CN101171046A - 套管插入系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高度自动的穿刺系统，用于将套管或针插入人或动物的血管中。该穿刺系统具有采集模块，其至少允许确定皮肤表面下血管的位置，并且还允许确定适于将套管插入血管的最优穿刺位置。此外，穿刺系统具有致动器，用于将套管移动和对准所确定的方位。该系统还适于出于多种目的自主将套管插入血管中，诸如抽血、静脉药物治疗和输注。

Description

套管插入系统

技术领域

本发明涉及插管领域，因而涉及将套管或针插入人或动物的脉管系统中。

技术背景

将套管或针插入人脉管系统是内科医生的日常工作，并且需要高度精确和谨慎地执行。因而，医护人员需要对诸如抽血、输药或输注的这种工作高度熟练。内科医生需要寻找合适的血管并且非常高度精确地引入套管或针的远端，以防止产生血肿或渗出。根据个人的脉管系统，即使高度熟练和有经验的医生也需要若干次尝试将针或套管在合适的位置插入血管。穿刺的这种多次尝试非常痛苦，并且导致明显的患者不适感。而且，这种多次尝试也是相当耗时的，这在紧急情况下尤其不利。

现有各种提供针和套管导引的设备和系统，其帮助内科医生将套管或针插入患者的血管系统中。文件US 2003/00060716公开了一种用于将中空针的远端插入血管的设备。提供了用于协助定位血管的定位器件和要引入的套管的固定器。同样地，将引入程序机械化，是由于对于留置套管和对于穿刺套管，在每种情况下，提供了独立固定器，其在引入方向以及相反方向上互相独立地沿着导引穿过。为了在将设备对准患者时为内科医生提供协助方位，提供了一种光学或声学显示器，其在设备位于用于穿刺所定位血管的指定定位时发射信号。手动地在皮肤上移动该设备，直到显示器点亮，由此指示已经到达设备相对于血管的最优定位，以便引入套管。

即使所公开的设备提供了将套管引入血管的机械化引入，也需要手动地执行将设备对准和定位至患者和所定位的血管。而且，在引入套管期间，该设备不能移动或倾斜，这需要内科医生或医护人员具有相应的技能。同样地，该设备仅指示已经到达引入套管的最优定位，而不提供寻找该最优定位的有效导引。因而使用该设备的内科医生需要至少渊博的技能和经验，以便寻找用于引入套管的设备最优定位。

许多应用需要区分将要穿刺的血管是动脉或静脉。例如US 6,755,789B公开了用于血管插管的装置。该装置使用换能器阵列来获得组织的超声图像，使用多普勒换能器元件来确定将要穿刺的血管是动脉或静脉。穿刺血管由医护人员手动完成。

发明内容

本发明的一个目的是提供可用于半自动和自动使用的高度自动的针和套管插入，其可以以增加的安全性用于增加范围的应用中。

本发明提供了一种穿刺系统，用于将针或套管插入人或动物血管中。该穿刺系统提供高度自动插管，即，将套管和针插入患者脉管系统中，并且包括位置确定器件，提供血管的至少一个位置。该系统还包括处理器件，用于确定血管的穿刺位置，因而确定适于针和套管插入的血管的最优定位。该穿刺位置通过使用位置确定器件的输出信号来确定。该穿刺系统还具有套管插入器件，用于关于穿刺系统固定针或套管。套管插入器件关于插入方向和至少关于基本上与插入方向不平行的第二方向可移动。

通常通过针或套管的对准来给出插入方向，并且插入方向确定了针或套管打算插入脉管系统的角度。此外，套管插入器件也沿着诸如基本上平行人或动物皮肤表面的方向的至少第二方向可移动。因而，针或套管关于位置确定器件以及关于血管可移动。然而，同样可能的是，位置确定器件与套管具有空间固定关系。在这种情况下，位置确定器件刚性地连接到套管，从而使得他们表示为可关于血管移动的刚性系统。

而且，套管插入器件提供了手动移动和对准针或套管，并且提供了将针或套管的远端在穿刺位置手动插入血管。基本上，这提供了针或套管的半自动插入。该穿刺系统自主地分配和确定合适的穿刺位置，并且导引操作者将针或套管在指定位置插入血管。实际插入是在操作者支持下执行的。然后，由操作者提供了用于将针或套管插入血管所需的力，因而，保证在针或套管插入期间灵敏度的最大值。

