CN100574720C - 微创手术b超穿刺定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微创手术B超穿刺定位装置，它包括穿刺针引导筒、具有B超探头的B超探头组件及XYZ工作台，该XYZ工作台带动该B超探头组件和穿刺针引导筒于XYZ直角坐标系内运动，且该穿刺针引导筒可相对该B超探头运动至其轴线与B超探头的轴线交于病灶点。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B超穿刺定位装置
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
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、腔腹外科、骨科等的使用正日益普及，但微创手术成功的关键之一是医生穿刺技术的熟练程度，这也是微创技术的难点之一。现在，许多医生已经在使用B超机进行穿刺定位，但他们的操作很不方便，完全靠医生的经验。这无疑增加了手术的难度和风险，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B超穿刺定位装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该微创手术B超穿刺定位装置包括穿刺针引导筒、具有B超探头的B超探头组件及XYZ工作台，该XYZ工作台带动该B超探头组件和穿刺针引导筒于XYZ直角坐标系内运动，该B超探头的轴线和该穿刺针引导筒的轴线共平面，该穿刺针引导筒具有使其轴线与B超探头的轴线交于病灶点的位置，该XYZ工作台包括Y向支承件、Z向支承件、Z向滑块、X向支承件及X向滑块，该Z向支承件可滑动安装在该Y向支承件上，该Z向滑块可滑动安装在该Z向支承件上，该X向支承件安装在该Z向滑块上，该X向滑块可滑动安装在该X向支承件上，该B超探头组件安装在该X向滑块上，该B超探头组件通过Y向定轴固定在该X向滑块上，该B超探头的轴线与该Y向定轴的轴线重合，该Y向定轴上安装有连接臂，该连接臂可绕该Y向定轴转动，该穿刺针引导筒安装在该连接臂上。
所述的连接臂包括顺次相连的旋转臂、C型第一臂和第二臂，该旋转臂活套在该Y向定轴上，该C型第一臂可相对该旋转臂摆动且其摆动轴线垂直Y向定轴的轴线，该穿刺针引导筒安装在该第二臂上，该穿刺针引导筒的轴线与B超探头的轴线构成的平面平行于该C型第一臂的侧表面，且该穿刺针引导筒的轴线与B超探头的轴线相交。
所述的穿刺针引导筒内安装有穿刺针，该穿刺针的轴线与该穿刺针引导筒的轴线重合，且该穿刺针和B超探头的位移均由直线位移传感器监测。
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立体结构图。
图2是图1的A向视图。
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立体结构图。
图5是图4的A向视图。
图6是图4中的C型臂绕Y向定轴逆时针旋转90度后的A向视图。
图7至图9是穿刺针在穿刺过程中分别处于初始位置、到达皮肤位置和到达病灶点位置时的示意图。
图10是本发明的电路原理框图。
图11是本发明的流程框图。
具体实施方式
本发明微创手术B超穿刺定位装置包括穿刺针引导筒、具有B超探头的B超探头组件及XYZ工作台，该XYZ工作台带动该B超探头组件和穿刺针引导筒于XYZ直角坐标系内运动，且该穿刺针引导筒可相对该B超探头运动至其轴线与B超探头的轴线交于病灶点。
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XYZ轴工作台、B超探头组件及穿刺针引导筒。该XYZ工作台包括Y向支承件23、Z向支承件20、Z向滑块22、X向支承件7、第一X向滑块18及第二X向滑块12，该Z向支承件20可滑动(沿Y向上下运动)安装在该Y向支撑件23上，该Z向滑块22可滑动安装在该Z向支承件20上(沿Z向前后运动)，该X向支承件7安装在该Z向滑块22上并可相对该滑块22绕X轴旋转一定角度，该第一、第二X向滑块18、12均可滑动(沿X向左右运动)安装在该X向支承件7上。该第一、第二X向滑块18、12上分别安装有第一、第二Y向导轨17、10，该第一、第二Y向导轨17、10上分别可滑动安装有第一、第二Y向滑块4、9。该第一、第二X向滑块18、12分别与第一、第二直线位移传感器25、26相连。该第二X向滑块12由电机27及丝杆副28驱动而在X向支承件7上左右滑动。本实施方式中，该X、Y、Z向支承件指该支承件分别沿X、Y、Z向延伸，该X、Z向滑块指该滑块可在对应的支承件上沿X、Z向滑动。
