CN207755374U - 经皮介入微创手术导航仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种经皮介入微创手术导航仪，包括：数字化三维角度测量装置，数字化三维角度测量装置包括用于测量三维空间角度的传感器、数字信号处理器和电池；床板固定座、立柱和带有手动锁止机构的万向机械臂，立柱的一端与所述万向机械臂的始端连接，立柱的另一端高度可调节的固定于床板固定座；手术平台，手术平台的一端与所述万向机械臂的末端连接，另一端设置有手术器械导向器夹头，数字化三维角度测量装置固定于所述手术平台。该经皮介入微创手术导航仪可以帮助医生按定位手术路径确定实际穿刺路径，结构简单，使用方便，有效降低医生的手术强度。采用组合式手术器械导向器时，克服了公知的共面模板和非共面模板的缺点并兼具了其两者的优点。

Description

经皮介入微创手术导航仪

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种适用于经皮介入微创手术的导航设备。

背景技术

经皮介入诊疗就是在医学图像设备的引导下，将特制的穿刺针等精密器械，引入人体，对体内病变进行诊断和局部治疗，临床上应用广泛，是现代医学发展的一个必然趋势。目前经皮介入诊疗存在的问题是，国内大多数医院采用CT常规横断面内定位引导穿刺，路径选择相对单一，穿刺针无角度指示，往往凭操作者的经验选择穿刺路径，进行盲穿，进针角度把握不准，误差较大，一次穿刺成功率较低，一般需要多次穿刺，多次CT扫描，操作及不规范，并发症较多，患者接受的辐射剂量较大。常规穿刺的一次穿刺成功率一般在40％左右，并发症发生率在45％左右。手术的关键在于定位手术路径和实施穿刺时穿刺路径的一致性，也就是说，准确建立手术通道成为介入微创手术成功的关键。

中国发明专利CN104055542A公开了一种四维经皮活检穿刺仪，其利用多层螺旋CT(multisliecs helieal CT,MSCT)四维定位数据为依据，通过数据导航，由三个角速度传感器和一个位移传感器充分反应穿刺针四维空间位置，对穿刺针空间位置实时显示，随时调整穿刺路径与进针角度，有效避开血管，准确穿刺目标。经临床实验证明，本发明的穿刺准确率为99％，并发症发生率降至15％，辐射剂量降低80％。

但是，上述方案由于结构的限制，只能手持使用，空间角度找准后难以保持稳定，增加了医生的手术强度。

另外，目前手术器械导向模板(即手术器械导向器)主要有两种类型，一种是共面模板，另一种是3D打印非共面模板。

共面模板的临床应用的优点与缺点是：共面模板就是在一个平面上打上无数个平行的针孔，能使穿刺针分布均匀，且保持彼此平行，这样有利于放射性粒子植布均匀，但前题是肿瘤病灶周围无其他器官遮挡，而临床的实际情况是，绝大多数肿瘤病灶与周围器官相互遮挡，这样共面模板就有以下缺点，即：只能提供一个平面上的穿刺角度，当要避开骨性遮挡、重要器官等，需从不同的方向对肿瘤病灶进行穿刺时，共面模板则不能满足多角度穿刺要求。

3D打印非共面模板的临床应用的优点与缺点是：3D打印非共面模板虽然能根据术前计划提供多个平面角度，理论上可以满足多角度穿刺的要求，但是在实际手术过程中，由于产生气胸、颅内压发生变化等引起器官飘移时，穿刺路径发生变化，术前按照预定的穿刺角度制作好的3D打印非共面模板无法使用，并因术中无法改变原有的计划模式，导致术前计划失效。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供一种经皮介入微创手术导航仪，以辅助医生按定位手术路径确定实际穿刺路径，结构简单，使用方便，有效降低医生的手术强度。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：提供一种经皮介入微创手术导航仪，包括：数字化三维角度测量装置，所述数字化三维角度测量装置包括用于测量三维空间角度的传感器、数字信号处理器和电池；床板固定座、立柱和带有手动锁止机构的万向机械臂，所述立柱的一端与所述万向机械臂的始端连接，所述立柱的另一端高度可调节的固定于所述床板固定座；手术平台，所述手术平台的一端与所述万向机械臂的末端连接，另一端设置有手术器械导向器夹头，所述数字化三维角度测量装置固定于所述手术平台或与所述手术平台设为一体。