例如，位置确定器件和处理器件用以定位和识别血管，并确定穿刺位置，但并非完全自动地而是以至少局部由操作者控制的方式执行针或套管的插入。例如，穿刺系统可以沿着插入方向指引针或套管，并且也可以将套管平移到插入方位，然而在操作者支持下沿着插入方向执行套管或针的插入，例如，对套管和针的平移。

通常，位置确定器件适于提供血管的多个几何形状数据，其允许确定诸如血管直径、血管尺寸以及皮下深度的参数。此外，位置确定器件有效地提供对血管路线的确定。有效地利用血管的这种几何形状和位置信息，允许高精度和可靠地确定最优穿刺位置，其最终允许最小化损伤血管壁的危险。从而，出血、血肿或炎症的发生或严重性可以减少到最小。同样地，通过有效地使用获得的血管的几何形状和位置数据，可以防止多次尝试插入针或套管，因为在插入针或套管之前对血管的可靠和精确检查，几乎确保了可以将针或套管一次正确地插入或引入脉管系统中。尤其，在紧急情况下明显的是，该指导下的穿刺与完全手动插管相比，是高度有利的。

血管识别器件适于识别血管是动脉或静脉。具有该附加功能，套管插入系统使用更安全，因为许多应用需要穿刺正确的血管类型。这使得较少经验的医护人员可以使用套管插入系统，这是在昂贵的健康系统中省钱的方法。甚至可以想到的是，不具有医护知识的患者在医护人员的监督下可以使用套管插入系统。然后，抽血将变得与排尿一样容易。

识别血管类型的第一种可能性在于应用可以或不可以成像的常规多普勒技术，尤其是超声或光学多普勒系统。在该情况下，超声或光学信号耦合到包含血管的组织中，而随后由血液中的粒子吸收。随后，超声或光能由粒子发射并且由传感器检测作为多普勒信号。从传感器流走的血液发射超声或光波的频率，低于耦合到组织的波。多普勒信号因而产生血流的方向，其区分动脉和静脉，因为动脉中血液远离心脏流动，而静脉中血液流向心脏。血管的该流动方向可以用颜色标记。血流的方向可以赋予红色或者蓝色，指示流向超声换能器或光学探针或者远离其。这是该技术称为彩色多普勒(超声)技术的原因。

相似于第一种可能性的第二种可能性是将多普勒信号的频移确定为时间的函数。可以使用该结果将血流作为时间的函数计算。静脉中的血流随时间相当恒定，然而动脉中的血流实质上是脉动的，脉搏的频率表示心率。因而，可以使用血流的脉动或非脉动特性区分动脉和静脉。

第三种可能性是实施机械触诊。如果包含血管的组织受到机械压力，静脉趋向于萎陷，然而由于不同的血管壁特性动脉不萎陷。因而，可以使用静脉和动脉关于机械压力的不同性能而区分动脉和静脉。通过将成像探针推到皮肤上可以执行机械触诊以跟随相应信号。

区分动脉和静脉的第四种可能性是血液中的含氧量，其可以由吸收技术测量。在第一步，血管经受第一波长的光，其被静脉中所发现的低氧血较好地吸收。在第二步，血管经受第二波长的光，其被动脉中所发现的高氧血较好地吸收。因而测量和分析两种波长的吸收允许区分动脉和静脉。

根据又一实施例，位置确定器件不仅适于检测和识别皮肤表面下的血管，还提供了对套管远端的位置确定。因而，借助于位置确定器件，其可以精确地核查是否已经将套管或针正确地插入人或动物的脉管系统中。

附加地，穿刺系统特征在于分别的指示器件，其适于指示是否已经通过穿刺系统将套管或针正确地插入血管。

根据本发明又一实施例，定位器件还适于在针或套管插入期间跟踪针或套管远端的位置。该穿刺系统还具有控制器件，用于响应于对针或套管远端的跟踪而控制针或套管的移动。这样，穿刺系统装配有反馈，其允许监视和核查是否正确地插入了针或套管的远端。该功能有效地表示了穿刺系统的安全机制，并且帮助阻止不对血管精确检查而可能不正确地引入套管，这可能造成对人或动物健康的严重后果。

通常，位置确定器件提供血管的路线和位置确定，以及以足够的重复频率跟踪针或套管远端，其允许在套管引入偏离预定路径或计划的情况下快速做出反应。同样，位置确定器件允许核查是否已经将针或套管的远端正确地插入人脉管系统中。因而，位置确定器件不仅在针或套管插入期间提供控制机制，还允许在已经终止脉管内插入之后核查针或套管的最终方位。

