CN110353776A - 三维虚拟导航定位穿刺器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维虚拟导航定位穿刺器，包括穿刺针管、穿刺内芯、CT扫描设备和显示设备，穿刺针管为中空结构，穿刺内芯滑动设置在穿刺针管内；其特征在于：穿刺内芯包括内芯本体、定位装置和超声探头，定位装置和超声探头用于连接在内芯本体的前端，定位装置和超声探头均能够拆卸并相互替换；定位装置包括定位壳体、位置传感器和通信模块，定位壳体前端设置针尖，位置传感器和通信模块设置在定位壳体内，位置传感器通过通信模块与CT扫描设备连接，显示设备与CT扫描设备连接；定位装置在穿刺到目标区域后退出并替换为超声探头。本发明能够生成实时动态三维虚拟导航图像，可以更加准确高效的到达目标区域，提高穿刺成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种CT穿刺定位装置，具体地说是一种三维虚拟导航定位穿刺器，属于医疗器械技术领域。
背景技术
穿刺活检术在临床上应用广泛，是肿瘤治疗过程中的关键步骤，肿瘤选择何种治疗手段，有赖于穿刺活检获得的病理结果。目前肺部肿瘤穿刺采取CT引导的方式，对病变区域进行CT扫描，确认肿瘤的位置后，设计穿刺到肿瘤的路径和穿刺到肿瘤的部位。肺的穿刺活检是在一定的动态规律下完成，类似射击打靶，而肺部肿瘤是移动靶。一般认为肺是最复杂的穿刺活检部位，目前临床使用的穿刺活检针(装置)存在以下缺陷：1、由于肺组织被胸廓(包括锁骨、肋骨、肩胛骨等)包裹，当垂直于肿瘤中心的最佳穿刺路径被骨性结构遮挡，穿刺定位就会遇到很大困难，导致穿刺成功率降低。2、在呼吸过程中肿瘤会随着肺组织的起伏而活动，位置并不固定。尽管穿刺操作时会让患者屏气，但患者很难长时间维持屏气，屏气的幅度也会有改变，穿刺引起的不适感也会降低患者的配合度，事先设定的穿刺路径就会出现误差。3、肺组织深部的肿瘤，如果临近心脏和大血管部位，心脏大血管跳动会传导引起肿瘤在一定幅度内活动，CT只能扫描到其中某一个时刻的位置，根据CT定位事先设定的穿刺路径也会出现误差。4、胸腔内心脏、大血管、肺均为重要器官，肺部穿刺活检过程中误损伤而出现并发症的种类远远多于其它部位。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种三维虚拟导航定位穿刺器，其结构巧妙，设计合理，在操作过程中能够生成实时动态三维虚拟导航图像，可以更加准确高效的到达目标区域，提高穿刺成功率。
按照本发明提供的技术方案：三维虚拟导航定位穿刺器，包括穿刺针管、穿刺内芯、CT扫描设备和显示设备，所述穿刺针管为中空结构，所述穿刺内芯滑动设置在穿刺针管内；其特征在于：所述穿刺内芯包括内芯本体、定位装置和超声探头，所述定位装置和超声探头用于连接在所述内芯本体的前端，定位装置和超声探头均能够拆卸并相互替换；所述定位装置包括定位壳体、位置传感器和通信模块，所述定位壳体前端设置针尖，位置传感器和通信模块设置在定位壳体内，位置传感器通过通信模块与显示设备连接，位置传感器将针尖的位置信息实时发送给显示设备，由显示设备内的处理器处理位置信息并在虚拟三维图像上形成路径；所述显示设备与CT扫描设备连接，CT扫描设备通过扫描构建出虚拟三维图像并通过显示设备显示出来，操作者根据虚拟三维图像设计穿刺路径，并将路径形成标记线，构建出形成虚拟实时动态三维图像；所述定位装置在穿刺到目标区域后退出并替换为超声探头，超声探头通过超声对目标区域进一步精确定位，以便于设计穿刺角度以避开血管或重要脏器。
作为本发明的进一步改进，所述穿刺针管上套设有可滑动的自锁式定位支撑装置。
作为本发明的进一步改进，所述自锁式定位支撑装置包括支撑架、环形座、左锁定组件和右锁定组件，所述支撑架内设有圆形凹槽，所述环形座安装在圆形凹槽内，环形座外壁与圆形凹槽内壁之间留有环形间隙，所述穿刺针管穿设在环形座和支撑架的中心孔内；所述左锁定组件设置在环形座的左边，左锁定组件包括销杆、弹簧片、锁芯和软锁定头，所述支撑架的左半部分设有径向通孔，所述销杆活动穿设在径向通孔内；所述弹簧片设置在环形间隙内，弹簧片的中部与所述销杆内端连接；所述环形座左半部分周壁上设有两个贯穿环形座壁的锁芯孔，每个锁芯孔内均装有一个能够轴向移动的锁芯，所述锁芯外端与弹簧片端部铰连，锁芯内端安装软锁定头，所述软锁定头抵接在穿刺针管的外壁上；在环形座左半部分外壁上设有两个用于支撑弹簧片的凸起支点，凸起支点与弹簧片的接触支撑点位于弹簧片中点与端点之间；所述右锁定组件设置在环形座的右边，右锁定组件与左锁定组件结构相同且左右对称。
