CN102525543A - C臂机引导下遥控穿刺定位的方法 - Google Patents

Abstract

一种C臂机引导下遥控穿刺定位的方法，适用于一种C臂机引导下遥控穿刺定位系统，该系统包括：支架部分、两个弯臂转动部分、穿刺针定位部分、驱动器和处理控制器，该方法包括如下步骤：定穿刺针引导鞘位置；定穿刺针引导鞘姿态；穿刺、退针和撤穿刺装置。本发明的方法具有定位准确、远程控制、三维空间自由定位和操作方法简单等特点。

Description

C臂机引导下遥控穿刺定位的方法

本申请是申请日2010年10月12日，申请号201010503066.4，名称为“C臂机引导下遥控穿刺定位系统”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械系统的使用方法，具体是一种C臂机引导下遥控穿刺定位的方法。

背景技术

穿刺手术属于微创手术一种；近年来穿刺技术的发展，使某些专业领域的治疗水平迅速得到提高，如经皮肝、胆、肾穿刺等已经在临床上得到了广泛应用。穿刺定位对整个穿刺手术影响很大，准确的定位可以减少手术时间，提高手术成功率，减少并发症。CT引导的穿刺手术，手术中需要多次CT扫描重建，确定定位是否准确，造成手术时间长，穿刺次数多等缺点。C臂机引导的穿刺手术，医生穿着防护服进行手术，但是无法完全避免受X光照射，手术中医生需要多次观看X光影像，长期手术对医生身体造成很大的伤害。超声引导的穿刺手术，虽然超声可以实时显示，但是超声影像清晰度和准确度没有C臂机和CT好，图像整体性差，要求术者有很好的操作经验，并且残石率较高。C臂机提供的是平面图像，只是一个方向上透射，不能准确提供靶点的位置信息，多角度实时的透射间接地推断靶点的三维空间位置，目前C臂机引导下穿刺定位研究较少，但是CT设备昂贵普及存在困难，而且操作空间受到限制，所以C臂机穿刺定位是一种趋势。

经对现用技术的文献检索发现：熊璟，陈恳，杨向东，刘少丽，冯涛，梁萍.THMR-I介入治疗机器人系统的研究及其临床使用.高技术通，2009，19(12)：1281-1287，清华大学的THMR-I介入治疗机器人为一种B型超声引导下穿刺定位装置：该系统结构复杂、庞大，不利于推广使用；B型超声的医疗影像不及X射线的影像清晰，反馈误差大；定位误差较大，适合5cm～8cm的大囊肿，不适合小病灶的穿刺定位。

进一步检索发现，中国专利文献号CN201048965Y，公开日2008-4-23，记载了一种带有指示器的经皮肾穿刺扩张装置，该技术包括方向角度指示器、穿刺针或筋膜扩张器：穿刺定位操作是在二维平面内进行，没有突破二维平面比三维空间内定位准确率低的限制；穿刺器械需要人手准确把持，而人手操作不稳定，长时间准确把握给医生带来疲劳，影响手术质量；操作方法复杂，步骤繁琐。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种C臂机引导下遥控穿刺定位系统，具有结构简单，定位准确、远程控制、三维空间自由定位和操作方法简单等功能。本发明还提供了与该系统相适应的C臂机引导下遥控穿刺定位的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：支架部分、两个弯臂转动部分、穿刺针定位部分、驱动器和处理控制器，其中：第一弯臂转动部分的两端分别与支架部分和第二弯臂转动部分的一端转动连接，第二弯臂转动部分的另一端与穿刺针定位部分固定连接，驱动器的输入端和处理控制器相连接并接收控制指令，驱动器的两个输出端分别与第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分相连接并驱动两个弯臂转动部分实现三维定位。

所述的支架部分包括：床夹和L字形支架，其中床架固定设置于L字形支架的一端，L字形支架的另一端与第一弯臂转动部分的一端转动连接。

所述的第一弯臂转动部分包括：第一电机罩、第一电机、第一滚动轴承组和第一弯臂体，其中：第一电机与驱动器的第一输出端相连接并与支架部分固定连接，第一弯臂体的一端分别与第一滚动轴承组和第一电机相连接并沿第一电机的旋转轴旋转，第一弯臂体的另一端与第二弯臂转动部分固定连接，第一电机罩设置于第一电机的外部。