代替跟踪针或套管的远端，也可以在插入期间监视和跟随血管的方位和移动。原则上，这也应当提供足够的信息，并且是相对更简单的方法。如果已知针或套管结束的位置并且如果已经确定插入参数，可以在插入期间监视血管的位置。然而，如果血管不停留在合适的位置，该插入发生错误。

根据优选实施例，穿刺系统还包括致动器件，其适于自主地将套管插入器件移动到插入方位，并且其还适于将针或套管的远端在穿刺位置插入血管。在该实施例中，本发明提供了一种完全自动的针或套管插入。因而，该发明性穿刺系统提供了血管的位置确定、将套管自主对准和移动到插入方位和插入方向，并且最终在穿刺系统自身确定的位置自动将套管插入血管。

在这种意义上，该发明性穿刺系统提供了将针或套管完全自动地插入人或动物血管中，这可应用于例如血液采样或抽血、药物治疗或输注、输血、一般导管插入和透析。优选地，定位血管的整个过程、确定穿刺位置以及机械移动和对准针或套管以及最终插入针或套管可以执行，而无需用户交互作用，这允许以高度自动方式执行上述工作，其可以甚至由不熟练或低熟练医护人员执行。

根据又一实施例，致动器件可以由操作者手动控制用于由操作者手动插入套管。即使实施为自主系统，穿刺系统也允许部分自动地插入针或套管。

在又一优选实施例中，本发明包括固定器件，用于将穿刺系统附着到人或动物皮肤表面。通常，这些固定器件设计为箍带或套环，其可以刚性地附着到例如人的手臂或臂弯，并且也同样可以附着到人或动物的其它身体部位，其适于例如对类似手背抽血或输注。然而，针插入系统的应用决不限于上述提及的身体部位。尤其，通过有效地使用自动和高精确的血管位置确定，其它应用情景变得可以想到。例如，针或套管插入系统可以变得可应用于受过培训的医护人员执行的手动穿刺仍然不可到达的身体部位。由于固定器件提供了将穿刺系统刚性附着到合适的身体部位，套管插入器件关于这些固定器件可移动以便于将针和套管带到确定的插入方位。

根据本发明的又一优选实施例，定位器件包括光和/或声学或光-声检测或发信号器件和相应处理器件，其适于执行相应的信号采集和信号处理，用于获取确定穿刺位置的相关参数。该检测或发信号器件可以实现为成像和图像处理器件，但也可以实现为使用基于多普勒技术的采集系统，其不需要图像采集和相应的图像处理。

通常，通过使用诸如近红外成像、光学相干断层摄影、光声成像或超声技术这样的技术来实现位置确定器件。尤其，超声技术、光学相干断层摄影和光声成像提供了对血管的检查和分析，并且即使血管位于人皮肤下相当的深度，也允许精确的采集血管相关数据。原则上，可能基于适于定位诸如血管中血流的流动或环流液体的类似多普勒超声或多普勒光学相干断层摄影的多普勒信号的其它技术，也允许精确和可靠的定位皮肤表面下的血管。同样，可以实施基于多普勒和基于成像的信号采集技术的组合。

在又一实施例中，处理器件还适于响应于穿刺位置而确定插入方位，其依次借助于处理器件执行的最优化过程而获得，其考虑了从位置确定器件执行的数据采集中获得的至少一个血管参数。该最优化过程优选通过使用多个血管参数而执行，所述多个血管参数例如血管尺寸、血管直径、位置和皮肤表面下的深度、血管路线以及血管的基本几何形状。例如，处理器件装配有图形数据处理器件，以便于辨认和识别不适于穿刺的血管的特定区域，诸如，接近分叉或交汇处的血管区域。同样，处理器件和位置确定器件可以确定特征在于可能由钙化引起的狭窄的血管区域。因而，最优化过程用于确定血管的最优定位，其适于穿刺并且预期引起最小量的不适感或疼痛。

该最优化过程确定血管的最优穿刺位置，但是其还可以应用以确定套管的相应插入方位，其由穿刺位置以及套管的插入方向调节。插入方向，因而针或套管将插入血管的角度，也优选借助于最优化过程确定，并且通常关于人皮肤在10°和45°之间变化。根据皮肤表面下血管的深度以及插入方向，插入方位可以基本上从血管的穿刺方位偏离。

