RU219773U1

RU219773U1 - Targeted prostate biopsy device

Info

Publication number: RU219773U1
Application number: RU2023112270U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Пушкарь; Константин Борисович Колонтарев; Александр Викторович Говоров; Александр Олегович Васильев; Юрий Александрович Ким; Игорь Олегович Грицков; Александр Сергеевич Леус
Original assignee: Дмитрий Юрьевич Пушкарь; Константин Борисович Колонтарев; Александр Викторович Говоров; Александр Олегович Васильев; Юрий Александрович Ким; Игорь Олегович Грицков; Александр Сергеевич Леус
Filing date: 2023-05-12
Publication date: 2023-08-04

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для полуавтоматической прицельной биопсии предстательной железы, которые могут применяться в амбулаторных и стационарных отделениях диагностики онкологических заболеваний. Создано устройство для прицельной биопсии предстательной железы, содержащее неподвижный корпус, к которому жестко прикреплены первый шаговый двигатель и линейная направляющая в виде призматических рельсов. К первому шаговому двигателю соосно прикреплен ходовой винт, проходящий вдоль всего неподвижного корпуса, на линейной направляющей зафиксирован подвижный корпус через призматические выступы с возможностью его скольжения по линейной направляющей. Подвижная часть корпуса имеет посадочные места под подшипники, установленные концентрично с фиксированным в них валом, к дистальной части которого прикреплен крепежный стакан для фиксации в нем биопсийного пистолета и бипланового эндоскопического ультразвукового датчика, который прикреплен таким образом, чтобы оси бипланового эндоскопического ультразвукового датчика и вала, находились концентрично относительно друг друга. Причем вал обеспечивает ротацию бипланового эндоскопического ультразвукового датчика и биопсийного пистолета на 360 градусов. С противоположной стороны от крепежного стакана на подвижном корпусе закреплен короб механического привода, содержащий второй шаговый двигатель и червячный редуктор, причем крепление второго шагового двигателя и корпус червячного редуктора выполнены заодно с подвижным корпусом, а второй шаговый двигатель установлен с возможностью передачи посредством ходового винта своего крутящегося момента через червячный редуктор на вал и прикрепленного к нему биплановый эндоскопический ультразвуковой датчик и биопсийный пистолет. Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала технических средств для прицельной биопсии предстательной железы в виде устройства, имеющего простую конструкцию, обеспечивающую биопсию под контролем медицинского работника без его физического участия за счет оригинальной установки шаговых двигателей. The utility model relates to devices for semi-automatic targeted biopsy of the prostate, which can be used in outpatient and inpatient departments for diagnosing oncological diseases. A device for targeted biopsy of the prostate gland has been created, containing a fixed body, to which the first stepper motor and a linear guide in the form of prismatic rails are rigidly attached. The lead screw is coaxially attached to the first stepper motor and runs along the entire fixed housing, the movable housing is fixed on the linear guide through prismatic protrusions with the possibility of sliding along the linear guide. The movable part of the housing has seats for bearings mounted concentrically with a shaft fixed in them, to the distal part of which a mounting cup is attached to fix a biopsy gun and a biplane endoscopic ultrasound sensor in it, which is attached in such a way that the axes of the biplane endoscopic ultrasound sensor and the shaft, were concentric with respect to each other. Moreover, the shaft provides rotation of the biplane endoscopic ultrasonic sensor and the biopsy gun by 360 degrees. On the opposite side of the mounting cup on the movable body, a mechanical drive box is fixed, containing a second stepper motor and a worm gear, moreover, the fastening of the second stepper motor and the worm gear housing are integral with the movable housing, and the second stepper motor is installed with the possibility of transmitting its rotating motor by means of a lead screw. torque through the worm gear to the shaft and attached to it a biplane endoscopic ultrasonic sensor and a biopsy gun. The technical result of the utility model is the expansion of the arsenal of technical means for targeted prostate biopsy in the form of a device having a simple design that provides biopsy under the control of a medical worker without his physical participation due to the original installation of stepper motors.

