CN109907804B - 一种肺结节体内测量辅助定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺结节体内测量辅助定位装置及定位方法，该定位装置包括：一体外固定元件；一具有弯曲性能的类关节元件，类关节元件的近端设置于体外固定元件上；一设置于类关节元件的远端的安装底座；一活动装设于安装底座顶端的体内激光测量元件，体内激光测量元件内设置有一重力传感器和若干激光发射单元，若干激光发射单用于测量预设入针点至胸腔的上下和前后胸壁的距离；以及一设置于安装底座底端的标尺，标尺的远端设置有标记元件。采用本发明定位装置的肺结节体内测量辅助定位方法，能够替代术前定位操作后的CT校验，在手术中判断术前定位是否准确，避免患者接受额外的辐射剂量，并保证定位的精确性。

Description

一种肺结节体内测量辅助定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及一种医疗辅助设备，尤其涉及一种肺结节体内测量辅助定位装置及定位方法。

背景技术

伴随低剂量螺旋CT在肺癌普查领域的广泛推广应用，临床上面临越来越多的肺小结节患者。由于此类肺小结节(<2cm)体积小，且相当一部分比重结节为纯磨玻璃样(GGO)结节；导致在微创胸腔镜手术(VATS)中，无法定位靶病灶位置，是中转开胸手术、非计划肺叶切除或解剖性肺段切除的重要原因。

为解决这一困境，近年发明了多种术前定位方法，辅助术中定位靶病灶；其中CT引导下的经皮定位方式是目前最常用、可行的方法。但是，CT引导的经皮定位存在需要改善的地方：CT引导经皮肺结节定位操作过程中，临床医师需要实时规划、估算定位针位置、角度与进针深度，并通过CT扫描图像，观察定位针与病灶的位置关系，如此反复调整进针方向，直至确定合适进针方向。这样无疑增加的了操作中的患者穿刺相关痛苦以及并发症发生率，延长操作时间，也使得患者接受额外辐射剂量。

3D打印技术是目前较热门的技术之一，在医疗领域的应用可分为三个部分：模型3D打印、假体3D打印及3D生物打印。其中模型3D打印能够精确还原计算机3D建模，在医疗教学、器械生产等领域应用广泛。在3D模型打印技术支持下，引导肺结节术前定位的胸廓适型导板得到发展。该导板以患者历史CT影像为设计依据，设有指向结节位置的入针孔道，能够帮助医师脱离CT扫描进行术前穿刺定位，减少患者受到的额外辐射和操作时间并提高准确度，减轻患者痛苦。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种肺结节体内测量辅助定位装置及定位方法。

采用本发明肺结节体内测量辅助定位装置的肺结节体内测量辅助定位方法能够替代术前定位操作后的CT校验，在手术中判断术前定位是否准确，避免患者接受额外的辐射剂量并保证定位的精确性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种肺结节体内测量辅助定位装置，包括：

一体外固定元件；

一具有弯曲性能的类关节元件，所述类关节元件的近端设置于所述体外固定元件上；

一设置于所述类关节元件的远端的安装底座；

一活动装设于所述安装底座顶端的体内激光测量元件，所述体内激光测量元件内设置有一重力传感器和若干激光发射单元，若干所述激光发射单用于测量所述预设入针点至胸腔的上下和前后胸壁的距离；以及

一设置于所述安装底座底端的标尺，所述标尺的远端设置有标记元件。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，还包括：

一操纵盘，其分别电连接所述类关节元件和若干所述激光发射单元，用于驱动所述类关节元件的远端移动和控制若干所述激光发射单元启闭。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，还包括

一用于接收所述重力传感器和若干激光发射单元的测量数据的数据处理单元，所述数据处理单元根据接收到的测量信息，并与预设进针点数据进行对比分析，以获得所述标记元件的偏移方向和偏移距离。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，所述类关节元件为三关节结构，分别为第一关节、第二关节和第三关节；其中，所述第一关节的远端与第二关节的近端球连接，所述第二关节为可伸缩机构，所述第三关节可转动设置于所述第二关节的远端。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，所述安装底座的顶端与所述体内激光测量元件球连接。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，所述激光发射单元为四个，包括分别设置于所述体内激光测量元件四周工作窗内的第一横向激光传感器、第二横向激光传感器、第一纵向激光传感器和第二纵向激光传感器。

