CN108309410A - 一种基于移动终端的ct穿刺引导手柄和系统 - Google Patents

一种基于移动终端的ct穿刺引导手柄和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于移动终端的CT穿刺引导手柄和系统。该系统包括带有穿刺针的手柄、移动终端和CT控制终端，其中手柄带有三轴陀螺仪、三轴强磁计和无线通信模块，能够检测穿刺针的水平角度和地磁角度，手柄将穿刺针的水平角度和地磁角度发送至移动终端。移动终端通过连接CT控制终端获取CT扫描得到的三维模型数据，然后根据三维模型数据、水平角度和地磁角度在屏幕上构建三维影像，从而便于医生穿刺手术作业。

Description

一种基于移动终端的CT穿刺引导手柄和系统
技术领域
本发明涉及CT引导下的穿刺手术器械。
背景技术
人体内部病变需要利用穿刺对病灶进行活检或治疗时，通常可以借助于CT 扫描机测定出病灶与皮肤定位点的方位和穿刺针的深度，即：用CT 扫描机首先在人体的横剖面上测出病灶的位置，在该层面中选择最佳进针位置和进针角度，利用进针层面、进针角度和进针深度的三维构像决定病灶及穿刺针穿刺的精确位置。虽然CT 扫描机能够谁确地确定三维的进针角度和进针深度，但穿刺的过程都是将病人从CT扫描层面移出后进行的，当病人离开CT 扫描机时，医生只能根据自己的判断，确定一个大致的进针方向，进行穿刺，然后再进行CT扫描加以确认。由于人为的因素较多，常常造成进针不准确，影响治疗的精确度。有时需要重复多次进针，严重时会导致误穿，给患者带来极大的痛苦和风险。
为解决上述问题，国内外学者在 CT 扫描机、穿刺系统以及穿刺设备等多个方向做出了探索。如瞬时 CT 透视扫描机，这是一种高档螺旋 CT 机，通过连续曝光，即时观察到穿刺针的行径方向，但操作者会受到大量的 x 线照射，影响操作者健康。并且CT 扫描时，穿刺部位仍然位于 CT 机框架内，因此操作者不能精确控制穿刺方向。第二种尝试是采用 Pinpoint 系统，由激光定位、重建三维图像立体定位和机械手组成，操作者根据监视器的原贮存图像资料，操纵系统机械手，监视器可观测到穿刺进针轨道，提高了穿刺精准度和安全系数。但该系统成本昂贵，花费较高，并且在穿刺过程中，病人体位变化，穿刺准确度会发生变化。除以上两种方向之外，多位学者也自制、发明了多种穿刺定位器、导向器，但仍未克服上述问题，难以广泛推广。
发明内容
本发明所要解决的问题是CT扫描后病灶穿刺时的进针准确性和方便性。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
根据本发明的一种基于移动终端的CT穿刺引导手柄，包括手柄主体；所述手柄主体的一端设置有穿刺针连接头；所述穿刺针连接头用于安装穿刺针；所述手柄主体安装有电源模块、处理器、存储器、三轴陀螺仪、三轴强磁计和无线通信模块；所述存储器、三轴陀螺仪、三轴强磁计和无线通信模块连接所述处理器；所述三轴陀螺仪用于测量所述穿刺针与水平面之间的水平角度；所述三轴强磁计用于测量所述穿刺针与地磁方向之间的地磁角度；所述处理器用于将所述水平角度和地磁角度通过所述无线通信模块上传。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，所述手柄主体还安装有三轴加速度传感器；所述三轴加速度传感器连接所述处理器；所述三轴加速度传感器用于检测当前穿刺针的运动数据；所述处理器还用于将所述运动数据通过所述无线通信模块上传。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，所述电源模块包括可充电电池和充电接口。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，所述电源模块采用一次性干电池。