Description

Полезная модель относится к устройствам для полуавтоматической прицельной биопсии предстательной железы, которые могут применяться в амбулаторных и стационарных отделениях диагностики онкологических заболеваний.The utility model relates to devices for semi-automatic targeted biopsy of the prostate, which can be used in outpatient and inpatient departments for diagnosing oncological diseases.

Биопсия простаты (предстательной железы) - инвазивный метод диагностирования рака простаты, выполняемый амбулаторно врачом-урологом. Цель процедуры - получение образцов ткани для последующего анализа в гистологической и цитологической лабораториях. По результатам исследования, в случае подтверждения злокачественного новообразования, пациенту назначается соответствующее лечение.Biopsy of the prostate (prostate gland) is an invasive method for diagnosing prostate cancer, performed on an outpatient basis by a urologist. The purpose of the procedure is to obtain tissue samples for subsequent analysis in histological and cytological laboratories. According to the results of the study, in case of confirmation of a malignant neoplasm, the patient is prescribed appropriate treatment.

Процесс проведения биопсии предстательной железы зависит от метода: трансректальный, пункционный или трансуретральный. Общим является лишь использование аппарата УЗИ или компьютерного томографа (КТ) для контроля за проведением процедуры, при котором специалист видит на мониторе увеличенное в несколько раз изображение простаты в разрезе.The process of performing a prostate biopsy depends on the method: transrectal, puncture or transurethral. The only common thing is the use of an ultrasound machine or a computed tomography (CT) scanner to monitor the procedure, in which the specialist sees on the monitor a multiple-fold enlarged image of the prostate in section.

Наиболее распространенным методом биопсии простаты является трансректальный метод. При этом биопсия простаты выполняется через прямую кишку. После введения ультразвукового датчика пружинная игла биопсийного пистолета забирает образцы ткани из предстательной железы через стенку прямой кишки. Этот метод менее травматичен, чем остальные. Его преимущество - возможность контролировать процесс с помощью УЗИ, отсутствие выраженной болезненности. Этот метод постоянно совершенствуется. Если в прошлом с его помощью было сложно выявить патологический процесс в аденоматозной части органа, то современные методики позволяют избежать этого недостатка.The most common method for biopsy of the prostate is the transrectal method. In this case, a biopsy of the prostate is performed through the rectum. After the ultrasound transducer is inserted, the biopsy gun's spring-loaded needle takes tissue samples from the prostate gland through the rectal wall. This method is less traumatic than the others. Its advantage is the ability to control the process with the help of ultrasound, the absence of severe pain. This method is constantly being improved. If in the past with its help it was difficult to identify the pathological process in the adenomatous part of the organ, then modern techniques make it possible to avoid this shortcoming.

На сегодняшний день известно устройство для биопсии, содержащее удлиненный корпус с торцевым установочным средством, пистолетную рукоятку, привод и размещенный в корпусе съемный рабочий элемент в виде подвижной иглы, причем торцевое установочное средство выполнено в виде упорной поверхности удлиненного корпуса, имеющего коробчатую форму, при этом привод снабжен механизмом взвода, спуском и предохранителем, а подвижная игла установлена с возможностью взаимодействия с приводом и расположена со смещением от продольной оси корпуса, составляющим не менее 1/4 от половины максимального размера упорной поверхности (RU 2018581, 10.09.2002). Несмотря на простату данного устройства, его использование для биопсии является сложным и травматичным, так как проводится под контролем медицинского работника с его физическим участием.To date, a biopsy device is known that contains an elongated housing with an end mounting means, a pistol grip, a drive and a removable working element in the form of a movable needle placed in the housing, the end mounting means being made in the form of a thrust surface of an elongated housing having a box shape, while the drive is equipped with a cocking mechanism, a release and a safety catch, and the movable needle is installed with the possibility of interacting with the drive and is located with an offset from the longitudinal axis of the body, which is at least 1/4 of half the maximum size of the thrust surface (RU 2018581, 10.09.2002). Despite the simplicity of this device, its use for biopsy is difficult and traumatic, as it is carried out under the supervision of a medical worker with his physical participation.

