CN100444800C - 微创手术x线穿刺定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微创手术X线穿刺定位装置，它包括C型臂X光机、引导筒座及穿刺针引导筒，该C型臂X光机包括C型臂、影像增强器及X线球管，该C型臂安装在主轴上，该影像增强器及X线球管共轴线，且该轴线与该主轴的轴线的交点为该C型臂的中心，该穿刺针引导筒安装在该引导筒座上且该穿刺针引导筒的轴线通过C型臂的中心。通过该定位装置可以实现对穿刺位置的准确定位，降低了微创手术的风险和难度，便于进行推广。

Description

微创手术X线穿刺定位装置及方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其是关于一种应用于微创手术的医疗器械。
背景技术
近年，随着技术的发展，微创手术在医院的应用越来越受到重视，在泌尿外科、腔外科、骨科等的使用正日益普及，但许多微创手术成功的关键取决于医生穿刺技术的熟练程度，这是微创技术的难点之一。现在，许多医生的穿刺定位是在普通的C臂X线机的指引下进行的，它提供的仅仅是平面图像，不是准确的空间位置，只能作为参考，医生靠的还是经验。这大大增加了手术的风险和难度，让很多医生却步，妨碍了这项技术的广泛应用和发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供了一种能对穿刺位置进行定位，从而能有效降低微创手术风险和难度的微创手术X线穿刺定位装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该微创手术X线穿刺定位装置包括C型臂X光机、引导筒座及与穿刺针同轴线的穿刺针引导筒，该C型臂X光机包括C型臂、影像增强器及X线球管，该C型臂安装在主轴上，该影像增强器及X线球管共轴线，且该轴线与该主轴的轴线的交点为该C型臂的中心，该穿刺针引导筒安装在该引导筒座上且该穿刺针引导筒的轴线通过C型臂的中心，该C型臂的中心与病灶点重合。
所述的引导筒座包括C型滑臂，该C型滑臂的球心即为该C型臂的中心。
所述的引导筒座还包括与C型臂同旋转轴线的C型导轨，C型滑臂可滑动安装在该C型导轨上，该C型导轨和该C型滑臂同球心，该穿刺针引导筒通过滑块可滑动安装在该C型滑臂的端部。
所述的引导筒座包括第一、第二平行四边形机构，该第一、第二平行四边形机构铰接在第一铰链点，该第一平行四边形机构连接该第一铰链点的第一、第二杆分别与第二平行四边形机构连接该第一铰链点的第三、第四杆共杆，该第二杆的另一铰链点与一驱动装置的输出端连接，该第二平行四边形机构与第四杆平行的第五杆上固定有滑块座，该穿刺针引导筒可滑动安装在该滑块座上，且该穿刺针引导筒轴线的投影与第五杆轴线的投影重合。
所述的驱动装置包括Z向支承杆、Z向支承套筒、旋转座、X向调节件及Z向调节件，该Z向支承杆一端与第一平行四边形机构第二杆的铰链点连接，其另一端支撑在Z向支承套筒上，该Z向支承套筒安装在该旋转座上，该Z向调节件传动该Z向支承杆相对该Z向支承套筒于Z向上下运动，该X向调节件传动该Z向支承套筒相对该旋转座于X向左右运动，该旋转座的旋转轴线通过该C型臂的中心。
所述的穿刺针引导筒与直线位移传感器连接。
本发明的有益效果是，通过该定位装置可以实现对穿刺位置的准确定位，降低了微创手术的风险和难度，便于进行推广。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的结构示意图。
图2是本发明第一实施方式中定位病灶点的原理图。
图3是本发明第一实施方式的原理图。
图4是本发明第二实施方式的原理图。
图5是本发明第二实施方式的主视图。
图6是本发明第二实施方式的侧视图。
图7是本发明第二实施方式中定位病灶点的原理图。
图8至图10是穿刺针分别处于初始位置、接触皮肤及到达病灶点时的示意图。
图11是本发明的电路原理框图。
图12是本发明的流程框图。
具体实施方式
本发明微创手术X线穿刺定位装置包括C型臂X光机、引导筒座及穿刺针引导筒，该C型臂X光机包括C型臂、影像增强器及X线球管，该C型臂安装在主轴上，该影像增强器及X线球管共轴线，且该轴线与该主轴的轴线的交点为该C型臂的中心，该穿刺针引导筒安装在该引导筒座上且该穿刺针引导筒的轴线通过C型臂的中心。
