WO2016178599A1 - Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления - Google Patents

Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2016178599A1
WO2016178599A1 PCT/RU2016/000223 RU2016000223W WO2016178599A1 WO 2016178599 A1 WO2016178599 A1 WO 2016178599A1 RU 2016000223 W RU2016000223 W RU 2016000223W WO 2016178599 A1 WO2016178599 A1 WO 2016178599A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
needle
biopsy
minimally invasive
puncture
anesthesia
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000223
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ирина Алексеевна ГОТЛИБ
Original Assignee
Ирина Алексеевна ГОТЛИБ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ирина Алексеевна ГОТЛИБ filed Critical Ирина Алексеевна ГОТЛИБ
Priority to US15/571,445 priority Critical patent/US10849602B2/en
Publication of WO2016178599A1 publication Critical patent/WO2016178599A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/04—Endoscopic instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/0233—Pointed or sharp biopsy instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/25—User interfaces for surgical systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/32—Surgical robots operating autonomously
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76—Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M19/00—Local anaesthesia; Hypothermia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/178—Syringes
    • A61M5/31—Details
    • A61M5/32—Needles; Details of needles pertaining to their connection with syringe or hub; Accessories for bringing the needle into, or holding the needle on, the body; Devices for protection of needles
    • A61M5/3295—Multiple needle devices, e.g. a plurality of needles arranged coaxially or in parallel
    • A61M5/3298—Needles arranged in parallel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/04—Endoscopic instruments
    • A61B2010/045—Needles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A61B2034/306—Wrists with multiple vertebrae
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/502—Headgear, e.g. helmet, spectacles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0407—Supports, e.g. tables or beds, for the body or parts of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48—Diagnostic techniques
    • A61B6/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48—Diagnostic techniques
    • A61B6/485—Diagnostic techniques involving fluorescence X-ray imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/541—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving acquisition triggered by a physiological signal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
    • A61B6/582—Calibration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M2005/006—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests for gases, e.g. CO2

Definitions

  • the proposed group of inventions relates to the field of medicine to a minimally invasive method of surgical intervention, namely, a puncture biopsy of the organs of the chest, abdominal cavity, pelvis and limbs and to the corresponding medical equipment performing a puncture biopsy.
  • a puncture biopsy is a minimally invasive procedure that is devoid of the disadvantages of a surgical biopsy [1], including the need for extensive skin incisions and the use of general anesthesia. Puncture biopsy is a reliable method for obtaining tissue samples, which allows to confirm the benign or malignant nature of the formation. This procedure is not accompanied by severe pain, and its accuracy The results are comparable with surgical biopsy [1], recovery after a puncture biopsy is quite fast and patients can soon return to their usual lives.
  • a known method for obtaining biopsy material includes x-ray determination of the location of the neoplasm and biopsy, and the biopsy tissue is taken through the sternum, while the biopsy tissue is taken using a biopsy needle for parenchymal organs.
  • the known method [2] is devoid of the disadvantages of a surgical biopsy [1], as a result of which, in particular, as a result of extensive skin incisions under anesthesia, bleeding may occur due to damage to blood vessels, damage to organs adjacent to the tumor, suppuration and other damage.
  • the patient’s reaction to the penetration of the needle into the chest can be unpredictable, pain shock is possible - as a result of loss of consciousness, displacement of the body during the penetration of the needle - accordingly, the needle “swings” and as a result damages the patient’s internal organs, as well as other serious consequences for the patient’s health are possible.
  • the closest analogue of the proposed method for minimally invasive surgery is a method for performing percutaneous puncture biopsy (see RU 2362490, class A61B10 / 02, publ. 2009 [3]).
  • a known method of performing a percutaneous biopsy [3] includes a preliminary assessment of the localization, size, structure of the focal formation, choosing the optimal puncture point using computed tomography and a puncture biopsy of the focal formation using a biopsy needle with a length of not more than 20 cm.
  • the essence of the known method for performing a percutaneous biopsy [3] is that standard premedication is performed and a CT scan is performed, in which the localization, size, structure, areas of interest, etc. are evaluated.
  • the skin is punctured manually with a scalpel at a selected point, and then 2-3 needles are inserted through a puncture of the skin, which are injected to a depth of 2-4 cm (to the muscles) and do CT.
  • On the display screen of the tomograph determine the needle having the optimal direction and measure the distance from the end of the needle to the border of the focal formation.
  • the selected needle is advanced to the border of the focal formation, and the rest is removed.
  • a biopsy needle is introduced through the lumen of the needle with a biopsy gun pre-attached and cocked to a depth equal to the length of the man-drain, and fixing the gun, a biopsy of the focal formation is performed.
  • Robotic surgery began to develop in the 1980s.
  • One of the first automatic devices in surgery was the da Vinci robot.
  • the first option was developed in the late 1980s, and in 2010 more than 1000 da Vinci robots were built, which are successfully used in hundreds of medical institutions around the world.
  • the da Vinci robotic assisted surgical system is produced commercially by Intuitive Surgical.
  • the robot consists of two blocks, one for the operator, the second acts as a surgeon.
  • the doctor sits down at the remote control, which makes it possible to see the operated area in 3D with multiple magnification and uses special joysticks to control the tools.
  • the da Vinci robot performs operations such as restoration of the mitral valve, ablation of heart tissues, gastric bypass, lung lobectomy, resection of the mediastinal tumor, ureter reimplantation, thyroidectomy, and many others. etc. (see https://ru.wikipedia.org/wiki/Da Vinci (robot surgeon) [4]).
  • the da Vinci robot is not designed to perform minimally invasive surgical procedures, such as a puncture biopsy.
  • Known automated biopsy device with simultaneous spectroscopic control contains a radiation source, a fiber connected to it for delivery of radiation, a recording unit, a computer with software provision, biopsy device, exciting and holding biopath.
  • the essence of the biopsy procedure of parenchymal organs with a biopsy device with simultaneous spectroscopic control is that the laser radiation coming from the source enters the fiber through which it enters the biopsy tube. Coming out of the fiber inside the tube, the radiation interacts with the biological tissue. Scattered laser radiation, together with fluorescent radiation, enters the receiving fibers, then the radiation enters the spectrometer, after which the incoming radiation is formed into the spectrum and projected onto the photodiode array.
  • the registration unit transmits the digitized information to the computer, in which the information received is processed.
  • To capture the biopath the air inside the biopsy tube is sucked in with a syringe, as a result of which the biopath enters the biopsy tube.
  • air or liquid must be passed through it using a syringe.
  • the known biopsy device (see source [5]) is only partially automated, and the doctor has to take part at almost all stages of the device’s operation, in particular, the doctor needs to independently grab and wash the studied biopath using a syringe, thus, reliability and success
  • the biopsy procedure is completely dependent on the professionalism and talent of the doctor.
  • the entire biopsy procedure carried out using a known biopsy device [5] requires spending quite a long time on the numerous preparatory steps, which include oral administration of a solution of 5-aminolevulinic acid hydrochloride into the patient’s body (several hours before the main biopsy procedure begins ) and in preparing the device itself, which consists of the following stages: turning on the laser, calibrating the spectrometer, preparing the computer, setting up the ultrasound installation for monitoring, which nd desirable biopsy procedures, analysis of spectroscopic data, as well as the calculation of the concentration of tumor markers.
  • a prior art system for performing a biopsy is known (see RU 2510699, class A61B 10/02, publ. 2012 [6]).
  • the known biopsy system [6] contains a visualization system for obtaining diagnostic images of the target area, a device containing a retractable needle for performing a biopsy, a needle tracking system for biopsy, an imaging system for obtaining images of the target area, and a computer system associated with tracking systems and renderings.
  • the known biopsy system [6] as well as the biopsy device [5] is not fully automated and requires periodic intervention by an experienced doctor who periodically adjusts and adjusts the system, in particular, it is possible to allow the doctor to manually combine the probe and system renderings. Therefore, it is obvious to a person skilled in the art that after all, the success of an operation that is performed using a biopsy system [6] is more dependent on the human factor, namely the professionalism, talent and experience of the surgeon who controls the course of the operation and introducing the necessary and most important corrections into it.
  • the closest analogue of the proposed installation for minimally invasive surgery is a robotic system for minimally invasive surgery (see US6785572, class A61B 10/02, publ. 2004 [7]).
  • the known robotic system [7] contains a visualization device for obtaining diagnostic images of the target area, which during the operation, with a certain frequency in real time, generates images of the target area displayed on the computer system monitor, a robotic arm, which contains at the end section a device for holding a biopsy needle, the movement of which is controlled by a computer system and displayed on its monitor.
  • the well-known robotic system is fully automated, and does not require any intervention or adjustments by the surgeon in manual mode.
  • the detector measures the parameters of the biopsy needle, in particular, the pressure force of the needle, the position of the needle, the angle of inclination, which are transmitted to a computer system that processes incoming signals using special software and transfers the necessary data for automatic adjustment of various parameters of a biopsy needle - a tactile control system.
  • a virtual type of planning is displayed on the monitor screen of the computer system, which ensures the reliability of the operation with all the preferred parameters of the biopsy needle necessary for a successful operation.
  • a biopsy operation using the well-known robotic apparatus [7] is associated with a highly probable appearance in the patient of a feeling of great anxiety and danger to life, since a biopsy needle of considerable length is used for the operation, while the patient is conscious and lying on his back, in addition, the biopsy needle it is not covered by anything, and the patient is in a rather narrow space, contributing to an increase in the anxiety state that formed shortly before the operation of the puncture biopsy.
  • biopsy needles in automated surgical installations for minimally invasive surgical interventions to prevent them from falling into the patient's field of vision.
  • a prior art biopsy device is known (see RU 2177751, class A61B 17/34, publ. 2002 [8]).
  • the puncture needle is placed in a cylindrical body.
  • An important feature of the device is that the lower end of the housing is immersed in liquid nitrogen for up to 5 seconds. Then the cooled device with the working end is installed on the area of interest. Next, a needle is inserted into the body, its tip is brought into contact with the frozen tissue, and the biopat is taken in by translational and rotational movement of the needle.
  • the biopsy needle is placed in a cylindrical body and accordingly the patient does not observe it during surgery, however, the known device is similar in shape to a medical syringe, and therefore, persons with increased nervous excitability may experience an anxiety sensation, which may detrimental during the puncture biopsy using a known device.
  • the known device [8] it is intended exclusively for manual use with the help of a specialist surgeon on professionalism, which depends on the reliability and success of this operation, while the possibility of using this device in a robotic system for minimally invasive surgical interventions is not provided.
  • a biopsy needle is placed inside a cup-shaped tube, a working end face which adjoins a skin area of interest.
  • a distinctive characteristic of the known device [9] is that a vacuum is created inside the bowl-shaped tube, which draws in the tube of the skin area of interest to puncture and then capture the biopat.
  • This device [9] is comfortable, reliable and safe to use, it can be adapted to work automatically in robotic installations for minimally invasive surgical interventions, however, this device [9] has a very narrow scope - exclusively for the penetration of a biopsy needle into tissue of the walls of the stomach with the aim of sampling the biopat.
  • the closest analogue of the proposed device for performing minimally invasive surgical interventions is a device for performing a puncture biopsy, used in a robotic system for conducting minimally invasive surgical interventions (see US2009112119, class A61B10 / 02, publ. 2009. [10]).
  • the known device [10] is made in the form of a cup-shaped element, the working end, which is equipped with a shoulder, inside the said element there is a biopsy needle with mechanisms that bring it into working condition.
  • the known biopsy device [10] is successfully used in a robotic system for performing surgical operations, has a wide range of applications, it is convenient and reliable in operation, does not provoke the appearance of anxiety states in children, the elderly, as well as people with increased nervous excitability.
  • Minimally invasive surgery the intervention using the device [10] takes place mainly in the automatic mode, respectively, the success and reliability of the operation does not depend on the professionalism and talent of the surgeon under mandatory control, which undergoes a biopsy.
  • the known device [10] does not have a sufficiently reliable concept for fixing the cup-shaped element on the patient’s body during a puncture biopsy operation.
  • the objective of the proposed group of inventions united by a single inventive concept, is to create a single innovative fully automated technology for puncture biopsy, which has high medical indicators and operational characteristics, allowing patients to spend the least amount of time on postoperative restoration, in addition, not requiring constant human monitoring of the functioning of the technology and intervention, maintenance personnel in the course of prov Denia surgery biopsy.