Известно устройство для проведения пункционной биопсии предстательной железы под контролем компьютерного томографа, содержащее пункционную иглу и механический биопсийный пистолет, компьютерный томограф с установкой для инсталляции радиоактивных имплантатов, содержащей опору с вертикальными штангами, к которым прикреплена через каретку державка, выполненная в виде телескопической штанги, на конце подвижной секции которой через узел крепления размещена матрица для игл с отверстиями, выполненными под пункционную иглу, установленная с ориентацией плоскости под углом 24° к горизонту. Также на столе томографа расположена подпорка для перегиба ягодичной области таза пациента (RU 2614969, 31.03.2017). К недостаткам данного устройства можно отнести довольно непростое манипулирование компьютерного томографа с устройством для биопсии из-за сложности конструкции.A device for performing a puncture biopsy of the prostate gland under the control of a CT scanner is known, containing a puncture needle and a mechanical biopsy gun, a CT scanner with an installation for the installation of radioactive implants, containing a support with vertical rods, to which a holder made in the form of a telescopic rod is attached through the carriage, on at the end of the movable section of which, through the mount, there is a matrix for needles with holes made for a puncture needle, installed with the plane oriented at an angle of 24° to the horizon. Also on the table of the tomograph there is a support for bending the patient's gluteal region of the pelvis (RU 2614969, 31.03.2017). The disadvantages of this device include rather difficult manipulation of a CT scanner with a device for biopsy due to the complexity of the design.

Известно устройство для биопсии предстательной железы, содержащее привод, соединенный с коаксильными иглами, отличающееся тем, что наружная игла состоит из двух частей, соединенных между собой эластичной вставкой, а внутренняя игла выполнена гибкой и имеет углубление для забора исследуемого материала, при этом коаксиальные иглы заключены в изогнутый трубчатый кожух, а привод выполнен пневматическим и содержит два поршня, один из которых соединен с внутренней, а другой - с внешней иглой (RU 2194455, 20.12.2002) Недостатками данного устройства также является сложным и травматичным, так как проводится под контролем медицинского работника с его физическим участием.A device for biopsy of the prostate gland is known, containing a drive connected to coaxial needles, characterized in that the outer needle consists of two parts interconnected by an elastic insert, and the inner needle is flexible and has a recess for taking the test material, while the coaxial needles are enclosed into a curved tubular casing, and the drive is made pneumatic and contains two pistons, one of which is connected to the internal and the other to the external needle (RU 2194455, 20.12.2002) employee with his physical participation.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является устройство для трансректальной биопсии предстательной железы, содержащее пятиосевой роботический манипулятор с посадочным гнездом под эндоскопический биплановый ультразвуковой датчик и направляющую насадку для биопсийной иглы (Lavaerts, М et al. TRUS-MR Fusion Biopsy of the Prostate: Radiological and Histological Correlation Journal of the Belgian Society of Radiology, 2016, 100(1): 109, pp.1-9, DOI: http://dx.doi.org/10.5334/jbr-btr.1199). Недостатком данной конструкции является ее сложность, связанная с большим количеством механизированных узлов. Кроме того, существует проблема с написанием программного обеспечения, способного к синхронизации работы шаговых двигателей и последующему точному наведению биопсийной иглы.The closest technical solution to the claimed utility model is a device for transrectal biopsy of the prostate gland, containing a five-axis robotic arm with a seat for an endoscopic biplane ultrasonic sensor and a guide nozzle for a biopsy needle (Lavaerts, M et al. TRUS-MR Fusion Biopsy of the Prostate: Radiological and Histological Correlation Journal of the Belgian Society of Radiology, 2016, 100(1): 109, pp.1-9, DOI: http://dx.doi.org/10.5334/jbr-btr.1199). The disadvantage of this design is its complexity associated with a large number of mechanized units. In addition, there is a problem with writing software capable of synchronizing the operation of stepper motors and then accurately pointing the biopsy needle.

Технической проблемой, решаемой заявленной полезной моделью, является создание устройства для проведения трансректальной прицельной биопсии предстательной железы, имеющего простую конструкцию, которая обеспечит простое и понятное его применение врачами урологами, онкологами и специалистами по ультразвуковой диагностике.The technical problem solved by the claimed utility model is the creation of a device for performing transrectal targeted biopsy of the prostate gland, which has a simple design that will ensure its simple and understandable use by urologists, oncologists and ultrasound diagnostics specialists.

Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала технических средств для прицельной биопсии предстательной железы в виде устройства, имеющего простую конструкцию, обеспечивающую биопсию под контролем медицинского работника без его физического участия за счет оригинальной установки шаговых двигателей.The technical result of the utility model is the expansion of the arsenal of technical means for targeted prostate biopsy in the form of a device having a simple design that provides biopsy under the control of a medical worker without his physical participation due to the original installation of stepper motors.

Технический результат достигается тем, что создано устройство для прицельной биопсии предстательной железы, содержащее неподвижный корпус, к которому жестко прикреплены шаговый двигатель 1 и линейная направляющая в виде призматических рельсов, к шаговому двигателю 1 соосно прикреплен ходовой винт, проходящий вдоль всего неподвижного корпуса, на линейной направляющей зафиксирован подвижный корпус через призматические выступы с возможностью его скольжения по линейной направляющей, подвижная часть корпуса имеет посадочные места под подшипники, установленные концентрично с фиксированным в них валом, к дистальной части которого прикреплен крепежный стакан для фиксации в нем биопсийного пистолета и бипланового эндоскопического ультразвукового датчика, который прикреплен таким образом, чтобы оси бипланового эндоскопического ультразвукового датчика и вала, находились концентрично относительно друг друга, причем вал обеспечивает ротацию бипланового эндоскопического ультразвукового датчика и биопсийного пистолета на 360 градусов, с противоположной стороны от крепежного стакана на подвижном корпусе закреплен короб механического привода, содержащий шаговый двигатель 2 и червячный редуктор, причем крепление шагового двигателя 2 и корпус червячного редуктора выполнены заодно с подвижным корпусом, а шаговый двигатель 2 установлен с возможностью передачи посредством ходового винта своего крутящегося момента через червячный редуктор на вал и прикрепленных к нему биплановый эндоскопический ультразвуковой датчик и биопсийный пистолет.The technical result is achieved by the fact that a device for targeted biopsy of the prostate gland has been created, containing a fixed body, to which a stepper motor 1 and a linear guide in the form of prismatic rails are rigidly attached, a lead screw is coaxially attached to the stepper motor 1, passing along the entire fixed body, on a linear the movable body is fixed through the prismatic ledges with the possibility of sliding along the linear guide, the movable part of the body has seats for bearings mounted concentrically with the shaft fixed in them, to the distal part of which a mounting cup is attached to fix the biopsy gun and the biplane endoscopic ultrasonic sensor in it , which is attached in such a way that the axes of the biplane endoscopic ultrasonic transducer and the shaft are concentric with respect to each other, and the shaft provides rotation of the biplane endoscopic ultrasonic transducer and the biopsy gun by 360 degrees, on the opposite side of the mounting cup, a mechanical drive box is fixed on the movable body, containing a stepper motor 2 and a worm gear, wherein the fastening of the stepper motor 2 and the housing of the worm gear are made integral with the movable housing, and the stepper motor 2 is installed with the possibility of transmitting its torque through the worm gear through the worm gear to the shaft and attached to it a biplane endoscopic ultrasonic sensor and a biopsy gun.

Заявленное устройство для прицельной биопсии предстательной железы (далее устройство) поясняется чертежами: на фиг. 1 - представлен трехмерный чертеж устройства; на фиг. 2 - представлен общий вид сбоку устройства для прицельной биопсии предстательной железы под контролем бипланового эндоскопического ультразвукового датчика.The claimed device for targeted biopsy of the prostate gland (hereinafter referred to as the device) is illustrated by drawings: in Fig. 1 - a three-dimensional drawing of the device is presented; in fig. 2 is a general side view of a device for targeted biopsy of the prostate under the control of a biplane endoscopic ultrasound transducer.

