CN113413211B - 一种用于肿瘤治疗的手术系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于肿瘤治疗的手术系统，包括：智能控制中心；与所述智能控制中心连接的病人数据库模块；与所述智能控制中心连接的空间定位机械装置，所述空间定位机械装置上设置有穿刺装置；与所述智能控制中心连接的半导体激光传输模块，所述半导体激光传输模块与所述穿刺装置配合使用；与所述智能控制中心连接的药物传输机构，所述药物传输机构与所述穿刺装置配合使用。本发明可以用于治疗肺癌或其他实体肿瘤，特别是对于不能通过支气管镜检查和治疗的外围型非小细胞肺癌和无法手术的肿瘤的治疗。本发明对病人造成的创伤最小化，节约治疗成本，创伤小，破坏小，并且并不影响后续可能需要的手术治疗，具有较大的社会及经济意义。

Description

一种用于肿瘤治疗的手术系统
技术领域
本发明涉及医疗系统技术领域，特别涉及一种用于肿瘤治疗的手术系统。
背景技术
在肿瘤治疗中目前已采取的介入治疗包括激光消融、超声波消融、放射性药物植入等。激光及超声消融通过热对肿瘤细胞进行破坏，但热效应导致较大的周围细胞破坏范围。放射性材料植入则对病人整体造成的损伤非常之大。另外放化疗对病人造成的痛苦也非常之大。
众所周知，光动力疗法(PDT)可用于肺癌治疗，并该方法已被美国食品和药物管理局FDA批准用于非小细胞肺癌NSCLC。通常，首先通过静脉注射进行光敏剂给药。间隔一段时间后，再用激光光束照射肿瘤，激光光束通常通过气管镜引入。尽管这种疗法很有希望，但仍有一些问题阻碍了它发挥应有的作用。1、静脉注射不仅会导致患者数周的对光的敏感，肿瘤中光敏剂的浓度也很难控制。2、对于大多数组织，光的透射率高度依赖于激光的波长，而即便透射率较好的波长，透射深度也仅限于几毫米，而光敏剂的充分激活需要足够大的光功率密度。这些使得传统的PDT对深度治疗效果较差，因为到达肿瘤细胞的光线不足，导致肿瘤在许多情况下复发。3、即使使用电磁导航支气管镜，对于周围型肺癌来说，狭窄的气道也使得光线难以到达肿瘤的附近，因此PDT方法在肺癌治疗中主要局限于中央分布肿瘤的治疗。4、如果光敏剂可局限在肿瘤组织内，且激光光束可以足够靠近肿瘤组织，那么PDT的这些局限性可以得到改善或消除。
目前有中国专利授权公告号CN208114647U公开了一种激光消融、光动力协同治疗装置。该专利采取了光纤激光作为光源，在激光对组织进行热消融后再进行光动力治疗。这个技术路径在实施中存在较大问题，一方面热消融会造成周围组织的损伤，病人灼痛严重，另外组织在激光热消融后，蛋白质发生变性，透过率下降而影响光动力治疗的效果。另外光纤激光的波长局限性较大，与其相配合的光敏药物非常有限。目前市场上以及研究中开发的光敏药物大多工作在短波长，如630nm-800nm，这种波长的光纤激光，其成本和效率都远不符合实用要求。除此之外，在组织被加热后，局部的氧含量会由于下降，也会降低光动力治疗的效果。CN2588945Y，CN1623516A，CN101579256A，CN109331345B(WO2020/019305A1)等公开了一些进行光动力治疗的穿刺针或照射结构，但这个并不能解决光动力治疗中肿瘤部分光敏药物浓度不可控以及照射不彻底的问题。CN104414745A公开了一种导航引导下的光动力治疗设备。但这个方案没有对光动力治疗中光敏药物浓度不可控提供解决方案以及也没有关注肿瘤照射不彻底的问题。近年来以及出现了影像设备定位进行化疗，冷冻激光切除以及激光消融的手术机器人(如CN201510900372，CN201810459539，CN201822144752，CN201910634414，CN202010380645，CN102631245B等)而在光动力学治疗方面进展较慢，因此需要一种同时解决控制肿瘤整体光敏药物浓度，避免光敏副作用，解决透过率，满足肿瘤整体激光照射，解决局部乏氧，通过影像设备提供的位置参数对肿瘤细胞进行精准杀灭的系统，利用人工智能解决最佳穿刺路径，达到自动化微创治疗的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种用于肿瘤治疗的手术系统，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种用于肿瘤治疗的手术系统，包括：
