CN107049490A - 一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统，其包括信号发射部、1个以上的信号接收部、计算机；其中信号发射部包括信号源模块、前端开路的同轴电缆；信号接收部包括贴片式微带天线、带通滤波器、放大器、功率检测模块、数据采集器；本发明装置将将本发明信号发射部导入人体，将贴片式微带天线贴合于与检测部位相对应于的人皮肤外表处，通过功率检测模块可以检测到功率变化情况，进而根据功率信号的强弱判断介入导丝的位置，达到减轻手术患者和介入操作人员辐射损伤的目的，且本装置结构简单，适于工业化生产和市场推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统。
背景技术
目前，介入治疗技术已被广泛应用于人体多种疾病的治疗中，通过介入技术进行诊断并进行治疗是近年来应用较为广泛的新技术。该技术以放射学作为基础，通过导向穿刺针直接作用于病灶部位，明显提高了诊断效率和治疗效果，减轻了患者的痛苦。
在传统的心脏冠脉介入手术中，医生通过自身经验与 X 光机的二维图像引导进行手术。通过医生的操作将导管导丝送入人体血管系统。该过程中医生凭借医学成像技术和自身的手术经验，将导管沿着体内血管一步步送入病灶部位，进行介入手术治疗。医生通过自身经验与 X 光机的二维图像引导进行手术。引导过程中二维图像不能很好地反映真实人体中介入导管的位置，所以手术的成功率很大程度上依赖医生的临床经验水平。
在介入手术中，由于患者手术复杂性和疾病情况，也有医生的因素，如工作经验、手术操作的熟练程度、对于介入手术经验尚浅的医生，在手术中发生介入导管戳破血管导致动脉夹层的案例常有发生。并且介入操作需要在 X 线辐射下进行，介入治疗过程中医生和患者均暴露于X射线下，由此可能会造成医生和患者受照辐射剂量较大。
根据某些波段微波信号可以穿过人体这一物理事实，在术前通过X射线借助计算机辅助测量，可以准确将手术中的关键位置进行确定，通过该确定位置在体表皮肤上进行微波接收定位，在引导导丝前端安装可辐射部分，在体内发射位置微波信息。
发明内容
本发明提供了一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统，主要适用于心脏冠脉介入手术中辅助医师实施介入手术，协助医师定位导管在体内相对位置，主要解决心脏冠脉介入手术中确定动脉对血管关键位置精确定位，同时减少对X光机的依赖，减少医护人员及患者的辐射影响等问题。
该系统通过对微波功率大小的变化检验，判断手术中的介入器械所处的位置，较之于目前的X光机照射检测介入器械的方案，该系统可以有效的辅助医师在介入手术中对介入设备的精确定位，减少医护人员及患者的辐射暴露，达到减轻术中辐射损伤的目的。
本发明的基于微波功率检测的心脏冠脉介入手术穿刺定位系统：包括信号发射部、1个以上的信号接收部、计算机；其中信号发射部包括信号源模块、前端开路的同轴电缆，前端开路的同轴电缆的输入端与信号源模块的输出端相连，同轴电缆的前端开路处产生向空间辐射的信号；信号接收部包括贴片式微带天线、带通滤波器、放大器、功率检测模块、数据采集器，贴片式微带天线与带通滤波器的输入端相连，经带通滤波器滤除带外无线电干扰信号；带通滤波器输出端与放大器的输入端相连，由放大器将接收到的微弱信号放大至功率检测模块可以识别的范围；放大器输出端与功率检测模块的输入端相连，功率检测模块通过数据采集器与计算机连接，由功率检测模块将功率信号转化为电压信号，并将该电压信号输出至数据采集器，将模拟信号转换为数字信号；贴片式微带天线接收前端开路的同轴电缆发出的信号。
所述前端开路的同轴电缆是指同轴电缆一端裸露的铜线和裸露的屏蔽层形成能向空间辐射信号的开口。
本发明中信号产生及发射部分（信号发射部）：主要通过信号源模块产生射频信号，同时该信号源具有输出信号频率和幅值可调的功能；信号源产生信号后，连接一根前端开路的同轴电缆，该电缆除开口处其余部分采用完全屏蔽的方式，在前端开口处射频信号形成空间辐射；在进行介入手术时，该辐射信号穿过人体组织到达贴在皮肤上的微带天线处；
其次信号接收部主要通过天线接收信号发射部发来的信号，天线采用微带贴片的方式，将贴片式微带天线直接贴附于血管关键部位上方所对应的皮肤处；然后将微带天线与带通滤波器相连，通过滤波器滤除带外的无线电干扰信号，由于手术室内电磁环境较为复杂，采用滤波器可以抑制带外的干扰减少后端信号检测部分误判的可能性；将滤波器与放大器相连，放大器的作用是将接收到的微弱功率的微波信号放大至功率检测模块可以检测的信号功率；最后由功率检测模块将信号的功率值转化为电压值，以便数据采集器采集、量化；数据采集器通过数据总线（USB，RS232，网线等）与计算机相连。
本装置使用时，前端开路的同轴电缆可以与手术介入导丝捆绑进入人体，且同轴电缆前端与导丝前端齐平；或者将前端开路的同轴电缆直接作为引导导丝，并兼具向空间辐射信号的功能；贴片式微带天线直接贴附于人体皮肤表面，该表面位置对应于器官关键检测部位。