Устройство содержит два корпуса: подвижный (1) и неподвижный (2). К неподвижному корпусу (2) жестко посредством винтовых соединений закреплена планка крепления (3). В состав неподвижного корпуса (2) также входить линейная направляющая (4), представляющая из себя призматические рельсы. К планке крепления (3) жестко при помощи винтовых соединений крепится шаговый двигатель 1 (5). К шаговому двигателю 1 (5) соосно прикреплен ходовой винт (6), проходящий вдоль всего неподвижного корпуса (2). Подвижный корпус (1) снабжен призматическими выступами (8), выполненными в его нижней части на всю длину. При этом ответными для призматических выступов (8) являются призматические рельсы, представляющие собой линейную направляющую (4), жестко закрепленную на неподвижном корпусе (2). Это позволяет подвижному корпусу (1) скользить по линейной направляющей (4) неподвижного корпуса (2).The device contains two housings: movable (1) and fixed (2). A fastening bar (3) is rigidly fixed to the fixed body (2) by means of screw connections. The fixed body (2) also includes a linear guide (4), which is a prismatic rail. A stepper motor 1 (5) is rigidly attached to the mounting plate (3) using screw connections. A lead screw (6) is coaxially attached to the stepper motor 1 (5), passing along the entire fixed body (2). The movable body (1) is provided with prismatic protrusions (8) made in its lower part for the entire length. In this case, the response for the prismatic projections (8) are prismatic rails, which are a linear guide (4), rigidly fixed on a fixed housing (2). This allows the movable body (1) to slide along the linear guide (4) of the fixed body (2).

Подвижный корпус (1) имеет также посадочные места под подшипники при этом вал (11) зафиксирован на внутренних обоймах двух шарикоподшипников, внешние обоймы которых зафиксированы в соответствующих посадочных местах подвижного корпуса (1), установленные концентрично с фиксированным в них валом (11). К дистальной части вала (11) прикреплен крепежный стакан (12) для фиксации в нем биопсийного пистолета (14) и бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13), который прикреплен таким образом, чтобы оси бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13) и вала (11), находились концентрично относительно друг друга. Причем вал (11) обеспечивает ротацию бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13) и биопсийного пистолета (14) на 360 градусовThe movable body (1) also has seats for bearings, while the shaft (11) is fixed on the inner races of two ball bearings, the outer races of which are fixed in the corresponding seats of the movable body (1), mounted concentrically with the shaft (11) fixed in them. A mounting cup (12) is attached to the distal part of the shaft (11) for fixing the biopsy gun (14) and the biplane endoscopic ultrasound sensor (13) in it, which is attached in such a way that the axes of the biplane endoscopic ultrasound sensor (13) and the shaft (11) , were concentric with respect to each other. Moreover, the shaft (11) provides rotation of the biplane endoscopic ultrasonic sensor (13) and the biopsy gun (14) by 360 degrees

С противоположной стороны от крепежного стакана (12) на подвижном корпусе (1) закреплен короб механического привода (7), содержащий шаговый двигатель 2 (9) и червячный редуктор (10). Крепление шагового двигателя 2 (9) и корпус червячного редуктора (10) выполнены заодно с подвижным корпусом (1). При этом шаговый двигатель 2 (9) установлен с возможностью передачи посредством ходового винта (6) своего крутящегося момента через червячный редуктор (10) на вал (11) и прикрепленных к нему биплановый эндоскопический ультразвуковой датчик (13) и биопсийный пистолет (14).On the opposite side of the mounting cup (12) on the movable housing (1) is fixed a mechanical drive box (7) containing a stepper motor 2 (9) and a worm gear (10). Mounting stepper motor 2 (9) and the housing of the worm gear (10) are made integral with the movable housing (1). In this case, the stepper motor 2 (9) is installed with the possibility of transmitting its torque through the lead screw (6) through the worm gear (10) to the shaft (11) and the biplane endoscopic ultrasonic sensor (13) and the biopsy gun (14) attached to it.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Устройство имеет 2 степени свободы (может совершать движения по двум осям). Линейное движение осуществляется при помощи шагового двигателя 1 (5), вращающего ходовой винт (6), который в свою очередь передвигает подвижный корпус (1) вдоль линейной направляющей (4), обеспечивая линейное перемещение, прикрепленных к нему бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13) и биопсийного пистолета (14). Вращающийся ходовой винт (6), размещен в углублении между соприкасающимися поверхностями подвижного корпуса (1) и неподвижного корпуса (2). Ротация бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13) осуществляется при помощи шагового двигателя 2 (9), который передает свой крутящий момент через червячный редуктор (10) на ось вала (11) к которому прикреплен биплановый эндоскопический ультразвуковой датчик (13), имеющий более одной сканирующей поверхности любого типа и биопсийный пистолет 14. Диапазон вращения вала - 360 градусов. Шаговые двигатели управляются с помощью компьютера и имеют большую точность позиционирования. После введения ультразвукового датчика в тело пациента подпружиненная игла биопсийного пистолета (14) забирает образцы ткани из предстательной железы через стенку прямой кишки.The device has 2 degrees of freedom (it can move along two axes). Linear movement is carried out using a stepper motor 1 (5), which rotates the lead screw (6), which in turn moves the movable body (1) along the linear guide (4), providing linear movement of the biplane endoscopic ultrasound sensor attached to it (13) and a biopsy gun (14). The rotating lead screw (6) is located in the recess between the contact surfaces of the movable body (1) and the fixed body (2). The rotation of the biplane endoscopic ultrasonic transducer (13) is carried out using a stepper motor 2 (9), which transmits its torque through the worm gear (10) to the axis of the shaft (11) to which the biplane endoscopic ultrasonic transducer (13) is attached, having more than one scanning surfaces of any type and a biopsy gun 14. Shaft rotation range - 360 degrees. The stepper motors are computer controlled and have great positioning accuracy. After inserting the ultrasound transducer into the patient's body, the biopsy gun's spring-loaded needle (14) takes tissue samples from the prostate gland through the rectal wall.