所述的第一弯臂体为S形结构，其转动平面与支架部分相垂直。

所述的第二弯臂转动部分包括：第二电机罩、第二电机、第二滚动轴承组和第二弯臂体，其中：第二电机与驱动器的第二输出端相连接并与第一弯臂转动部分固定连接，第二弯臂体的一端分别与第二滚动轴承组和第二电机相连接并沿第二电机的旋转轴旋转，第二弯臂体的另一端与穿刺针定位部分固定连接，第二电机罩设置于第二电机的外部。

所述的第二弯臂体为S形结构，其转动平面与支架部分相平行。

所述的穿刺针定位部分包括：穿刺针、缺口圆筒、弹簧推块、固定块和穿刺针引导鞘，其中：穿刺针、穿刺针引导鞘、缺口圆筒和固定块由内而外依次相互套接，固定块设置于第二弯臂转动部分的一端，弹簧推块活动设置于固定块和缺口圆筒之间并与穿刺针引导鞘相垂直接触。

所述的穿刺针引导鞘与第二弯臂转动部分的轴心线垂直且其顶端处于第一弯臂转动部分的轴心线与第二弯臂转动部分的轴心线的交点，该交点在第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分运动时保持相对位置。

所述的固定块上设有圆孔和与之相垂直的缺口，所述缺口圆筒活动设置于圆孔内，所述弹簧推块穿过缺口对穿刺针引导鞘进行挤压定位。

所述的驱动器接受处理控制器发出的信号，给电机提供电源和信号，实现电机可控运转。

所述的处理控制器运行程序控制驱动器实现对电机的自由控制。

本发明可以实现在三维空间里定位避免了二维空间的定位装置的局限性，调高了准确性，可以避免医生在操作室受X射线的侵害，操作方法灵巧简单，简单准确的定位。

附图说明

图1为本发明的机械机构示意图。

图2为图1局部放大示意图。

图3为实施例中第一次照射的示意图。

图4为实施例中第一次照射的原理示意图。

图5为实施例中的C臂机调整任意角度后X光照射的示意图。

图6为实施例中的C臂机调整任意角度后X光照射的原理示意图。

图7为实施例中的穿刺针定位部分的示意图。

图8为实施例中的弹簧推块和缺口圆筒的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，本实施例包括：支架部分1、两个弯臂转动部分2、3、穿刺针定位部分4、驱动器5和处理控制器6，其中：第一弯臂转动部分2的两端分别与支架部分1和第二弯臂转动部分3的一端转动连接，第二弯臂转动部分3的另一端与穿刺针定位部分4固定连接，驱动器5的输入端和处理控制器6相连接并接收控制指令，驱动器5的两个输出端分别与第一弯臂转动部分2和第二弯臂转动部分3相连接并驱动两个弯臂转动部分实现三维定位。

所述的支架部分包括：床夹11和L字形支架12，其中：床架11固定设置于L字形支架12的一端，L字形支架12的另一端与第一弯臂转动部分2的一端转动连接。

所述的第一弯臂转动部分2包括：第一电机罩22、第一电机23、第一滚动轴承组24和第一弯臂体25，其中：第一电机23与驱动器5的第一输出端相连接并与支架部分1固定连接，第一弯臂体25的一端分别与第一滚动轴承组24和第一电机23相连接并沿第一电机23的旋转轴旋转，第一弯臂体25的另一端与第二弯臂转动部分3固定连接，第一电机22罩设置于第一电机23的外部。

所述的第一弯臂体25为S形结构，其转动平面与支架部分相垂直。

所述的第二弯臂转动部分3包括：第二电机罩26、第二电机27、第二滚动轴承组28和第二弯臂体29，其中：第二电机27与驱动器5的第二输出端相连接并与第一弯臂转动部分2固定连接，第二弯臂体29的一端分别与第二滚动轴承组28和第二电机27相连接并沿第二电机27的旋转轴旋转，第二弯臂体29的另一端与穿刺针定位部分4固定连接，第二电机罩26设置于第二电机27的外部。