其中，所述立柱连接有导航仪工作站。

其中，所述手术器械导向器夹头夹持有手术器械导向器，所述手术器械导向器开设有导向孔。

其中，所述手术器械导向器包括：挂架以及一个或多个单元构件，所述挂架设置有夹持柄，所述单元构件包括具有长方体或正方体形状的构件本体，所述导向孔贯通所述构件本体的顶面与底面，所述挂架通过插接结构与所述单元构件的侧面插接，相邻的所述单元构件的侧面之间通过插接结构插接；所述插接结构包括：相互适配的插板和插槽，以及限制所述单元构件在插接时脱落的限位件。

其中，所述单元构件包括两个构件半体，所述构件半体具有半孔，两个所述构件半体插接在一起后所述两个半孔形成所述导向孔。

其中，所述手术平台设置有皮肤入穿点瞄准装置，所述皮肤入穿点瞄准装置包括支架，所述支架固定于所述手术平台，所述支架安装有激光发生器，所述激光发生器与所述手术器械导向器的导向孔位置相对应。

其中，所述万向机械臂是一键锁止式万向机械臂，包括：两个臂管、两个铰接座和两个铰接球，每个臂管的一端均设置有锁紧座，另一端与相应的一个所述铰接座连接，所述铰接球安装于铰接座内，所述铰接球设置有伸出所述铰接座的连接柱，所述连接柱是所述万向机械臂的始端或末端；两个顶杆和两个楔柱，所述顶杆设置于所述臂管内，所述楔柱设置于所述锁紧座内，所述顶杆的一端顶靠于所述铰接球，另一端具有楔头，所述楔柱设有楔口，所述楔头伸入所述锁紧座内与所述楔柱的楔口相适配；锁紧螺柱和锁紧螺母，所述锁紧螺柱具有杆部，所述杆部与一个所述楔柱设为一体，所述锁紧螺柱的杆部从另一个所述楔柱的中心孔中穿出并旋拧有所述锁紧螺母；或者所述锁紧螺柱具有杆部和头部，所述锁紧螺柱的头部顶靠于一个所述楔柱，所述锁紧螺柱的杆部依次穿过所述两个楔柱的中心孔并旋拧有所述锁紧螺母。

其中，所述铰接座的壁上开设有供所述铰接球的连接柱转动时通过的敞口槽，所述铰接座的内孔中设置有防止所述铰接球脱出的挡圈。

其中，所述手术器械导向器夹头包括：开设于所述手术平台端部的夹持槽，以及设置在所述手术平台端部并与所述夹持槽位置相对应的锁紧旋钮。

其中，所述用于测量三维空间角度的传感器是三个角速度传感器，所述三个角速度传感器在三维空间上正交设置。

采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型所揭示的非经皮介入微创手术导航仪，通过数字化三维角度测量装置可以准确测量手术器械的三维空间角度，手术器械空间角度数据通过无线方式传输给导航仪工作站(也可以通过液晶屏直接二维或三维数字化显示)。导航仪工作站由平板电脑、手术计划软件、CT图像显示软件、手术器械空间角度显示软件和无线通讯模块等组成，电脑显示器通过无线或有线方式与数字化三维角度测量装置、CT工作站建立联系。手术计划显示软件能通过无线方式接收CT工作站传输的手术计划，及时准确显示介入手术术前计划与术中计划，以及计划定位的每根穿刺针的三维角度与深度。角度显示软件能实时数字化显示穿刺针的三维角度，且能进行角度补偿。因此，该导航仪可以辅助医生按定位手术路径确定实际穿刺路径。

同时，通过床板固定座可以将手术固定于CT检查床的床板上，那么导航仪与检查床就可以一起进出CT机，保证了CT扫描坐标与手术坐标的一致性，有利于提高实际穿刺路径与定位手术路径的一致性。通过转动或移动万向机械臂，使手术器械的空间角度与定位手术路径的空间角度一致并锁止，然后调整立柱高度，使手术器械接近皮肤入穿点，在高度调节过程中，空间角度不变，因而大大提高了手术操作的方便性，有效降低了医生的手术强度。

2)激光发生器可以射出直线度非常高的光束，将激光发生器发出的光束与所述手术器械导向器的导向孔相对应，其在人体皮肤上投射的光点就相当于手术器械在皮肤上的进针点，当该点与定位手术路径所确定的皮肤入穿点重合时，也就是找准了“入穿点”，从该点开始，沿着已经找准的空间角度，将手术器械推入定位手术路径所设计的深度，即可到达病灶所在的靶点。因此，通过激光发生器可以模拟手术器械，即便是在皮肤被遮挡的的情况下，激光束也可以穿过导向器的导向孔在人体皮肤上投射出光点，进而根据该光点找准皮肤入穿点，方便医生提高手术的准确性。

