一种基于激光引导的穿刺辅助装置
技术领域
本申请涉及医疗器械设备领域,尤其涉及穿刺类医疗器械设备技术领域,具体涉及以提高穿刺精度,穿刺稳定性的辅助穿刺装置,具体为一种基于激光引导的穿刺辅助装置。
背景技术
作为肿瘤精准医疗,精准放射治疗的主要方式之一,采用放射性粒子进行植入治疗是目前最为常见的方式之一。放射性粒子植入植入治疗是将若干细小的放射性粒子,如碘125植入到肿瘤内部进行精准放射,已达到治疗而又不伤及正常器官的目的。
现有的放射性离子植入方式是采用人工植入的方式进行,即外科医生通过人工手持穿刺针将穿刺针插入人体患处,再将放射性离子通过中空的穿刺针植入人体内,这种方式最明显的弊端有三:
其一是定位不准确,在穿刺过程中,穿刺的深度,角度都是需要依赖于人的经验进行判断,存在非常明显的误差。
其二是无法判断是否避开了穿刺区域的骨性结构或者血管,稍有不慎容易产生术中异常情况,甚至危及患者生命。
其三是在穿刺过程中,医生的手难免晃动,尤其是穿刺部位阻力较大时,容易偏斜,医生持针容易向阻力小的方向偏斜等。
为了实现精准穿刺,现有技术中已经有通过激光进行精准引导穿刺的技术,但由于激光只能通过目视对准操作,并不能实现对穿刺针道形成有效限制,因此需要一种限制穿刺针在穿刺过程中始终沿着预设针道进行穿刺,以实现精准穿刺的目的,消除因医生操作带来的偏差和不确定性。
实用新型内容
为了解决现有穿刺手术中,针对医生徒手持针不可避免的会出现偏斜,同时长时间的从事穿刺更会加大穿刺偏斜程度的现实问题,本申请提供一种基于激光引导的穿刺辅助装置,用于和激光引导穿刺相互结合使用,既不影响医生穿刺的空间占用,同时又能够充分的利用激光的精准引导进行穿刺,使得医生在辅助装置的限制和约束下行针,能够实现快速、精准的穿刺,相较于徒手穿刺而言,直接免去了持针稳定和扶正的操作,同时无需实时校对穿刺针尾部与引导激光的同心度。一来给医生减轻了穿刺的工作量和疲劳度;二来提高了操作的便捷性和精准性。值得说明的是,本申请与普通的穿刺模板之间具有本质区别,普通的平行穿刺模板和3D打印模板都是独立使用,通过模板上预设的针道来限制实际穿刺针的穿刺路径,以使得穿刺针能够按照预设的模板针道进行穿刺,从而提高精准度;但是利用穿刺模板进行穿刺与本申请相比具有先天不可克服的缺陷,因为模板的制造精度再高,在进行人体表面定位、贴合、穿刺过程中都会存在不可避免的误差,加之人体表面是柔软的,更加会加剧误差的扩大,而本申请只有穿刺针与患者接触,在穿刺过程中通过辅助装置限制穿刺针的移动可以将实际穿刺走向与预设穿刺针道保持一致,实现穿刺的高效性、稳定性和粒子植入精准性的全面结合。
为了达到上述目的,本申请所采用的技术方案为:
一种基于激光引导的穿刺辅助装置,包括安装在用于空间定位装置上的平行引导机构,所述平行引导机构包括与空间定位装置固定安装的平移支架,所述平移支架的一端安装有伺服电机,所述伺服电机驱动连接有安装在所述平移支架内的丝杆;以及滑动安装在所述平移支架上并与所述丝杆驱动连接的引导架,所述引导架上安装有激光引导单元和用于辅助穿刺的持针器。所述激光引导单元是通过将预设的针道通过激光进行指引,以使得将无形的针道可视化,医生可以将激光在患者体表的成像点作为穿刺点,将穿刺针的尾部与激光重合使得穿刺针所在空间方向始终与激光引导方向一致,从而实现精准穿刺。由于徒手穿刺不具有稳定性,就算经验再丰富的外科医生在进行穿刺时,始终或多或少存在偏斜,因此,即便在激光引导单元通过线束激光引导下亦不能实现精准的操作,同样会收到人为操作的影响。然而用于辅助穿刺的持针器能够约束或者限制穿刺针在径向方向上的偏斜,医生在穿刺过程中,只需要沿着持针器向患者方向穿刺即可,由于有了持针器的约束,就避免了医生手抖、歪斜带来的针道偏离的问题,从而减轻医生在穿刺过程中的负担,提高穿刺针道的走向精度。