智能控制中心；
与所述智能控制中心连接的病人数据库模块；
与所述智能控制中心连接的空间定位机械装置，所述空间定位机械装置上设置有穿刺装置；
与所述智能控制中心连接的半导体激光传输模块，所述半导体激光传输模块与所述穿刺装置配合使用；
与所述智能控制中心连接的药物传输机构，所述药物传输机构与所述穿刺装置配合使用；
使用时，所述智能控制中心根据病人数据库模块中的信息确定肿瘤位置，然后智能控制中心控制空间定位机械装置移动，使得穿刺装置能够选定合适路径对病人的肿瘤进行精准穿刺，当穿刺装置到达预定位置后，所述智能控制中心控制药物传输机构根据空间定位将光敏药物经过穿刺装置注射进肿瘤，注射剂量和位置根据智能控制中心判断决定，在药物注射后，智能控制中心再控制半导体激光传输模块经过穿刺装置利用光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，达到破坏肿瘤组织的作用。
在本发明的一个优选实施例中，使用时，所述智能控制中心根据病人数据库模块中的信息确定肿瘤位置，然后智能控制中心控制空间定位机械装置移动，使得穿刺装置能够选定合适路径对病人的肿瘤进行精准穿刺，当穿刺装置到达预定位置后，所述智能控制中心控制药物传输机构根据空间定位将光敏药物经过穿刺装置注射进肿瘤，注射剂量和位置根据智能控制中心判断决定，可以在穿刺过程中多点注射，使整个肿瘤组织有足够的光敏药物分布，在药物注射后，智能控制中心再控制半导体激光传输模块经过穿刺装置利用耦合光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，照射可在穿刺针头在肿瘤组织中运动时多点进行，以达到破坏整个肿瘤组织的作用。
在本发明的一个优选实施例中，所述智能控制中心包括计算机系统，所述计算机系统具有病人信息判断识别模块和利用身体特征确定肿瘤位置的肿瘤位置判断模块。
在本发明的一个优选实施例中，所述病人数据库模块包括CT或核磁图像储存模块。
在本发明的一个优选实施例中，所述CT或核磁图像储存模块连接着一台CT或核磁影像设备。
在本发明的一个优选实施例中，所述空间定位机械装置包括机器人，所述机器人主机与所述智能控制中心连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述穿刺装置包括穿刺针，
所述穿刺针为单通道针，所述半导体激光传输模块与药物传输机构均通过单个通道进入体内，进入的深度均可由智能控制中心控制，或者，
所述穿刺针为多通道针，所述半导体激光传输模块与药物传输机构分别通过不同通道进入体内，进入的深度均可由智能控制中心控制。
在本发明的一个优选实施例中，所述穿刺针还包括探测组织的氧含量的氧传感器及氧源通道，可在乏氧的情况下经穿刺针对组织进行富氧，以加强光动力治疗效果。
在本发明的一个优选实施例中，所述氧传感器设置在所述穿刺针的通道内，且氧传感器与计算机系统中的氧浓度控制模块连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述氧源通道的侧壁设置有若干出气孔。
在本发明的一个优选实施例中，所述半导体激光传输模块包括可产生所需波长激光束的半导体激光器和用来传输激光束的耦合输出光纤，所述耦合输出光纤与空间定位机械装置上的穿刺装置连接，并通过穿刺装置上的通道进入体内。
在本发明的一个优选实施例中，所述半导体激光器与计算机系统中的激光控制模块连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述药物传输机构包括药物储存单元、计量单元以及药物输送针，所述药物输送针与空间定位机械装置上的穿刺装置相连接并通过穿刺装置上的通道进入体内。
在本发明的一个优选实施例中，所述计量单元与计算机系统中的注射药物计算模块连接。