进一步优选地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，所述第一横向激光传感器和第二横向激光传感器位于同一直线上且呈反向布置；以及所述第一纵向激光传感器和第二纵向激光传感器位于另一同一直线上且呈反向布置。

进一步地，在所述的肺结节体内测量辅助定位装置中，所述标记元件为龙胆紫墨水头。

本发明的第二个方面是提供一种基上述所述肺结节体内测量辅助定位装置的肺结节体内测量辅助定位方法，包括步骤：

(1)进行术前Hookwire定位；

(2)术前准备，患者麻醉，体位准备，消毒，胸腔镜切口；

(3)将肺结节体内测量辅助定位装置通过体外固定元件固定于床沿，将类关节元件远端的体内激光测量元件与胸腔镜同时探入患者胸腔；

(4)结合胸腔镜在胸壁预设入针点，使探头与入针点贴近；

(5)根据重力传感器与患者体位，通过操纵盘控制类关节元件的远端移动，以自动调整若干激光发射单元的激光发射方向；

(6)通过若干激光发射单元测量入针点与上胸壁、下胸壁、前胸壁、后胸壁的距离；

(7)结合术前CT三维模型通过数据处理单元进行数据分析，得到入针点的入针偏移方向与偏移距离；

(8)将标尺根据偏移方向转动，并伸出等同于偏移距离的长度；

(9)将标尺远端的标记单元对准肺表面入针点，将肺部分吹起并采用标记单元对肺表面进行标记，标位点即为理想入针点；

(10)依据理想入针点进行肺切除手术。

进一步地，术前诊断性CT图像可以被加工为患者胸廓内结构的三维模型，在该模型中可获取最佳胸壁入针点的三维坐标，步骤(7)中，激光测量元件可测得的胸壁实际入针点三维坐标，通过与最佳入针点的三维坐标对比，得到胸壁入针点的入针偏移方向与偏移距离。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

通过本发明肺结节体内测量辅助定位装置，可获得胸壁入针点的偏移方向与偏移距离；由于肺充气时胸壁与肺表面相对紧贴，胸壁入针点的偏移方向与距离同肺表面入针点的偏移方向与距离相同，故可通过胸壁入针点的偏移方向与距离与实际肺表面入针点确定肺表面的理想入针点，手术即可围绕理想入针点进行；本发明提供的肺结节体内测量辅助定位方法，可通过术中激光扫描精准测量定位偏差，从而替代原有的CT扫描，节约资源并减少患者辐射伤害。

附图说明

图1为本发明一种肺结节体内测量辅助定位装置的近端的结构示意图；

图2为本发明一种肺结节体内测量辅助定位装置的远端的结构示意图；

图3为本发明一种肺结节体内测量辅助定位装置中标尺在安装底座上的连接结构示意图；

图4为本发明一种肺结节体内测量辅助定位装置中标尺的结构示意图；

其中，各附图标记为：

10-体外固定元件；20-操纵盘；30-类关节元件，31-第一关节，32-第二关节，33-第三关节；40-安装底座；50-体内激光测量元件，51-第一横向激光传感器，52-第二横向激光传感器，53-第一纵向激光传感器，54-第二纵向激光传感器；60-标尺，61-转轴，62-双向电动机；70-标记元件；80-胸壁；90-肺部。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种肺结节体内测量辅助定位装置，包括：一体外固定元件10；一具有弯曲性能的类关节元件30，所述类关节元件30的近端设置于所述体外固定元件10上；一设置于所述类关节元件30的远端的安装底座40；一活动装设于所述安装底座40顶端的体内激光测量元件50，所述体内激光测量元件50内设置有一重力传感器和若干激光发射单元，若干所述激光发射单用于测量所述预设入针点至胸腔的上下和前后胸壁的距离；以及一设置于所述安装底座40底端的标尺60，所述标尺60的远端设置有标记元件70。该肺结节体内测量辅助定位装置能够替代术前定位操作后的CT校验，在手术中判断术前定位是否准确，避免患者接受额外的辐射剂量并保证定位的精确性。