作为本发明的进一步改进，所述软锁定头采用橡胶或硅胶材料制成。
作为本发明的进一步改进，所述定位壳体和超声探头与内芯本体之间均为螺纹连接。
作为优选地，所述穿刺套管上设有可滑动定位的套管支撑结构，用于防止穿刺套管以及穿刺针管工作时发生倾斜，套管支撑结构使用时贴紧皮肤表面可准确得到位置传感器的位置信息，防止同轴穿刺针倾斜对位置检测产生影响。
作为本发明的进一步改进，所述显示设备为虚拟成像设备。
作为本发明的进一步改进，所述三维虚拟导航定位穿刺器还包括智能语音控制系统，所述智能语音控制系统包括处理器和语音识别模块，所述语音识别模块与处理器连接，处理器与CT扫描设备和显示设备连接。
作为本发明的进一步改进，所述三维虚拟导航定位穿刺器还加设有智能语音控制系统。
作为本发明的进一步改进，所述智能语音控制系统包括用于采集医务人员语音指令信号的语音命令输入模块、用于输出语音控制信号的语音控制单元和用于根据语音命令驱动相应设备的驱动模块，所述语音命令输入模块与语音控制单元的相应输入端连接，所述语音控制单元的输出端与驱动模块的输入端控制连接，驱动模块的输出端用于驱动与其连接的CT扫描设备和显示设备。
作为本发明的进一步改进，所述智能语音控制系统还包括喇叭，所述喇叭与语音控制单元的相应输出端连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1)、本发明中的穿刺内芯中设置有定位装置，定位装置中的位置传感器能够将针尖的位置信息实时发送给显示设备，由显示设备内的处理器处理位置信息并在虚拟三维图像上形成路径；CT扫描设备通过扫描构建出虚拟三维图像并通过显示设备显示出来，操作者根据虚拟三维图像设计穿刺路径，并将路径形成标记线，构建出虚拟实时动态三维图像，且所构建的虚拟实时动态三维图像可以通过显示设备显示出来，操作者在实际操作前可反复观看，这样在实际操作中就会更有针对性。
2)、本发明中的显示设备可以采用虚拟成像(VR)设备，在操作过程中生成实时动态三维虚拟导航图像，真实感更强，指导效果更好，可以更加准确高效的到达目标区域。
3)、本发明中的定位装置在穿刺到目标区域后可以退出并替换为超声探头，超声探头通过超声对目标区域进一步精确定位，以便于设计穿刺角度以避开血管或重要脏器。
4)、本发明还可以整合智能语音控制系统，在操作过程中可以通过智能语音控制系统切换管理各功能模块，减少手部动作对穿刺器稳定性的影响，简化操作步骤，降低无菌操作难度，减少术中污染的机率。
附图说明
图1为本发明实施例的工作原理框图。
图2为本发明实施例中穿刺针管、穿刺内芯和自锁式定位支撑装置的组合装配结构示意图。
图3为图2中穿刺内芯的结构示意图。
图4为图2中的A-A向剖视图。
图5为本发明中智能语音控制系统的原理框图。
附图标记说明：1-穿刺针管、2-穿刺内芯、2.1-内芯本体、2.2-定位装置、2.2.1-定位壳体、2.2.2-位置传感器、2.2.3-通信模块、2.2.4-针尖、2.3-超声探头、3-自锁式定位支撑装置、3.1-支撑架、3.1a-圆形凹槽、3.2-环形座、3.2a-锁芯孔、3.2b-凸起支点、3.3-销杆、3.4-弹簧片、3.5-锁芯、3.6-软锁定头、3.7-环形间隙、4-语音命令输入模块、5-语音控制单元、6-驱动模块。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图3所示，实施例公开了一种三维虚拟导航定位穿刺器，包括穿刺针管1、穿刺内芯2、CT扫描设备和显示设备，所述穿刺针管1为中空结构，所述穿刺内芯2滑动设置在穿刺针管1内，穿刺内芯2包括内芯本体2.1、定位装置2.2和超声探头2.3，所述定位装置2.2和超声探头2.3用于连接在所述内芯本体2.1的前端，定位装置2.2和超声探头2.3均能够拆卸并相互替换；所述定位装置2.2包括定位壳体2.2.1、位置传感器2.2.2和通信模块2.2.3，所述定位壳体2.2.1前端设置针尖2.2.4，位置传感器2.2.2和通信模块2.2.3设置在定位壳体2.2.1内，位置传感器2.2.2通过通信模块2.2.3与显示设备连接，位置传感器2.2.2将针尖2.2.4的位置信息实时发送给显示设备，由显示设备内的处理器处理位置信息并在虚拟三维图像上形成路径；所述显示设备与CT扫描设备连接，CT扫描设备通过扫描构建出虚拟三维图像并通过显示设备显示出来，操作者根据虚拟三维图像设计穿刺路径，并将路径形成标记线，随着针尖2.2.4的穿刺行进构建形成虚拟实时动态三维图像；所述定位装置2.2在穿刺到目标区域后退出并替换为超声探头2.3，超声探头2.3通过超声对目标区域进一步精确定位，以便于设计穿刺角度以避开血管或重要脏器。