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，所述穿刺针连接头包括螺母和轴塞；所述手柄主体呈圆柱体结构；所述螺母安装在所述手柄主体的端部，能够围绕轴心转动；所述螺母设有内螺纹；所述轴塞呈圆柱体结构，设于螺母中心。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，还包括穿刺针；所述穿刺针包括针体和手柄连接头；所述手柄连接头和所述针体相连；所述手柄连接头与所述穿刺针连接头匹配，使所述穿刺针能够安装在所述手柄主体上。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导手柄，所述穿刺针连接头包括螺母和轴塞；所述手柄主体呈圆柱体结构；所述螺母安装在所述手柄主体的端部，能够围绕轴心转动；所述螺母设有内螺纹；所述轴塞呈圆柱体结构，设于螺母中心；所述手柄连接头上设有接头部；接头部设有与所述螺母内螺纹相匹配的外螺纹；当所述穿刺针通过接头部外螺纹和螺母内螺纹啮合方式安装在手柄主体上时，所述轴塞塞入所述手柄连接头的管腔，并且所述手柄主体和所述针体同轴。
根据本发明的一种基于移动终端的CT穿刺引导系统，包括上述的CT穿刺引导手柄和移动终端；所述CT穿刺引导手柄通过所述无线通信模块连接所述移动终端；所述移动终端包括：获取扫描面角度的模块、获取入刺角度的模块、用于连接所述CT穿刺引导手柄的模块、用于从所述CT穿刺引导手柄接收穿刺针的水平角度和地磁角度的模块、用于判断所述水平角度和地磁角度是否与所述扫描面角度和入刺角度相匹配，再将匹配的结果在屏幕上显示的模块。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导系统，所述手柄主体还安装有三轴加速度传感器；所述三轴加速度传感器连接所述处理器；所述三轴加速度传感器用于检测当前穿刺针的运动数据；所述处理器还用于将所述运动数据通过所述无线通信模块上传；所述移动终端还包括用于从所述CT穿刺引导手柄接收所述运动数据的模块、用于根据所述运动数据判断当前所述穿刺针是否有抖动，当所述穿刺针有抖动则在屏幕上显示的模块。
进一步，根据本发明的CT穿刺引导系统，该系统还包括CT控制终端；所述CT控制终端连接所述移动终端；所述CT控制终端包括根据CT扫描数据构建三维模型的模块、用于将三维模型数据发送至所述移动终端的模块；所述移动终端还包括用于接收三维模型数据的模块、用于根据三维模型数据、水平角度和地磁角度构建三维影像并在屏幕上显示的模块。
本发明的技术效果如下：
1、本发明的CT穿刺引导手柄能够通过三轴陀螺仪和三轴强磁计测量当前穿刺针的角度，然后将穿刺针的角度发送至移动终端上，再结合从CT控制终端获取的CT扫描得到的三维模型数据，将病灶结构、扫描面以及穿刺针的角度位置在移动终端的屏幕上以三维影像的方式显示，从而便于医生穿刺手术作业。
2、本发明的CT穿刺引导手柄带有三轴加速度传感器，能够检测医生进行穿刺手术时是否发生抖动并给予提示，从而使医生避免在抖动时进行穿刺手术，从而提高医生穿刺角度的准确性。
3、本发明的CT穿刺引导手柄与穿刺针可拆分，通过连接接头与穿刺针相连，由此CT穿刺引导手柄可以匹配不同尺寸型号的穿刺针。
4、本发明避免了CT控制终端和CT扫描机不位于同一机房情况下，CT穿刺作业不方便的问题。
附图说明
图1是本发明CT穿刺引导系统实施例的结构示意图。
图2是本发明CT穿刺引导手柄实施例的端部结构示意图。