如图1所示，作为本实施例的一个优选技术方案，该肺结节体内测量辅助定位装置还包括：一操纵盘20，其分别电连接所述类关节元件30和若干所述激光发射单元，用于驱动所述类关节元件30的远端移动和控制若干所述激光发射单元启闭。

作为本实施例的一个优选技术方案，该肺结节体内测量辅助定位装置还包括一用于接收所述重力传感器和若干激光发射单元的测量数据的数据处理单元，所述数据处理单元为计算机，且能够根据接收到的测量信息，并与预设进针点数据进行对比分析，以获得所述标记元件70的偏移方向和偏移距离。

如图1和图2所示，作为本实施例的一个优选技术方案，所述类关节元件30为三关节结构，分别为第一关节31、第二关节32和第三关节33；其中，所述第一关节31的远端与第二关节32的近端球连接，所述第二关节32为可伸缩机构，所述第三关节33可转动设置于所述第二关节32的远端。

如图2所示，作为本实施例的一个优选技术方案，所述安装底座40的顶端与所述体内激光测量元件50球连接。

如图2所示，作为本实施例的一个优选技术方案，所述激光发射单元为四个，包括分别设置于所述体内激光测量元件50四周工作窗内的第一横向激光传感器51、第二横向激光传感器52、第一纵向激光传感器53和第二纵向激光传感器54。且所述第一横向激光传感器51和第二横向激光传感器52位于同一直线上且呈反向布置；以及所述第一纵向激光传感器53和第二纵向激光传感器54位于另一同一直线上且呈反向布置。

作为本实施例的一个优选技术方案，所述标记元件70为龙胆紫墨水头。使用时，通过呼吸机使肺部充气后，肺表面会与胸壁接触，此时龙胆紫墨水头(在标尺60的头端)已经置于胸壁处，在接触肺表面进行标记。所述类关节元件30、安装底座40、体内激光测量元件50和标尺60均采用不锈钢材质制作而成。

此外，如图2-3所示，作为本实施例的另一个优选技术方案，所述标尺60的远端设置有标记元件70，标尺60本身方向是固定的，但可以随着类关节元件30转动，类关节元件30能够改变关节两侧结构的角度，并有旋转功能。标尺60“伸出”的原理类似于卷尺，其本体卷曲在激光测量元件50与类关节元件30之间，可根据测量结果伸出精准的距离，贴合在胸壁的“最佳入针点旁”，其头端有龙胆紫墨水头，肺膨胀后可同时标记胸壁与肺表面。

于上述技术方案的基础上，如图3-4所示，标尺60的一端卷绕在转轴61上，并设置在安装底座40内，转轴61与安装在安装底座40内的双向电动机62的轴连接，标尺60的另一端在双向电动机62的驱动下可伸缩自安装底座40内伸出或收回。

实施例2

本发明实施例提供一种基上述所述肺结节体内测量辅助定位装置的肺结节体内测量辅助定位方法，包括步骤：

(1)进行术前Hookwire定位；

(2)术前准备，患者麻醉，体位准备，消毒，胸腔镜切口；

(3)将肺结节体内测量辅助定位装置通过体外固定元件固定于床沿，将类关节元件远端的体内激光测量元件与胸腔镜同时探入患者胸腔；

(4)结合胸腔镜在胸壁预设入针点，使探头与入针点贴近；其中，此处入针点指术前定位操作的入针点，患者在接受Hookwire定位后会留置金属丝在肺组织和胸壁内，金属丝穿过胸壁，进入肺表面，其在胸壁中或肺中的位置即入针点，入针点的位置能够指导医生进行手术；肺膨胀时，肺表面和胸壁是贴合的，所以金属丝穿出胸壁的位置和穿入肺表面的位置相同，但术中肺组织会缩小，肺与胸壁分开，所以肺表面和胸壁上各有一个“入针点”，此处入针点指胸壁上的。