临床使用时，先将定位装置2.2安装在内芯本体2.1上，然后插入穿刺针管1，构成穿刺套针，然后按照常规步骤进行模拟穿刺；在模拟穿刺过程中，位置传感器2.2.2通过通信模块2.2.3将针尖2.2.4的位置信息实时发送给显示设备，由显示设备内的处理器处理位置信息并在虚拟三维图像上形成路径，由于穿刺的调整和校正是通过磁导航进行操控的，磁力没有辐射，是可以长时间实时进行的。这样通过多次的模拟穿刺就可以在虚拟三维图像中设计出最合适的穿刺路径，并将路径形成标记线，构建出虚拟实时动态三维图像，且所构建的虚拟实时动态三维图像可以通过显示设备显示出来，操作者在实际操作前可反复观看，这样在实际操作中就会更有针对性。在后续的实际操作中就可以让针尖2.2.4能够更加准确高效的到达目标区域；当穿刺到目标区域后，将定位装置2.2退出并替换为超声探头2.3，再次插入穿刺针管1内，超声探头2.3通过超声对目标区域进一步精确定位，以便于设计穿刺角度以避开血管或重要脏器。
如图2所示，所述穿刺针管1上套设有可滑动的自锁式定位支撑装置3。如此设置，自锁式定位支撑装置3在实际穿刺使用时贴紧皮肤表面来提供支撑，可以防止穿刺套针在工作时发生倾斜，防止穿刺套针倾斜对位置检测产生影响。
如图2、图4所示，本实施例中，所述自锁式定位支撑装置3包括支撑架3.1、环形座3.2、左锁定组件和右锁定组件，所述支撑架3.1内设有圆形凹槽3.1a，所述环形座3.2安装在圆形凹槽3.1a内，环形座3.2外壁与圆形凹槽3.1a内壁之间留有环形间隙3.7，所述穿刺针管1穿设在环形座3.2和支撑架3.1的中心孔内；所述左锁定组件设置在环形座3.2的左边，左锁定组件包括销杆3.3、弹簧片3.4、锁芯3.5和软锁定头3.6，所述支撑架3.1的左半部分设有径向通孔，所述销杆3.3活动穿设在径向通孔内；所述弹簧片3.4设置在环形间隙3.7内，弹簧片3.4的中部与所述销杆3.3内端连接；所述环形座3.2左半部分周壁上设有两个贯穿环形座3.2壁的锁芯孔3.2a，每个锁芯孔3.2a内均装有一个能够轴向移动的锁芯3.5，所述锁芯3.5外端与弹簧片3.4端部铰连，锁芯3.5内端安装软锁定头3.6，所述软锁定头3.6抵接在穿刺针管1的外壁上；在环形座3.2左半部分外壁上设有两个用于支撑弹簧片3.4的凸起支点3.2b，凸起支点3.2b与弹簧片3.4的接触支撑点位于弹簧片3.4中点与端点之间；所述右锁定组件设置在环形座3.2的右边，右锁定组件与左锁定组件结构相同且左右对称。
在临床操作时，自锁式定位支撑装置3套设在穿刺针管1上，弹簧片3.4通过自身的弹性驱动锁芯3.5内端的软锁定头3.6压紧接触穿刺针管1外壁，使用时支撑架3.1贴紧皮肤表面来提供支撑。当需要调节自锁式定位支撑装置3的位置时，操作人员用手捏住两个销杆3.3并用力按压，使销杆3.3向内移动，销杆3.3带动弹簧片3.4变形，弹簧片3.4两端翘起并带动锁芯3.5径向向外移动，锁芯3.5内端的软锁定头3.6与穿刺针管1外壁脱离接触，自锁式定位支撑装置3可在穿刺针管1上自由滑动，调节到位后松开销杆3.3即可。
本实施例中，所述软锁定头3.6采用橡胶或硅胶材料制成，以保证软锁定头3.6对穿刺针管1有足够的摩擦力。
如图2所示，本实施例中，所述定位壳体2.2.1和超声探头2.3与内芯本体2.1之间均为螺纹连接。如此设置，使得定位装置2.2和超声探头2.3与内芯本体2.1之间连接方便且安全可靠。
本实施例中，所述通信模块2.2.3根据实际需要可以使用有线通信模块2.2.3或无线通信模块2.2.3，优选采用无线通信模块2.2.3如蓝牙模块。所述微处理器可以采用单片机、ARM、FPGA中的任一种。
本发明中，所述显示设备优选采用虚拟成像设备。如此设置，导航过程中的图像传输到虚拟成像设备中，由于虚拟成像设备是戴在患者头上的，这样医生在观察图像时还可以灵活移动，不像传统的位置固定的显示装置那样受限制。