  • the technical result of the proposed automatic robotic installation for minimally invasive surgery is to increase the reliability of the capture of biopat samples, which confirm the benign or malignant nature of the formation, increase the accuracy of direct surgical intervention, a decrease in the probability of damage to critical organs and, as a consequence, a significant decrease in the likelihood of complications.
  • the automatic robotic installation for performing minimally invasive surgical intervention contains a robotic arm, a movable element, which at the end section contains means for performing percutaneous puncture biopsy, surgical intervention, which is controlled by a computer system, and its progress is displayed on its monitor , while the robotic arm contains, anesthetic and antiseptic, which are under pressure, a means used to conduct deep anesthesia and a control unit with which servo-drives interact, made with the possibility of mechanical control, said movable element and means for performing a transdermal puncture biopsy made in the form of a U-shaped nozzle, inside of which there is a lead-out through hole for supplying anesthetic and an antiseptic for surface anesthesia , a guiding needle for interstitial anesthesia, a guiding needle for puncture biopsy and a block of control mechanisms for these needles, while The second computer system is configured to receive and process T-slices of focal lesions transmitted from the computer system of the tomograph, as well as to mark the course
  • the antiseptic and anesthetic used are placed in aerosol cans.
  • the robotic arm is configured to be fixed permanently to the floor or ceiling.
  • the robot manipulator is made with the possibility of mobile movement by equipping it with mobile wheels.
  • the robotic arm can be equipped with an emergency stop facility, which is provided by pressing the instant shutdown button. It is advisable if the tool used for deep anesthesia is made in the form of a piston mechanism with an electric motor.
  • the piston mechanism is placed in a cylindrical container.
  • the movable element of the robotic arm is made in the form of an active multi-link drive.
  • the proposed automatic robotic installation provides reliable minimally invasive surgical intervention, namely a puncture biopsy procedure, while this system does not perform extensive skin incisions and does not use general anesthesia for surgery.
  • This installation allows for reliable and fast capture of tissue samples, allowing to confirm the benign or malignant nature of the formation.
  • the robotic arm contains an anesthetic and an antiseptic that are under pressure, as well as a tool used for interstitial anesthesia, instantaneous disinfection of the patient’s skin surface and the release of anesthetic for surface anesthesia from the outlet through hole located inside the U-shaped nozzle for puncture, after which the guide needle for interstitial anesthesia, which passes through the patient’s skin, immediately extends, under the skin, administering an anesthetic in accordance with previously established conditions in automatic mode, formed using special software.
  • the movable element of the robotic arm is made in the form of an active multi-functional multi-link drive, and the servos are connected to a control unit that receives parameters and conditions for performing surgical intervention, and are made with the possibility of controlling the said drive and, accordingly, a U-shaped nozzle inside which the needle is installed for a puncture biopsy, as well as a block of control mechanisms
  • the computer system is capable of receiving and processing CT sections of the lesion V ⁇ g ⁇ education, transmitted by computer tomography systems, as well as due to the fact that the computer system is configured to mark progress and subsequent simulation of the procedure for error-free robotic minimally invasive surgical intervention, the reliability of the capture of biopat samples is increased, since the computer system selects the conditions and parameters that cause minimal harm to neighboring organs, the accuracy of direct surgical intervention is increased, since optimal parameters and conditions of movement are selected during computer analysis puncture needles, allowing with exceptional accuracy to direct the needle into a critical point, thereby reducing the likelihood of damage to critical organs, and therefore
  • the technical result of the proposed method for minimally invasive surgery is to reduce its time, increase the reliability of the capture of biopat samples, which confirm the benign or malignant nature of the formation, minimize pain during direct surgery, reduce the likelihood of damage to critical organs and, as a result, significantly reduce the likelihood development of complications, reduced time restored I patient after the biopsy, and the exclusion of the effects of ionizing radiation on a robotic installation service personnel.
  • the method of conducting minimally invasive surgery involves assessing the localization and parameters of the focal formation, as well as selecting a puncture site using computed tomography and performing a percutaneous puncture biopsy of the focal formation using a biopsy needle, at the same time, made by a computer tomography system CT sections of focal lesions are sent to a computer system of an automated robotic installation that performs minimally invasive surgical intervention, by means of which the course marking and puncture biopsy simulation is performed, and the mentioned CT sections of the focal formation in three-dimensional projection obtained by her are subjected to computer analysis in order to automatically establish the optimal parameters and conditions for the robotic surgical intervention carried out by a U-shaped nozzle of a moving element the robot the manipulator inside which the mentioned biopsy needle and the block of mechanisms for its mechanical control are placed, upon completion of the determination of the mentioned parameters and conditions, the said U-shaped nozzle touches the patient’s skin area, surface and interstitial anesthesia of the indicated area is carried out and the subsequent transdermal movement of the puncture needle for taking
  • CT sections of the focal formation in a three-dimensional projection are subjected to computer analysis in order to automatically establish a virtual area of contact between the U-shaped nozzle and the patient’s body surface, which consists in planning and modeling the safe movement of the active multi-link drive to the contact area, the entry points and guiding needle routes for interstitial anesthesia, surface and interstitial anesthesia steps, as well as site and routes ounce needle for biopath sampling.
  • the entry points of the guiding needle for interstitial anesthesia and the needle for puncture biopsy are determined by identifying the air-skin edge by the density of HU (Hausfield units).
  • the needle routes for interstitial anesthesia are determined by the difference in the densities of the skin and layers of muscle tissue.
  • the needle routes are determined with the possibility of correction of the procedure by the operator.
  • the needle routes for a puncture biopsy are determined taking into account the possibility of minimal impact on the vessels and critical organs of the patient.
  • the minimum effect on the vessels and critical organs of the patient is ensured by CT with iv (intravenous) contrast or MRI.
  • iv intravenous
  • MRI magnetic resonance imaging
  • medical glasses are put on the patient’s eyes, on which data on his breathing during scanning and incoming data in real time are displayed. It is advisable if the patient takes a breath equal in depth to the breath during the scan.
  • the robot manipulator before setting the parameters and conditions for the surgical intervention, is calibrated by the coordinates of the tomograph.
  • the calibration is performed using a U-shaped puncture nozzle, which, with the help of an active multi-link drive of the robot manipulator, moves to the position of aligning its marks with the marks of the tomograph lasers, then the robot manipulator is fixed by stoppers in place.
  • minimally invasive surgery is performed in the best way, namely, a puncture biopsy of the organs of the chest, pelvis, abdominal cavity and limbs.
  • the proposed robotic automatic method for conducting a biopsy puncture is devoid of the disadvantages of the known method of surgical biopsy, including the need for extensive skin incisions and the use of general anesthesia.
  • CT sections of focal lesions made by a computerized tomography system are sent to a computer system of an automated robotic installation that performs minimally invasive surgery, and the course marking and puncture biopsy simulation is performed using the computer system of the said automatic installation, and the CT sections obtained by it focal lesions in three-dimensional projection are subjected to computer analysis with the aim of automatically the establishment of optimal parameters and conditions, using special software to conduct appropriate robotic surgery.
  • the specified technique provides increased reliability of the capture of biopat samples, which allows confirming the benign or malignant nature of the formation, since the computer system selects the conditions and parameters that cause minimal harm to neighboring organs, reduces the likelihood of damage to critical organs, because in computer analysis the optimal parameters of the movement of the puncture needle are selected , allowing with exceptional accuracy and accuracy to direct the needle to a certain point, which in its own eating reduces the likelihood of developing possible complications and, accordingly, significantly reduces the time for postoperative recovery of the patient.
  • the technical result of the proposed device for performing percutaneous puncture biopsy is to minimize skin integrity, significantly reduce the risk of infection and complications such as bleeding, pneumothorax and lung atelectasis, increase the reliability and accuracy of the procedure, improve fixation on the patient’s skin area, minimize pain sensations, as well as reducing the likelihood of damage to critical organs.
  • the device for performing percutaneous puncture biopsy contains a biopsy needle mounted inside a hollow U-shaped in longitudinal section of the nozzle with an open base fixed on the patient’s skin area, the nozzle is made with a variable width relative to its height, while the width its base increases towards the specified skin area of the patient, while inside the nozzle there is an outlet through hole for the supply of anesthetic and antiseptic for the surface anesthesia, a guiding needle for interstitial anesthesia, as well as a block of mechanisms for controlling the flow of surface anesthesia and all the needles mentioned, provided in accordance with pre-established optimal parameters and conditions for conducting a robotic percutaneous puncture biopsy.
  • the proposed U-shaped in longitudinal section nozzle is made with a variable width relative to its height, while the width of its base increases towards the skin area of the patient.
  • This design technique due to the absorption properties obtained by such a design with a variable width and a kind of annular collar, ensures the best adhesion of the nozzle to the patient’s skin and slightly absorbing it inside the nozzle itself.
  • the proposed design of the nozzle provides a significant reduction in the likelihood of developing an infection, since in essence the “operated” skin area is closed by the nozzle and does not allow any infection to enter through the needle holes.
  • a biopsy needle a hole for supplying anesthetic and an antiseptic for surface anesthesia, a needle for interstitial anesthesia, as well as a control unit for controlling anesthesia and all needles, which allows to achieve minimal damage to the skin (thin needles are used) and accordingly minimal pain
  • the control unit of the proposed nozzle is configured to receive and process information from the computer system of the robotic installation, for controlling all the needles and anesthesia in full accordance with predetermined optimal parameters and conditions for robotic percutaneous puncture biopsy, which in turn improves the reliability and accuracy of the procedure, while providing a significant reduction in the likelihood of damage to critical organs.
  • FIG. 1 shows a general view of the proposed automatic robotic system with a tomograph connected to it, equipped with a computer system;
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the proposed nozzle for surgical intervention in the form of a puncture biopsy
  • FIG. 3 shows a CT slice image of automatic planning of the biopsy needle trajectory
  • FIG. 4 is a real-time CT scan image of a biopsy needle movement.
  • CT computer tomograph
  • An automatic robotic installation for minimally invasive surgical intervention contains a robotic arm 6, a movable element, which is made in the form of a multi-link active drive 7.
  • a connector 13 is attached to the end section of the multi-link active drive 7, to which a U-shaped hollow nozzle 14 is attached, which performs puncture biopsy.
  • the surgical intervention of the U-shaped nozzle 14 is completely controlled by the computer system of the robotic installation 4.
  • the results of the preoperative studies of the “area of interest” and the actual course of the surgical intervention are displayed on the monitor of the computer system 4.
  • the robotic arm 6 contains an anesthetic and an antiseptic that are under pressure in aerosol cans 9, a tool for storing and supplying deep anesthesia, made in the form of a piston mechanism 10 with an electric motor 15 and a control unit (not shown in Fig.).
  • Servos 16 interact with said control unit, having the ability to mechanically control an active multi-link drive 7 and the actual U-shaped hollow nozzle 14, performing direct minimally invasive intervention, consisting in a puncture biopsy.
  • the computer system of the robotic installation 4 is made with the possibility of obtaining and processing CT slices of focal formation, which are transmitted from the computer system of the tomograph 3, as well as with the possibility of marking the course and subsequent simulation of minimally invasive surgical intervention using special software.
  • the robotic arm 6 is equipped with an emergency stop means, which is provided by pressing the instant shutdown button (not indicated in Fig.).
  • the proposed automatic robotic installation in essence, consists of a movable robotic arm 6 with a computer system 4 connected to it and controlling and controlling it.
  • the ISO center of the CT (xO; yO; ⁇ ) is taken as the zero point.
  • the displacement occurs in the Y and X axes due to the movement of the active multi-link drive 7.
  • the restriction is the size of the aperture 5 CT 1 and the size of the U-shaped nozzle 14 located at the end of the active multi-link drive 7.
  • displacement occurs due to the movement of the tomograph table 2.
  • the xOyOzO coordinate after calibration corresponds to the needle tip for puncture 19.
  • the edges of the patient’s body are determined by the air-tissue density difference.
  • the possible coordinates for the safe movement of the active multi-link drive 7 and the U-shaped nozzle 14 of the robot manipulator 6 in the aperture 5 of CT 1 are determined for manipulation.
  • the operator installs it near the CT 1 and moves the active multi-link drive 7 with the U-shaped nozzle 14 and moves it until the marks on the U-shaped nozzle 14 are compatible with the CT lasers 1.