3)本实用新型所揭示的万向机械臂是一键锁止式万向机械臂，旋拧一个锁紧螺母就可以将两个球铰接副以及两个臂管在锁紧座处的轴铰接副一起锁紧，大大提高了角度调节时的便利性。

4)本实用新型所揭示的手术器械导向器是一种组合式模板，可以满足介入手术对不同部位、不同病灶、不同手术角度的需要，对有不同角度要求的手术器械起到模板导向作用，这些手术器械的不同角度可以分开来实施，实现多平面、多角度模板功能；且组合方式灵活，特别是在术中，当器官发生位移时，及时CT扫描验证，可根据手术需要及时调整某个或多个手术器械的倾斜角度，使治疗肿瘤的放射性粒子适形均匀分布、射频治疗电极分布均匀、骨折固定钉保持平行；提高手术效率，提高治疗效果，减少并发症，提高患者生活质量，延长患者生存时间。

附图说明

图1是本实用新型经皮介入微创手术导航仪实施例的结构示意图；

图2是图1中万向机械臂的剖视图；

图3是另一种万向机械臂的剖视图；

图4是图1中单元构件的分解图；

图5是图1所示实施例的使用状态参考图；

图中：10-床板，20-床板固定座，30-立柱，40-数字化三维角度测量装置，41-锁紧旋钮，42-支架，43-激光发生器，50-手术平台，60-万向机械臂，61A-铰接球，61B-铰接球，62A-铰接座，62B-铰接座，63A-臂管，63B-臂管，64A-顶杆，64B-顶杆，65A-楔柱，65B-楔柱，66A-垫圈，66B-垫圈，67-螺柱，68-锁紧螺母，69A-挡圈，69B-挡圈，71-挂架，72-夹持柄，73-单元构件，73A-构件半体，73B-构件半体，731-插板，732-插槽，733-限位件，734-插接凸起，80-人体横剖面，81-病灶，82-骨骼，83-血管，90-穿刺针，A-平面，B-平面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种经皮介入微创手术导航仪，固定座20包括一个U形的卡子、一个固定板以及一个锁紧旋钮，U形的卡子与固定板固定在一起，锁紧旋钮将U形的卡子和固定板固定在床板10上。固定座20也可以采用T形螺栓固定于床板10的T形槽内。

立柱30下部开设有长槽，锁紧旋钮穿过长槽紧固于固定板上，通过长槽可以调节立柱30在固定座20上安装高度。立柱30的高度可以调节，便于使手术台50的空间角度保持不变，提高手术操作的方便性，有效降低了医生的手术强度。高度调节结构多种多样，在此不一一列举。

立柱30连接有导航仪工作站(图中未示出)。导航仪工作站由平板电脑、手术计划软件、CT图像显示软件、手术器械空间角度显示软件和无线通讯模块等组成，电脑显示器通过无线或有线方式与数字化三维角度测量装置、CT工作站建立联系。手术计划显示软件能通过无线方式接收CT工作站传输的手术计划，及时准确显示介入手术术前计划与术中计划，以及计划定位的每根穿刺针的三维角度与深度。角度显示软件能实时数字化显示穿刺针的三维角度，且能进行角度补偿。

立柱30的顶部与万向机械臂60连接，万向机械臂60是一键锁止式万向机械臂，其具有两个球铰接副和一个轴铰接副，调节灵活，且旋拧一个锁紧螺母就可以将两个球铰接副以及一个轴铰接副一起锁紧，大大提高了角度调节时的便利性。

如图2所示，万向机械臂60具有两个臂管63A和63B，这两个臂管的结构是相同的，臂管63A和63B的一端均设置有锁紧座，臂管63A的另一端与铰接座62A连接，臂管63B的另一端与铰接座62B连接。铰接球61A和61B分别安装于铰接座62A和62B内，铰接座62A和62B的内孔中分别设置有防止铰接球61A和61B脱出的挡圈69A和69B,铰接球61A和61B设置有伸出铰接座62A和62B的连接柱，铰接球61A的连接柱固定于立柱30的顶部，是万向机械臂60的始端，铰接球61B的连接柱固定于手术平台50的一端，是万向机械臂60的末端。铰接座62A和62B的壁上开设有供铰接球61A和61B的连接柱转动时通过的敞口槽，可以方便调节铰接座62A和62B与铰接球61A和61B的相对角度。

