體內特定的治療靶點，此時可以進行取活驗及藥物植入等微創手術。
由於引導裝置具有空間坐標系重複功能，以大地水平為基準，測出醫學影像坐標的傾角，並精確模擬重複此坐標系，在空間坐標系高度一致的基礎上該引導裝置將其獨有的導向雲臺上設置的基準線空間傾角進行精確調整。做到定向引導裝置的基準線與所述的治療路徑基線的空間傾斜度高度一致重合。再輔助進行線性移動，使基準線對準患者體表標記，就實現了實際治療路徑與理論治療路徑的高度一致，從技術上保證了定位準確。
定向引導裝置的具體結構參見圖1由設置了基準線的導向雲臺1及對導向雲臺進行空間傾角調整的傾角調節機構2、模擬影像設備坐標系的坐標旋轉器3、平面調節器4及線性移動機構、控制系統、支架及殼體等。
導向雲臺1上設置有基準線標誌1a，該標誌可以用紅寶石雷射束或直線導軌來代表，其軸向必須與導向雲臺基準平面垂直，其作用是為穿刺針提供定向引導。
導向雲臺上還設置有傾角傳感器1b，其作用是可以感知基準面的傾斜度，以保證基準面空間傾角的可控調整和精確。
傾角調節機構2由相互垂直設置的電機2a及2b組成，其下部連接導向雲臺1，電機2a及2b的可控旋轉可使導向雲臺1實現二維傾角調整(見圖3)。其上部連接坐標旋轉器3或線性移動機構。
坐標旋轉器3和平面調節器4分別設置於傾角調節機構上部或可以帶動傾角調節機構旋轉的其它軸心上和整臺設備的底坐標上。
坐標旋轉器3由一個電機驅動旋轉的軸構成。其作用是當定向引導裝置坐標系與影像設備坐標系在同一平面，但另外二維坐標不重合有夾角時，將其旋轉調整重合。
平面調節器4由設置在設備底座上的三個可以伸縮的支柱4a及一個平面傳感器4b構成(見圖4)。其作用是當定向引導裝置依託的坐標平面與醫學影像設備依託的平面不平行時，調節支柱使定向引導裝置的坐標平面與影像設備的平面相平行。
通過坐標旋轉器3和平面調節器4的調整，可以使定向引導裝置的坐標系與影像設備坐標系一致等效。
本引導裝置能夠應用於微創靶向治療及體內活組織提取手術的體外精確定位(包括應用於醫務人員的教學培訓及其它體內靶點體外定向引導方法的精度驗證)。
權利要求
1.一種體內靶點體外定向引導裝置，其特徵在於它包括設置了基準線的導向雲臺(1)；對導向雲臺進行傾角調整的傾角調節機構(2)；控制導向雲臺模擬影像設備坐標系的坐標旋轉器(3)；安裝於底座的平面調節器(4)及輔助機構。
2.如權利要求1所述的一種體內靶點體外定向引導裝置，其特徵在於導向雲臺(1)設置有為穿刺針提供定向引導的基準線標誌(1a)，該標誌由紅寶石雷射束或直線導軌構成，其軸向必須與導向雲臺基準平面垂直。
3.如權利要求1所述的一種體內靶點體外定向引導裝置，其特徵在於導向雲臺(1)上設置有感知基準平面的傾斜度，保證基準平面空間傾角精確的傾角傳感器(1b)。
4.如權利要求1所述的一種體內靶點體外定向引導裝置，其特徵在於傾角調節機構(2)由實現二維傾角調整的、相互垂直設置的電機(2a)和(2b)組成，其下部連接導向雲臺(1)。
5.如權利要求1所述的一種體內靶點體外定向引導裝置，其特徵在於坐標旋轉器(3)和平面調節器(4)分別設置於可以使傾角調節機構整體旋轉的軸心上和整臺設備的底座上；坐標旋轉器(3)由一個垂直於傾角調節機構並且由電機驅動的旋轉軸構成；平面調節器(4)由設置在底座上的三個可以伸縮的支柱及一個平面傳感器構成。
6.一種體內靶點體外定向引導裝置的定位方法，其步驟包括①、通過醫學影像斷層掃描，獲知患者體內病灶信息，並進行病灶三維重建，通過引入影像坐標系和比例尺，獲知病灶的數據描述；②、根據上步的結果和藥物機理、治療手法、體內相關組織確定患者病灶內治療靶點數量、位置和進入路徑，並做出相應體表標記；③、將每一個治療靶點及其相對應的體表標記之間作一個虛擬的直線，此直線即為此靶點的治療路徑基線，根據影像坐標系和比例尺，測得基線的空間傾角和基線長度；④、以大地坐標為基準將已測知的影像設備基準平面空間傾角值輸入本引導裝置，精密控制本引導裝置的平面調節器動作，使本引導裝置基本平面與影像設備基準平面平行；再調控本引導裝置坐標旋轉器，讓另外二維坐標軸與影像設備相對應的二維坐標軸相平行，使調整定向引導裝置基準坐標系與影像坐標系相一致；再將該定向引導裝置的雲臺基準線空間傾角調整到與治療路徑基線的空間傾角高度一致，然後經過定向引導裝置的線性移動功能，將定向引導裝置的導向雲臺基準線對準患者體表標記；則定向引導裝置的導向雲臺基準線就是患者體內特定靶點治療路徑基線的體外延長線。以導向雲臺的基準線作為微創器械軸線的定向標準線，以微創器械上的標尺作為治療路徑基線確定長度的依據，即可實現特定靶點的定位穿刺。
全文摘要
本發明屬於醫療器械領域。本發明的定向引導裝置，由設置有基準線標誌的導向雲臺；傾角調節機構；線性移動機構；坐標旋轉器；平面調節器及支架；殼體和控制系統構成。其定位方法的原理是藉助醫學影像設備(CT、MPL、B超)和治療計劃技術所依據的空間坐標系和治療計劃所得出的人體內治療靶點及其微創穿刺路徑。由本發明的定向引導裝置，精確重複該空間坐標，並在該統一的空間坐標中，由傾角調節機構調節基準線標誌，到達微創穿刺路徑具備的空間傾角，並使其基準線標誌與微創穿刺路徑在人體體表對接。此時基準線標誌已經成為微創穿刺路徑的體外延長線，實現定向引導。
文檔編號G06T17/00GK1795836SQ20041010151
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者王管奇, 陳慧軍 申請人:北京科霖眾醫學技術研究所