该B超探头组件包括B超探头旋转杆3、B超探头座1及B超探头2，该B超探头2固定在B超探头座1上，且该B超探头2与该B超探头座1同轴线，该B超探头座1与B超探头旋转杆3的一端固接，该B超探头旋转杆3的另一端与角位移传感器15相连，该角位移传感器15固定在第一Y向滑块4上，该第一Y向滑块4与第三直线位移传感器14相连。穿刺针引导筒6轴向贯穿，其通过连杆29固定在第二Y向滑块9上，该第二Y向滑块9与第四直线位移传感器8相连。该B超探头座的轴线到X向支承件的侧表面30(即平行于XY平面的表面)的垂直距离与穿刺针引导筒轴线到该平面的垂直距离相等，即该B超探头座的轴线(即B超探头的轴线)与穿刺针引导筒的轴线具有相同的Z坐标值，且B超探头座轴线与穿刺针引导筒轴线所构成的平面与X向支承件的平面30平行。
该定位装置的工作原理如下：
将该定位装置固定在手术床旁，并通过调整Z向支承件和X向支承件(调整到位后分别通过手柄21、24锁定)，使B超探头大致置于病人人体的病灶区之上。
在电脑(即控制单元)上设定X、Y坐标系，确定B超探头2的初始坐标(B，YB)，确立穿刺针引导筒6的初始坐标(A，YA)。
手握B超探头，使其紧贴着病人皮肤水平移动和摆动，当B超显示屏上显示病灶后，锁定手柄16、19，通过第一、第二直线位移传感器14、25，可得出B超探头竖直方向(即Y方向)和水平方向(即X方向)的移动距离Y1、B1，通过角位移传感器15，可得出B超探头的旋转角度α1，由B超探头显示屏可知病灶点O到皮肤表层的距离OO1，通过电脑软件计算：
bO＝OO1+Y1+YB
ab＝sinα1×bO＝sinα1×(OO1+Y1+YB)
A1＝A-(ab+B1+B)
此时，通过电脑指令，电机27启动，丝杆副28带动第二X向滑块12移动距离A1(运动到位后锁定手柄11而使第二X向滑块12定位)，使穿刺针引导筒6的轴线通过病灶点O。
将穿刺针5穿入穿刺针引导筒6，使穿刺针5尾部手柄紧靠穿刺针引导筒6的上端面(该穿刺针5与穿刺针引导筒6同轴线)，测得穿刺针5露出穿刺针引导筒6的长度Y2，并输入电脑，手推动穿刺针带动穿刺针引导筒6向下(沿Y方向)移动，当穿刺针5刚接触人体皮肤时(此时穿刺针5伸出穿刺针引导筒6的长度即为Y2)，通过直线位移传感器8可得穿刺针引导筒6的垂直移动距离Y3，通过电脑计算：
ao＝cosα1×bo＝cosα1(OO1+Y1+YB)
得知穿刺人体的深度为：
Y3＝ao-(YA+Y1+Y2)
这样，在穿刺针引导筒6的引导下，推动穿刺针5，从皮肤表层算起，在电脑的数字提示下，完成穿刺从0→Y3的过程。
为安全起见，可事先在电脑上设定穿刺接近Y3一定距离时，电脑上先设定报警显示，以对医生的操作提出警示。
本定位装置的穿刺针引导筒12的移动可利用电动或手动实现。本实施方式中，通过使X向支承件7相对Z向滑块22旋转，从而可以调节穿刺针的穿刺角度。
请参阅图4至图9，其为发明的第二具体实施方式。该定位装置包括XYZ工作台、B超探头组件及穿刺针导筒。该XYZ轴工作台包括Y向支承件14、Z向支承件12、Z向滑块11、X向支承件9及X向滑块10，该Z向支承件12通过Y向滑块13可滑动安装在该Y向支撑件14上(即该Z向支承件12可沿Y向上下滑动)，该Z向滑块11可滑动安装在该Z向支承件12上(即该Z向滑块11可沿Z向前后滑动)，该X向支承件9固定在该Z向滑块11上，该X向滑块10可滑动安装在该X向支承件9上(该X向滑块10可沿X向左右滑动)，且该X向滑块10具有沿Z向延伸的Z向横梁8，自该Z向横梁8的末端固设有Y向定轴15。该B超探头组件包括B超探头座16及B超探头18，该B超探头座16固定在该Y向定轴15上，该B超探头18可滑动安装在该B超探头座16上，且该B超探头座的轴线、B超探头的轴线及该Y向定轴的轴线重合。该B超探头18与第一直线位移传感器17相连，并可沿Y向上下移动。该Y向定轴15上还活套有旋转臂7，该旋转臂7的末端安装C型臂5，该C型臂5包括一体连接的第一臂51和第二臂52，该第一臂51呈“C”型，其周壁面由同心的内、外圆弧面511、512及相互平行的内、外壁面513、514组成，该内、外壁面513、514均为平面，该第一臂51带有刻度且其内圆弧面511的半径为R，该旋转臂7上设有导向块71，该导向块71具有“C”型截面的导向槽，该“C”型第一臂51插入该导向槽中并可沿着该导向槽摆动，且该第一臂51的摆动轨迹所在的平面平行于Y向定轴15的轴线。该第二臂52为矩形，其自第一臂51的前端弯折，该第二臂的前端安装有滑座4，该滑座4上安装有滑杆3，该滑杆3与第二直线位移传感器6相连，并带动穿刺针引导筒2相对滑座4滑动。