两个顶杆64A和64B设置于臂管63A和63B内，两个楔柱65A和65B设置于锁紧座内，楔柱65A和65B设有楔口，顶杆64A和64B的一端顶靠于铰接球61A和61B(最好是与铰接球相适配的凹球面)，另一端具有楔头，楔头伸入锁紧座内与楔柱65A和65B的楔口相适配。

锁紧螺柱67具有杆部，锁紧螺柱67的杆部与楔柱65B设为一体，锁紧螺柱67的杆部从楔柱65A的中心孔中穿出并旋拧有锁紧螺母68。

如图3所示，万向机械臂60的手动锁止机构也可以采用另一种类似的结构，即：锁紧螺柱67具有杆部和头部，锁紧螺柱67的头部顶靠于楔柱65B，锁紧螺柱67的杆部依次穿过楔柱65B和65A的中心孔并旋拧锁紧螺母68。

旋拧锁紧螺母68时，楔柱65A和65B相对挤压，通过楔口与楔头的配合，一方面，顶杆64A和64B将锁紧力横向传递到铰接球61A和61B，将这两个球铰接副锁紧；另一方面，顶杆64A和64B将锁紧力竖向传递到臂管63A和63B的锁紧座，从而将此处的轴铰接副锁紧。为了提高锁紧性能，在锁紧螺母68与楔柱65A之间设置了垫圈66B，在臂管63A和63B的锁紧座之间设置了垫圈66A。

如图1所示，手术平台的50一端与万向机械臂的末端(铰接球61B的连接柱)连接，另一端设置有手术器械导向器夹头，用于夹持手术器械导向器，其结构包括：开设于手术平台端部的夹持槽，以及设置在所述手术平台端部并与所述夹持槽位置相对应的锁紧旋钮41。将手术器械导向器的挂架71的夹持柄72放置于上述夹持槽中对正，然后通过锁紧旋钮41锁紧。关于手术器械导向器的详细结构将在下面详细描述。

数字化三维角度测量装置40固定于手术平台50或与手术平台50一体化设置。数字化三维角度测量装置40包括用于测量三维空间角度的传感器、数字信号处理器和电池，用于测量三维空间角度的传感器是三个角速度传感器，所述三个角速度传感器在三维空间上正交设置。这些结构在在中国发明专利CN104055542A中已有详细描述，在此不做赘述。

手术平台50还设置有皮肤入穿点瞄准装置，其结构是：支架42固定于手术平台50，支架42安装有激光发生器43，激光发生器43与手术器械导向器的导向孔位置相对应。激光发生器43可以射出直线度非常高的光束，将激光发生器发出的光束与所述手术器械导向器的导向孔相对应，其在人体皮肤上投射的光点就相当于手术器械在皮肤上的进针点，当该点与定位手术路径所确定的皮肤入穿点重合时，也就是找准了“入穿点”，从该点开始，沿着已经找准的空间角度，将手术器械推入定位手术路径所设计的深度，即可到达病灶所在的靶点。因此，通过激光发生器可以模拟手术器械，即便是在皮肤被遮挡的情况下，激光束也可以穿过导向器的导向孔在人体皮肤上投射出光点，进而根据该光点找准皮肤入穿点，方便医生提高手术的准确性。

图1和图4共同示出了手术器械导向器的详细结构，可以根据手术需要进行组合。挂架71设置有夹持柄72，单元构件73包括具有长方体或正方体形状的构件本体，可以是一个或多个。导向孔贯通构件本体的顶面与底面，挂架71通过插接结构与单元构件73的侧面插接，相邻的单元构件的侧面之间通过插接结构插接。手术器械导向器优先选用医用塑料材料，以最大限度的防止产生金属伪影，影响手术图像质量。组合式结构可以根据手术需要灵活的进行配置，单元构件73与挂架71之间以及单元构件73之间可以方便的挂接和分离。

在本实施例中插接结构是相互适配的插板731和插槽732，以及限制单元构件在插接时脱落的限位件733。每个单元构件包括两个构件半体73A和73B，构件半体73A和73B分别具有半孔，两个构件半体73A和73B通过插接凸起734以及相应的插接孔插接在后，两个半孔形成前面所述的导向孔。这种分体结构可以将单元构件73与手术器械分离。