由于采用了如上的技术方案，本发明通过智能定位的办法可以判断出最佳的进针方位与路径，以最小的创伤，通过穿刺装置所造就的光敏药物传输通道和先进的激光传输机构用来进行CT或其他影像引导下的光动力治疗。而且本发明还能多点注射和多点照射，达到破坏整个肿瘤组织而定作用。本发明可以用于治疗肺癌或其他实体肿瘤，特别是对于不能通过支气管镜检查和治疗的外围型非小细胞肺癌(NSCLC)和无法手术的肿瘤的治疗。本发明对病人造成的创伤最小化，节约治疗成本，创伤小，破坏小，并且并不影响后续可能需要的手术治疗，具有较大的社会及经济意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例的结构示意图。
图2是本发明一种实施例的穿刺针头剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种用于肿瘤治疗的手术系统，包括智能控制中心100、病人数据库模块200、空间定位机械装置300、穿刺装置400、半导体激光传输模块500和药物传输机构600。病人数据库模块200、空间定位机械装置300、穿刺装置400、半导体激光传输模块500和药物传输机构600均和智能控制中心100连接。
本实施例中的智能控制中心100包括计算机系统110，计算机系统110可设置有操作屏，方便操作，必要时可以人工通过操作屏操作。计算机系统110具有病人信息判断识别模块120和利用身体特征确定肿瘤位置的肿瘤位置判断模块130。病人数据库模块200包括CT或核磁图像储存模块210，CT或核磁图像储存模块210可直接与CT或其他影像设备直接相连进行实时肿瘤位置信息收集。病人信息判断识别模块120、肿瘤位置判断模块130和CT或核磁图像储存模块210均为现有技术，CT或核磁图像储存模块210主要用以储存病人的CT或核磁图像信息以及其他病历信息，病人信息判断识别模块120和肿瘤位置判断模块130能够获取CT或核磁图像储存模块210中的病人CT或核磁图像信息以及其他病历信息，结合病人身体特征通过现有医用算法，确定肿瘤位置。
空间定位机械装置300包括机器人310，机器人主机320与智能控制中心100连接，穿刺装置400与机器人310连接。半导体激光传输模块500、药物传输机构600与穿刺装置400配合使用。
本实施例中的穿刺装置400包括穿刺针410。半导体激光传输模块500包括可产生所需波长激光束的半导体激光器510和用来传输激光束的耦合输出光纤520，耦合输出光纤520可为单根激光传输光纤，也可以是多根光纤组成的光纤束，耦合输出光纤520与空间定位机械装置300上的穿刺装置400连接并通过穿刺装置400上的通道进入体内。药物传输机构600包括药物储存单元610、计量单元620以及药物输送针630，药物输送针630与空间定位机械装置300上的穿刺装置400相连接并通过穿刺装置400上的通道进入体内。在治疗过程中富氧需要的氧气，氧含量的测量，以及需要时的排气也可通过穿刺通道进行(图1未示)。穿刺针410可为单通道针或者多通道针，当穿刺针410为单通道针时，耦合输出光纤520与药物输送针630均通过单个通道进入体内，进入的深度均可由智能控制中心控制；当穿刺针410为多通道针时，耦合输出光纤520与药物输送针630分别通过不同通道进入体内，进入的深度均可由智能控制中心控制。结合图2所示，穿刺针410上还可包括探测组织的氧含量的氧传感器及氧源通道412，氧传感器411优选光纤氧传感器411，光纤氧传感器411设置在穿刺针410的通道内或针壁上或也通过引导丝导入穿刺针410，氧源通道412与外界氧源连接，药物输送针630与耦合输出光纤520等部分在穿刺针410内形成的空隙可以作为氧源通道412，氧源通道412也可单独设置，具体实例的，可以把光纤氧传感器411安放在穿刺针410内由引导丝把光纤氧传感器411送至穿刺针410端口进行探测。光纤氧传感器411输出信号与计算机系统110中的氧浓度控制模块连接，可探测组织的氧含量，并在乏氧的情况下经穿刺针内的氧源通道412对组织进行富氧，以加强光动力治疗效果。本实施例中的氧源通道412单独设置，氧源通道412的侧壁设置有若干出气孔412a，就算氧源通道412的前端被组织堵住，也能由出气孔412a出氧。出气孔412a可以使氧源通道412相比穿刺针内间隙通道送出的氧分散性更好。