所述的第二弯臂体29为S形结构，其转动平面与支架部分相平行。

如图7所示，所述的穿刺针定位部分4包括：穿刺针30、缺口圆筒31、弹簧推块32、固定块33和穿刺针引导鞘34，其中：穿刺针30、穿刺针引导鞘34、缺口圆筒31和固定块33由内而外依次相互套接，固定块33设置于第二弯臂转动部分3的一端，弹簧推块32活动设置于固定块33和缺口圆筒31之间并与穿刺针引导鞘34相垂直接触。

所述的穿刺针引导鞘34与第二弯臂转动部分3的轴心线垂直且其顶端处于第一弯臂转动部分2的轴心线与第二弯臂转动部分3的轴心线的交点，该交点在第一弯臂转动部分2和第二弯臂转动部分3运动时保持相对位置。

如图8所示，所述的固定块33上设有圆孔35和与之相垂直的缺口36，所述缺口31活动设置于圆孔35内，所述弹簧推块32穿过缺口36对穿刺针37引导鞘进行挤压定位。

所述的驱动器5接受处理控制器发出的信号，给电机提供电源和信号，实现电机可控运转。

所述的处理控制器6运行程序控制驱动器实现对电机的自由控制。

本发明通过以下步骤实现定位：

一、定穿刺针引导鞘位置的步骤：

1.医生在C臂机的显示屏上观察，确定体表最佳穿刺点O’，然后关闭C臂机X射线；

2.医生在手术床旁通过手动调整装置上自由度A1、A2、A3(将支架部分沿床沿来回移动为自由度A1，支架部分在床夹中左右旋转为自由度A2，支架部分在床夹中上下移动为自由度A3)将穿刺针引导鞘前端指到预定的体表穿刺点，人体上的穿刺点O’处于穿刺定位机构的不动点O；然后固定死自由度A1、A2、A3，下面操作中这三个自由度(A1、A2、A3)保持固定。

二、定穿刺针引导鞘姿态的步骤：

1.遥控操作C臂机，使得X射线方向要沿第一电机的旋转轴所在直线方向照下，在C臂机显示屏上看到X光透过四个定位小孔21在相应的位置显示四个黑色圆点，固定C臂机，遥控操作定位装置，在X射线引导下，控制第一电机旋转第一弯臂(第二电机固定不动)使得穿刺针引导鞘和病灶靶点R在C臂机显示屏上处于同一直线上，然后固定第一弯臂。

2.遥控操作C臂机，使X射线方向从上步中的位置旋转任何一个角度，遥控操作定位装置，控制第二电机旋转第二弯臂使得穿刺针引导鞘与病灶靶点R在C臂机显示屏上处于同一直线上，然后固定第二弯臂。

3.遥控操作C臂机，使X射线方向不同于上面的角度，在C臂机显示屏上查看穿刺针引导鞘和病灶靶点是否处于一条直线，如果是，可以进行穿刺手术；如不是，重复操作事项中的第二项，重新检验，如果还不在同一直线，需要从第一项开始重新操作。

三、穿刺、退针和撤穿刺装置步骤：

1.准确确定了穿刺针引导鞘的位姿后，关闭C臂机X射线，医生在定位穿刺装置旁，将穿刺针沿穿刺针引导鞘穿刺到病灶靶点R。

2.(1)穿刺针穿刺到位后，还需要进行穿刺通道扩充：拔出穿刺针的针芯，沿穿刺针的中心插入引导丝，引导丝插到位后，沿引导丝拔出穿刺针；拉拽弹簧推块的末端把柄，拔出穿刺针引导鞘；将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出，沿缺口圆筒的缺口与引导丝分离，将引导丝沿第二弯臂末端块的缺口与其分离；调节3个自由度(A1，A2和A3)，将穿刺定位装置远离手术操作空间。

2.(2)穿刺针穿刺到位后，直接进行手术操作，穿刺针不需要取出的情况下撤穿刺定位装置：拉拽弹簧推块的末端把柄，将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出，沿缺口圆筒的缺口与穿刺针引导鞘分离；控制第二电机带动第二弯臂旋转，使得穿刺针引导鞘沿第二弯臂末端块的缺口与其分离，此时穿刺已到位，穿刺针引导鞘留在穿刺针外面直到穿刺针取出；调节3个自由度(A1，A2和A3)，将穿刺定位装置远离手术操作空间。