该Y向定轴的轴线(即B超探头的轴线)与穿刺针引导筒的轴线构成的平面与C型第一臂的内壁面513平行，在平行第一臂的内、外壁面513、514的平面上，该穿刺针引导筒和B超探头的轴线在该平面上的投影均通过第一臂内圆弧面511在该平面上的投影所在圆的圆心，因此，不论C型第一臂相对旋转臂7摆动在任何位置，穿刺针引导筒2的轴线与Y向定轴的轴线都交于同一点(即该圆的圆心)。
该定位装置的工作原理如下：
调整Z向支承件12、X向支承件9及Z向横梁8，使B超探头18大致处于病人病灶区上方。
标定B超探头18端面到C型第一臂内圆弧面511的垂直距离a0。
将旋转臂7置于与Z向横梁8平行的初始位置(如图4所示)，手握B超探头18，使其紧贴着病人皮肤，并带动Z向横梁8沿X向支承件9平移以对人体扫描。当在B超显示屏上找到病灶点O后，在B超显示屏上取得病灶点O到人体表皮的深度a2，通过调整Z向支承件12的高度(电动或手动)，通过第一直线位移传感器17取得B超探头向下的位移a1，并使得：
a0+a1+a2＝R
此时，锁紧B超探头座16，使B超探头18紧贴人体表面(此时穿刺针引导筒2的轴线必定通过病灶点O)。
请结合参阅图7至图9，为利于医生穿刺，将旋转臂7逆时针旋转90°(如图6所示)。将穿刺针1插入穿刺针引导筒2，使其尾部手柄19紧靠穿刺针引导筒2的上端面，标定穿刺针1顶端到C型臂5内圆弧面511的垂直距离b0，移动穿刺针1直到人体皮肤，通过第二直线位移传感器6可知穿刺针的位移b1。
电脑显示出沿穿刺针1的轴线方向，从人体皮肤表面到病灶点的距离：
b2＝R-(b0+b1)
这样，在穿刺针引导筒2的引导下，推动穿刺针，从皮肤表面算起，在电脑的数字提示下，完成穿刺深度从0→b2的过程。
为安全起见，可事先在穿刺位移接近b2一定距离时，在电脑上设定报警显示，以对医生的操作提出警示。
本装置B超探头18或穿刺针引导筒2的移动可利用电动或手动实现。
本实施方式中，通过使C型臂5摆动，可以调节穿刺针的穿刺角度，且其具体的穿刺角度可以根据C型臂上的刻度来确定。
请参阅图11，该微创手术B超穿刺定位方法包括如下步骤：
a)：确定B超探头和穿刺针引导筒的初始位置；
b)：通过B超探头确定病人病灶点：
c)：根据B超探头的位移和其与穿刺针引导筒的相对位置确定穿刺针的位移。
请参阅图10，本发明中，各个直线位移传感器、角位移传感器及B超探头的输出均与控制单元连接(如电脑主机)，该控制单元的输出接显像系统(如B超显示屏)，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XYZ工作台。
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 (3)

1.一种微创手术B超穿刺定位装置，其特征在于：包括穿刺针引导筒、具有B超探头的B超探头组件及XYZ工作台，该XYZ工作台带动该B超探头组件和穿刺针引导筒于XYZ直角坐标系内运动，该B超探头的轴线和该穿刺针引导筒的轴线共平面，该穿刺针引导筒具有使其轴线与B超探头的轴线交于病灶点的位置，该XYZ工作台包括Y向支承件、Z向支承件、Z向滑块、X向支承件及X向滑块，该Z向支承件可滑动安装在该Y向支承件上，该Z向滑块可滑动安装在该Z向支承件上，该X向支承件安装在该Z向滑块上，该X向滑块可滑动安装在该X向支承件上，该B超探头组件安装在该X向滑块上，该B超探头组件通过Y向定轴固定在该X向滑块上，该B超探头的轴线与该Y向定轴的轴线重合，该Y向定轴上安装有连接臂，该连接臂可绕该Y向定轴转动，该穿刺针引导筒安装在该连接臂上。
2.按照权利要求1所述的微创手术B超穿刺定位装置，其特征在于：所述的连接臂包括顺次相连的旋转臂、C型第一臂和第二臂，该旋转臂活套在该Y向定轴上，该C型第一臂可相对该旋转臂摆动且其摆动轨迹所在的平面与Y向定轴的轴线平行，该穿刺针引导筒安装在该第二臂上，该穿刺针引导筒的轴线与B超探头的轴线构成的平面平行于该C型第一臂的内壁面，且该穿刺针引导筒的轴线与B超探头的轴线相交。
3.按照权利要求1-2中任意一项所述的微创手术B超穿刺定位装置，其特征在于：所述的穿刺针引导筒和B超探头的位移均由位移传感器监测。
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