Позиционирование бипланового эндоскопического ультразвукового датчика (13) и биопсийного пистолета (14) при помощи двух шаговых двигателей снижает количество подвижных деталей, управляемых электронным микроконтроллером, и упрощает как саму конструкцию в производстве, так и в эксплуатации конечным пользователем.The positioning of the biplane endoscopic ultrasound transducer (13) and the biopsy gun (14) using two stepper motors reduces the number of moving parts controlled by an electronic microcontroller and simplifies both the design itself in production and in operation by the end user.

Конструкция заявленного устройства обеспечивает необходимую жесткость, что в сумме позволяет улучшить качество проведения биопсии предстательной железы и сократить время процедуры по сравнению с ручным управлением датчика, что в перспективе уменьшает забор количества необходимых биоптатов и в связи с этим возможных осложнений.The design of the proposed device provides the necessary rigidity, which in total improves the quality of the prostate biopsy and reduces the procedure time compared to the manual control of the sensor, which in the future reduces the number of required biopsies and, therefore, possible complications.

Таким образом, простая конструкция данного устройства минимизирует трудозатраты при его производстве, за счет уменьшения количества сложных конструктивных узлов, которые необходимо обслуживать, и снижает время обучения профильного специалиста - врача, а также уменьшает габариты итоговой конструкции.Thus, the simple design of this device minimizes labor costs in its production by reducing the number of complex structural units that need to be maintained, and reduces the training time for a specialized specialist - a doctor, and also reduces the dimensions of the final design.

Claims

A device for targeted biopsy of the prostate gland, containing a fixed body, to which the first stepper motor is rigidly attached, having a linear guide in the form of prismatic rails, a lead screw is coaxially attached to the first stepper motor, passing along the entire fixed body, a movable screw is fixed on the linear guide body through prismatic protrusions with the possibility of sliding along a linear guide, the movable part of the body has seats for bearings mounted concentrically with a shaft fixed in them, to the distal part of which a mounting cup is attached to fix a biopsy gun and a biplane endoscopic ultrasound sensor, which is attached so that the axes of the biplane endoscopic ultrasonic transducer and the shaft are concentric with respect to each other, and the shaft provides rotation of the biplane endoscopic ultrasonic transducer and the biopsy gun by 360 degrees, on the opposite side of the mounting cup, a mechanical drive box containing a second stepper motor is fixed on the movable body and a worm gearbox, wherein the fastening of the second stepper motor and the housing of the worm gearbox are made integral with the movable housing, and the second stepper motor is mounted with the possibility of transmitting its torque through the worm gearbox to the shaft and attached to it a biplane endoscopic ultrasonic sensor and a biopsy gun.