  • the automatic robotic installation is fixed by stoppers in place. Active multi-link drive 7 with a U-shaped nozzle 14 exit the aperture 5 of CT 1 and are installed in the initial position so as not to interfere with the progress of the patient’s scan.
  • CT series of the CT series of sections of the focal lesions produced by the computer tomograph system 3 are sent to the computer system of the robotic installation 4 with the help of which the course is marked and puncture biopsy is simulated (using special software).
  • 4 CT slices of focal formation obtained in a three-dimensional projection obtained by a computer system of a robotic installation are subjected to computer analysis in order to automatically determine the optimal parameters and conditions for a robotic surgical intervention (using special software), namely, on these CT slices, using a computer system robotic installation 4 in three-dimensional projection, are determined:
  • the entry points of the guide needle for interstitial anesthesia 18 and the needle for puncture biopsy 19 are determined, as well as all the necessary stages of anesthesia, taking into account the individual characteristics of each patient;
  • the entry points of these needles 18 and 19 are determined by identifying the air-skin edge by the density of HU.
  • the needle routes for interstitial anesthesia 18 are determined by the difference in the densities of the skin and layers of muscle tissue.
  • the needle routes for the puncture biopsy 19 are determined taking into account the possibility of minimal impact on the vessels and critical organs.
  • the routes of the needles 18, 19 are determined with the possibility of correction of the procedure by the operator.
  • scanning with CT 1 can be performed with iv contrast. In addition, in some cases, it is possible to control breathing.
  • a biopsy of complex moving areas is preliminarily connected to an automatic robotic installation with a chest excursion control sensor (not shown in Fig.).
  • a belt is hung on the patient, which controls the change in the volume of the chest.
  • glasses are put on the patient’s eyes in advance, which reflects his breathing curve during the scan and the real-time breathing curve.
  • the patient should take a breath equal in depth to the breath during the scan.
  • this is done in exceptional cases, only with a biopsy of the chest and is not practiced with elderly patients who find it difficult to perform such manipulations.
  • the proposed automatic robotic installation starts the minimally invasive surgical procedure.
  • the automated robotic installation is connected to CT 1 and has the ability to carry out full control and monitoring CT 1, in particular for the possibility of monitoring the table 2, controlling the angle of inclination and for the possibility of scanning.
  • the procedure for starting the puncture biopsy operation is launched and calculated.
  • the dimensions of the U-shaped hollow nozzle 14 depend on the selected type of puncture needle 19, the length of which can vary from 10 to 30 cm, while the dimensions of the aperture 5 CT 1 are 70 cm.
  • the patient moves so that there is enough space for puncture biopsy. In some rare cases, manipulation may require a change in position on the side or on the stomach.
  • the robotic arm 6 determines the distance from the patient’s surface to the maximum upper point of aperture 5 using the HU data. If the distance is not enough for the minimally invasive surgical procedure, the robot manipulator 6 commands the patient to be displaced until the distance is sufficient for the accurate and safe movement of the active multi-link drive 7 of the robot manipulator 6.
  • the U-shaped hollow nozzle 14 in the aperture 5 of CT 1 touches the skin surface with the U-shaped hollow nozzle 14, which in turn activates the pressure sensor and the robot manipulates p 6 stops its movement. Further, if necessary, CT 1 at the command of the robot manipulator 6 can change the angle of inclination of the table 2 and at the same time the robot manipulator 6 can change the position angle of the U-shaped hollow nozzle 14. It is important to note that if the CT 1 was tilted during the planning procedure towards the patient’s legs, and the patient was lying with his head in the gantry of CT 1, then, accordingly, the robot manipulator 6 changes its position so that access to the aperture 5 is preserved. In this case, the mobile robotic arm 6 must be moved and the calibration process repeated.
  • CT 1 After all conditions and parameters for successful and reliable operation are achieved between CT 1 and the robotic arm 6, in particular, such as the position of the tilt angle of the table 2 and the optimal distance of the robotic arm 6 from the gantry CT 1, the scanning process namely, CT 1 does one scan, so that the operator can check the position of the U-shaped hollow nozzle 14. The progress is displayed on the control scan procedures.
  • an antiseptic is discharged to disinfect the surface and an anesthetic is discharged for surface anesthesia
  • anesthetic and antiseptic are moved through rubber tubes 11, pass inside the active multi-link drive 7, then through connector 13 and enter U -shaped hollow nozzle 14, and specifically into the through hole 17, designed to release surface anesthesia on a fixed area of the patient’s skin.
  • the guide needle 18 for interstitial anesthesia is advanced and enters under the skin of the patient.
  • a control scan is done.
  • the operator evaluates the parameters and conditions of the position of the needle 18.
  • the needle for interstitial anesthesia 18 moves layer-by-layer under the skin, introducing an anesthetic in accordance with previously established parameters and conditions.
  • CT 1 continues to do control scans.
  • the needle 18 for interstitial anesthesia accurately and accurately returns to its original position.
  • a puncture needle 19 is advanced for conducting a puncture biopsy, which moves into the area of interest for taking material.
  • the manipulation progress is scanned and all actions are projected onto the monitor of the computer system of the robotic installation 4. As soon as the puncture needle 19 reaches the selected point, the material is taken and returned to its original position.
  • the procedure is performed with synchronization of breathing from the previously recorded breathing curve.
  • the robot manipulator 6 performs the manipulation at the moment when the real-time curve coincides with the loaded one, and the patient’s movement is controlled by estimating the HU in the selected area. If the patient moved, the robotic arm 6 will give a signal.
  • the active multi-link drive 7 has several links to ensure mobility.
  • the active drive 7 includes cables, shafts, hollow tubes connecting the robot arm 6 with the U-shaped hollow nozzle 14.
  • the connector 13, located at the end of the active drive 7, is configured to communicate its mechanisms with the U-shaped hollow nozzle 14 for performing certain movements of the latter (rectilinear, rotational etc.), as well as the movement of needles 18 and 19 and the supply of drugs (anesthesia) and other previously defined movements, rotations in accordance with the previously established parameters and conditions for performing a successful and reliable puncture biopsy.
  • the robot manipulator 6 is equipped with an emergency stop button.
  • all the mechanisms included in the proposed technology of minimally invasive surgical intervention are completely de-energized, while all the needles 18 and 19 are respectively returned to their original position with the help of springs interacting with them, while in the absence of power, the servos 16 are in free rotation.
  • St.prasens Temperature 36.7, NPV 22 per minute, HR 71 beats / min.
  • Puncture under the control of radiography is difficult due to the small size of the formation.
  • the patient underwent a CT scan study, which revealed the formation of a round shape up to 0.5 cm in the upper lobe of the right lung. No other changes in the organs of the chest were detected. It was decided to puncture this site using the proposed technology of minimally invasive surgical intervention under CT control.
  • the obtained CT data were transferred to the computer control system of the automatic robotic installation, with the help of which the modeling and marking of the course of the puncture procedure was performed, as well as all the optimal parameters and conditions for the puncture procedure were determined.
  • the data was transferred to the automatic robotic installation itself (robot manipulator 6 with computer system 4), which performed the manipulation using a U-shaped hollow nozzle 14 for puncture.
  • Diagnosis squamous cell carcinoma of the upper lobe of the right lung.
  • the patient showed no damage to critical organs, there was minimal pain, the onset of infection was not fixed.
  • the obtained CT data were transferred to a computer control system 4 of the automatic robotic system, where the puncture procedure was simulated and marked, and all the optimal parameters and conditions for the puncture procedure were determined.
  • the data was transferred to the automatic robotic installation itself (robot manipulator 6 with computer system 4), which performed the manipulation using a U-shaped hollow nozzle 14 for puncture.
  • Histology Highly differentiated adenocarcinoma.
  • the girl is 18 years old.
  • the obtained CT data were transferred to a computer control system 4 of the automatic robotic system, where the puncture procedure was simulated and marked, and all the optimal parameters and conditions for the puncture procedure were determined.
  • the data was transferred to the automatic robotic installation itself (robot manipulator 6 with computer system 4), which performed the manipulation using a U-shaped hollow nozzle 14 for puncture.
  • the resulting material was transferred for histological examination, the conclusion is non-casein epithelioid granulomas.
  • Diagnosis Sarcoidosis.
  • This puncture biopsy technology allows you to puncture structures with high accuracy and constant monitoring by the doctor, but without his direct intervention, which makes it possible to study areas with adjacent vital organs without fear of complications.
  • the obtained CT data were transferred to a computer control system 4 of the automatic robotic system, where the puncture procedure was simulated and marked, and all the optimal parameters and conditions for the puncture procedure were determined.
  • the data was transferred to the automatic robotic installation itself (robot manipulator 6 with computer system 4), which performed the manipulation using a U-shaped hollow nozzle 14 for puncture.
  • HIV-infected From the anamnesis: HIV-infected.
  • Diagnosis tuberculosis.
  • An X-ray examination was carried out immediately, in which an education up to 8 in size was found in the upper lobe of the left lung mm, heterogeneous structure, with radiant contours and with a cavity in the center.
  • a CT scan was performed, on which a similar picture was revealed with an increase in the lymph nodes of the mediastinum on both sides. It was decided to puncture this formation under x-ray control. The material sent for histological examination is not informative.
  • the patient was given the initial diagnosis of tuberculosis.
  • CT 1 Before puncture for CT 1, a chest study with contrast was performed. The above-described area actively accumulates a contrast agent on the periphery of the cavity. Data from CT 1 was transferred to the computer system 4 of the robotic system for marking the course and modeling the biopsy procedure, as well as to determine all the optimal parameters and conditions for the puncture procedure.
  • the data was transferred to the automatic robotic installation itself (robot manipulator 6 with computer system 4), which performed the manipulation using a U-shaped hollow nozzle 14 for puncture.
  • the material was transferred to histology.
  • Diagnosis squamous cell carcinoma of the upper lobe of the left lung.
  • This example shows that using the proposed technology of minimally invasive surgical material, it is possible to puncture not only the education as a whole, but also the selected education site to obtain a reliable, most accurate result.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области медицины к малоинвазимному методу операционного вмешательства, а именно к пункционной биопсии. Автоматическая роботизированная установка содержит робот-манипулятор, операционное вмешательство, которого контролируется компьютерной системой. Робот-манипулятор содержит U-образную насадку, внутри которой расположена игла для пункционной биопсии. Изготовленные компьютерной системой томографа КТ-срезы направляются в компьютерную систему автоматической роботизированной установки, посредством, которой выполняется разметка хода и моделирование пункционной биопсии. КТ-срезы очагового образования подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления оптимальных параметров и условий проведения роботизированного операционного вмешательства. КТ осуществляет сканирование и проецирование хода пункции на монитор компьютерной системы.

Description

СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ МАЛОИНВАЗИВНОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА И УСТАНОВКА "РХ-1" ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Область техники
Предлагаемая группа изобретений относится к области медицины к малоинвазивному методу операционного вмешательства, а именно к пункционной биопсии органов грудной клетки, брюшной полости, малого таза и конечностей и к соответствующему медицинскому оборудованию, осуществляющему пункционную биопсию.
Уровень техники
Несколько десятков лет назад злокачественный характер инкапсулированных опухолей устанавливали с помощью сложного и рискованного способа (см. Волков П.Т., "Клиника, диагностика и хирургическое лечение новообразований средостения", Л., 1970г. [1]). Известный из источника [1] способ подразумевает оперативное рассечение грудной клетки и забор кусочка ткани. Как правило, выполняли трансплевральный и межреберный разрез. Кроме того, из других оперативных способов (также см. [1]) использовали срединную стериотомию, верхнюю медиастинотомию через шейный разрез, передне-боковую, заднебоковую или боковую торакотомию. Естественно выбор оперативного доступа для взятия биопсийного кусочка проводился после рентгенологического определения новообразования .
По прошествии времени, для определения характера опухолей использовалась пункционная биопсия.
Как известно пункционная биопсия - это малоинвазивная процедура, которая лишена недостатков хирургической биопсии [1], в том числе необходимости проведения обширных разрезов кожи и применения общего наркоза. Пункционная биопсия представляет собой надежный метод получения образцов ткани, что позволяет подтвердить доброкачественный или злокачественный характер образования. Данная процедура не сопровождается сильной болью, а точность ее результатов сравнима с хирургической биопсией [1], восстановление после пункционной биопсии происходит довольно быстро и пациенты могут вскоре вернуться к привычной жизни.