值得说明的是,本申请提供的穿刺辅助装置是安装在空间定位装置上,空间定位装置是属于现有技术,譬如可以采用本申请人于2019年12月30日申请的公告号为CN110755142B,主题名称为:采用三向激光定位实现空间多点定位的控制系统及方法中提供的控制系统实现。同时亦可采用专利号为2021103115223,主题名称为一种用于CT穿刺辅助引导定位装置的实用新型专利提供的定位装置实现。当然,除上述两种可采用的空间定位装置外,亦可采用其他可实现空间定位效果的定位装置,此定位部分非本专利要求保护的技术内容,只是属于关联技术,在此说明有利于本领域技术人员更加快速的理解到本申请技术方案核心之所在;故而,针对空间定位装置在此不做一一列举详述。
作为优选方式,所述持针器通过支架与所述引导架固定连接,所述持针器上平行设置有多个用于滑动容纳穿刺针的穿刺孔或者穿刺槽,所述激光引导单元发射的引导激光至少与其中一个穿刺孔或者穿刺槽所在轴线重合。当需要穿刺时,医生将穿刺针插入穿刺孔或者穿刺槽中,在进行精准穿刺时,只能将穿刺针插入到激光引导单元发射的激光所照射的穿刺孔或者穿刺槽中,由于穿刺孔或者穿刺槽与穿刺针的大小相适应,使得穿刺针不能发生晃动,医生只需要将穿刺针轴向插入患者即可;同时,医生还可以通过穿刺针上标记的刻度与持针器之间的位移随时判断穿刺针插入的深度,方便快捷,避免了因徒手穿刺带来的偏斜。
为了更方便的实现穿刺,优选地,所述穿刺槽具有V型开口,所述V型开口与穿刺槽之间平滑连接。采用V型开口设置的穿刺槽能够极大程度的降低医生在激光引导下的对位工作,可便捷的将穿刺针放入到V型开口中,再将穿刺针向内按压即可与穿刺槽贴合,在进行穿刺时,穿刺针将始终沿着穿刺槽的方向移动,由于穿刺槽与引导的直线激光束重合,故而穿刺针即可实现精准的穿刺。
在实际的临床穿刺过程中,无论瘤体的大小和性状如何,不可避免的都会布置若干平行针道,故而,在需要进行平行穿刺的时候,无需执行新的空间定位,即可通过再所述穿刺槽采用等间距设置的多个穿刺槽上进行任一穿刺平行针,为了涵盖常用放射性粒子的布局范围,本申请中任一相邻两个穿刺槽之间的距离为5mm-8mm。当然,基于临床需要,或者后期开发出放射半径更大,或者更小的放射性粒子时,亦可适应性的改变穿刺槽之间的距离,因此,上述平行设置的穿刺槽已经给出了充分的关于为了适应放射性粒子的有效放射范围而调整穿刺槽距离的技术启示,本领域技术人员可以根据上述技术方案而获得理论上无穷尽的关于穿刺槽距离的调整范围,但均应当归属于本申请公开的范围之内。
更进一步优选,所述引导架靠近所述持针器的一侧设置的激光引导单元包括点状激光头,所述点状激光头发射的点状直线激光与其中一个所述穿刺孔或者穿刺槽所在直线重合。点状激光头发射的是截面为圆形点状的直线激光束,能够在相当长的范围内保持几乎相等的截面大小,这对于确定患者体表穿刺点具有突出作用。优选采用激光有效可视截面不大于平面毫米的激光头,在满足目视前提下,激光束截面越小越有利于精度的控制。
再进一步优选地,所述激光引导单元还包括两个分别设置在所述点状激光头两侧的线状激光头,两个所述线状激光头发出的线状激光空间相交,相交夹角为90°。精准穿刺的前提是设备初始化的精准位置安装,在安装设备时,需要将系统的中心点与穿刺辅助设备的中心点重合,以便于使得点状激光头发出的激光束能够穿过系统的中心点。此处所述系统是指本申请提供的穿刺辅助装置所安装的载体,譬如前述提及的空间定位装置。在进行等中心调试时,由于点状激光头与系统中心参考面之间只有一个很小的点,无法定位在整个空间状态是否存在旋转或者俯仰夹角,因此为了解决这一问题,安装在点状激光头两侧的两个线状激光头能够很好的解决这一问题,由于两个线状激光头发射的扇形激光面在系统中心参考面上形成的激光影像为两条相交呈90°的十字线,这样就便于在系统中心参考面横向和纵向以及中心交点之间的对齐,能够便于本申请安装在任何空间定位装置上实现快速调零,实现初始化安装。