CN109998683A - 一种图像引导手术导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像引导手术导航装置，包括CT扫描机架、转换平台、支撑框架、多自由度机械臂、脚踏控制开关以及显示屏，多自由度机械臂为具有至少三个自由度的机械臂，多自由度机械臂上设置有用于测量位置信息的定位器，多自由度机械臂可移动式连接在支撑框架上，支撑框架可移动式连接在转换平台上，CT扫描机架包括贯通其前后两端面的CT通道，转换平台用于移动病人进出CT通道，多自由度机械臂、定位器、转换平台均连接控制器，控制器通过线路分别连接脚踏控制开关、显示屏；本发明同现有技术相比，能够将导航装置和病人同时完成影像扫描，获得最精确的病人病灶的位置信息，进而能在最短时间内完成最准确的手术位置和进针轨迹的引导。

Description

一种图像引导手术导航装置
[技术领域]
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种图像引导手术导航装置。
[背景技术]
目前，现有的图像引导手术导航装置和医学影像设备在物理位置上和工作的时间上是各自独立的装置，因此两者的坐标系是独立的。而且两者的工作时间相差也较大，因此在做医学影像扫描时的人体状态和进行微创手术时的人体状态有可能因为时间相差过长而发生病灶的位置改变。
此外，现有的图像引导手术装置在病人完成医学影像扫描后无法同时将人体的医学影像坐标位置信息传递给手术导航装置，必须在手术前通过诸如光学位置定位装置等独立的位置传感器重新完成病人医学影像坐标系和手术导航装置坐标系的统一标定，才能将病人的医学影像位置信息准确地传递给手术导航装置，这会使病人在使用导航装置时因为必须提前完成光学位置标定的步骤延长手术的准备时间，并会增加光学标定失败的可能性，同时也会因为位置坐标信息的转换次数增加而降低最终手术导航的位置获得最终手术位置精度。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种图像引导手术导航装置，能够将导航装置和病人同时完成影像扫描，获得最精确的病人病灶的位置信息，进而能在最短时间内完成最准确的手术位置和进针轨迹的引导。
为实现上述目的设计一种图像引导手术导航装置，包括CT扫描机架1、转换平台2、支撑框架3、多自由度机械臂4、脚踏控制开关5以及显示屏6，所述多自由度机械臂4为具有至少三个自由度的机械臂，所述多自由度机械臂4上设置有用于测量位置信息的定位器，所述多自由度机械臂4可移动式连接在支撑框架3上，所述支撑框架3可移动式连接在转换平台2上，所述CT扫描机架1包括贯通其前后两端面的CT通道，所述转换平台2用于移动病人进出CT通道，所述多自由度机械臂4、定位器、转换平台2均连接控制器，所述控制器通过线路分别连接脚踏控制开关5、显示屏6，所述定位器将转换平台2及病人的位置信息发送至控制器，所述显示屏6用于选择并确认手术运动轨迹，所述脚踏控制开关5用于控制支撑框架3和多自由度机械臂4运动到最终手术位置或回到初始位置。
进一步地，所述多自由度机械臂4通过机械臂基座连接在支撑框架3上，所述机械臂基座沿支撑框架3做纵向方向的位置移动，所述支撑框架3沿转换平台2做横向方向的位置移动。
进一步地，所述定位器处设置有图像采集器，所述图像采集器用于采集转换平台2及病人的三维图像信息，所述图像采集器设于多自由度机械臂4上，所述图像采集器通过线路连接控制器。
进一步地，所述显示屏6放置在支撑框架3上，或通过独立的框架放置在地面上。
进一步地，所述多自由度机械臂4具有三个、五个、六个或七个自由度，所述多自由度机械臂4用于完成三个、五个、六个或七个自由度的运动。
本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，提供了一种能把导航装置和病人同时完成影像扫描(类似CT、MR、DSA、DR等医学影像设备的扫描)的手术导航装置，可以使医学影像设备在扫描时能完成人体和导航装置在同一个位置坐标系同时成像，因此可以使导航装置同时完成对人体影像病灶位置的准确定位，进而引导手术末端精确完成穿刺手术，即本发明手术导航装置能获得最精确的病人病灶的位置信息，进而能在最短时间内完成最准确的手术位置和进针轨迹的引导。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作流程示意图；
图中：1、CT扫描机架 2、转换平台 3、支撑框架 4、多自由度机械臂 5、脚踏控制开关 6、显示屏。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图1所示，本发明包括CT扫描机架1、转换平台2、支撑框架3、多自由度机械臂4、脚踏控制开关5以及显示屏6，多自由度机械臂4为具有至少三个自由度的机械臂，多自由度机械臂4上设置有用于测量位置信息的定位器，多自由度机械臂4可移动式连接在支撑框架3上，支撑框架3可移动式连接在转换平台2上，CT扫描机架1包括贯通其前后两端面的CT通道，转换平台2用于移动病人进出CT通道，多自由度机械臂4、定位器、转换平台2均连接控制器，控制器通过线路分别连接脚踏控制开关5、显示屏6，定位器将转换平台2及病人的位置信息发送至控制器，显示屏6用于选择并确认手术运动轨迹，脚踏控制开关5用于控制支撑框架3和多自由度机械臂4运动到最终手术位置或回到初始位置。该转换平台不需要固定在同一台CT上，该转换平台提供了一个可以兼容不同CT的可能，该转换平台与支撑框架及机械臂与脚踏开关和显示屏可以被转移到不同的CT病床上，该转换平台可以和不同的CT同时成像后引导机械臂完成手术引导功能。