图3是本发明CT穿刺引导手柄上电路结构实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于移动终端的CT穿刺引导系统，包括手柄主体11、穿刺针900、移动终端800和CT控制终端600。其中，手柄主体11和穿刺针900组成本实施例所指的CT穿刺引导手柄。手柄主体11是长度为10厘米~25厘米、直径为1cm~2cm的圆柱体。手柄主体11由壳体、安装在壳体上的电子元件以及手柄主体11端部的穿刺针连接头所组成。壳体由塑料制成。穿刺针连接头用于安装穿刺针900，包括螺母121和轴塞122。螺母121与手柄主体11同轴，安装在手柄主体11的端部，能够围绕轴心转动。螺母121设有内螺纹。轴塞121呈圆柱体结构，设于螺母121的中心，与手柄主体11同轴，并固定在手柄主体11的端部。穿刺针900包括针体91和手柄连接头92。手柄连接头92和针体91相连。手柄连接头91与前述的穿刺针连接头匹配，使穿刺针900能够安装在CT穿刺引导手柄100的端部。具体来说，手柄连接头92上设有接头部93。接头部93设有与螺母121内螺纹相匹配的外螺纹。手柄连接头92为空心结构，具有管腔94。针体91同样是空心结构，内部设有针腔。管腔94与针体91内的针腔。穿刺针900是穿刺手术后留在身体上的部分，医生可以通过留在身体上的穿刺针900的管腔94和针体91内的针腔进行注射药水或伸入光纤进行活检。当穿刺针900通过接头部外螺纹和螺母121内螺纹啮合方式安装在CT穿刺引导手柄100上时，手柄主体11与针体91同轴，并且此时，轴塞122塞入手柄连接头92的管腔94，由此将管腔94密封。
手柄主体11所安装的电子元件包括安装在壳体内部的电池和电路板，以及如图2所示安装在手柄主体11端部的电源开关按钮141、迷你USB接口142和充电指示灯143。各电子元件之间的连接关系，如图3所示。其中，处理器31、RAM311、ROM312、蓝牙模块321、片上通信接口324、通用输入输出接口323、三轴陀螺仪341、三轴强磁计342、三轴加速度传感器343以及数字运动处理器344均安装在电路板上。电源模块39用于为其他电子元件提供电力，由壳体内安装的电池、电源开关按钮141、迷你USB接口142以及充电指示灯143所组成。本实施例中，手柄主体11内所安装的电池为可充电电池，迷你USB接口142用于为可充电电池充电。充电指示灯143为LED灯，用于显示充电状态。电源开关按钮141用于控制电池与其他电子元件的连接状态。本领域技术人员理解，电源模块也可以采用一次性干电池，比如5号干电池、7号干电池甚至银锌扣式电池。
三轴陀螺仪341、三轴强磁计342和三轴加速度传感器343通过数字运动处理器344经片上通信接口324连接处理器31。三轴陀螺仪341用于测量穿刺针与水平面之间的水平角度。三轴强磁计342用于测量穿刺针与地磁方向之间的地磁角度。三轴加速度传感器343用于检测当前穿刺针的运动数据。三轴陀螺仪341、三轴强磁计342和三轴加速度传感器343所采集的数据经数字运动处理器344后计算处理后形成的水平角度、地磁角度以及运动数据经片上通信接口324发送至处理器31。
蓝牙模块321为本发明所指的无线通信模块，连接处理器31，采用蓝牙制式，用于连接移动终端800。RAM311和ROM312组成本发明所指的存储器。其中，ROM312采用闪存，用于存储程序指令集以及持续化存储数据。处理器31用于执行程序指令集，并通过程序指令集至少实现以下功能或步骤：
电源开关按钮141接通电源后对硬件和软件进行系统初始化；
通过蓝牙模块321连接移动终端800，并在连接移动终端800后启动角度检测；
角度检测时，持续或按一定时间间隔，从三轴加速度传感器343获取运动数据，从三轴陀螺仪341获取水平角度，从三轴强磁计342获取地磁角度，然后将运动数据、水平角度和地磁角度通过蓝牙模块321发送至移动终端800。