3.步骤2的实现也可以通过以下方式：拉拽弹簧推块的末端把柄，将缺口圆筒轻轻沿第二弯臂末端块的圆孔旋转，使得缺口圆筒的缺口与第二弯臂末端块的缺口对准；控制第二电机带动第二弯臂旋转，使得穿刺针引导鞘沿缺口圆筒和第二弯臂末端块的缺口与其分离，然后分离穿刺针引导鞘或留下。

所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤1)的原理：平面P1是X射线投影平面，即C臂机显示屏显示平面；在显示屏上观察并通过控制第一电机旋转第一弯臂，使得穿刺针引导鞘、穿刺点和病灶靶点在同一平面P2内。平面P2是穿刺针引导鞘和病灶靶点与X光线方向组成的平面，平面P2在平面P1上的投影就是直线m，即在C臂机显示屏观察到穿刺针引导鞘和病灶靶点的投影处于同一直线上m。

所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤1中固定第一弯臂)的原理：由于穿刺针引导鞘和第一电机旋转轴都与第二电机旋转轴垂直，平面P2是过第一旋转轴和穿刺针引导鞘的平面，平面P2与第二电机旋转轴垂直，即平面P2的法线与第二电机旋转轴平行。固定第一弯臂，旋转第二弯臂时，第二电机旋转轴所在直线不发生位置变化，穿刺针引导鞘始终处于平面P2上，并且穿刺针引导鞘端点O为不动点，此时穿刺针引导鞘的旋转轨迹是在平面P2上以不动点O为圆心的圆。

所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤2)的原理：通过控制第二电机旋转第二弯臂，此时第一弯臂锁死，此时穿刺针引导鞘的旋转轨迹是在P2平面上以不动点O为圆心的圆，平面P3是X射线投影平面，即C臂机显示屏显示平面；在显示屏上观察并通过控制第二电机旋转第二弯臂，使得穿刺针引导鞘、穿刺点和病灶靶点在同一平面P4内。平面P4是穿刺针引导鞘和病灶靶点与X光线方向组成的平面，平面P4在平面P3上的投影就是直线n，即在C臂机显示屏观察到穿刺针引导鞘和病灶靶点投影处于同一直线上n。直线l是平面P2与平面P4的交线，即是穿刺针引导鞘和病灶靶点所在直线。

Claims (5)

1.一种C臂机引导下遥控穿刺定位的方法，适用于一种C臂机引导下遥控穿刺定位系统，所述系统包括：

支架部分、两个弯臂转动部分、穿刺针定位部分、驱动器和处理控制器，其中：第一弯臂转动部分的两端分别与支架部分和第二弯臂转动部分的一端转动连接，第二弯臂转动部分的另一端与穿刺针定位部分固定连接，驱动器的输入端和处理控制器相连接并接收控制指令，驱动器的两个输出端分别与第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分相连接并驱动两个弯臂转动部分实现三维定位；所述的第一弯臂转动部分包括：第一电机罩、第一电机、第一滚动轴承组和第一弯臂体，其中：第一电机与驱动器的第一输出端相连接并与支架部分固定连接，第一弯臂体的一端分别与第一滚动轴承组和第一电机相连接并沿第一电机的旋转轴旋转，第一弯臂体的另一端与第二弯臂转动部分固定连接，第一电机罩设置于第一电机的外部；所述的第二弯臂转动部分包括：第二电机罩、第二电机、第二滚动轴承组和第二弯臂体，其中：第二电机与驱动器的第二输出端相连接并与第一弯臂转动部分固定连接，第二弯臂体的一端分别与第二滚动轴承组和第二电机相连接并沿第二电机的旋转轴旋转，第二弯臂体的另一端与穿刺针定位部分固定连接，第二电机罩设置于第二电机的外部；所述的穿刺针定位部分包括：穿刺针、缺口圆筒、弹簧推块、固定块和穿刺针引导鞘，其中：穿刺针、穿刺针引导鞘、缺口圆筒和固定块由内而外依次相互套接，固定块设置于第二弯臂转动部分的一端，弹簧推块活动设置于固定块和缺口圆筒之间并与穿刺针引导鞘相垂直接触；所述的穿刺针引导鞘与第二弯臂转动部分的轴心线垂直且其顶端处于第一弯臂转动部分的轴心线与第二弯臂转动部分的轴心线的交点，该交点在第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分运动时保持相对位置，即，该交点此时为不动点；