Из уровня техники известен способ получения биопсийного материала средостения (см. RU 94009373, кл. А61В17/34, публ. 1996г. [2]).
Известный способ получения биопсийного материала включает рентгенологическое определение локализации новообразования и биопсию, а биопсийную ткань берут через грудину, при этом забор биопсийной ткани осуществляют с помощью иглы для биопсии паренхиматозных органов.
Является очевидным, что известный способ [2] лишен недостатков хирургической биопсии [1], в следствии, проведения, которой, в частности, в результате обширных разрезов кожи под наркозом, могут возникать кровотечения из- за повреждения сосудов, повреждения соседних с опухолью органов, нагноения и другие повреждения.
Однако в известном решении [2] чрезгрудинную биопсию проводят без предварительного обезболивания, иглой для пункции паренхиматозных органов, при этом на игле заранее отмечается глубина введения. Очевидно, что такой прием чрезвычайно опасен для здоровья пациентов, поскольку прокол грудины осуществляют без какой-либо поверхностной и внутрикожной анестезии. Таким образом, фактически врачом осуществляется прокол грудины интуитивно, только лишь ориентировочно в предполагаемое место нахождения опухоли, таким образом, фактически существует вероятность ошибки и повреждение соседних с опухолью органов. Помимо этого, без предварительной анестезии, реакция пациента на проникновение иглы в грудь может быть непредсказуемой, возможен и болевой шок - как следствие потеря сознания, смещение тела во время проникновения иглы - соответственно "качание" иглы и в результате повреждение внутренних органов пациента, а также возможны другие тяжкие для здоровья пациента последствия.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа проведения малоинвазивного хирургического вмешательства является способ выполнения чрескожной пункционной биопсии (см. RU 2362490, кл. А61В10/02, публ. 2009г. [3]).
Известный способ выполнения чрескожной биопсии [3] включает предварительную оценку локализации, размеров, структуры очагового образования, выбор оптимальной точки пункции с помощью компьютерной томографии и пункционную биопсию очагового образования с помощью биопсийной иглы длиной не более 20 см.
Сущность известного способа выполнения чрескожной биопсии [3] заключается в том, что осуществляют стандартную премедикацию, и проводят исследование КТ, при котором оценивают локализацию, размеры, структуру, зоны интереса и др. Далее в ручную делают прокол кожи скальпелем в выбранной точке, а затем через прокол кожи вводят 2-3 иглы, которые вводят на глубину 2 -4 см (до мышц) и делают КТ. На экране дисплея томографа определяют иглу, имеющую оптимальное направление и измеряют расстояние от конца иглы до границы очагового образования. Выбранную иглу продвигают к границе очагового образования, а остальные удаляют. После проведения иглы к границе очагового образования (зоны интереса) пациента выводят из апертуры томографа, а мандрен из иглы удаляют. Через просвет иглы вводят биопсийную иглу с заранее присоединенным и взведенным биопсийным пистолетом на глубину, равную длине ман дрена, и фиксируя пистолет выполняют биопсию очагового образования.
Данная методика пункционной биопсии [3] благодаря использованию предоперационной подготовки и премедикации, включающей анестезию, проходит достаточно комфортно и безболезненно для пациента. Полученный в ходе выполнения данной методики [3] биопат, обладающий возможностью его визуальной оценки, направляют для проведения гистологического исследования.
Однако известная технология пункционной биопсии [3] не лишена недостатков. Безусловно проведение КТ очагового образования позволяет выбрать оптимальную точку для пункции и выбрать правильную траекторию движения иглы, но фактически вся основная процедура проходит в ручную с использованием 20-и сантиметровых игл, применяемых одновременно, неловкое использование которых может нанести серьезное повреждение пациенту, кроме того, пациента периодически кратковременно выводят из апертуры томографа, что может пробуждать у него излишнее беспокойство и сомнения в успешности операции, а внешний вид игл длиной в 20 см может существенно усугубить ситуацию. Таким образом, успех всей операции, по известной технологии [3], в основном зависит от хирурга, осуществляющего ее, от опыта, таланта и квалификации которого будет зависеть здоровье и жизнь пациента.
Рассмотренные выше варианты хирургических вмешательств проводят исключительно вручную под полным контролем специалистов-хирургов, однако, талантливых и опытных специалистов из них, способных дать высокие гарантии надежности и успешности проведения операций, во всем мире ограниченное количество, что в свою очередь стимулирует специалистов в данной области техники на создание автоматизированных, работающих при минимальном участии человека систем, проводящих надежные и успешные различные хирургические вмешательства и операции.
Роботизированная хирургия начала развиваться в 1980-х годах. Одним из первых автоматических аппаратов в хирургии был робот "da Vinci". Первый вариант был разработан именно в конце 1980-х годов, а на 2010 год построено более 1000 роботов "da Vinci", которые успешно используются в сотнях медицинских учреждениях по всему миру.
Робот-ассистированная хирургическая система "da Vinci" производится серийно компанией Intuitive Surgical. Робот состоит из двух блоков, один для оператора, второй выполняет роль хирурга. Врач садится за пульт, который дает возможность видеть оперируемый участок в 3D с многократным увеличением и использует специальные джойстики, чтобы управлять инструментами. Робот "da Vinci" делает операции такие как - восстановление митрального клапана, абляция тканей сердца, желудочное шунтирование, лобэктомия легкого, резекция опухоли средостения, реимплантация мочеточника, тиреоидэктомия и мн. др. (см. https://ru.wikipedia.org/wiki/Da Vinci (робот-хирург) [4]).
Однако для выполнения малоинвазивных хирургических вмешательств, таких как, пункционная биопсия робот "da Vinci" не предназначен.
Из уровня техники известно автоматизированное устройство для биопсии паренхиматозных органов с одновременным спектроскопическим контролем (см. RU 2529629, кл. А61В10/02, публ. 2014г. [5]).
Известное автоматизированное устройство для биопсии с одновременным спектроскопическим контролем [5] содержит источник излучения, соединенное с ним волокно для доставки излучения, блок регистрации, ЭВМ с программным обеспечением, приспособление для биопсии, захватывающее и удерживающее биопат.
Суть процедуры биопсии паренхиматозных органов с устройством для биопсии с одновременным спектроскопическим контролем (см. источник [5]) заключается в том, что лазерное излучение, выходящее из источника входит в световод, по которому попадает в трубку для биопсии. Выходя из волокна внутри трубки излучение взаимодействует с биологической тканью. Рассеянное лазерное излучение, вместе с флуоресцентным излучением попадает в приемные волокна, затем излучение попадает в спектрометр, после чего входящее излучение формируется в спектр и проецируется на фотодиодную линейку. Блок регистрации передает оцифрованную информацию в компьютер, в котором происходит обработка поступившей в него информации. Для захвата биопата с помощью шприца подсасывается воздух внутри биопсийной трубки, в результате чего биопат попадает внутрь биопсийной трубки. Для извлечения биопата из биопсийной трубки в пробирку необходимо пропустить через нее воздух либо жидкость с помощью шприца.
Известное устройство для биопсии (см. источник [5]) автоматизировано лишь частично, и врачу приходится принимать участие практически на всех этапах работы устройства, в частности, врачу необходимо самостоятельно захватывать и вымывать исследуемый биопат с помощью шприца, таким образом, надежность проведения и успех процедуры биопсии полностью зависит от профессионализма и таланта врача. Помимо сказанного, вся процедура биопсии, осуществляющаяся с помощью известного устройства для биопсии [5], требует траты достаточно длительного времени на многочисленные подготовительные этапы, заключающиеся в пероральном введении в организм пациента раствора гидрохлорида 5-аминолевулиновой кислоты (за несколько часов до начала основной процедуры биопсии) и в подготовки самого устройства, которая состоит из следующих стадий: включение лазера, калибровка спектрометра, подготовка компьютера, настройка установки УЗИ по контролем, которой желательно проведение процедуры биопсии, анализ спектроскопических данных, а также расчет концентрации опухолевых маркеров. Таким образом, указанные выше недостатки известного устройства для биопсии [5] очевидны и могут отрицательным образом сказываться на результатах процедуры биопсии, проводимой с помощью известного устройства для биопсии [5]. Из уровня техники известна система для выполнения биопсии (см. RU 2510699, кл. А61В 10/02, публ. 2012г. [6]).
Известная система для биопсии [6] содержит систему визуализации для получения диагностических изображений целевой области, устройство, содержащее выдвигающуюся иглу для выполнения процедуры биопсии, систему слежения за иглой для биопсии, систему визуализации для получения изображений целевой области и компьютерную систему, связанную с системами слежения и визуализации.
Известная система для биопсии [6] так же как и устройство для биопсии [5] не является полностью автоматизированной и нуждается в периодичном вмешательстве опытного врача, периодически осуществляющего настройку и корректировку работы системы, в частности, допускается возможность предоставления врачу именно вручную совмещать зонд и систему визуализации. Следовательно, специалисту в данной области техники очевидно, что все-таки успех проведения операции, которая проводится с помощью системы для выполнения биопсии [6] в большей степени зависит от человеческого фактора, а именно от профессионализма, таланта и опыта хирурга, контролирующего ход операции и вносящего в него необходимые и важнейшие корректировки.
Наиболее близким аналогом предлагаемой установки для проведения малоинвазивного хирургического вмешательства является роботизированная система для проведения малоинвазивных хирургических вмешательств (см. US6785572, кл. А61В 10/02, публ. 2004г. [7]).
Известная роботизированная система [7] содержит устройство для визуализации для получения диагностических изображений целевой области, которое в ходе операции с определенной периодичностью в режиме реального времени формирует изображения целевой области, отображающихся на мониторе компьютерной системы, робот-манипулятор подвижный элемент, которого на концевом участке содержит приспособление для удержания биопсийной иглы, движение, которой контролируется компьютерной системой и отображается на ее мониторе.
Известная роботизированная система полностью автоматизированная, и не требует в эксплуатации каких-либо вмешательств или корректировок хирурга в ручном режиме. В ходе эксплуатации системы детектор измеряет параметры биопсийной иглы, в частности, силу давления иглы, положение иглы, угол наклона, которые передаются в компьютерную систему, обрабатывающую, поступающие сигналы с помощью специального программного обеспечения, и передающую необходимые данные для автоматической корректировки различных параметров биопсийной иглы - системе тактильного управления. При этом на экране монитора компьютерной системы отображается виртуальный вид планирования, обеспечивающий надежность проведения операции со всеми необходимыми для проведения успешной операции предпочтительными параметрами биопсийной иглы. Однако проведение операции биопсии с помощью известной роботизированной установки [7] сопряжено с высоковероятным появлением у пациента чувства сильной тревоги и опасности для жизни, поскольку для операции используется биопсийная игла значительной длины, при этом пациент в сознании и лежит на спине, кроме того, биопсийная игла ничем не прикрыта, а пациент находится в довольно узком пространстве, способствующим усилению тревожного состояния, сформировавшегося незадолго до операции пункционной биопсии.
В этой связи, в целях комфортного и безопасного проведения операции для пациента, существует потребность использования в автоматизированных хирургических установках для проведения малоинвазивных хирургических вмешательств, биопсийных игл, исключающих их попадание в поле зрения пациента.
Из уровня техники известно устройство для биопсии (см. RU 2177751, кл. А61В 17/34, публ. 2002г. [8]).
В известном устройстве для биопсии [8] пункционная игла помещена в цилиндрический корпус. Важной особенностью работы устройства является то, что нижний конец корпуса погружают в жидкий азот до 5 секунд. Затем охлажденное устройство рабочим торцом устанавливают на интересующий участок. Далее в корпус вставляют иглу, доводят ее острие до касания с промороженной тканью, поступательным и вращательным движением иглы осуществляют забор биопата.
В известном устройстве [8] биопсийная игла помещена в цилиндрический корпус и соответственно пациент при операции ее не наблюдает, однако, известное устройство по форме схоже с медицинским шприцем, в связи с чем у лиц, обладающих повышенной нервной возбудимостью возможно появление тревожного ощущения, что может пагубно сказаться в ходе проведения пункционной биопсии с использованием известного устройства. Кроме того, известное устройство [8] предназначено исключительно для использования его в ручном режиме с помощью специалиста-хирурга от профессионализма, которого зависит надежность проведения и успех данной операции, при этом возможность использования данного устройства в роботизированной системе для проведения малоинвазивных хирургических вмешательств - не предусмотрена.
Из уровня техники известно устройство для взятия пункции (см. US8197504, кл. А61В17/34, публ. 2012г. [9]).