移动终端800可以是智能手机、平板电脑或掌上电脑。移动终端800上设有蓝牙通信模块、WiFi通信模块、处理器以及屏幕。其中，蓝牙通信模块用于连接CT穿刺引导手柄。WiFi通信模块用于通过无线路由器连接CT控制终端600。移动终端800的处理器通过执行安装在移动终端800上的应用程序实现以下功能或步骤：
以蓝牙方式连接CT穿刺引导手柄；
以无线WiFi方式连接CT控制终端600；
从CT穿刺引导手柄接收运动数据、水平角度和地磁角度；
从CT控制终端600接收CT扫描的三维模型数据、扫描面角度、入刺点和入刺角度；
根据三维模型数据在屏幕上显示人体组织的三维影像或病灶部分人体组织的三维影像；
根据入刺点的位置和穿刺针的水平角度和地磁角度构件穿刺针以及手柄主体的三维影像，并判断穿刺针的水平角度和地磁角度是否与扫描面角度和入刺角度相匹配，并将匹配结果在屏幕上显示；
根据运动数据判断当前穿刺针是否有抖动，当穿刺针有抖动则在屏幕上显示。
这里，扫描面角度是CT扫描机每次扫描的扫描面角度。扫描面角度由于总是竖直的，因此，该角度可以相对于地磁方向进行表示，也就是，扫描面角度由地磁方向和CT扫描面之间的线面夹角表示。
CT控制终端600是CT扫描机的控制主机。CT扫描机扫描所产生的影像通过CT控制终端600的屏幕显示。CT控制终端600通过执行程序实现以下功能或步骤：
与移动终端800建立连接；
根据CT扫描数据构建三维模型；
通过UI界面交互确定入刺点和入刺角度；
将三维模型数据、扫描面角度、入刺点和入刺角度发送至移动终端800。
本实施例的CT穿刺引导系统使用方法如下：首先，移动终端800和CT控制终端600建立连接，然后CT控制终端600开启数据同步功能。CT控制终端600的数据同步功能将CT扫描数据构建的三维模型数据以及扫描面角度同步发送至移动终端800。医生通过CT控制终端的UI界面交互后确定入刺点和入刺角度，CT控制终端600的数据同步功能将入刺点和入刺角度发送至移动终端800。之后，医生在手柄主体11上安装合适型号的穿刺针900开启蓝牙连接，蓝牙连接成功后，将穿刺针900的针头放置在病人身上的入刺点后，固定针头位置不变，调整CT穿刺引导手柄和穿刺针900的角度。调整CT穿刺引导手柄和穿刺针900的角度时，医生可以在移动终端800的屏幕上看到穿刺针900实时的三维位置变化，当穿刺针900的水平角度和地磁角度调整至与入刺角度和扫描面角度相匹配时，保持穿刺针900角度方向不变刺入病人身体直达病灶位置。
可选的，移动终端800可以独立工作，而不连接CT控制终端600。此时，移动终端800无法获得三维模型数据，也无法从CT控制终端600直接获得扫描面角度和入刺角度。此时，移动终端800可以包括一个用于与用户交互的扫描面角度和入刺角度输入UI界面的模块，该UI界面模块，医生可以将扫描面角度和入刺角度输入移动终端800。此时，移动终端800无法显示人体组织的三维影像或病灶部分人体组织的三维影像，但可以在屏幕上显示扫描面的三维影像。此时，CT穿刺引导手柄也可以通过WiFi方式连接移动终端800，也就是，此时，前述的蓝牙模块321可以替换成WiFi模块。
可选的，CT穿刺引导手柄可以不将三轴加速度传感器343的运动数据发送至移动终端800。此种情形下，CT穿刺引导手柄的手柄主体11可以加装抖动指示灯。抖动指示灯为LED灯。此时，处理器31还用于：根据三轴加速度传感器获得运动数据判断当前穿刺针是否有抖动，当穿刺针有抖动则通过抖动指示灯指示。
此外需要指出的是，由于扫描面角度与CT扫描机摆放的方位相关，而CT扫描机通常位置固定，因此，扫描面角度可以根据CT扫描机摆放的方位预先设定，因此扫描面角度可以预先存入移动终端800。

Claims (10)