请参阅图1至图3，其为本发明的第一具体实施方式。该定位装置包括C型臂X光机、引导筒座及穿刺针引导筒。该C型臂X光机包括C型臂11、影像增强器10、X线球管16及显像系统，该C型臂11可绕其主轴13旋转，该影像增强器10和X线球管16同轴线，该主轴13的轴线为O’O’，该影像增强器10和X线球管16的轴线为YY，该轴线O’O’和轴线YY的交点O定义为该C型臂的中心O(当该C型臂为半球形时，该中心即为C型臂的球心)。该引导筒座包括C型导轨15、C型滑臂9、电机12、滑块4及滑块座8，该C型导轨15固定在主轴13上(即该C型导轨15与C型臂11同旋转轴线)。该C型滑臂9可沿着该C型导轨15滑动，其内圆弧面的半径为R，该电机12驱动该C型滑臂9沿该C型导轨15滑动，且该C型导轨15和C型滑臂9的球心即为该C型臂11的中心O。该滑块座8固定在该C型滑臂9的端面上，该滑块4可滑动安装在该滑块座8上，该穿刺针引导筒5固定在该滑块4上，且该穿刺针引导筒5的轴线指向该C型滑臂9的中心O。另外，该滑块座8上还安装有直线位移传感器7，该直线位移传感器7与穿刺针引导筒5连接。
该定位装置的工作原理如下：选定C型臂11分别置于A1B1位置和A2B2位置，并分别进行X线照射病灶(图1中3所指处为人体截面)，通过调整手术床1的高低、前后、左右，使最后的X线照射病灶点在显像系统(如电脑屏幕或监视器)上的影像重合，则说明病灶点已置于该C型臂11的中心O上。
选定穿刺角m(通过使C型滑臂沿着C型导轨滑动而实现穿刺角m的调节)，将穿刺针6插入穿刺针引导筒5(该穿刺针与该穿刺针引导筒共轴线，且该轴线通过C型臂的中心O)，并使该穿刺针尾部的手柄紧靠穿刺针引导筒5的上端面，标定穿刺针6顶端到C型滑臂9内圆弧面的垂直距离a0，手推穿刺针6带动穿刺针引导筒5、滑块4沿滑块座8向下运动，当穿刺针顶端接触人体皮肤表面时，从直线位移传感器7取得穿刺针6的位移a1，并输入电脑，可得穿刺针从人体表面到的病灶点O的位移a2，
a2＝R-(a0+a)
此时，在电脑的数字引导下，穿刺针6完成从0→a2的穿刺。
为更安全起见，可事先在穿刺接近a2一定距离时在电脑上设定报警显示，以对医生的操作提出警示。
本机的穿刺针引导筒5的移动和C型滑臂9的圆弧伸缩运动可利用电动或手动实现。
请参阅图4至图10，其为本发明的第二具体实施方式。该定位装置包括C型臂X光机、引导筒座及穿刺针引导筒。该C型臂X光机包括C型臂14、影像增强器13、X线球管20及显像系统，该C型臂14通过主轴17可转动安装在X光机的主机座上，该主机座还具有定位轴19，将该主轴17的轴线定义为X轴，将该定位轴19的轴线定义为Z轴，将该X轴和Z轴的交点定义为C型臂14的中心O，从而可以确定出Y轴，进而建立一个XYZ轴直角坐标系。该影像增强器13和X线球管20分别安装在该C型臂14两端且共轴线，该C型臂14处于初始位置时，该影像增强器13、X线球管20及定位轴19共轴线。该引导筒座包括由第一平行四边形机构71和第二平行四边形机构72构成的连杆机构7，该第一平行四边形机构的杆C2C1、O1C1分别与第二平行四边形机构的杆C1d2、C1C3共杆(即形成杆C2d2和杆O1C3)，该第一、第二平行四边形机构铰接于铰链点C1(即杆C2d2和杆O1C3交于铰链点C1)，且该第一、第二平行四边形机构的各杆的轴线共面。该引导筒座由驱动装置驱动，该驱动装置包括支承杆6、支承套筒4、旋转座1、X向调节件3及Z向调节件5，该支承杆6包括沿Z向延伸的第一支承杆61及与其垂直并沿Y向延伸的第二支承杆62，该第一支承杆61的末端安装在该支承套筒4上，该第二支承杆62的末端固定于第一平行四边形机构71的铰链点O1。该支承套筒4沿Z向延伸，其可滑动安装在该旋转座1上，该旋转座1的一端卡在该定位轴19上，其另一端安装有滚轮2，从而使该旋转座1可绕该固定的定位轴19旋转，即旋转座1的旋转轴线通过C型臂14的中心O。该Z向调节件5用于调节支承杆6，使该支承杆6带着整个连杆机构7相对该支承套筒4在Z向上下运动，即用于调节连杆机构7的铰链点O1到地面之间的距离A。该X向调节件3用于调节支承套筒4，使该支承套筒4带着支承杆6和连杆机构7相对该旋转座1在X向左右运动，即用于调节该第一支承杆61的轴线到定位轴19轴线之间的距离a(也即铰链点O1到定位轴19轴线之间的距离为a)。该穿刺针引导筒12轴向贯穿，其固定在滑块11上，该滑块11可滑动安装在滑块座8上，该滑块座8挂接在连杆机构7的杆d1d2上(该杆d1d2与杆O1C3平行)。在该连杆机构7各杆的轴线所共处的平面上，该穿刺针引导筒12轴线在该平面上的投影与杆d1d2的轴线在该平面上的投影重合。该穿刺针引导筒12的轴线与第一支承杆61的轴线处于同一平面(该平面平行XZ平面)上，该平面通过C型臂的中心O且该平面与第一、第二平行四边形机构71、72平行。该滑块座8上还安装有直线位移传感器9，该直线位移传感器9与穿刺针引导筒12相连。