其中，多自由度机械臂4通过机械臂基座连接在支撑框架3上，机械臂基座沿支撑框架3做纵向方向的位置移动，支撑框架3沿转换平台2做横向方向的位置移动，即多自由度机械臂4的基座可以沿着支撑框架3方向做一定行程的精确位置移动，另外支撑框架3可以沿着转换平台2做一定行程的精确位置移动；定位器处设置有图像采集器，图像采集器用于采集转换平台2及病人的三维图像信息，图像采集器设于多自由度机械臂4上，图像采集器通过线路连接控制器；显示屏6可以放置在支撑框架3上，也可以通过独立的框架放置在地面上；多自由度机械臂4可以是三个自由度以上的机械臂，可以完成三个、五个、六个或七个自由度等均有可能以上的自由度运动。
当病人和转换平台完成医学图像扫描时，导航装置可以同时通过转换平台获得病人病灶的精确位置信息，因此医生可以通过显示屏选择并确认如何到达病灶进行手术的运动轨迹；当医生完成了手术运动轨迹确认后可以通过脚踏开关控制支撑框架和自由度机械臂运动到最终的手术位置，并沿着导航装置固定的角度和行程完成进针的手术动作，完成手术动作后医生可以通过脚踏开关控制自由度机械臂和支撑框架回到初始位置。
本发明提供了一种能使手术导航装置和病人同时完成医学图像扫描的转换平台，该转换平台自身是手术导航装置在结构上就结合在一起的一部分，该平台同时也能设计成病人的支撑平台或者设计成能够和病人做医学扫描时和病人的身体位置保持相对固定的伴随装置，因此该平台能同时和病人一起完成类似CT、MR、DSA和DR等医学影像扫描，并在完成医学扫描时同时获得转换平台和病人的位置信息，因为转换平台是导航装置的一部分，转换平台和导航装置的相对位置关系可以提前在制造过程中被充分地互相标定和验证，因此转换平台能把自身的位置信息准确地传递给导航装置，因此该转换平台能使导航装置同时获得病人扫描的病灶位置信息，因此本发明能手术导航装置能获得最精确的病人病灶的位置信息，进而能最短时间内完成最准确的手术位置和进针轨迹的引导。
本发明能将导航装置和病人同时完成影像扫描(类似CT、MR、DSA、DR等医学影像设备的扫描)，可以使医学影像设备在扫描时能完成人体和导航装置在同一个位置坐标系同时成像，因此可以使导航装置同时完成对人体影像病灶位置的准确定位，进而引导手术末端精确完成穿刺手术。其工作流程为：病人和导航装置转换平台同时完成医学影像扫描→影像设备和导航装置转换平台同时获得病灶医学影像三维位置信息→根据病灶影像三维位置信息提供导航装置运动计划和进针轨迹信息→根据运动计划和进针轨迹信息控制导航装置运动到手术最终进针点→根据最终进针位置和角度完成进针动作，把穿刺针末端送到病灶位置。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种图像引导手术导航装置，其特征在于：包括CT扫描机架(1)、转换平台(2)、支撑框架(3)、多自由度机械臂(4)、脚踏控制开关(5)以及显示屏(6)，所述多自由度机械臂(4)为具有至少三个自由度的机械臂，所述多自由度机械臂(4)上设置有用于测量位置信息的定位器，所述多自由度机械臂(4)可移动式连接在支撑框架(3)上，所述支撑框架(3)可移动式连接在转换平台(2)上，所述CT扫描机架(1)包括贯通其前后两端面的CT通道，所述转换平台(2)用于移动病人进出CT通道，所述多自由度机械臂(4)、定位器、转换平台(2)均连接控制器，所述控制器通过线路分别连接脚踏控制开关(5)、显示屏(6)，所述定位器将转换平台(2)及病人的位置信息发送至控制器，所述显示屏(6)用于选择并确认手术运动轨迹，所述脚踏控制开关(5)用于控制支撑框架(3)和多自由度机械臂(4)运动到最终手术位置或回到初始位置。
2.如权利要求1所述的图像引导手术导航装置，其特征在于：所述多自由度机械臂(4)通过机械臂基座连接在支撑框架(3)上，所述机械臂基座沿支撑框架(3)做纵向方向的位置移动，所述支撑框架(3)沿转换平台(2)做横向方向的位置移动。
3.如权利要求1所述的图像引导手术导航装置，其特征在于：所述定位器处设置有图像采集器，所述图像采集器用于采集转换平台(2)及病人的三维图像信息，所述图像采集器设于多自由度机械臂(4)上，所述图像采集器通过线路连接控制器。
4.如权利要求1、2或3所述的图像引导手术导航装置，其特征在于：所述显示屏(6)放置在支撑框架(3)上，或通过独立的框架放置在地面上。
5.如权利要求1、2或3所述的图像引导手术导航装置，其特征在于：所述多自由度机械臂(4)具有三个、五个、六个或七个自由度，所述多自由度机械臂(4)用于完成三个、五个、六个或七个自由度的运动。
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