本发明中，所述三维虚拟导航定位穿刺器还可以加设一套智能语音控制系统，所述智能语音控制系统包括用于采集医务人员语音指令信号的语音命令输入模块4、用于输出语音控制信号的语音控制单元5和用于根据语音命令驱动相应设备的驱动模块6，所述语音命令输入模块4与语音控制单元5的相应输入端连接，所述语音控制单元5的输出端与驱动模块6的输入端控制连接，驱动模块6的输出端用于驱动与其连接的CT扫描设备和显示设备。如此设置，在操作过程中通过智能语音控制系统切换管理各功能模块，减少手部动作对穿刺器稳定性的影响，简化操作步骤，降低无菌操作难度，减少术中污染的机率。
如图5所示，本发明中，所述语音命令输入模块4可以采用常规的麦克风，麦克风可夹在医务人员的衣领处，以保证距离医务人员嘴巴最近，提高语音命令的正确识别率。所述语音控制单元5可以采用现有技术中的常规产品，如FreeGoto_B1型智能语音控制开关。
智能语音控制系统工作过程中，麦克风将医务人员的语音命令送入语音控制单元5，相应的语音命令是提前写入到语音控制单元5中的，医务人员所要发出的语音也是根据事先编辑到语音控制单元5里的，在语音控制单元5准确识别到语音命令后，便输出控制信号控制相应继电器使驱动模块6工作，执行机构开始执行相应动作。
驱动模块6包括三极管和继电器，用于驱动电器设备CT扫描设备、显示设备等。由于各电器设备可由继电器驱动控制，所以可以通过语音指令信号控制三极管的导通与关断来驱动继电器控制相应的电器设备。
另外，所述智能语音控制系统还包括喇叭，所述喇叭与语音控制单元5的相应输出端连接。如此设置，在工作过程中，喇叭会发出相应的语音以提醒医务人员识别是否准确，给医务人员提供正确的操作信息。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。
Claims (9)
1.三维虚拟导航定位穿刺器，包括穿刺针管(1)、穿刺内芯(2)、CT扫描设备和显示设备，所述穿刺针管(1)为中空结构，所述穿刺内芯(2)滑动设置在穿刺针管(1)内；其特征在于：所述穿刺内芯(2)包括内芯本体(2.1)、定位装置(2.2)和超声探头(2.3)，所述定位装置(2.2)和超声探头(2.3)用于连接在所述内芯本体(2.1)的前端，定位装置(2.2)和超声探头(2.3)均能够拆卸并相互替换；所述定位装置(2.2)包括定位壳体(2.2.1)、位置传感器(2.2.2)和通信模块(2.2.3)，所述定位壳体(2.2.1)前端设置针尖(2.2.4)，位置传感器(2.2.2)和通信模块(2.2.3)设置在定位壳体(2.2.1)内，位置传感器(2.2.2)通过通信模块(2.2.3)与显示设备连接，位置传感器(2.2.2)将针尖(2.2.4)的位置信息实时发送给显示设备，由显示设备内的处理器处理位置信息并在虚拟三维图像上形成路径；所述显示设备与CT扫描设备连接，CT扫描设备通过扫描构建出虚拟三维图像并通过显示设备显示出来，操作者根据虚拟三维图像设计穿刺路径，并将路径形成标记线，随着针尖(2.2.4)的穿刺行进构建形成虚拟实时动态三维图像；所述定位装置(2.2)在穿刺到目标区域后退出并替换为超声探头(2.3)，超声探头(2.3)通过超声对目标区域进一步精确定位，以便于设计穿刺角度以避开血管或重要脏器。
2.如权利要求1所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述穿刺针管(1)上套设有可滑动的自锁式定位支撑装置(3)。
3.如权利要求2所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述自锁式定位支撑装置(3)包括支撑架(3.1)、环形座(3.2)、左锁定组件和右锁定组件，所述支撑架(3.1)内设有圆形凹槽(3.1a)，所述环形座(3.2)安装在圆形凹槽(3.1a)内，环形座(3.2)外壁与圆形凹槽(3.1a)内壁之间留有环形间隙(3.7)，所述穿刺针管(1)穿设在环形座(3.2)和支撑架(3.1)的中心孔内；所述左锁定组件设置在环形座(3.2)的左边，左锁定组件包括销杆(3.3)、弹簧片(3.4)、锁芯(3.5)和软锁定头(3.6)，所述支撑架(3.1)的左半部分设有径向通孔，所述销杆(3.3)活动穿设在径向通孔内；所述弹簧片(3.4)设置在环形间隙(3.7)内，弹簧片(3.4)的中部与所述销杆(3.3)内端连接；所述环形座(3.2)左半部分周壁上设有两个贯穿环形座(3.2)壁的锁芯孔(3.2a)，每个锁芯孔(3.2a)内均装有一个能够轴向移动的锁芯(3.5)，所述锁芯(3.5)外端与弹簧片(3.4)端部铰连，锁芯(3.5)内端安装软锁定头(3.6)，所述软锁定头(3.6)抵接在穿刺针管(1)的外壁上；在环形座(3.2)左半部分外壁上设有两个用于支撑弹簧片(3.4)的凸起支点(3.2b)，凸起支点(3.2b)与弹簧片(3.4)的接触支撑点位于弹簧片(3.4)中点与端点之间；所述右锁定组件设置在环形座(3.2)的右边，右锁定组件与左锁定组件结构相同且左右对称。