图5示出了使用经皮介入微创手术导航仪进行穿刺手术的例子：在平面A处组建导向模板，多个单元构件73在平面A连接在一起，穿刺针90沿着介入手术器械导向器的导向孔，以任意成角方向通过平面A刺入病灶81，向其植入放射性粒子。当出现血管83、骨骼82或重要器官等遮挡，不能按统一方向角度实施穿刺时，可随时选择一个合适角度的平面，进行单元组合，达到手术需要。在术中，当器官发生位移，可及时CT扫描验证，根据手术需要调整穿刺针的倾斜角度，如图5所示，可以方便、快速地在平面B处组建导向模板，穿刺针90以某个角度通过平面B刺入病灶81，向其植入放射性粒子。通过以上分析，本实用新型采用的组合式的手术器械导向器，克服了公知的共面模板和非共面模板的缺点并兼具了其两者的优点。

以上仅是以穿刺手术为例，本实用新型经皮介入微创手术导航仪可广泛适用于人体各部位穿刺活检手术，肿瘤的射频治疗，肿瘤的微波消融治疗，肿瘤的局部化疗，放射性粒子治疗肿瘤，脑血肿微创抽吸手术，股骨颈骨折微创内固定手术，椎体压缩性骨折微创治疗，椎体转移瘤等介入微创诊疗手术。

Claims (10)

1.一种经皮介入微创手术导航仪，包括：

数字化三维角度测量装置，所述数字化三维角度测量装置包括用于测量三维空间角度的传感器、数字信号处理器和电池；其特征在于，所述导航仪还包括

床板固定座、立柱和带有手动锁止机构的万向机械臂，所述立柱的一端与所述万向机械臂的始端连接，所述立柱的另一端高度可调节的固定于所述床板固定座；

手术平台，所述手术平台的一端与所述万向机械臂的末端连接，另一端设置有手术器械导向器夹头，所述数字化三维角度测量装置固定于所述手术平台或与所述手术平台设为一体。

2.如权利要求1所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述立柱连接有导航仪工作站。

3.如权利要求1所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述手术器械导向器夹头夹持有手术器械导向器，所述手术器械导向器开设有导向孔。

4.如权利要求3所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述手术器械导向器包括：

挂架以及一个或多个单元构件，所述挂架设置有夹持柄，所述单元构件包括具有长方体或正方体形状的构件本体，所述导向孔贯通所述构件本体的顶面与底面，所述挂架通过插接结构与所述单元构件的侧面插接，相邻的所述单元构件的侧面之间通过插接结构插接；

所述插接结构包括：相互适配的插板和插槽，以及限制所述单元构件在插接时脱落的限位件。

5.如权利要求4所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述单元构件包括两个构件半体，所述构件半体具有半孔，两个所述构件半体插接在一起后所述两个半孔形成所述导向孔。

6.如权利要求3所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述手术平台设置有皮肤入穿点瞄准装置，所述皮肤入穿点瞄准装置包括：支架，所述支架固定于所述手术平台，所述支架安装有激光发生器，所述激光发生器与所述手术器械导向器的导向孔位置相对应。

7.如权利要求1所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述万向机械臂是一键锁止式万向机械臂，包括：

两个臂管、两个铰接座和两个铰接球，每个臂管的一端均设置有锁紧座，另一端与相应的一个所述铰接座连接，所述铰接球安装于铰接座内，所述铰接球设置有伸出所述铰接座的连接柱，所述连接柱是所述万向机械臂的始端或末端；

两个顶杆和两个楔柱，所述顶杆设置于所述臂管内，所述楔柱设置于所述锁紧座内，所述顶杆的一端顶靠于所述铰接球，另一端具有楔头，所述楔柱设有楔口，所述楔头伸入所述锁紧座内与所述楔柱的楔口相适配；

锁紧螺柱和锁紧螺母，所述锁紧螺柱具有杆部，所述杆部与一个所述楔柱设为一体，所述锁紧螺柱的杆部从另一个所述楔柱的中心孔中穿出并旋拧有所述锁紧螺母；或者

所述锁紧螺柱具有杆部和头部，所述锁紧螺柱的头部顶靠于一个所述楔柱，所述锁紧螺柱的杆部依次穿过所述两个楔柱的中心孔并旋拧有所述锁紧螺母。

8.如权利要求7所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述铰接座的壁上开设有供所述铰接球的连接柱转动时通过的敞口槽，所述铰接座的内孔中设置有防止所述铰接球脱出的挡圈。

9.如权利要求1所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述手术器械导向器夹头包括：开设于所述手术平台端部的夹持槽，以及设置在所述手术平台端部并与所述夹持槽位置相对应的锁紧旋钮。

10.如权利要求1所述的经皮介入微创手术导航仪，其特征在于，所述用于测量三维空间角度的传感器是三个角速度传感器，所述三个角速度传感器在三维空间上正交设置。