В известном устройстве [9] игла для биопсии помещается внутрь чашеобразной трубки, рабочий торец, которой примыкает к интересующему участку кожи.
Отличительной характеристикой известного устройства [9] является то, что внутри чашеобразной трубки создается вакуум, обеспечивающий втягивание внутрь трубки интересующего участка кожи для осуществления прокола и последующего захвата биопата.
Данное устройство [9] комфортно, надежно и безопасно в использовании, оно может быть приспособлено для работы в автоматическом режиме в роботизированных установках для проведения малоинвазивных хирургических вмешательств, однако, у данного устройства [9] весьма узкая область применения - исключительно для проникновения биопсийной иглы в ткани стенок желудка с целью осуществления забора биопата.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства для выполнения малоинвазивных хирургических вмешательств является устройство для выполнения пункционной биопсии, используемое в роботизированной системе для проведения малоинвазивных хирургических вмешательств (см. US2009112119, кл. А61В10/02, публ. 2009г. [10]).
Известное устройство [10] выполнено в виде чашеобразного элемента рабочий торец, которого снабжен буртиком, внутри упомянутого элемента размещена биопсийная игла с механизмами, приводящими ее в рабочее состояние.
Известное устройство для биопсии [10] успешно используется в роботизированной системе для проведения хирургических операций, обладает широкой областью применения, оно удобно и надежно в эксплуатации, не провоцирует появление тревожных состояний у детей, лиц преклонного возраста, а также лиц с повышенной нервной возбудимостью. Малоинвазивное хирургическое вмешательство с помощью устройства [10] проходит преимущественно в автоматическом режиме, соответственно успех и надежность проведения операции не зависит от профессионализма и таланта хирурга под обязательным контролем, которого проходит пункционная биопсия.
Из недостатков известного устройства [10] можно отметить его сложное конструктивное выполнение, позволяющее сообщать биопсийной игле вращательное и поступательное движение и сложную конфигурацию и форму самой биопсийной иглы, что в свою очередь приводит к усложнению производства и соответственно к повышению рыночной стоимости данного устройства и самой роботизированной системы для проведения хирургических операций. Помимо сказанного, в процессе операции пункционной биопсии возможно частичное смещение чашеобразного элемента относительно места его изначальной фиксации, в виду того, что упомянутый элемент закреплен на теле с помощью ремня, охватывающего с двух сторон все тело пациента. Таким образом, у известного устройства [10] не достаточно надежно разработан замысел в отношении фиксации чашеобразного элемента на теле пациента при проведении операции пункционной биопсии.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемой группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, является создание единой инновационной полностью автоматизированной технологии для проведения пункционной биопсии, обладающей высокими медицинскими показателями и эксплуатационными характеристиками, позволяющей пациентам затрачивать наименьшее количество времени на послеоперационное воостановление, кроме того, не требующей постоянного человеческого контроля функционирования технологии и вмешательства, обслуживающего персонала в ход проведения операции пункционной биопсии.
Техническим результатом, предлагаемой автоматической роботизированной установки для осуществления малоинвазивного хирургического вмешательства, является повышение надежности захвата образцов биопата, позволяющих подтвердить доброкачественный или злокачественный характер образования, повышение точности проведения непосредственного хирургического вмешательства, уменьшение вероятности повреждения критичных органов и как следствие значительное уменьшение вероятности развития осложнений.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматическая роботизированная установка для осуществления малоинвазивного хирургического вмешательства, содержит робот-манипулятор подвижный элемент, которого на концевом участке содержит средство для выполнения чрескожной пункционной биопсии, операционное вмешательство, которого контролируется компьютерной системой, а его ход отображается на ее мониторе, при этом робот-манипулятор содержит, анестетик и антисептик, находящиеся под давлением, средство, служащее для проведения глубокой анестезии и блок управления, с которым взаимодействуют сервоприводы, выполненные с возможностью механического управления, указанного подвижного элемента и средства для выполнения чрескожной пункционной биопсии, выполненного в виде U-образной насадки, внутри которой расположены выводное сквозное отверстие для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, направляющая игла для внутритканевой анестезии, направляющая игла для пункционной биопсии и блок механизмов управления указанными иглами, при этом упомянутая компьютерная система выполнена с возможностью получения и обработки Т-срезов очагового образования, передающихся от компьютерной системы томографа, а также с возможностью осуществления разметки хода и последующего моделирования операционного малоинвазивного хирургического вмешательства с помощью специального программного обеспечения.
По одному из предпочтительных вариантов исполнения автоматической роботизированной установки, используемый антисептик и анестетик помещены в аэрозольные баллоны.
Также по одному из предпочтительных вариантов выполнения автоматической роботизированной установки, робот-манипулятор выполнен с возможностью закрепления его стационарно на полу или на потолке.
По одному из частных вариантов изготовления автоматической роботизированной установки робот-манипулятор выполнен с возможностью мобильного перемещения посредством оснащения его передвижными колесами.
Робот-манипулятор может быть оснащен средством экстренной остановки, обеспечивающейся за счет нажатия кнопки мгновенного отключения. Является целесообразным если средство, служащее для проведения глубокой анестезии, выполнено в виде поршневого механизма с электрическим мотором.
Предпочтительно если поршневой механизм помещен в цилиндрическую емкость.
По одному из предпочтительных вариантов изготовления автоматической роботизированной установки подвижный элемент робота-манипулятора выполнен в виде активного многозвенного привода.
Предлагаемая автоматическая роботизированная установка осуществляет надежное малоинвазивное хирургическое вмешательство, а именно процедуру пункционной биопсии, при этом данная система не проводит обширные разрезы кожи и не применяет общий наркоз для проведения операции. Данная установка позволяет проводить надежный и быстрый захват образцов ткани, позволяющих подтвердить доброкачественный или злокачественный характер образования.
Благодаря тому, что робот-манипулятор содержит анестетик и антисептик, находящиеся под давлением, а также средство, служащее для проведения внутретканевой анестезии, обеспечивается мгновенное обеззараживание поверхности кожи пациента и выброс анестетика для поверхностной анестезии из выводного сквозного отверстия, расположенного внутри U-образной насадки для проведения пункции, после чего незамедлительно происходит выдвижение направляющей иглы для внутритканевой анестезии, которая проходит сквозь кожу пациента, продвигается послойно под кожу, вводя анестетик в соответствии с ранее установленными в автоматическом режиме условиями, сформированными с помощью специального программного обеспечения.
Благодаря тому, что подвижный элемент робота-манипулятора выполнен в виде активного многофункционального многозвенного привода, а сервоприводы связаны с блоком управления, получающим параметры и условия выполнения хирургического вмешательства, и выполнены с возможностью управления упомянутого привода и соответственно U-образной насадки внутри, которого установлена игла для пункционной биопсии, а также блок управляющих механизмов, благодаря тому, что компьютерная система выполнена с возможностью получения и обработки КТ-срезов очагового образования, передающихся от компьютерной системы томографа, а также благодаря тому, что компьютерная система выполнена с возможностью разметки хода и последующего моделирования процедуры для безошибочного роботизированного малоинвазивного хирургического вмешательства, обеспечивается повышение надежности захвата образцов биопата, так как компьютерной системой выбираются условия и параметры, наносящие минимальный вред соседним органам, происходит повышение точности непосредственного хирургического вмешательства, поскольку при компьютерном анализе выбираются оптимальные параметры и условия движения пункционной иглы, позволяющие с исключительной точностью направить иглу в нужную точку, тем самым уменьшая вероятность повреждения критичных органов, в связи с чем, уменьшается вероятность развития возможных осложнений.
Техническим результатом, предлагаемого способа проведения малоинвазивного хирургического вмешательства, является сокращение времени его проведения, повышение надежности захвата образцов биопата, позволяющих подтвердить доброкачественный или злокачественный характер образования, минимизация болевых ощущений при непосредственном проведении хирургического вмешательства, уменьшение вероятности повреждения критичных органов и как следствие значительное уменьшение вероятности развития осложнений, уменьшение времени восстановления пациента после выполнения пункционной биопсии, а также исключение воздействия ионизирующего излучения на обслуживающий роботизированную установку персонал.
Указанный технический результат достигается тем, что способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства, включает оценку локализации и параметров очагового образования, а так же выбор участка пункции с помощью компьютерной томографии и выполнение чрескожной пункционной биопсии очагового образования с помощью биопсийной иглы, при этом, изготовленные компьютерной системой томографа КТ-срезы очагового образования направляются в компьютерную систему автоматической роботизированной установки, осуществляющей малоинвазивное хирургическое вмешательство, посредством, которой выполняется разметка хода и моделирование пункционной биопсии, а полученные ею упомянутые КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления оптимальных параметров и условий проведения роботизированного операционного вмешательства, осуществляемого U-образной насадкой подвижного элемента робота- манипулятора внутри, которой помещена упомянутая биопсийная игла и блок механизмов для ее механического управления, по окончании определения упомянутых параметров и условий, осуществляется касание упомянутой U-образной насадки участка кожи пациента, проводится поверхностная и внутритканевая анестезия указанного участка и последующее чрескожное движение пункционной иглы для взятия материала, обеспечивающиеся в соответствии с установленными ранее параметрами и условиями для проведения соответствующего операционного вмешательства, на всем протяжении, которого томографом осуществляется его сканирование и проецирование его хода на монитор компьютерной системы.
Является наиболее предпочтительным, если КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления виртуального участка соприкосновения U- образной насадки и поверхности тела пациента, заключающееся в планировании и моделировании безопасного движения активного многозвенного привода к участку контакта, определяются точки входа и маршруты направляющей иглы для внутретканевой анестезии, этапы поверхностной и внутретканевой анестезии, а также участок и маршруты пункционной иглы для забора биопата.
Целесообразно если точки входа направляющей иглы для внутретканевой анестезии и иглы для пункционной биопсии определяются путем выявления края воздух-кожа по плотности HU (единиц Хаусфилда).
По одному из предпочтительных вариантов осуществления маршруты иглы для внутритканевой анестезии определяются по разнице плотностей кожи и слоев мышечной ткани.
Является наиболее предпочтитльным если маршруты игл определяются с возможностью коррекции хода процедуры оператором.
Наиболее предпочтительно если маршруты иглы для пункционной биопсии определяются с учетом возможности минимального воздействия на сосуды и критичные органы пациента.
По одному из частных вариантов осуществления предлагаемого способа минимальное воздействие на сосуды и критичные органы пациента обеспечиваются с помощью проведения КТ с в/в (внутривенным) контрастированием или проведения МРТ. Целесообразно для осуществления контроля дыхания пациента, к роботу- манипулятору подключать средство контроля экскурсии грудной клетки, при этом на пациента вешается пояс, контролирующий изменение объема грудной клетки. По одному из частных вариантов исполнения способа на глаза пациента одевают медицинские очки, на которых отображаются данные о его дыхании во время сканирования и поступающие данные в реальном времени. Целесообразно если пациент осуществляет вдох равный по глубине вдоху во время сканирования.
По одному из частных вариантов использования способа перед установлением параметров и условий проведения операционного вмешательства, производят калибровку робота-манипулятора по координатам томографа. Предпочтительно, если калибровка выполняется при помощи U-образной насадки для пункции, которая при помощи активного многозвенного привода робота-манипулятора двигается до положения совмещения своих меток с метками лазеров томографа, далее робот- манипулятор фиксируется стопорами на месте.
С помощью предложенного способа, наилучшим образом, осуществляется малоинвазивное операционное вмешательство, а именно пункционная биопсия органов грудной клетки, малого таза, брюшной полости и конечностей.
Предлагаемый роботизированный автоматический способ проведения пункционной биопсии лишен недостатков известного способа хирургической биопсии, в том числе и необходимости проведения обширных разрезов кожи и применения общего наркоза.
В предлагаемом роботизированном способе, изготовленные компьютерной системой томографа КТ-срезы очагового образования направляются в компьютерную систему автоматической роботизированной установки, осуществляющей малоинвазивное хирургическое вмешательство, при этом посредством компьютерной системы упомянутой автоматической установки выполняется разметка хода и моделирование пункционной биопсии, а полученные ею упомянутые КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу с целью автоматизированного установления оптимальных параметров и условий, с помощью специального программного обеспечения для проведения соответствующего роботизированного операционного вмешательства. Указанный прием обеспечивает повышение надежности захвата образцов биопата, позволяющих подтвердить доброкачественный или злокачественный характер образования, так как, компьютерной системой выбираются условия и параметры, наносящие минимальный вред соседним органам, происходит снижение вероятности повреждения критичных органов, поскольку при компьютерном анализе выбираются оптимальные параметры движения пункционной иглы, позволяющие с исключительной точностью и аккуратностью направить иглу в определенную точку, что в свою очередь уменьшает вероятность развития возможных осложнений и соответственно значительно уменьшает время на послеоперационное восстановление пациента.