根据又一优选实施例，针或套管的定向和插入方向可修改，并且致动器件适于平移和在三个空间方向上对准套管插入器件。这样，在穿刺系统的覆盖范围内，针或套管可以自由地布置并且定向，并且因此可以如处理器件和穿刺位置所确定的而任意定位。

根据又一优选实施例，针或套管可应用于抽血和/或药物输注和/或输血和/或插管和/或透析应用。因而，本发明可以普遍地应用于各种不同的医疗目的，其需要将针或套管插入人的脉管系统中。用于固定针或套管的各个套管插入器件通常通过使用组合式概念而实现，允许快速和可靠地将针或套管插入系统适用于大量不同目的。

在另一优选实施例中，本发明提供了响应于检测到针或套管位于插入方位而将针或套管远端自主插入血管。因而，通常通过两步过程执行针或套管的插入。在第一步中，针或套管平移并且移动，以及对准插入方位和沿着插入方向，并且然后在第二步中除了沿着插入方向的移动，禁止针或套管的任何移动。这样，可以有效地确保在套管插入期间，阻止了针或套管的潜在有害的侧向移动。因而，在套管插入期间，套管的侧向方位关于皮肤表面基本上保持固定，即，针或套管仅沿着插入方向移动。

在另一方面，本发明提供了一种用于穿刺系统的计算机程序产品，该穿刺系统适于将针或套管插入人或动物的血管。该计算机程序产品可由穿刺系统的处理器件执行，并且还可操作以通过处理位置确定器件的输出而执行对血管的至少一个血管参数的确定。该计算机程序产品固有地适于辨认和识别血管。其还允许开发血管辨认和识别，用于采集至少一个相关血管参数。该至少一个血管参数至少表示皮肤表面下的血管位置。优选地，表示血管尺寸、血管直径以及血管路线、血管几何形状以及皮肤表面下深度的多个血管参数可以被精确地确定。该计算机程序产品还可操作以通过处理至少一个血管参数而确定血管的穿刺位置。优选地，通过使用多个血管参数，计算机程序产品可操作以执行最优化过程，以便确认血管的最优穿刺位置。

此外，计算机程序产品可操作以计算驱动信号，用于驱动穿刺系统的致动器件，以便于将针或套管远端在穿刺位置插入血管。这样，计算机程序产品允许分析采集得的血管数据，以便于确定最优化穿刺位置和控制机械驱动和致动器，用于以精确、可靠和与由医护人员或内科医生手动执行的针或套管的插入相比痛苦较少的方式将针或套管的远端插入血管。

在本发明又一方面，提供了一种穿刺系统，其包括用于将穿刺系统固定到人或动物的身体部分的箍带，和用于检测身体部分皮肤表面下的血管和用于响应于检测到至少血管位置而自主将针或套管插入血管的装置。套管的该自主插入包括采集血管的几何形状数据，确定血管的穿刺位置，以及相应地定位和对其针或套管，从而将套管的远端在穿刺位置插入血管。因此，该穿刺系统包括采集系统，用于采集位置、路线以及血管的其它几何形状数据。此外，系统还具有用于确定血管的穿刺位置的处理单元，以及用于以合适的方式移动和对准针和套管的至少一个致动器。

在又一优选实施例中，该系统还包括移动控制单元，其适于在插入套管期间处理由采集系统提供的数据，以便于在插入人或动物组织期间控制针或套管的移动。

在又一实施例中，穿刺系统适于插入针和套管，并且适于以如下的方式从插入的针和套管上分离，即穿刺系统从身体部分上可移除，剩下针或套管插入在生物组织中，例如，皮肤中。因此，如果针或套管已经正确地插入，套管插入器件适于分离针或套管。此外，如果正确地插入针或套管，同样箍带可以放松，因而允许使整个穿刺系统从身体部分上分离。该特征关于导管以及与输注相关的应用情景特别有利。