该定位装置的工作原理如下：选定C型臂14分别置于A1B1位置和A2B2位置上，并分别对病灶进行X线照射(图5中标号16所指处为人体截面)，通过调整手术床18的X、Y、Z三个方向的位移，使人体病灶点15置于O点(即C型臂的中心和直角坐标系的原点)上，此时确定了人体病灶点15到地面之间的垂直距离B。
将该连杆机构7投影在第一支承杆61的轴线与穿刺针引导筒12的轴线所构成的平面上，该连杆机构7的各铰链点在该平面上的投影也分别定义为O1、O2、C1、C2、C3、d1、d2(如图4所示)。设定支承杆6与影像增强器13及X线球管20的轴线的垂直距离为a，调整A和a，使O1O＝a/cosm＝C1d2＝C3d1，满足以上条件，任意调整调整角度n(该角度n为穿刺针的穿刺角度，0＜n＜90°)，都能保证穿刺针引导筒12的轴线穿过C型臂14的中心O。
请结合参阅图4、图8至图10，将穿刺针10插入穿刺针引导筒12，并使其尾部手柄21紧靠穿刺针引导筒12的上端面，测定穿刺针10针尖到铰链点d2的长度e，推动穿刺针10直到其针尖接触人体皮肤表面时，由直线位移传感器9取得针尖位移距离e1，通过电脑，可得出从人体表面到的病灶点O的位移e2，
e2＝C1O1-(e+e1)
这样，在穿刺针引导筒12的引导下，从皮肤表面算起，在电脑数字提示下，穿刺针10完成从0→e2的穿刺过程。
为更安全起见，可事先在电脑上设定穿刺接近病灶点时报警，以对医生的操作提出警示。
本定位装置导航仪的穿刺针引导筒12的移动可利用电动或手动实现。
请参阅图12，该微创手术X线穿刺定位方法包括如下步骤：
a)通过调节手术床将人体病灶点定位在X光机C型臂的中心上；
b)通过调整引导筒座，使安装在该引导筒座上的穿刺针引导筒的轴线对准该C型臂的中心。
c)根据该穿刺针的初始位置确定其穿刺总位移；
d)驱动穿刺针引导筒带动穿刺针向C型臂的中心运动，当该穿刺针接触人体皮肤时确定第一位移，从而跟据该总位移和第一位移确定穿刺针的穿刺深度。
请参阅图11，本发明中，各个直线位移传感器、影像增强器的输出均与控制单元(如电脑主机)连接，该控制单元的输出接显像系统(如电脑屏或显示器)，且该控制单元的输出还接执行器(如电机)，该执行器的输出接驱动装置。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种微创手术X线穿刺定位装置，包括C型臂X光机，该C型臂X光机包括C型臂、影像增强器及X线球管，该C型臂安装在主轴上，该影像增强器及X线球管共轴线，且该轴线与该主轴的轴线的交点为该C型臂的中心，其特征在于：还包括引导筒座及与穿刺针同轴线的穿刺针引导筒，该穿刺针引导筒安装在该引导筒座上且该穿刺针引导筒的轴线通过C型臂的中心，该C型臂的中心与病灶点重合。
2.按照权利要求1所述的微创手术X线穿刺定位装置，其特征在于：所述的引导筒座包括C型滑臂，该C型滑臂的球心即为该C型臂的中心。
3.按照权利要求2所述的微创手术X线穿刺定位装置，其特征在于：所述的引导筒座还包括与C型臂同旋转轴线的C型导轨，C型滑臂可滑动安装在该C型导轨上，该C型导轨和该C型滑臂同球心，该穿刺针引导筒通过滑块可滑动安装在该C型滑臂的端部。
4.按照权利要求1所述的微创手术X线穿刺定位装置，其特征在于：所述的引导筒座包括第一、第二平行四边形机构，该第一、第二平行四边形机构铰接在第一铰链点，该第一平行四边形机构连接该第一铰链点的第一、第二杆分别与第二平行四边形机构连接该第一铰链点的第三、第四杆共杆，该第二杆的另一铰链点与一驱动装置的输出端连接，该第二平行四边形机构与第四杆平行的第五杆上固定有滑块座，该穿刺针引导筒可滑动安装在该滑块座上，且该穿刺针引导筒轴线的投影与第五杆轴线的投影重合。
5.按照权利要求4所述的微创手术X线穿刺定位装置，其特征在于：所述的驱动装置包括Z向支承杆、Z向支承套筒、旋转座、X向调节件及Z向调节件，该Z向支承杆一端与第一平行四边形机构第二杆的铰链点连接，其另一端支撑在Z向支承套筒上，该Z向支承套筒安装在该旋转座上，该Z向调节件传动该Z向支承杆相对该Z向支承套筒于Z向上下运动，该X向调节件传动该Z向支承套筒相对该旋转座于X向左右运动，该旋转座的旋转轴线通过该C型臂的中心。
6.按照权利要求2-5中任意一项所述的微创手术X线穿刺定位装置，其特征在于：所述的穿刺针引导筒与直线位移传感器连接。
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