值得说明的是,所述线状激光头之间的扇形激光束的交叉线并不与所述点状激光头发出的激光束重合,这样是为了更加独立的实现初始化调零。在后续进行激光引导时,通过系统的软件控制算法来弥补线状激光头之间交线与点状激光头发出的激光束之间的空间偏移量。从而使得在实际激光引导时可以做到零误差引导。此处需要强调的是,本申请要求保护的是穿刺辅助装置本身,因此,此处只是提供能够便于安装和初始化调零的硬件结构,基于软件设计部分属于本申请需要安装的载体所需要具备的内容,与本申请要求保护的方案无关,故而在此就不针对软件的控制逻辑和算法内容进行逐一阐述。
进一步优选,为了进一步拓展本申请的应用范围,提升应用的独立性,优选地,所述空间定位装置包括支撑底座,转动安装在所述支撑底座上的弧形导轨,滑动安装在所述弧形导轨上的角度偏移机构,所述平行引导机构固定安装在所述角度偏移机构上。
再进一步优选,所述激光引导单元与所述平移支架之间还沿平移支架长度方向安装有可弯折的线束轨,所述线束轨内安装有用于为所述激光引导单元提供电信号的通信线束。
为了提升穿刺顺畅度,同时延长持针器的有效使用寿命,避免因长期穿刺带来的磨损误差,优选地,所述穿刺孔或者穿刺槽的内壁设置有光滑的耐磨层。所述耐磨层采用表面镀层,渗碳,热处理等方式进行强化。
为了进一步提升持针器对穿刺针的约束,降低穿刺偏斜误差,优选地,所述持针器沿激光引导单元发出的引导激光所在方向平行安装有两个。
有益效果
本申请提供的穿刺辅助装置能够大大降低,甚至消除医生徒手穿刺所带来的偏斜,使得穿刺针能够完全在激光引导的方向进行预定穿刺,实现放射性粒子的精准植入,达到精准放射的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的使用状态立体图;
图2是图1的主视图;
图3是平行引导机构的后视图;
图4是图3的立体图;
图5是图4中A区结构放大图;
图6是图3仰视图;
图7是采用双层持针器结构的同心校验引导的示意图;
图8是采用双层持针器结构的非同心校验引导示意图。
图中:1-支撑底座;2-弧形导轨;3-角度偏移机构;4-平行引导机构;5-支架;6-持针器;7-穿刺槽;8-V型开口;41-伺服电机;42-平移支架;43-丝杆;44-引导架;45-点状激光头;46-线状激光头;47-线束轨。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中,需要说明的是,若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在对本申请的实施例进行详细阐述之前,申请人先对本申请进行一个总体的概述,本申请提供的穿刺辅助装置是用于医疗穿刺领域,常见的应用场景有活检穿刺和用于肿瘤的放射性粒子置入穿刺。本申请提供的穿刺辅助装置旨在实际穿刺角度和方向能够严格按照激光引导指示的针道进行穿刺,避免穿刺过程中发生歪斜,从而导致穿刺的部位丢失,使得穿刺目的不能实现。同时,穿刺位置偏斜还可能导致血管和脏器损伤。因此,本申请提供的穿刺辅助装置能够确保穿刺过程中穿刺针始终按照既定的针道进行穿插,不会发生偏斜,使得穿刺手术方案得以完整、准确、快速的实施。
基于上述目的,为了更加清晰的阐明本申请所采用的技术方案,下面结合具体实施例加以说明。
实施例1:
结合说明书附图1-图4所示,本实施例提供了一种基于激光引导的穿刺辅助装置,包括安装在用于空间定位装置上的平行引导机构4,所述平行引导机构4包括与空间定位装置固定安装的平移支架42,所述平移支架42的一端安装有伺服电机41,所述伺服电机41驱动连接有安装在所述平移支架42内的丝杆43;以及滑动安装在所述平移支架42上并与所述丝杆43驱动连接的引导架44,所述引导架44上安装有激光引导单元和用于辅助穿刺的持针器6。