在本发明的实施中，药物输送针630、耦合输出光纤520等可先后顺序通过穿刺装置的穿刺针410送入体内，通过这个方法穿刺针的直径可以比较细小。当药物输送针630、耦合输出光纤520等足够细时，药物输送针630及耦合输出光纤520等可在穿刺时即安放在单通道或多通道穿刺针410内，并在需要时伸出穿刺针头进行工作。当药物输送针630或耦合输出光纤520比较细时，也可以通过穿刺针410达到预定位置后，穿刺针410后退，而药物传输针630或耦合输出光纤520保持不动的办法使之伸出穿刺针头进入组织。
为了能够根据肿瘤的形状和大小配置不同的光纤输出形态(如端面或侧面照明、侧面照明长度、方向等)，半导体激光器510与计算机系统110中的激光强度计算模块140连接，半导体激光器510和激光强度计算模块140都可利用现有技术制造。为了使肿瘤光敏感度最大化，计量单元620与计算机系统110中的注射药物计算模块150连接，使得光敏药物的浓度易于控制，以达到最佳效果，计量单元620和注射药物计算模块150都可源于现有技术。
本发明的工作原理如下：
使用时，智能控制中心100根据病人数据库模块200中的信息确定肿瘤位置，然后智能控制中心100控制空间定位机械装置300移动，使得穿刺装置400能够对病人的肿瘤进行精准穿刺，当穿刺装置400到达各预定位置后，智能控制中心100控制药物传输机构600根据空间定位将光敏药物经过穿刺装置400注射进肿瘤，注射剂量和位置根据智能控制中心100判断决定，在药物注射后，智能控制中心100再控制半导体激光传输模块500经过穿刺装置400利用耦合输出光纤520将半导体激光束输入对病灶进行照射，达到破坏肿瘤组织的作用。
针对本实施例，使用时，计算机系统110的病人信息判断识别模块120和肿瘤位置判断模块130能够获取CT或核磁图像储存模块210中的病人CT或核磁图像信息以及其他病历信息，结合病人身体特征通过现有医用算法，确定肿瘤位置；然后计算机系统110给机器人主机320发送指令，使得机器人310按照预设路线把穿刺针410精准穿刺入病人10的肿瘤位置11；当穿刺针410到达预定位置后，机器人310控制药物输送针630将光敏剂经过穿刺针410通道注射进肿瘤，注射剂量由计量单元620根据计算机系统110计算结果控制；在药物注射后，计算机系统110再给机器人主机320发送指令，使得机器人310按照预设路线把耦合输出光纤520通过穿刺针410通道精准送入病人10的肿瘤位置11，利用光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，达到破坏肿瘤组织的作用，激光强度由半导体激光器510根据计算机系统110计算结果控制。
作为本发明的另外一种操作方式，即多次多点的光敏药物给药和多点激光照射方式。使用时，计算机系统110的病人信息判断识别模块120和肿瘤位置判断模块130能够获取CT或核磁图像储存模块210中的病人CT或核磁图像信息以及其他病历信息，结合病人身体特征通过现有医用算法，确定肿瘤位置；然后计算机系统110给机器人主机320发送指令，使得机器人310按照预设路线把穿刺针410精准穿刺入病人10的肿瘤位置11；当穿刺针410到达预定位置后，机器人310控制药物输送针630将光敏剂经过穿刺针410通道注射进肿瘤，可以在穿刺过程中多点注射，使整个肿瘤组织有足够的光敏药物分布，注射剂量由计量单元620根据计算机系统110计算结果控制；在药物注射后，计算机系统110再给机器人主机320发送指令，使得机器人310按照预设路线把耦合输出光纤520通过穿刺针410通道精准送入病人10的肿瘤位置11，利用光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，照射可在穿刺针头在肿瘤组织中运动时多点进行，以达到破坏整个肿瘤组织的作用，激光强度由半导体激光器510根据计算机系统110计算结果控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，包括：
智能控制中心；
与所述智能控制中心连接的病人数据库模块；
与所述智能控制中心连接的空间定位机械装置，所述空间定位机械装置上设置有穿刺装置；
与所述智能控制中心连接的半导体激光传输模块，所述半导体激光传输模块与所述穿刺装置配合使用；