此外，应当注意到权利要求中的任何附图标记将不能认为限制本发明的范围。

附图说明

下文中，通过参考附图将更详细地描述本发明的各个实施例，其中：

图1示出了发明性穿刺系统的示意性结构图；

图2示出了借助于彩色多普勒技术的血管识别；

图3示出了借助于脉冲多普勒技术的血管识别；

图4a、4b示出了借助于机械触诊的血管识别；

图5示出了Hb和HbO₂的吸收光谱；

图6示出了由穿刺系统确定的穿刺位置和插入方位的示意性图示；

图7示出了穿刺系统到合适的身体部位的附着；

图8示出了确定穿刺位置和执行针或套管插入的流程图，

图9示出了具有皮肤穿透检测的针或套管插入的流程图。

附图标记

100：穿刺系统

102：血管

104：皮肤

106：组织

108：采集模块

110：检测系统

112：控制单元

114：套管控制器

116：套管载体

117：套管

118：方向

119：角度

120：插入方向

122：套管远端

124：穿刺位置

126：插入方位

128：插入路径

200：身体部分

202：装置

204：箍带

300：静脉

301：动脉

302：成像探针

303：皮肤表面

具体实施方式

图1示出了穿刺系统100的示意性结构图。穿刺系统100具有采集模块108、检测系统110、控制单元112、套管控制器114以及套管载体116。套管117自身可以刚性地附着到套管载体116，其表示如由套管控制单元114控制的用于固定套管的套管插入器件和用于移动和对准套管117的器件。套管117和套管载体116可以沿着插入方向120以及沿着基本上平行于皮肤104表面的方向118移动。原则上，方向118可以是平行于皮肤表面的平面中的任何方向。通常，套管117和套管载体116借助于套管控制器114而在三个空间方向上可移动。同样，插入方向120和皮肤104表面之间的角度α119可以借助于套管控制器114，以借助于检测系统110和控制单元112确定的方式任意修改。

图1借助于对人皮肤104的横截面图示，示出了穿刺系统对人的应用。在皮肤104表面之下，定位有组织106所包围的血管102。当穿刺系统100附着到人的皮肤104时，采集模块108适于从组织106和血管102中采集光、光声或声学数据，这允许对诸如血管位置、血管直径、血管尺寸、皮肤104表面下深度、血管几何形状、血流或类似参数的至少一个血管参数进行分类。

优选地，采集模块108借助于允许产生信号而提供血管102的识别的超声、近红外成像、光学相干断层摄影、多普勒超声、多普勒光学相干断层摄影或光声技术来实现。采集模块108采集的信号提供到检测系统110，其依次产生血管102的信号。因此，检测系统110以及检测模块108在一定意义上协调，即检测系统110适于对获自采集模块108的信号执行信号处理。通过使用光、光声或超声检测，甚至在皮肤104表面下相当深度的地方，也可以精确地定位血管102。附加地或作为选择，也可以应用包括例如允许检测例如血管102中血流的多普勒超声技术的多普勒技术。同样，可以相应地应用多普勒光学相干断层摄影术。

也可以获得对位置数据、几何形状数据以及与血管102的路线相关的数据的采集，而无需对血管成像。因此，成像系统110并非必须提供可视图像。代替地，可以允许成像系统110从采集模块108采集的信号中直接提取血管参数。因而，可以借助于检测系统110或由控制单元112执行对血管参数的提取。

控制单元112具有处理单元，允许其处理获自检测系统110的数据。根据检测系统110提供的数据类型，控制单元112的处理单元还可以处理血管参数以便于从血管102的信号中提取所需的血管参数。

控制单元112作用以处理血管参数，以便寻找和确定血管102的穿刺位置，其理想地适于插入套管117。在基本实施例中，可以关于血管102的位置和路线确定该穿刺位置。更精密复杂的实现方式还考虑了预期穿刺位置附近的血管几何形状以及血管直径和皮肤104表面下的深度。

通常，作为考虑了所有类型的血管参数的最优化过程的结果，可以确定穿刺位置。例如，通常借助于控制单元112的处理单元执行的最优化过程可以指定穿刺位置不应在血管102的分叉或交汇处附近。此外，穿刺位置可能需要一定直径的血管102。同样，可以关于皮肤104表面之下血管102的最小可能深度而确定穿刺位置。附加地，控制单元也可以确定插入方向120，其指定套管117需要引入皮肤104和组织106的角度α119。

已经确定穿刺位置之后，控制单元112还适于指定套管117的插入方位。插入方位指定套管117的方位以及对准和方向，套管117需要从其沿着插入方向、即与套管纵向的方向一致的方向移动，以便用其远端在确定的穿刺位置撞击血管。