信号接收部可以设置多组，即：根据介入手术管腔路径导航的需要，每组的天线均贴附在人体皮肤不同位置。在计算机中分别显示各组的功率值，通过不同位置处的功率监测，判断目前入路介入导丝头部所在患者血管中所处的位置。通过观察功率的增减来判断介入导丝是否接近、通过、或远离该微带天线，介入导丝接近该处皮肤上的微带天线时数据采集器检测到功率逐渐上升，当介入导丝远离该处皮肤上的微带天线时，检测得到功率逐渐下降，由此判断介入导丝的位置。
本发明的效果是：
本发明装置结构简单、易操作，将本发明信号发射部导入人体，同时在人体皮肤表面黏贴微带天线，同时微带天线后端经放大、功率检测判断目前入路导丝端头的位置，相比于现有普通介入手术，本发明装置能更精确地判断器械位置，减少目前传统手术中采用X光拍照定位的使用，达到减轻手术患者和介入操作人员辐射损伤的目的，且本装置结构简单，适于工业化生产和市场推广应用。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明系统工作流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1、2所示，本辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统包括信号发射部、2个的信号接收部、计算机；其中信号发射部包括信号源模块、前端开路的同轴电缆，前端开路的同轴电缆的输入端与信号源模块的输出端相连，同轴电缆的前端开路处产生向空间辐射的信号；信号接收部包括贴片式微带天线、带通滤波器、放大器、功率检测模块、数据采集器，贴片式微带天线与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器输出端与放大器的输入端相连，放大器输出端与功率检测模块的输入端相连，功率检测模块通过数据采集器与计算机连接，贴片式微带天线接收前端开路的同轴电缆发出的信号；所述前端开路的同轴电缆是指同轴电缆一端裸露的铜线和裸露的屏蔽层形成能向空间辐射信号的开口。
本装置中信号源模块产生信号，同轴电缆为一端为同轴接头，一端开口，用于传输信号并利用开口端向空间辐射信号；在使用过程中，首先打开信号源，连接好同轴电缆，将输出信号频率设置在2.5GHz-4GHz之间，输出功率到合适位置，即在自由空间1-2米的范围内，信号接收部仍能检测出发射功率，然后在整个术中保持该信号频率及功率不变；同时将同轴电缆与介入导丝绑定，其开口的前端与介入导丝前端持平，同步进入人体；
在信号接收部分中微带天线设计为1.5cm×1.5cm大小的微带结构，用于粘贴在人体表面皮肤上，用于接收从体内辐射到表面的辐射信号；带通滤波器用于滤除带外干扰，由于该项设备主要用于手术室中，无线电环境非常复杂，极有可能被其他信号干扰产生误判；放大器用于将微弱信号进行功率放大至功率检测模块能够识别的电压以上；功率检测模块用于将信号的功率值转换为电压值，便于后端采集；数据采集器用于将模拟电压值转换为数字量，便于计算机存储和分析；最后计算机分别显示各个通道的功率值变化，根据变化量确定介入导丝目前所处的位置；
在使用过程中，先必须在术前对患者的入路血管进行造影和三维重建，确定需要在术中留意的关键位置，如：血管瘤、主动脉夹层及感兴趣的位置等，并在相对应的皮肤上层前1cm左右处做好记号；
在术中，在术前的记号点处贴上微带天线，作为一个功率监测通道，一共建立N个这样的功率监测通道；在手术中当介入导丝（绑定有可以辐射信号的同轴电缆）由远及近接近第n个监测通道附近时，检测得到的功率由小到大逐步增加，当介入导丝头部正对于微带天线下方时，得到的功率值最大，然后由近及远逐步减小，由于微带天线粘贴于关键位置的前1cm处，当检测得到某通道信号功率由大变小时，我们可以认为目前介入导丝已经接近该关键位置，并在计算机上进行提示。
Claims (2)
1.一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统，其特征在于：包括信号发射部、1个以上的信号接收部、计算机；其中信号发射部包括信号源模块、前端开路的同轴电缆，前端开路的同轴电缆的输入端与信号源模块的输出端相连，同轴电缆的前端开路处产生向空间辐射的信号；信号接收部包括贴片式微带天线、带通滤波器、放大器、功率检测模块、数据采集器，贴片式微带天线与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器输出端与放大器的输入端相连，放大器输出端与功率检测模块的输入端相连，功率检测模块通过数据采集器与计算机连接，贴片式微带天线接收前端开路的同轴电缆发出的信号。
2.根据权利要求1所述的辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位系统，其特征在于：前端开路的同轴电缆是指同轴电缆一端裸露的铜线和裸露的屏蔽层形成能向空间辐射信号的开口。
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