Благодаря тому, что непосредственно перед операцией пункционной биопсии заранее известны все условия и параметры ее проведения, значительно повышается качество и сокращается время проведения самой процедуры, поскольку операция проходит в роботизированном безошибочном режиме по заранее сформированной программе без траты времени на изучение внутренних органов при непосредственной биопсии для ее качественного и надежного выполнения.
В результате того, что проводится поверхностная и внутретканевая анестезия, выбранного участка у пациента и последующее чрескожное движение пункционной иглы для взятия материала, обеспечивается минимизация болевых ощущений и максимальный комфорт для пациента при непосредственном проведении хирургического вмешательства.
Кроме того, в сущности, весь процесс предлагаемого автоматизированного малоинвазивного роботизированного хирургического вмешательства проходит на столе, внутри гентри томографа, что практически полностью исключает воздействие рентгеновского излучения на обслуживающий персонал.
Техническим результатом, предлагаемого устройства для выполнения чрескожной пункционной биопсии, является минимизация нарушения целостности кожи, существенное снижение риска развития инфекции и таких осложнений как кровотечение, пневмоторакс и ателектаз легких, повышение надежности и точности проведения процедуры, улучшение фиксации на интересующем участке кожи пациента, минимизация болевых ощущений, а также уменьшение вероятности повреждения критичных органов. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для выполнения чрескожной пункционной биопсии, содержит биопсийную иглу, установленную внутри полой U-образной в продольном сечении насадки с открытым основанием, фиксирующимся на кожном участке пациента, насадка изготовлена с переменной шириной относительно ее высоты, при этом ширина ее основания увеличивается в сторону указанного кожного участка пациента, при этом внутри насадки расположены выводное сквозное отверстие для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, направляющая игла для внутретканевой анестезии, а также блок механизмов для управления подачи поверхностной анестезии и всеми упомянутыми иглами, обеспечиваемого в соответствии с заранее автоматически установленными оптимальными параметрами и условиями для проведения роботизированной чрескожной пункционной биопсии.
Предлагаемая U-образная в продольном сечении насадка выполнена с переменной шириной относительно ее высоты, при этом ширина ее основания увеличивается в сторону кожного участка пациента. Данный конструктивный прием за счет, полученных такой конструкцией с переменной шириной и своего рода кольцевым буртиком, всасывающих свойств, обеспечивает наилучшее сцепление насадки с кожей пациента со слегка ее всасыванием внутрь самой насадки. Предложенная конструкция насадки, как таковая, обеспечивает существенное снижение вероятности развития инфекции, поскольку по существу, "оперируемый" участок кожи закрыт насадкой и не допускает попадание какой-либо инфекции через игловые отверстия.
Согласно предложенному изобретению внутри насадки расположены биопсийная игла, отверстие для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, игла для внутретканевой анестезии, а также блок управления для управления анестезией и всеми иглами, что позволяет достигать минимального повреждения кожного покрова (используются тонкие иглы) и соответственно минимальных болевых ощущений.
Блок управления предлагаемой насадки выполнен с возможностью принятия и обработки информации от компьютерной системы роботизированной установки, для осуществления управлением всеми иглами и анестезией в полном соответствии с заранее установленными оптимальными параметрами и условиями для проведения роботизированной чрескожной пункционной биопсии, что в свою очередь позволяет повысить надежность и точность проведения процедуры, обеспечивая при этом существенное уменьшение вероятности повреждения критичных органов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой автоматической роботизированной системы с подключенным к ней томографом, снабженным соей компьютерной системой;
На фиг. 2 представлен продольный разрез предлагаемой насадки для проведения операционного вмешательства в виде пункционной биопсии;
На фиг. 3 представлено изображение КТ-среза автоматического планирования траектории движения биопсийной иглы;
На фиг. 4 представлено изображение КТ-среза движения биопсийной иглы в режиме реального времени.
Осуществления изобретения
Предлагаемая группа изобретений поясняется конкретным примером реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядным образом демонстрирует достижение указанными совокупностями существенных признаков объективно проявляющегося технического результата, который решает, поставленную перед группой изобретений задачу.
В предлагаемую автоматическую роботизированную технологию с помощью, которой осуществляется малоинвазивное хирургическое вмешательство включены, следующие устройства и элементы:
- компьютерный томограф (КТ) 1 ;
- стол томографа 2;
- компьютерная система томографа 3;
- компьютерная система роботизированной установки 4;
- апертура томографа 5;
- робот-манипулятор 6;
- активный многозвенный привод 7;
- корпус робота-манипулятора 8; - аэрозольные баллоны 9 для анестетика и антисептика;
- поршневой механизм 10 с помощью, которого осуществляется поверхностная анестезия;
- резиновые трубки 11;
- звенья активного привода 12;
- коннектор 13;
- полая насадка 14 для выполнения пункционной биопсии;
- электромотор 15 поршневого механизма;
- сервоприводы 16;
- сквозное отверстие 17, предназначенное для подачи поверхностной анестезии;
- направляющая игла 18 для внутритканевой анестезии;
- пункционная игла 19 для пункционной биопсии;
- блок механизмов 20, осуществляющий управление, указанными иглами и подачу поверхностной анестезии.
Автоматическая роботизированная установка для осуществления малоинвазивного хирургического вмешательства содержит робот-манипулятор 6, подвижный элемент, которого выполнен в виде многозвенного активного привода 7. На концевом участке многозвенного активного привода 7 установлен коннектор 13, к которому присоединена U-образная полая насадка 14, которая выполняет пункционную биопсию.
Операционное вмешательство U-образной насадки 14 полностью контролируется компьютерной системой роботизированной установки 4. Результаты предоперационных исследований "интересующего участка" и непосредственно ход операционного вмешательства отображаются на мониторе компьютерной системы 4.
Робот-манипулятор 6 содержит анестетик и антисептик, находящиеся под давлением в аэрозольных баллонах 9, средство, служащее для хранения и подачи глубокой анестезии, выполненное в виде поршневого механизма 10 с электромотором 15 и блок управления (на фиг. не изображен).
С упомянутым блоком управления взаимодействуют сервоприводы 16, имеющие возможность механического управления активного многозвенного привода 7 и собственно U-образной полой насадки 14, осуществляющей непосредственное малоинвазивное вмешательство, заключающееся в проведении пункционной биопсии.
Внутри U-образной полой насадки 14 расположены выводное сквозное отверстие 17 для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, направляющая игла 18 для внутритканевой анестезии, направляющая игла 19 для пункционной биопсии, а также блок механизмов 20 управления упомянутыми иглами и выбросом поверхностной анестезии.
Компьютерная система роботизированной установки 4 выполнена с возможностью получения и обработки КТ-срезов очагового образования, которые передаются от компьютерной системы томографа 3, а также с возможностью осуществления разметки хода и последующего моделирования операционного малоинвазивного хирургического вмешательства с помощью специального программного обеспечения.
Робот-манипулятор 6 оснащен средством экстренной остановки, обеспечивающейся за счет нажатия кнопки мгновенного отключения (на фиг. не обозначена).
Работает предлагаемая группа изобретений следующим образом.
Предлагаемая автоматическая роботизированная установка, в сущности, состоит из подвижного робота-манипулятора 6 с подключенной к нему, управляющей и контролирующей его компьютерной системой 4.
Прежде чем начинать процедуру при подвижном варианте автоматической роботизированной установки, необходимо произвести ее калибровку по координатам КТ 1. Однако при стационарном способе крепления калибровка при каждом выполнении процедуры малоинвазивного хирургического вмешательства не требуется.
После калибровки предлагаемой автоматической роботизированной установки за нулевую точку принимается ISO-центр КТ (хО; уО; ζθ). Смещение происходит в осях Y и X за счет движения активного многозвенного привода 7. При этом ограничением является размер апертуры 5 КТ 1 и размер U-образной насадки 14, расположенной на конце активного многозвенного привода 7. В оси Z происходит смещение за счет движения стола томографа 2. При этом координата xOyOzO после калибровки соответствует кончику иглы для пункции 19. После получения данных о пациенте в компьютерную систему роботизированной установки 4 поступают снимки DICOM формата из компьютерной системы томографа 3. С помощью определения плотности в единицах HU определяются края тела пациента по разнице плотности воздух-ткань. При этом определяются возможные координаты для безопасного движения активного многозвенного привода 7 и U-образной насадки 14 робота- манипулятора 6 в апертуре 5 КТ 1 для осуществления манипуляции.
Для выполнения калибровки (при подвижном варианте автоматической роботизированной установки) оператор устанавливает ее вблизи КТ 1 и осуществляет движение активного многозвенного привода 7 с U-образной насадкой 14 и двигает его до тех пор, пока метки на U-образной насадке 14 не совместятся с лазерами КТ 1. После установки автоматическая роботизированная установка фиксируется стопорами на месте. Активный многозвенный привод 7 с U-образной насадкой 14 выходят из апертуры 5 КТ 1 и устанавливаются в исходном положении таким образом, чтобы не мешать ходу выполнения сканирования пациента.
Далее пациента полностью раздевают, укладывают на стол томографа 2 и с помощью КТ 1 производят сканирование в области предполагаемого малоинвазивного хирургического вмешательства. Подключают датчик контроля экскурсии для сканирования подвижных органов пациента. Изготовленные компьютерной системой томографа 3 КТ-серии срезов очагового образования отправляются в компьютерную систему роботизированной установки 4 с помощью, которой происходит разметка хода и моделирование пункционной биопсии (с помощью специального программного обеспечения). Полученные компьютерной системой роботизированной установки 4 КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления оптимальных параметров и условий проведения роботизированного операционного вмешательства (с помощью специального программного обеспечения), а именно, на указанных КТ-срезах, с помощью компьютерной системы роботизированной установки 4 в трехмерной проекции, определяются:
- виртуальное место соприкосновения U-образной полой насадки 14 и тела пациента (автоматическая роботизированная установка планирует и моделирует точное и безопасное движение активного многозвенного привода 7 к участку контакта);
- определяется участок стыковки U-образной полой насадки 14 с пациентом;
- определяются точки входа направляющей иглы для внутритканевой анестезии 18 и иглы для пункционной биопсии 19, а также все необходимые этапы анестезии с учетом отдельных особенностей каждого пациента;
- определяется оптимальная траектория перемещения иглы для пункционной биопсии 19.
Точки входа указанных игл 18 и 19 определяются путем выявления края воздух - кожа по плотности HU. Маршруты иглы для внутретканевой анестезии 18 определяются по разнице плотностей кожи и слоев мышечной ткани. Маршруты иглы для пункционной биопсии 19 определяются с учетом возможности минимального воздействия на сосуды и критичные органы. Маршруты игл 18, 19 определяются с возможностью коррекции хода процедуры оператором. Для обеспечения минимального воздействия на сосуды и критичные органы сканирование с помощью КТ 1 можно проводить с в/в контрастированием. Кроме того, в некоторых случаях, возможно осуществлять контроль дыхания.
Для осуществления контроля дыхания предварительно при биопсии сложных подвижных участков к автоматической роботизированной установке заранее подключают датчик контроля экскурсии грудной клетки (на фиг. не показан). На пациента вешается пояс, который контролирует изменение объема грудной клетки. При этом также заранее на глаза пациента одеваются очки, отображающие кривую его дыхания во время сканирования, и кривую дыхания в реальном времени. Пациент должен осуществить вдох равный по глубине вдоху во время сканирования. Однако как было оговорено ранее, делается это в исключительных случаях, только при биопсии грудной клетки и не практикуется с пациентами преклонного возраста, которым затруднительно проводить такую манипуляцию.
Далее, при заданных оптимальных условиях и параметрах предлагаемая автоматическая роботизированная установка начинает выполнение процедуры малоинвазивного хирургического вмешательства.
На всем протяжении процедуры автоматическая роботизированная установка подключена к КТ 1 и имеет возможность осуществлять полное управление и контроль КТ 1, в частности для осуществления возможности контроля стола 2, контроля угла его наклона и для возможности проведения сканирования.