在确定穿刺位置和插入方位之后，控制单元112产生相应驱动信号至套管控制器114，其依次适于将套管载体116移动到相应方位。该套管控制器114通常刚性地连接到套管载体116，并且设置有例如机电器件，诸如电动致动器，类似例如压电驱动的致动器，其允许精确地电控制套管117的机械移动。通常，套管控制114提供套管载体116的侧向移动，以及沿着插入方向120移动套管载体116或套管117。

一旦套管117向血管102推进，采集模块108也采集套管117远端的方位数据。特别地，当套管117已经穿透皮肤104时，对其远端的检测允许控制套管117通过组织的移动。一旦采集模块108检测到套管117的远端不适当地碰撞血管102，套管插入的整个过程可以中断并且可以抽出套管117。这样，血管相关数据和套管117的远端的方位数据的同时采集，允许有效地实现用于自主穿刺系统的反馈和安全机制。

代替跟踪针或套管的远端122，也可以在插入期间监视和跟随血管102的方位或移动，这是比上一段所述的方法更简单的方法。如果已知针或套管117必须停止的地方，并且如果已经确定插入参数，可以在插入期间监视血管102的位置。然而，如果血管移动，该插入出错。

由于穿刺系统100原则上可应用于任何类型的穿刺相关应用，如同血液采样、抽血、输注或药物治疗，套管可以有效地由针或导管代替，其分别专用于专业应用。

图2示出了借助于彩色多普勒技术的血管识别。在该情况下，血管识别器件与采集模块108相同，即采集模块108适于区分血管是动脉301或静脉300。这样，血管识别中的流动方向由彩色指示。作为范例，红色可以用于远离心脏流动的血液，因而用于动脉301。蓝色可以用于向心脏流动的血液，因而用于静脉300。

图3示出了借助于脉冲多普勒技术的血管识别。再次，血管识别器件与采集模块108相同，即采集模块108适于区分血管是动脉301或静脉300。在动脉301中流动的血液的情况下，流速对时间所作的图(情况A)产生显著的峰，由此两个相邻峰之间的相互时间差表示心率。在静脉300的情况下，相应的图(情况B)示出了相当恒定的流速。

图4a和4b示出了借助于机械触诊的血管识别。在图4a中，采集模块108检测动脉301或静脉300。在图4a的情况下，这两个血管具有概略地垂直于附图所在的纸张页平面的方向(同样应用于图2、3和4b)。执行该采集，而不需要对包含血管300、301的皮肤106施加压力P。因而，P＝0。在图4b的情况下，如由箭头所指示，采集模块压靠皮肤，并且与采集模块108左侧和右侧的皮肤表面303相比采集模块108较低。该压力对动脉301的几何形状没有效果。然而，静脉300萎陷，即由于压力P减小其横截面。该萎陷或非萎陷可以由合适的器件检测，例如由超声或光学技术。在这种情况下，在压力之下，动脉301的流速大概保持恒定，然而，在静脉300的情况下，其显著减小。

图5示出了去氧血红蛋白(Hb)和含氧血红蛋白(HBO₂)的吸收光谱。在该图中，摩尔消光系数(以cm^-1mol^-1l＝cm^-1M^-1为单位)相对于光波长(以纳米为单位)而绘制。在600nm至800nm的波长范围中，氧合血(动脉301的)和缺氧血(静脉300的)的吸收区别可以用于区分动脉和静脉。

图6示出了由穿刺系统确定的穿刺位置124和插入方位126的示意性图示。类似于图1，同样的示出了人或动物皮肤的横截面视图。通过使用借助于采集模块108和相应检测和处理器件获得的血管参数，穿刺系统100确定穿刺位置124和血管102。在此，血管102示出了均匀的直径，且穿刺位置124由最接近皮肤104表面的血管102的方位而确定。该穿刺位置124也可以由有经验的内科医生选择，用于手动将套管插入血管102中。因而，该发明性穿刺系统目标在于确定穿刺位置，其提供最小的不适感和疼痛以及可能对人的健康状况具有严重后果的最小的损伤血管壁的危险。

而且，控制单元112也可以确定最优插入角度α119，其确定了套管117的插入方向120。由于套管通常以关于皮肤104表面非垂直的角度引入，穿刺通过皮肤104的点和穿刺位置124通常描述了套管117的插入路径128，其与插入方向120一致。在将套管117推进皮肤104之前，其必须移动到插入方位126，其特征在于从穿刺位置124的侧向移位。本文中，侧向移位可以理解为皮肤104表面的平面中的移位。例如，插入方位126可以确定为套管122的远端与插入路径128相符的方位。