(5)根据重力传感器与患者体位，通过操纵盘控制类关节元件的远端移动，以自动调整若干激光发射单元的激光发射方向；

(6)通过若干激光发射单元测量入针点与上胸壁、下胸壁、前胸壁、后胸壁的距离；

(7)结合术前CT三维模型通过数据处理单元进行数据分析，得到入针点的入针偏移方向与偏移距离；其中，患者在术前会接受诊断性CT扫描，通过将CT图像进行患者胸腔内结构的三维重建，能够指导医师找到最佳的穿刺“入针点”，进行穿刺；但医师在穿刺定位时的实际入针点与最佳位置有所偏差；本装置旨在通过“激光测量元件”确定真实胸壁入针点在患者胸腔内的三维坐标，与最佳胸壁入针点坐标对比，找到二者偏差；根据真实入针点和偏差，找到最佳胸壁入针点位置；然后使肺膨胀，用龙胆紫在肺和胸壁上标记该最佳入针点，以指导手术。

(8)将标尺根据偏移方向转动，并伸出等同于偏移距离的长度；

(9)将标尺远端的标记单元对准肺表面入针点，将肺部分吹起并采用标记单元对肺表面进行标记，标位点即为理想入针点；

(10)依据理想入针点进行肺切除手术。

通过本发明肺结节体内测量辅助定位装置，可获得胸壁入针点的偏移方向与偏移距离；由于肺充气时胸壁与肺表面相对紧贴，胸壁入针点的偏移方向与距离同肺表面入针点的偏移方向与距离相同(误差可忽略)，故可通过胸壁入针点的偏移方向与距离与实际肺表面入针点确定肺表面的理想入针点(设计入针点)，手术即可围绕理想入针点进行。

根据传统的方式，定位精确度需要通过CT进行测量，但对进行穿刺的患者进行CT扫描会使患者承受辐射伤害，增加医疗资源消耗(人力资源、设备使用、经济投入等)；本发明提供的肺结节体内测量辅助定位方法，可通过术中激光扫描精准测量定位偏差，从而替代原有的CT扫描，节约资源并减少患者辐射伤害。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，包括：

一体外固定元件（10）；

一具有弯曲性能的类关节元件（30），所述类关节元件（30）的近端设置于所述体外固定元件（10）上；

一设置于所述类关节元件（30）的远端的安装底座（40）；

一活动装设于所述安装底座（40）顶端的体内激光测量元件（50），所述体内激光测量元件（50）内设置有一重力传感器和若干激光发射单元，若干所述激光发射单元用于测量预设入针点至胸腔的上下和前后胸壁的距离；以及

一设置于所述安装底座（40）底端的标尺（60），所述标尺（60）的远端设置有标记元件（70）。

2.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，还包括：

一操纵盘（20），其分别电连接所述类关节元件（30）和若干所述激光发射单元，用于操控所述类关节元件（30）的角度变化与旋转，并控制若干所述激光发射单元启闭。

3.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，还包括：

一用于接收所述重力传感器和若干激光发射单元的测量数据的数据处理单元，所述数据处理单元根据接收到的测量信息，并与预设入针点数据进行对比分析，以获得所述标记元件（70）的偏移方向和偏移距离。

4.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，所述类关节元件（30）为三关节结构，分别为第一关节（31）、第二关节（32）和第三关节（33）；其中，所述第一关节（31）的远端与第二关节（32）的近端球连接，所述第二关节（32）为可伸缩机构，所述第三关节（33）可转动设置于所述第二关节（32）的远端。

5.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，所述安装底座（40）的顶端与所述体内激光测量元件（50）球连接。

6.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，所述激光发射单元为四个，包括分别设置于所述体内激光测量元件（50）四周工作窗内的第一横向激光传感器（51）、第二横向激光传感器（52）、第一纵向激光传感器（53）和第二纵向激光传感器（54）。

7.根据权利要求6所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，所述第一横向激光传感器（51）和第二横向激光传感器（52）位于同一直线上且呈反向布置；以及所述第一纵向激光传感器（53）和第二纵向激光传感器（54）位于另一同一直线上且呈反向布置。

8.根据权利要求1所述的肺结节体内测量辅助定位装置，其特征在于，所述标记元件（70）为龙胆紫墨水头。

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