原理简述:
所述平行引导机构4通过伺服电机41驱动丝杆43旋转,实现引导架44在平移支架42上做往复直线移动。从而带动激光引导单元和持针器6在同一空间角度进行平行移动,以便于穿刺过程中的平行穿刺。所述激光引导单元是通过将预设的针道通过激光进行指引,以使得将无形的针道可视化,医生可以将激光在患者体表的成像点作为穿刺点,将穿刺针的尾部与激光重合使得穿刺针所在空间方向始终与激光引导方向一致,从而实现精准穿刺。由于徒手穿刺不具有稳定性,就算经验再丰富的外科医生在进行穿刺时,始终或多或少存在偏斜,因此,即便在激光引导单元通过线束激光引导下亦不能实现精准的操作,同样会收到人为操作的影响。然而用于辅助穿刺的持针器6能够约束或者限制穿刺针在径向方向上的偏斜,医生在穿刺过程中,只需要沿着持针器6向患者方向穿刺即可,由于有了持针器6的约束,就避免了医生手抖、歪斜带来的针道偏离的问题,从而减轻医生在穿刺过程中的负担,提高穿刺针道的走向精度。值得说明的是,本申请提供的穿刺辅助装置是安装在空间定位装置上,空间定位装置是属于现有技术,譬如可以采用本申请人于2019年12月30日申请的公告号为CN110755142B,主题名称为:采用三向激光定位实现空间多点定位的控制系统及方法中提供的控制系统实现。同时亦可采用专利号为2021103115223,主题名称为一种用于CT穿刺辅助引导定位装置的实用新型专利提供的定位装置实现。其原理如下:
如图1和图2所示,支撑底座1与弧形导轨2铰接,实现空间俯仰变换;角度偏移机构3沿所述弧形导轨2滑动,实现空间360°旋转,从而实现空间任一角度的调节,具体控制原理可参见该专利详述,上述部分已属现有技术,在本实施例中就不做赘述。当然,除上述两种可采用的空间定位装置外,亦可采用其他可实现空间定位效果的定位装置,此定位部分非本专利要求保护的技术内容,只是属于关联技术,在此说明有利于本领域技术人员更加快速的理解到本申请技术方案核心之所在;故而,针对空间定位装置在此不做一一列举详述。
实施例2:
作为本申请的优选实施方式,在实施例1的基础上进一步结合图3-图6所示,所述持针器6通过支架5与所述引导架44固定连接,所述持针器6上平行设置有多个用于滑动容纳穿刺针的穿刺孔或者穿刺槽7,所述激光引导单元发射的引导激光至少与其中一个穿刺孔或者穿刺槽7所在轴线重合。当需要穿刺时,医生将穿刺针插入穿刺孔或者穿刺槽7中,在进行精准穿刺时,只能将穿刺针插入到激光引导单元发射的激光所照射的穿刺孔或者穿刺槽中,由于穿刺孔或者穿刺槽7与穿刺针的大小相适应,使得穿刺针不能发生晃动,医生只需要将穿刺针轴向插入患者即可;同时,医生还可以通过穿刺针上标记的刻度与持针器6之间的位移随时判断穿刺针插入的深度,方便快捷,避免了因徒手穿刺带来的偏斜。
为了更方便的实现穿刺,所述穿刺槽7具有V型开口8,如图5所示,所述V型开口8与穿刺槽7之间平滑连接。采用V型开口设置的穿刺槽7能够极大程度的降低医生在激光引导下的对位工作,可便捷的将穿刺针放入到V型开口8中,再将穿刺针向内按压即可与穿刺槽7贴合,在进行穿刺时,穿刺针将始终沿着穿刺槽7的方向移动,由于穿刺槽7与引导的直线激光束重合,故而穿刺针即可实现精准的穿刺。