После завершения процедуры планирования происходит запуск и расчет процедуры выполнения операции пункционной биопсии. Размеры U-образной полой насадки 14 зависят от выбранного типа пункционной иглы 19, длина которой может варьироваться от 10 до 30 см, при этом размеры апертуры 5 КТ 1 составляют 70 см. Далее на столе 2 КТ 1 пациент перемещается таким образом, чтобы хватало места для пункционной биопсии. В некоторых редких случаях для осуществления манипуляции может понадобиться смена положения на бок, либо на живот. Робот-манипулятор 6 определяет расстояние от поверхности пациента до максимальной верхней точки апертуры 5, используя данные HU. В случае, если расстояние недостаточно для осуществления процедуры малоинвазивного хирургического вмешательства, робот манипулятор 6 производит команды к смещению пациента до тех пор, пока расстояние будет достаточным для точного и безопасного передвижения активного многозвенного привода 7 робота-манипулятора 6. После продвижения активного многозвенного привода 7 с U-образной полой насадкой 14 в апертуру 5 КТ 1 происходит касание U-образной полой насадкой 14 поверхности кожи, что в свою очередь активирует датчик давления и робот-манипулятор 6 останавливает свое движение. Далее по мере необходимости КТ 1 по команде робота-манипулятора 6, может менять угол наклона стола 2 и одновременно робот-манипулятор 6 может осуществлять изменение угла положения U-образной полой насадкой 14. Важно отметить, что если во время процедуры планирования осуществлялся наклон КТ 1 в сторону ног пациента, а пациент лежал головой в гентри КТ 1, то соответственно робот-манипулятор 6 меняет свое положение так, чтобы доступ в апертуру 5 сохранился. При этом передвижной робот-манипулятор 6 необходимо переместить и повторить процесс калибровки.
После того, как между КТ 1 и роботом-манипулятором 6 достигнуты все условия и параметры для проведения успешной и надежной операции, в частности, такие как положение угла наклона стола 2 и оптимальное расстояние робота- манипулятора 6 от гентри КТ 1, происходит процесс сканирования, а именно КТ 1 делает одно сканирование, таким образом, чтобы оператор смог проконтролировать положение U-образной полой насадкой 14. На контрольном скане отображается ход процедуры. Далее из аэрозольных баллонов 9 и при необходимости из поршневого механизма 10 происходит выброс антисептика для обеззараживания поверхности и выброс анестетика для поверхностной анестезии, через резиновые трубки 11 осуществляется движение анестетика и антисептика, проходят внутри активного многозвенного привода 7, далее через коннектор 13 и попадают в U-образную полую насадку 14, а конкретно в сквозное отверстие 17, предназначенное для выброса поверхностной анестезии на зафиксированный участок кожи пациента.
Далее выдвигается направляющая игла 18 для внутритканевой анестезии и входит под кожу пациента. В это время делается контрольный скан. Оператор оценивает параметры и условия положения иглы 18. Затем игла для внутритканевой анестезии 18 продвигается послойно под кожу, вводя анестетик в соответствии с ранее установленными параметрами и условиями. В это время КТ 1 продолжает делать контрольные сканы. По завершении анестезии игла 18 для внутритканевой анестезии аккуратно и точно возвращается в исходное положение. Далее выдвигается пункционная игла 19 для проведения пункционной биопсии, которая продвигается в область интереса для взятия материала. При этом на всем протяжении операции с помощью КТ 1 происходит сканирование хода манипуляции и проецирование всех действий на монитор компьютерной системы роботизированной установки 4. Как только пункционная игла 19 достигает выбранной точки, происходит взятие материала и ее возвращение в исходное положение.
Для мест требующих контроля дыхания процедура осуществляется с синхронизацией по дыханию из записанной ранее кривой дыхания. Робот- манипулятор 6 производит манипуляцию в тот момент, когда кривая реального времени совпадает с загруженной, а контроль движение пациента происходит по оценке HU в выбранной области. Если пациент двигался - робот-манипулятор 6 даст сигнал.
При этом важно отметить, что активный многозвенный привод 7 имеет несколько звеньев для обеспечения подвижности. По активному приводу 7 проходят кабеля, валы, полые трубки, соединяющие робот-манипулятор 6 с U-образной полой насадкой 14. Коннектор 13, размещенный на конце активного привода 7, выполнен с возможностью осуществления связи его механизмов с U-образной полой насадкой 14 для выполнения определенных движений последней (прямолинейных, вращательных и др.), а также движения игл 18 и 19 и подачи лекарственных препаратов (анестезии) и других определенных ранее движений, вращений в соответствии с установленными ранее параметрами и условиями для выполнения успешной и надежной пункционной биопсии.
В случае возникновения экстренных непредвиденных ситуаций: отключение электричества, сильное движение пациента, ошибки в манипуляции и т.п., робот- манипулятор 6 оборудован кнопкой экстренной остановки. В случае ее нажатия происходит полное обесточивание всех механизмов входящих в состав, предложенной технологи малоинвазивного хирургического вмешательства, при этом все иглы 18 и 19 соответственно возвращаются в исходное положение с помощью пружин взаимодействующих с ними, при этом при отсутствии питания сервоприводы 16 находятся в свободном вращении.
Пример 1.
Мужчина, 47 лет.
На плановой рентгенографии ОГК выявлено образование верхней доли правого легкого размером до 0,5 см. Больной отправлен в стационар на дообследование.
St.prasens: Температура 36.7, ЧДД 22 в минуту, ЧСС 71 уд/мин.
Общий анализ мочи и крови не изменен.
Жалобы: активно не предъявляет.
Из вредных привычек отмечает курение с 12 лет.
Пункция под контролем рентгенографии затруднительна в связи с небольшим размером образования. Больному провели контрольное КТ исследование, на котором выявлено образование округлой формы до 0.5 см в верхней доле правого легкого. Других изменений в органах грудной клетки не выявлено. Решено провести пункцию данного участка с помощью предлагаемой технологии малоинвазивного хирургического вмешательства под контролем КТ. Полученные данные КТ были переданы в компьютерную систему управления автоматической роботизированной установки, с помощью, которой было выполнено моделирование и разметка хода процедуры пункции, а также определены все оптимальные параметры и условия для процедуры пункции. Данные были переданы на саму автоматическую роботизированную установку (робот-манипулятор 6 с компьютерной системой 4), которая осуществила манипуляцию с использованием U-образной полой насадки 14 для пункции. Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью КТ 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные (снимки) попадания пункционной иглы 19 в очаговые образования и взятие оттуда гистологического материала. Материал передан в лабораторию для анализа. Выявлен плоскоклеточный рак.
Диагноз: плоскоклеточный рак верхней доли правого легкого.
Благодаря данной технологии удалось на ранней стадии выявить рак легкого, случайно обнаруженный при плановом обследовании. Незамедлительная пункция малых образований возможна только с использованием предложенной автоматичекой роботизированной системой (робота-манипулятора 6 с компьютерной системой 4), так как она работает в паре с КТ 1, имеет четкую надежную ориентировку по координатам и учитывает экскурсию грудной клетки пациента, что позволяет надежно и успешно проводить пункции малых образований недоступных при рентгеновском контроле.
У больного не выявлено повреждений критичных органов, были минимальные болевые ощущения, появление инфекции - не зафиксировано.
Пример 2
Мужчина, 57 лет.
Поступает с жалобами на желтушность кожных покровов, повышение температуры, общее недомогание, похудание, изменение окраски кала и мочи. Больной госптализируется в стационар с подозрением на желчнокаменную болезнь. Проведено УЗИ, на котором выявлен небольшой конкремент в проекции желчного пузыря и расширение внутрипеченочных желчных протоков. Для уточнения причины расширения внутрипеченочных желчных протоков больной направлен на МР- холангиографию. Было выявлено расширение внутрипеченочных желчных протоков с обструкцией бифуркации общепеченочного протока и подозрение на наличие в указанном месте образования. Больному произвести биопсию под контролем УЗИ не удалось, в связи с большим количеством газа в кишечнике, характерными артефактами от камней в желчном пузыре и сложностью в визуализации места сужения. Было произведено КТ с внутривенным контрастированием, на котором выявлено накопление контрастного препарата в проекции общего печеночного протока. Полученные данные КТ были переданы на компьютерную систему 4 управления автоматической роботизированной системой, где было выполнено моделирование и разметка хода процедуры пункции, а также определены все оптимальные параметры и условия для процедуры пункции.
Данные были переданы на саму автоматическую роботизированную установку (робот-манипулятор 6 с компьютерной системой 4), которая осуществила манипуляцию с использованием U-образной полой насадки 14 для пункции.
Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью К Г 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные(снимки) попадания пункционной иглы 19 в образование и взятие оттуда гистологического материала. Материал передан в лабораторию для анализа.
Гистология: Высокодифференцированная аденокарцинома.
В результате проведения пункционной биопсии удалось выявить образование на ранней стадии в месте трудновыполнимым для пункции под контролем УЗИ.
Пункционная биопсия прошла точно и надежно, критичные органы не задеты, болевых ощущений не было, целостность кожи не нарушена. Больной быстро восстановился после данной операции. Пример 3
Девушка 18 лет.
Поступила в больницу с жалобами на слабость, общее недомогание, повышение температуры до 37,5. При оценке рентгенограммы органов грудной клетки появилось подозрение на увеличение лимфатических узлов средостения. Рекомендовано КТ органов грудной клетки. При КТ определяется увеличение всех групп лимфатических узлов средостения. Для уточнения дигноза решено произвести пункцию внутригрудных лимфтических узлов с помощью предлагаемой технологии малоинвазивного хирургического вмешательства, в связи с тем, что на обычной ренгенограмме внутригрудные лимфотические узлы не диффиренцируются, ультразвук недоступен для пункции средостения.
Полученные данные КТ были переданы на компьютерную систему 4 управления автоматической роботизированной системой, где было выполнено моделирование и разметка хода процедуры пункции, а также определены все оптимальные параметры и условия для процедуры пункции.
Данные были переданы на саму автоматическую роботизированную установку (робот-манипулятор 6 с компьютерной системой 4), которая осуществила манипуляцию с использованием U-образной полой насадки 14 для пункции.
Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью КТ 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные(снимки) попадания пункционной иглы 19 в образование и осуществить надежный и успешный забор оттуда гистологического материала. Материал передан в лабораторию для анализа.
Полученный материал передан на гистологическое исследование, заключение- неказеифицированные эпителиоидные гранулёмы.
Диагноз: Саркоидоз.
Данная технология пункционной биопсии позволяет пунктировать структуры с высокой точностью и постоянным контролем со стороны врача, но без его непосредственного вмешательства, что дает возможность для исследования областей с прилежащими жизненноважными органами, не боясь осложнений.
При проведении операции критичные органы не задеты, целостность кожи не нарушена, развитие инфекции не выявлено.
Пример 4
Женщина, 45 лет.
Из анамнеза: резекция левой почки по поводу почечно-клеточного рака. Проходила плановое обследование на КТ, выявлено образование левого надпочечника. Для пункции выбрана предлагаемая технология, так как для УЗИ визуализации надпочечников крайне затруднительна. Полученный материал после биопсии- метастаз рака почки.
Полученные данные КТ были переданы на компьютерную систему 4 управления автоматической роботизированной системой, где было выполнено моделирование и разметка хода процедуры пункции, а также определены все оптимальные параметры и условия для процедуры пункции.
Данные были переданы на саму автоматическую роботизированную установку (робот-манипулятор 6 с компьютерной системой 4), которая осуществила манипуляцию с использованием U-образной полой насадки 14 для пункции.
Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью КТ 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные(снимки) попадания пункционной иглы 19 в образование и осуществить надежный и успешный забор оттуда гистологического материала. Материал передан в лабораторию для анализа.
С помощью предлагаемой технологии возможно пунктировать образования, находящиеся в труднодоступных местах, быстро и оперативно, не боясь осложнений и без какой-либо сложной предварительной подготовки.
У больной не выявлено осложнений, инфекций, целостность кожи не нарушена.
По словам больной самочувствие хорошее, восстановление прошло быстро.
Пример 5
Мужчина, 33 года.
Поступил с жалобами на слабость, снижение аппетита, похудание.
Из анамнеза: ВИЧ-инфицированный.
