CN101069640A - 一种实时跟踪定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种实时跟踪定位装置。它基于电磁感应原理、图形图像处理技术与人体病灶结合，适用于人体内部器官和病灶的动态标定、实时跟踪，在介入治疗以及医用加速器、钴60机、伽玛刀的外照射中实时跟踪病灶区。它将N(N≥1)个微型线圈植入人体病灶区，患者连同微型线圈在CT下做病灶区扫描，通过计算机图形图像软件处理，重建带有N个标示点的病灶区三维模型。手术时计算机以微型线圈输出信号建立动态空间坐标系，并在此空间中融入CT三维重建模型。屏幕上出现患者三维模型以及病灶区N个随人体运动的动态标示点。另一微型线圈置于手术工具前端，可实时跟踪工具在患者体内的位置。这是计算机影像虚拟技术与真实病灶区结合的新技术应用。
Description
技术领域 本发明提出了一种实时跟踪定位装置，它基于电磁感应原理、图形图像处理技术与人体病灶的结合，特别适用于人体内部器官病灶的动态标定、实时跟踪定位，在介入治疗手术以及医用加速器、钴60机、伽玛刀的外照射过程中实时跟踪病灶区。
背景技术 目前使用γ射线、X射线外照射治疗恶性肿瘤，采用的是在患者病灶区植入金粒子，在CT下显现病灶区标示点。治疗时，通过数字X光机跟踪标示点的运动，然后再把信号输入给治疗设备，实施跟踪定位。这是美国瓦立安公司最先进的实时定位跟踪系统。此项技术增加了一套数字X光机；患者体内植入的金粒子无法取出；患者的正常组织受到数字X光机X线的辐照。
在介入治疗心脑血管手术、后装机放射治疗等手术中，使用C型臂X光机跟踪介入患者体内的手术工具前端。致使医务人员和患者受到不必要的X线辐射。
在美国使用介入治疗粒子植入方式治疗前列腺癌，使用B超跟踪定位。国内使用介入治疗粒子植入手术中有的采用B超跟踪定位，有的采用在CT下校正粒子植入手术过程。使用B超实时跟踪定位，由于绝大多数的B超图像模糊，而高清晰度的4维B超，价格昂贵，另方面B超探头严重干涉介入治疗中的粒子植入。在CT下的粒子植入手术过程，不是实时跟踪定位，而是粒子植入手术过程中的校准。CT是诊断设备，价格几百万元，手术时间需2～3小时，增加患者的痛苦和费用。
发明内容 本发明单元，由微型线圈、A/D转换放大器、多路信号处理器、磁场发生器、穿刺针、图形图像处理软件以及计算机构成，使用穿刺针将带有输出软线的N(N≥1)个微型线圈植入人体病灶区，患者连同微型线圈在CT下做病灶区扫描，在CT图片上带有微型线圈标示点的病灶区2维静态图片。通过计算机及图形图像软件，3维重建人体模型、器官模型及带有N个微型线圈标示点的病灶靶区静态3维图像。
在手术治疗室微型线圈输出线接入计算机，在磁场发生起的作用下，计算机的屏幕上显现出患者的人体模型、器官模型、病灶靶区及靶区中N个随人体呼吸、心脏的跳动、肠胃蠕动的动态标示点。将另外一组微型线圈置于手术器械或介入治疗工具的前端，显示器上会显现出手术器械或介入治疗工具的前端在患者体内部位的动态标示，用以跟踪目标位置。这是计算机影像的虚拟技术与患者病灶靶区真实的结合，它是基于视觉、运动等物理感知的跟踪定位新技术的应用，治疗过程，全程可视化。
附图说明 参照附图，本实时跟踪定位装置，有以下部件构成：微型线圈(1)；A/D转换放大器(2)；多路信号处理器(3)；磁场发生器(4)；计算机(5)；显示器(6)；图形图像处理软件(7)；穿刺针(8)；标示点(9)；病灶靶区(10)。
微型线圈(1)直径小于0.8mm，长度约4mm，在一个专用磁场下产生感应电流，带有输出软线。A/D转换放大器(2)是将微型线圈输入的模拟信号放大后变换成数字信号输出。多路信号处理器(3)可以接收处理8路A/D转换放大器(2)输入信号后，再通过接插件输入给计算机(5)。磁场发生器(4)它是一个多线圈按照一定的几何分布的磁场发生装置，封闭在长方体内。接上220V电源，可以产生一个3维磁场。计算机(5)CPU＞＝2GHz，内存＞＝2GB，硬盘＞＝80GB，显卡：3D加速，显存128MB。显示器(6)大于17”液晶显示，1600X1200X80Hz。图形图像软件(7)根据患者的2维影像CT片，输入计算机，在显示器显现出人体模型、器官模型及病灶靶区的3维形态。穿刺针(8)用于把微型线圈植入体内的手术工具。标示点(9)是植入人体内的微型线圈，在CT图片上或显示器上显示出可以识别的标记。病灶靶区(10)是患者体内的肿瘤或其它病变组织。
具体实施方式 微型线圈(1)的输出软线通过接插件连接到A/D转换放大器(2)再通过输出线连接到多路信号处理器(3)再通过输出线接插件连接到计算机(5)。磁场发生器(4)接上220V电源，可以产生一个3维磁场，在3维磁场的作用下微型线圈(1)产生感应电流，通过A/D转换放大器(2)输入到多路信号处理器(3)最后输入到计算机(5)中，在显示器(6)上可以显现出微型线圈(1)的5个自由度和坐标点。