4.如权利要求3所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述软锁定头(3.6)采用橡胶或硅胶材料制成。
5.如权利要求1所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述定位壳体(2.2.1)和超声探头(2.3)与内芯本体(2.1)之间均为螺纹连接。
6.如权利要求1所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述显示设备为虚拟成像设备。
7.如权利要求1所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述三维虚拟导航定位穿刺器还加设有智能语音控制系统。
8.如权利要求7所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述智能语音控制系统包括用于采集医务人员语音指令信号的语音命令输入模块(4)、用于输出语音控制信号的语音控制单元(5)和用于根据语音命令驱动相应设备的驱动模块(6)，所述语音命令输入模块(4)与语音控制单元(5)的相应输入端连接，所述语音控制单元(5)的输出端与驱动模块(6)的输入端控制连接，驱动模块(6)的输出端用于驱动与其连接的CT扫描设备和显示设备。
9.如权利要求7所述的三维虚拟导航定位穿刺器，其特征在于：所述智能语音控制系统还包括喇叭，所述喇叭与语音控制单元(5)的相应输出端连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910672455.0A CN110353776A (zh) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | 三维虚拟导航定位穿刺器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201910672455.0A CN110353776A (zh) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | 三维虚拟导航定位穿刺器 |
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| CN110353776A true CN110353776A (zh) | 2019-10-22 |
Family
ID=68219825
Family Applications (1)
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| CN201910672455.0A Pending CN110353776A (zh) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | 三维虚拟导航定位穿刺器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN110353776A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112168307A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-01-05 | 重庆市人民医院 | 腹腔穿刺器定位装置 |
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2019
- 2019-07-24 CN CN201910672455.0A patent/CN110353776A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112168307A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-01-05 | 重庆市人民医院 | 腹腔穿刺器定位装置 |
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