与所述智能控制中心连接的药物传输机构，所述药物传输机构与所述穿刺装置配合使用；
所述穿刺装置包括穿刺针，
所述穿刺针为单通道针，所述半导体激光传输模块与药物传输机构均通过单个通道进入体内，进入的深度均由智能控制中心控制，或者，
所述穿刺针为多通道针，所述半导体激光传输模块与药物传输机构分别通过不同通道进入体内，进入的深度均由智能控制中心控制；
在治疗过程中富氧需要的氧气，氧含量的测量，以及需要时的排气能够通过穿刺通道进行；
所述穿刺针还包括探测组织的氧含量的氧传感器及氧源通道，在乏氧的情况下经穿刺针对组织进行富氧，以加强光动力治疗效果；
所述氧传感器设置在所述穿刺针的通道内，且氧传感器与计算机系统中的氧浓度控制模块连接；
所述氧源通道的侧壁设置有若干出气孔；
半导体激光传输模块包括产生所需波长激光束的半导体激光器和用来传输激光束的耦合输出光纤，所述耦合输出光纤与空间定位机械装置上的穿刺装置连接，并通过穿刺装置上的通道进入体内；
氧传感器为光纤氧传感器，光纤氧传感器设置在穿刺针的通道内或针壁上或通过引导丝导入穿刺针，氧源通道与外界氧源连接，药物输送针与耦合输出光纤在穿刺针内形成的空隙作为氧源通道，氧源通道单独设置，把光纤氧传感器安放在穿刺针内由引导丝把光纤氧传感器送至穿刺针端口进行探测，光纤氧传感器输出信号与计算机系统中的氧浓度控制模块连接，探测组织的氧含量，并在乏氧的情况下经穿刺针内的氧源通道对组织进行富氧，以加强光动力治疗效果；
使用时，所述智能控制中心根据病人数据库模块中的信息确定肿瘤位置，然后智能控制中心控制空间定位机械装置移动，使得穿刺装置能够选定合适路径对病人的肿瘤进行精准穿刺，当穿刺装置到达预定位置后，所述智能控制中心控制药物传输机构根据空间定位将光敏药物经过穿刺装置注射进肿瘤，注射剂量和位置根据智能控制中心判断决定，在药物注射后，智能控制中心再控制半导体激光传输模块经过穿刺装置利用光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，达到破坏肿瘤组织的作用；
使用时，所述智能控制中心根据病人数据库模块中的信息确定肿瘤位置，然后智能控制中心控制空间定位机械装置移动，使得穿刺装置能够选定合适路径对病人的肿瘤进行精准穿刺，当穿刺装置到达预定位置后，所述智能控制中心控制药物传输机构根据空间定位将光敏药物经过穿刺装置注射进肿瘤，注射剂量和位置根据智能控制中心判断决定，在穿刺过程中多点注射，使整个肿瘤组织有足够的光敏药物分布，在药物注射后，智能控制中心再控制半导体激光传输模块经过穿刺装置利用耦合光纤将半导体激光输入对病灶进行照射，照射在穿刺针头在肿瘤组织中运动时多点进行，以达到破坏整个肿瘤组织的作用。
2.如权利要求1所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述智能控制中心包括计算机系统，所述计算机系统具有病人信息判断识别模块和利用身体特征确定肿瘤位置的肿瘤位置判断模块。
3.如权利要求1所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述病人数据库模块包括CT或核磁图像储存模块。
4.如权利要求1所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述空间定位机械装置包括机器人，机器人主机与所述智能控制中心连接。
5.如权利要求1所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述半导体激光器与计算机系统中的激光控制模块连接。
6.如权利要求2所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述药物传输机构包括药物储存单元、计量单元以及药物输送针，所述药物输送针与空间定位机械装置上的穿刺装置相连接并通过穿刺装置上的通道进入体内。
7.如权利要求6所述的一种用于肿瘤治疗的手术系统，其特征在于，所述计量单元与计算机系统中的注射药物计算模块连接。
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