在实际的临床穿刺过程中,无论瘤体的大小和性状如何,不可避免的都会布置若干平行针道,故而,在需要进行平行穿刺的时候,无需执行新的空间定位,即可通过再所述穿刺槽7采用等间距设置的多个穿刺槽7上进行任一穿刺平行针,为了涵盖常用放射性粒子的布局范围,本申请中任一相邻两个穿刺槽7之间的距离为5mm-8mm。当然,基于临床需要,或者后期开发出放射半径更大,或者更小的放射性粒子时,亦可适应性的改变穿刺槽7之间的距离,因此,上述平行设置的穿刺槽7已经给出了充分的关于为了适应放射性粒子的有效放射范围而调整穿刺槽7距离的技术启示,本领域技术人员可以根据上述技术方案而获得理论上无穷尽的关于穿刺槽7距离的调整范围,但均应当归属于本申请公开的范围之内。
更进一步优选,所述引导架44靠近所述持针器6的一侧设置的激光引导单元包括点状激光头45,所述点状激光头45发射的点状直线激光与其中一个所述穿刺孔或者穿刺槽7所在直线重合。点状激光头45发射的是截面为圆形点状的直线激光束,能够在相当长的范围内保持几乎相等的截面大小,这对于确定患者体表穿刺点具有突出作用。优选采用激光有效可视截面不大于2平面毫米的激光头,在满足目视前提下,激光束截面越小越有利于精度的控制。
再进一步优选地,所述激光引导单元还包括两个分别设置在所述点状激光头45两侧的线状激光头46,两个所述线状激光头46发出的线状激光空间相交,相交夹角为90°,详见图7和图8所示内容。精准穿刺的前提是设备初始化的精准位置安装,在安装设备时,需要将系统的中心点与穿刺辅助设备的中心点重合,以便于使得点状激光头45发出的激光束能够穿过系统的中心点。此处所述系统是指本申请提供的穿刺辅助装置所安装的载体,譬如前述提及的空间定位装置。在进行等中心调试时,由于点状激光头45与系统中心参考面之间只有一个很小的点,无法定位在整个空间状态是否存在旋转或者俯仰夹角,因此为了解决这一问题,安装在点状激光头45两侧的两个线状激光头46能够很好的解决这一问题,由于两个线状激光头46发射的扇形激光面在系统中心参考面上形成的激光影像为两条相交呈90°的十字线,这样就便于在系统中心参考面横向和纵向以及中心交点之间的对齐,能够便于本申请安装在任何空间定位装置上实现快速调零,实现初始化安装。值得说明的是,所述线状激光头46之间的扇形激光束的交叉线可以并不与所述点状激光头45发出的激光束重合,如图8所示,这样是为了更加独立的实现初始化调零。在后续进行激光引导时,通过系统的软件控制算法来弥补线状激光头46之间交线与点状激光头45发出的激光束之间的空间偏移量。从而使得在实际激光引导时可以做到零误差引导。当然,亦可以采用线状激光头46之间的扇形激光束的交叉线与所述点状激光头45发出的激光束重合,如图7所示,不同的安装方式只是会改变设备安装调零的方式,但并不影响穿刺的辅助作用。此处需要强调的是,本申请要求保护的是穿刺辅助装置本身,因此,此处只是提供能够便于安装和初始化调零的硬件结构,基于软件设计部分属于本申请需要安装的载体所需要具备的内容,与本申请要求保护的方案无关,故而在此就不针对软件的控制逻辑和算法内容进行逐一阐述。
进一步优选,为了进一步拓展本申请的应用范围,提升应用的独立性,优选地,所述空间定位装置包括支撑底座1,转动安装在所述支撑底座1上的弧形导轨2,滑动安装在所述弧形导轨2上的角度偏移机构3,所述平行引导机构4固定安装在所述角度偏移机构3上。
再进一步优选,所述激光引导单元与所述平移支架42之间还沿平移支架42长度方向安装有可弯折的线束轨47,所述线束轨47内安装有用于为所述激光引导单元提供电信号的通信线束。
为了提升穿刺顺畅度,同时延长持针器6的有效使用寿命,避免因长期穿刺带来的磨损误差,优选地,所述穿刺孔或者穿刺槽7的内壁设置有光滑的耐磨层。所述耐磨层采用表面镀层,渗碳,热处理等方式进行强化。
为了进一步提升持针器6对穿刺针的约束,降低穿刺偏斜误差,优选地,所述持针器6沿激光引导单元发出的引导激光所在方向平行安装有两个,如图7和图8所示结构。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。