针的插入优选执行为两步过程，其中第一步通过借助于套管控制单元114将套管117移动到插入方位126来给出。一旦套管122的远端已经到达插入方位126，开始将套管117推进和插入到皮肤104、组织106并且最终进入血管102的穿刺位置的第二步。套管117的推进和插入借助于采集模块108和控制单元112而得到控制，以便在插入过程期间校正套管117的移动。然而，一旦采集模块108检测到套管122的远端已经穿透通过皮肤104的表面，终止借助于套管控制器114进行的套管的侧向移动，以阻止对皮肤104和组织106的严重损伤。

附加地，穿刺系统100可以设置有释放模块，以便手动控制套管117的插入。随后，穿刺系统的用户可以手动地触发套管117沿着插入方向120推进，并且可以手动地控制穿刺系统确定的插入方位126和/或穿刺位置124是否适合于插入套管。

图7示意性地示出了应用于人或动物的身体部分的穿刺系统的实施例。在此，穿刺系统设计为装置202，其用于检测身体部分200的皮肤表面下的血管和用于响应于检测到至少血管位置而自主地将套管插入血管。该装置202还刚性地附着到箍带204，其提供装置202到身体部分200的固定。通常，箍带204或套环特征在于具有空隙，其至少局部由装置202覆盖，以便提供对身体部分200的皮肤的直接通路。所示的装置202至少包括套管和相应的套管插入器件以及致动器件，用于将套管定位至和插入血管中，并且还具有用于采集血管相关数据的采集模块。

在典型实现方式中，针或套管可以连接到各种贮液器中，用于抽血或输药。因而，针或套管可以用于注射针或套管或者作为抽血套管。图6中所示的实施例提供了高度的故障(failure)安全性，由于对于例如抽血，穿刺系统仅需要借助于箍带204刚性地附着到可到达的身体部分200。然后，由穿刺系统自主执行套管或针的插入，因而允许不熟练或未经训练的人员执行这种侵入性过程。

图8是确定穿刺和插入方位以及用于执行针或套管插入的流程图的图示。在第一步骤398中，借助于采集模块108采集血管102的信号。然后，借助于控制单元112的处理单元处理所采集的数据，以便核查血管类型(动脉或静脉)对于应用是正确的。作为下一步骤400，所采集的数据进一步借助于控制单元112的处理单元进行处理，以便确定例如血管的位置、深度、尺寸、路线和基本几何形状数据。基于表示血管位置和血管的基本属性的这些血管参数，在步骤404中，优选地借助于由控制单元112执行的最优化过程确定用于针或套管插入的插入参数。该插入参数至少表示血管102的穿刺位置124。优选地，插入参数也指定插入方位126以及角度119给出的插入方向。

在已经确定了插入参数之后，在步骤406中套管移动到插入方位。因而，针或套管沿着插入方向对准，以及侧向移位到插入方位126。如果针或套管的远端122已经到达确定的插入方位，在步骤408中开始将针或套管插入血管。在该移动期间，执行下列步骤410至420。

为了跟随针插入，可以选择至少两种备选可能性：

第一种可能性如下：在沿着插入方向120推进针或套管期间，在步骤410a借助于采集模块108和相应的信号处理器件监视针或套管的远端。在接续步骤412a中，针或套管的远端或针或套管尖端方位与插入路径128的轨迹相比较。在其中套管117的远端方位清楚地偏离所计算的插入路径128的情况中，该方法继续步骤414，其中针或套管引入或插入终止并且以相反方向将针或套管从组织中抽出。否则，如果在步骤412中套管的远端至少在预定范围中与插入路径128一致，该方法继续步骤416，其中针或套管远端的方位与计算得的血管102中的终点方位相比较。

第二种可能性如下：在沿着插入方向120推进针或套管期间，在步骤410b中借助于采集模块108和相应的信号处理器件监视血管102的位置和尺寸。在接续步骤412b中，血管位置和尺寸与开始插入之前其原始位置和尺寸相比较。在血管的方位和尺寸清楚地偏离其原始位置和尺寸的情况下，该方法继续步骤414，其中针或套管引入或插入终止，并且以相反方向从组织中抽出针或套管。否则，如果在步骤412中，血管的位置和尺寸至少在预定范围中与其原始参数一致，该方法继续步骤416，其中血管的位置和尺寸与血管102的原始参数相比较。