使用穿刺针(8)将带有输出软线的N(N≥1)个微型线圈(1)植入人体病灶区(10)，微型线圈(1)的输出软线，留在患者的体表外，使用医用胶布粘贴固定在患者的体表上。患者连同微型线圈(1)在CT机下做病灶区(10)的扫描，CT图片上带有微型线圈(1)标示点(9)的病灶靶区(10)的2维静态图片，将2维静态图片输入给计算机(5)，通过计算机(5)及图形图像软件(7)的处理，在显示器(6)上显示出人体模型、器官模型及带有N个微型线圈(1)标示点(9)的病灶靶区(10)静态3维图像。
在手术治疗室将留在患者的体表外微型线圈(1)的输出线通过接插件连接到A/D转换放大器(2)，在磁场发生器(4)的作用下，显示器(6)上显现出患者的人体模型、器官模型、病灶靶区(10)及靶区中N个随人体呼吸、心脏的跳动、肠胃蠕动的动态标示点(9)。将另外一组微型线圈(1)置于手术器械或介入治疗工具的前端，显示器(6)上会显现出手术器械或介入治疗工具的前端在患者体内部位的动态标示点(9)，用以跟踪目标位置。
Claims (4)
1、一种医用实时跟踪定位装置，它基于电磁感应原理、图形图像处理技术与人体病灶的结合，特别适用于人体内部器官病灶的动态标定、实时跟踪定位，在介入治疗手术以及医用加速器、钴60机、伽玛刀的外照射过程中实时跟踪肿瘤病灶区。
它将N(N≥1)个微型线圈植入人体病灶区，患者连同微型线圈在CT下做病灶区扫描，在CT图片上带有微型线圈标示点的病灶区2维静态图片。通过计算机图形图像软件处理，重建人体模型、器官模型以及带有N个标示点的病灶区的3维形态。
在手术治疗室连接微型线圈输出线接入计算机，在磁场发生起的作用下，显示器上显现出患者的3维人体模型、器官模型、病灶靶区以及靶区中N个随人体呼吸、心脏的跳动、肠胃蠕动的动态标示点。将另外一组微型线圈置于手术器械或介入治疗工具的前端，显示器上会显现出手术器械或介入治疗工具的前端在患者体内部位的标示，用以跟踪目标位置。这是计算机影像的虚拟技术与患者病灶区真实的结合，基于视觉、运动等物理感知的跟踪定位新技术的应用，治疗过程，全程可视化。
2、这种医用实时跟踪定位单元，包括由若干个微型线圈(1)；A/D转换放大器(2)；多路信号处理器(3)；磁场发生器(4)；计算机(5)；显示器(6)；图形图像处理软件(7)；穿刺针(8)；标示点(9)；病灶靶区(10)。
其特征在于：
微型线圈(1)直径小于0.8mm，长度约4mm，在一个专用磁场下产生感应电流，带有输出软线。A/D转换放大器(2)是将微型线圈输入的模拟信号放大后变换成数字信号输出。多路信号处理器(3)可以接收处理8路A/D转换放大器(2)输入信号后，再通过接插件输入给计算机(5)。磁场发生器(4)它是一个多线圈按照一定的几何分布的磁场发生装置，封闭在长方体内。接上220V电源，可以产生一个3维磁场。计算机(5)CPU＞＝2GHz，内存＞＝2GB，硬盘＞＝80GB，显卡：3D加速，显存128MB。显示器(6)大于17”液晶显示，1600X1200X80Hz。图形图像软件(7)根据患者的2维影像CT片，输入计算机，在显示器显现出人体模型、器官模型及病灶靶区的3维形态。穿刺针(8)用于把微型线圈植入体内的手术工具。标示点(9)是植入人体内的微型线圈，在CT图片上或显示器上显示出可以识别的标记。病灶靶区(10)是患者体内的肿瘤或其它病变组织。
3、根据权利要求1和2，用穿刺针(8)将带有输出软线的N(N≥1)个微型线圈(1)植入人体病灶区(10)，微型线圈(1)的输出软线，留在患者的体表外，使用医用胶布粘贴固定在患者的体表上。患者连同微型线圈(1)在CT机下做病灶区(10)的扫描，CT图片上带有微型线圈(1)标示点(9)的病灶靶区(10)的2维静态图片，将2维静态图片输入给计算机(5)，通过计算机(5)及图形图像软件(7)的处理，在显示器(6)上显示出人体模型、器官模型及带有N个微型线圈(1)标示点(9)的病灶靶区(10)静态3维图像。
4、根据权利要求3在手术治疗室将留在患者的体表外微型线圈(1)的输出线通过接插件连接到A/D转换放大器(2)，在磁场发生器(4)的作用下，显示器(6)上显现出患者的人体模型、器官模型、病灶靶区(10)及靶区中N个随人体呼吸、心脏的跳动、肠胃蠕动的动态标示点(9)。将另外一组微型线圈(1)置于手术器械或介入治疗工具的前端，显示器(6)上会显现出手术器械或介入治疗工具的前端在患者体内部位的动态标示点(9)，用以跟踪目标位置。
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