1.一种基于移动终端的CT穿刺引导手柄，其特征在于，包括手柄主体；所述手柄主体的一端设置有穿刺针连接头；所述穿刺针连接头用于安装穿刺针；所述手柄主体安装有电源模块、处理器、存储器、三轴陀螺仪、三轴强磁计和无线通信模块；所述存储器、三轴陀螺仪、三轴强磁计和无线通信模块连接所述处理器；所述三轴陀螺仪用于测量所述穿刺针与水平面之间的水平角度；所述三轴强磁计用于测量所述穿刺针与地磁方向之间的地磁角度；所述处理器用于将所述水平角度和地磁角度通过所述无线通信模块上传。
2.如权利要求1所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，所述手柄主体还安装有三轴加速度传感器；所述三轴加速度传感器连接所述处理器；所述三轴加速度传感器用于检测当前穿刺针的运动数据；所述处理器还用于将所述运动数据通过所述无线通信模块上传。
3.如权利要求1或2所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，所述电源模块包括可充电电池和充电接口。
4.如权利要求1或2所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，所述电源模块采用一次性干电池。
5.如权利要求1或2所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，所述穿刺针连接头包括螺母和轴塞；所述手柄主体呈圆柱体结构；所述螺母安装在所述手柄主体的端部，能够围绕轴心转动；所述螺母设有内螺纹；所述轴塞呈圆柱体结构，设于螺母中心。
6.如权利要求1或2所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，还包括穿刺针；所述穿刺针包括针体和手柄连接头；所述手柄连接头和所述针体相连；所述手柄连接头与所述穿刺针连接头匹配，使所述穿刺针能够安装在所述手柄主体上。
7.如权利要求6所述的CT穿刺引导手柄，其特征在于，所述穿刺针连接头包括螺母和轴塞；所述手柄主体呈圆柱体结构；所述螺母安装在所述手柄主体的端部，能够围绕轴心转动；所述螺母设有内螺纹；所述轴塞呈圆柱体结构，设于螺母中心；所述手柄连接头上设有接头部；接头部设有与所述螺母内螺纹相匹配的外螺纹；当所述穿刺针通过接头部外螺纹和螺母内螺纹啮合方式安装在手柄主体上时，所述轴塞塞入所述手柄连接头的管腔，并且所述手柄主体和所述针体同轴。
8.一种基于移动终端的CT穿刺引导系统，其特征在于，包括上述的CT穿刺引导手柄和移动终端；所述CT穿刺引导手柄通过所述无线通信模块连接所述移动终端；所述移动终端包括：获取扫描面角度的模块、获取入刺角度的模块、用于连接所述CT穿刺引导手柄的模块、用于从所述CT穿刺引导手柄接收穿刺针的水平角度和地磁角度的模块、用于判断所述水平角度和地磁角度是否与所述扫描面角度和入刺角度相匹配，再将匹配的结果在屏幕上显示的模块。
9.如权利要求8所述的CT穿刺引导系统，其特征在于，所述手柄主体还安装有三轴加速度传感器；所述三轴加速度传感器连接所述处理器；所述三轴加速度传感器用于检测当前穿刺针的运动数据；所述处理器还用于将所述运动数据通过所述无线通信模块上传；所述移动终端还包括用于从所述CT穿刺引导手柄接收所述运动数据的模块、用于根据所述运动数据判断当前所述穿刺针是否有抖动，当所述穿刺针有抖动则在屏幕上显示的模块。
10.如权利要求8所述的CT穿刺引导系统，其特征在于，该系统还包括CT控制终端；所述CT控制终端连接所述移动终端；所述CT控制终端包括根据CT扫描数据构建三维模型的模块、用于将三维模型数据发送至所述移动终端的模块；所述移动终端还包括用于接收三维模型数据的模块、用于根据三维模型数据、水平角度和地磁角度构建三维影像并在屏幕上显示的模块。
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