如果尚未到达终点方位，该方法继续步骤418，其中继续针或套管的引入。其后，方法返回步骤410a或410b，其中反复地监视针或套管122远端的方位或血管102的位置或尺寸。应当注意到，针或套管的移动执行为连续移动，即，由于可能建议图8中流程图的单一步骤，其不逐步地执行。只要尚未到达套管的终点方位，步骤410至步骤418描述的循环就继续。一旦在步骤416中已经检测到套管的终点方位，过程继续步骤420，其中终止套管插入。

图9是示意性流程图，并且示出了如何使用针或套管的皮肤穿透检测而将针或套管引入血管102中。在此，步骤498至504相应于图8的步骤400至404。在步骤506中，针或套管通过在针或套管控制单元114控制下的平移运动移动到插入方位。其后，在步骤508，套管117的插入方向根据确定的插入角度119而调整。作为选择，针或套管插入也可以通过使用预定义的插入角度而执行，因而允许减少穿刺系统的复杂性。在步骤510中，开始沿着插入方向移动套管，由此使用对套管远端或者可能的血管移动的方位确定，用于控制插入运动。

在步骤512中，系统检测套管对人皮肤的穿透，而在接续步骤514中，禁止套管的所有侧向和定向移动或调整。皮肤穿透的检测可以借助于采集模块108和其相应的信号处理器件而执行。同样地，皮肤穿透可以借助于实现在套管载体116中的压力传感器来检测。禁止侧向套管移动作为预防损伤的有效手段。在步骤514中已经禁止套管的侧向调整之后，在步骤516中，通过使用图4的流程图所示的反馈控制机制来继续将套管引入或插入血管中。一旦已经到达套管的估计的终点方位，在步骤518中过程停止。

一般地，图8的流程图所描述的套管或针插入可以具有反馈机制而执行，优选地在套管插入期间，该反馈机制提供对套管远端的实际定位，或者核查血管的可能位移。然而，整个针或套管插入过程也可以没有这种反馈机制而执行，这允许减少穿刺系统的复杂性。在该情况下，在确定穿刺位置以及确定所需血管参数之后，可以仅通过使用所确定的血管参数而自主或手动地执行针或套管插入，而无需连续的针或套管或血管跟踪。

Claims (10)

1.一种用于将套管(117)插入人或动物血管(102)的穿刺系统(100)，包括：

a)位置确定器件，用于确定所述血管的至少一个位置，

b)血管识别器件，用于区分动脉和静脉，

c)处理器件，用于根据所述位置确定器件的输出确定所述血管的穿刺位置(124)，

d)套管插入器件，用于将所述套管插入所识别的血管中。

2.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述血管识别器件适于测量血流的方向。

3.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述血管识别器件适于分析血液的流动特性。

4.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述血管识别器件适于基于机械触诊来执行识别。

5.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述血管识别器件适于测量血液中的含氧量。

6.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述插入器件适于：

a)固定所述套管，所述插入器件沿着插入方向(120)和基本上不与所述插入方向平行的至少第二方向(118)可移动，以及

b)在所述穿刺位置将所述套管的远端(122)插入所述血管。

7.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述位置确定器件适于在插入所述套管(117)期间跟踪所述套管远端(122)的位置，并且还包括用于响应于对所述套管远端的跟踪来控制所述套管移动的控制器件。

8.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，所述位置确定器件适于在插入所述套管(117)期间跟踪所述血管的位置和尺寸，并且还包括用于响应于对所述血管参数的跟踪来控制所述套管移动的控制器件。

9.根据权利要求1的穿刺系统，其特征在于，其还包括致动器件，其适于将所述套管插入器件自主移动到插入方位(126)，并且在所述穿刺位置将所述套管远端(122)插入所述血管。

10.一种用于穿刺系统(100)的计算机程序产品，所述穿刺系统(100)用于将套管插入人或动物的血管(102)，该计算机程序产品包括可由所述穿刺系统的处理器件执行的指令，用于执行下列步骤：

a)通过处理位置确定器件的输出来确定所述血管的至少一个血管参数，所述至少一个血管参数至少表示所述血管位置，

b)识别所述血管为动脉还是静脉，

c)通过处理所述至少一个血管参数来确定所述血管的穿刺位置(124)，

d)计算用于驱动致动器件(114)的驱动信号，以在所述穿刺位置将所述套管远端(122)插入所述血管。

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