其中，所述方法包括以下步骤：

步骤一、定穿刺针引导鞘位置，其中包括以下分步骤：

S101、医生在C臂机的显示屏上观察，确定体表最佳穿刺点，然后关闭C臂机X射线；

S102、医生在手术床旁通过手动调整装置上，将支架部分沿床沿来回移动的自由度A1、支架部分在床夹中左右旋转的自由度A2以及支架部分在床夹中上下移动的自由度A3，将穿刺针引导鞘前端指到预定的体表穿刺点，即，人体上的所述最佳穿刺点处于所述不动点；然后固定死自由度A1、A2、A3，使得在下面操作中这三个自由度保持固定；

步骤二、定穿刺针引导鞘姿态，其中包括以下分步骤：

S201、遥控操作C臂机，使得X射线方向要沿第一电机的旋转轴所在直线方向照下，在C臂机显示屏上看到X光透过四个定位小孔在相应的位置显示四个黑色圆点，固定C臂机，遥控操作定位装置，在X射线引导下，控制第一电机旋转第一弯臂，此时第二电机固定不动，使得穿刺针引导鞘和病灶靶点在C臂机显示屏上处于同一直线上，然后固定第一弯臂；

S202、遥控操作C臂机，使X射线方向从分步骤S201的位置旋转任何一个角度，遥控操作定位装置，控制第二电机旋转第二弯臂，使得穿刺针引导鞘与所述病灶靶点在C臂机显示屏上处于同一直线上，然后固定第二弯臂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤二还包括分步骤S203：遥控操作C臂机，使X射线方向不同于分步骤S201和S202的角度，在C臂机显示屏上查看穿刺针引导鞘和所述病灶靶点是否处于一条直线，如果是，可以进行穿刺手术；如不是，重复操作分步骤S202，重新检验，如果还不在同一直线，则从分步骤S201开始重新操作。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤三：穿刺、退针和撤穿刺装置，其中包括分步骤：

S311、准确确定了穿刺针引导鞘的位姿后，关闭C臂机X射线，医生在定位穿刺装置旁，将穿刺针沿穿刺针引导鞘穿刺到所述病灶靶点；

S312、穿刺针穿刺到位后，还需要进行穿刺通道扩充：拔出穿刺针的针芯，沿穿刺针的中心插入引导丝，引导丝插到位后，沿引导丝拔出穿刺针；拉拽弹簧推块的末端把柄，拔出穿刺针引导鞘；将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出，沿缺口圆筒的缺口与引导丝分离，将引导丝沿第二弯臂末端块的缺口与其分离；调节三个自由度A1、A2和A3，将穿刺定位装置远离手术操作空间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤三，穿刺、退针和撤穿刺装置，其中包括分步骤：

S321、准确确定了穿刺针引导鞘的位姿后，关闭C臂机X射线，医生在定位穿刺装置旁，将穿刺针沿穿刺针引导鞘穿刺到所述病灶靶点；

S322、穿刺针穿刺到位后，直接进行手术操作，穿刺针不需要取出的情况下撤穿刺定位装置：拉拽弹簧推块的末端把柄，将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出，沿缺口圆筒的缺口与穿刺针引导鞘分离；控制第二电机带动第二弯臂旋转，使得穿刺针引导鞘沿第二弯臂末端块的缺口与其分离，此时穿刺已到位，穿刺针引导鞘留在穿刺针外面直到穿刺针取出；调节三个自由度A1、A2和A3，将穿刺定位装置远离手术操作空间。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤三，穿刺、退针和撤穿刺装置，其中包括分步骤：

S331、准确确定了穿刺针引导鞘的位姿后，关闭C臂机X射线，医生在定位穿刺装置旁，将穿刺针沿穿刺针引导鞘穿刺到所述病灶靶点；

S332、穿刺针穿刺到位后，直接进行手术操作；拉拽弹簧推块的末端把柄，将缺口圆筒轻轻沿第二弯臂末端块的圆孔旋转，使得缺口圆筒的缺口与第二弯臂末端块的缺口对准；控制第二电机带动第二弯臂旋转，使得穿刺针引导鞘沿缺口圆筒和第二弯臂末端块的缺口与其分离，然后分离穿刺针引导鞘或留下；调节三个自由度A1、A2和A3，将穿刺定位装置远离手术操作空间。

Images