На ренгенограмме органов грудной клетки патологии не выявлено, УЗИ органов брюшной полости и органов малого таза - норма. На МРТ в малом тазу выявлены единичные увеличенные лимфоузлы, местами слившиеся в конгломераты. Ввиду плохой визуализации на УЗИ решено воспользоваться предлагаемой технологией под контролем КТ. Во время разметки хода и моделирования процедуры на компьютерной системе 4 данные КТ были наложены, что облегчило визуализацию образований малого таза и определение точек доступа пункционной иглы 19 и направляющей иглы 18 для внутритканевой анестезии.
Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью КТ 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные(снимки) попадания пункционной иглы 19 в образование и осуществить надежный и успешный забор оттуда гистологического материала. Материал передан в лабораторию для анализа.
После проведенного исследования получен биоптат. Гистология на фоне гиперплазии лимфоидной и ретикулярной ткани специфично присутствие эпителиоидных и гигантских клеток Пирогова— Лангханса.
Диагноз: туберкулез.
На данном примере видно, что с помощью предлагаемой технологии можно проводить сложные пункции без непосредственного участия врача-хирурга, что позволяет не отрывать персонал от лечебной работы для проведения диагностических мероприятий, исключено вредное воздействие рентгеновского излучения и возможные вредные воздействия на персонал, связанные с выполнением данной сложной манипуляции, а также обеспечено значительное понижение вероятности попадания инфекции в область непосредственного хирургического малоинвазивного вмешательства.
По словам больного, болевых ощущений при операции он не испытывал, после операции самочувствие хорошее.
Пример 6
Мужчина, 53 года.
Поступает в больницу для уточнения диагноза.
Из анамнеза: курение с 18 лет.
Считает себя больным в течении 3-х месяцев, когда впервые почувствовал слабость, недомогание, повышение температуры до 37,5 градусов, появился кашель и кровохарканье.
Незамедлительно было проведено рентгенологическое исследование, на котором в верхней доле левого лёгкого было обнаружено образование размером до 8 мм, неоднородной структуры, с лучистыми контурами и с полостью в центре. Проведена КТ, на которой была выявлена похожая картина с увеличением лимфатических узлов средостения с обеих сторон. Решено пропунктировать данное образование под контролем рентгена. Материал, отправленный на гистологическое исследование, не информативен.
Проведена повторная пункция под контролем рентгена, гистологическое заключение-картина соответствует воспалительным изменениям легочной ткани.
Больному выставлен первоначальный диагноз туберкулёз.
Назначен КТ-контроль через 2 недели. За этот период самочувствие улучшилось, температура нормализовалась. Другие специфические реакции на туберкулёз отрицательны. При контрольном КТ-исследовании определяется небольшая положительная динамика в виде незначительного уменьшения размеров образования. В связи с отсутствием специфической реакции на туберкулёз больного рекомендовано дообследовать для определения этиологии заболевания. Из-за низкой информативности предыдущих двух пункций больного решено отправить на проведение манипуляции с помощью предлагаемой технологии малоинвазивного вмешательства.
Перед пункцией на КТ 1 проведено исследование грудной клетки с контрастированием. Вышеописанный участок активно накапливает контрастный препарат по периферии от полости. Данные с КТ 1 переданы на компьютерную систему 4 роботизированной системы для разметки хода и моделирования процедуры биопсии, а также для определения всех оптимальных параметров и условий для процедуры пункции.
Данные были переданы на саму автоматическую роботизированную установку (робот-манипулятор 6 с компьютерной системой 4), которая осуществила манипуляцию с использованием U-образной полой насадки 14 для пункции.
Во время манипуляции происходило непрерывное сканирование с помощью КТ 1 всего хода процедуры для осуществления контроля за важнейшим движением игл для внутритканевой анестезии 18 и для пункции 19, также проводилась анестезия. Таким образом, удалось получить достоверные данные(снимки) попадания пункционной иглы 19 в образование и удалось осуществить надежный и успешный забор гистологического материала из участка, наиболее активно, накапливающего контрастный препарат.
Материал передан на гистологию.
Заключение: плоскоклеточный рак.
Диагноз: плоскоклеточный рак верхней доли левого лёгкого.
На данном примере видно, что с помощью предлагаемой технологии малоинвазивного хирургического материала есть возможность производить пункцию не только образования в целом, но и выбранного участка образования для получения надежного максимально точного результата.
У больного не выявлено повреждений критичных органов, былевые ощущения были минимальными, инфекций не выявлено, целостность кожи не нарушена, сама операция прошла быстро и незаметно. Восстановление после операции прошло быстро и легко.
Таким образом, с помощью предлагаемой технологии, наиболее успешно, возможно осуществлять малоинвазивное хирургическое операционное вмешательство, а именно, пункционную биопсию органов грудной клетки, брюшной полости, малого таза и конечностей.

Claims

Формула изобретения
1. Автоматическая роботизированная установка для осуществления малоинвазивного хирургического вмешательства, содержащая робот-манипулятор подвижный элемент, которого на концевом участке содержит средство для выполнения чрескожной пункционной биопсии, операционное вмешательство, которого контролируется компьютерной системой, а его ход отображается на ее мониторе, отличающаяся тем, что робот-манипулятор содержит, анестетик и антисептик, находящиеся под давлением, средство, служащее для проведения глубокой анестезии и блок управления, с которым взаимодействуют сервоприводы, выполненные с возможностью механического управления, указанного подвижного элемента и средства для выполнения чрескожной пункционной биопсии, выполненного в виде U-образной насадки, внутри которой расположены выводное сквозное отверстие для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, направляющая игла для внутретканевой анестезии, направляющая игла для пункционной биопсии и блок механизмов управления указанными иглами, при этом упомянутая компьютерная система выполнена с возможностью получения и обработки КТ-срезов очагового образования, передающихся от компьютерной системы томографа, а также с возможностью осуществления разметки хода и последующего моделирования операционного малоинвазивного хирургического вмешательства.
2. Автоматическая роботизированная установка по п. 1, отличающаяся тем, что антисептик и анестетик помещены в аэрозольные баллоны.
3. Автоматическая роботизированная установка по п. 1, отличающаяся тем, что робот-манипулятор выполнен с возможностью закрепления его стационарно на полу или на потолке.
4. Автоматическая роботизированная установка по п. 1, отличающаяся тем, что робот-манипулятор выполнен с возможностью мобильного перемещения посредством оснащения его передвижными колесами.
5. Автоматическая роботизированная установка по п. 1, отличающаяся тем, что робот-манипулятор оснащен средством экстренной остановки, обеспечивающейся за счет нажатия кнопки мгновенного отключения.
6. Автоматическая роботизированная установка по п. 1 , отличающаяся тем, что средство, служащее для проведения глубокой анестезии, выполнено в виде цоршневого механизма с электрическим мотором.
7. Автоматическая роботизированная установка по п. 6, отличающаяся тем, что поршневой механизм помещен в цилиндрическую емкость.
8. Автоматическая роботизированная система по п. 1, отличающаяся тем, что подвижный элемент робота-манипулятора выполнен в виде активного многозвенного привода.
9. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства, включающий оценку локализации и параметров очагового образования, а так же выбор участка пункции с помощью компьютерной томографии и выполнение чрескожной пункционной биопсии очагового образования с помощью биопсийной иглы, отличающийся тем, что изготовленные компьютерной системой томографа КТ- срезы очагового образования направляются в компьютерную систему автоматической роботизированной установки, осуществляющей малоинвазивное хирургическое вмешательство, посредством, которой выполняется разметка хода и моделирование пункционной биопсии, а полученные ею упомянутые КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления оптимальных параметров и условий проведения роботизированного операционного вмешательства, осуществляемого U-образной насадкой подвижного элемента робота-манипулятора внутри, которой помещена упомянутая биопсийная игла и блок механизмов для ее механического управления, по окончании определения упомянутых параметров и условий, осуществляется касание упомянутой U-образной насадки участка кожи пациента, проводится поверхностная и внутритканевая анестезия указанного участка и последующее чрескожное движение пункционной иглы для взятия материала, обеспечивающиеся в соответствии с установленными ранее параметрами и условиями для проведения соответствующего операционного вмешательства, на всем протяжении, которого томографом осуществляется его сканирование и проецирование его хода на монитор компьютерной системы.
10. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 9, отличающийся тем, что КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу в целях автоматизированного установления виртуального участка соприкосновения U-образной насадки и поверхности тела пациента, заключающееся в планировании и моделировании безопасного движения активного многозвенного привода к участку контакта, определяются точки входа и маршруты направляющей иглы для внутретканевой анестезии, этапы поверхностной и внутретканевой анестезии, а также участок и маршруты пункционной иглы для забора биопата.
11. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 10, отличающийся тем, что точки входа направляющей иглы для внутретканевой анестезии и иглы для пункционной биопсии определяются путем выявления края воздух-кожа по плотности HU.
12. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 10, отличающийся тем, что маршруты иглы для внутретканевой анестезии определяются по разнице плотностей кожи и слоев мышечной ткани.
13. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п.
12, отличающийся тем, что маршруты игл определяются с возможностью коррекции хода процедуры оператором.
14. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 10, отличающийся тем, что маршруты иглы для пункционной биопсии определяются с учетом возможности минимального воздействия на сосуды и критичные органы пациента.
15. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 14, отличающийся тем, что минимальное воздействие на сосуды и критичные органы пациента обеспечиваются с помощью проведения Т с в/в контрастированием или проведения МРТ.
16. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 9, отличающийся тем, что для осуществления контроля дыхания пациента к роботу- манипулятору подключают средство контроля экскурсии грудной клетки, при этом на пациента вешается пояс, контролирующий изменение объема грудной клетки.
17. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п.
16, отличающийся тем, что на глаза пациента одевают медицинские очки, на которых отображаются данные о его дыхании во время сканирования и в реальном времени.
18. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 17, отличающийся тем, что пациент осуществляет вдох равный по глубине вдоху во время сканирования.
19. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 9, отличающийся тем, что перед установлением параметров и условий проведения операционного вмешательства, производят калибровку робота-манипулятора по координатам томографа.
20. Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства по п. 19, отличающийся тем, что калибровка выполняется при помощи U-образной насадки, которая при помощи активного многозвенного привода робота- манипулятора двигается до положения совмещения своих меток с метками лазеров томографа, далее робот-манипулятор фиксируется стопорами на месте.
21. Устройство для выполнения чрескожной пункционной биопсии, содержащее биопсийную иглу, установленную внутри полой U-образной в продольном сечении насадки с открытым основанием, фиксирующимся на кожном участке пациента, отличающееся тем, что насадка изготовлена с переменной шириной относительно ее высоты, при этом ширина ее основания увеличивается в сторону указанного кожного участка пациента, внутри насадки расположены выводное сквозное отверстие для подачи анестетика и антисептика для поверхностной анестезии, направляющая игла для внутретканевой анестезии, а также блок механизмов для управления подачи поверхностной анестезии и всеми упомянутыми иглами, обеспечиваемого в соответствии с заранее автоматически установленными оптимальными параметрами и условиями для проведения роботизированной чрескожной пункционной биопсии.
PCT/RU2016/000223 2015-05-06 2016-04-19 Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления WO2016178599A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/571,445 US10849602B2 (en) 2015-05-06 2016-04-19 Method of conducting a minimally invasive surgical procedure and rkh-i apparatus for the implementation thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015117193 2015-05-06
RU2015117193/14A RU2594100C1 (ru) 2015-05-06 2015-05-06 Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016178599A1 true WO2016178599A1 (ru) 2016-11-10

Family

ID=56613217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000223 WO2016178599A1 (ru) 2015-05-06 2016-04-19 Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10849602B2 (ru)
RU (1) RU2594100C1 (ru)
WO (1) WO2016178599A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3463162A4 (en) * 2016-06-03 2020-06-24 Covidien LP SYSTEMS, METHODS AND COMPUTER READABLE PROGRAM PRODUCTS FOR CONTROLLING A ROBOT CONTROLLED MANIPULATOR
US10912602B2 (en) 2016-11-08 2021-02-09 Innoblative Designs, Inc. Electrosurgical tissue and vessel sealing device
CN107432766A (zh) * 2017-07-04 2017-12-05 厦门强本宇康科技有限公司 一种精准微创手术导航系统
US11786297B2 (en) 2017-07-26 2023-10-17 Innoblative Designs, Inc. Minimally invasive articulating assembly having ablation capabilities
JP2022533677A (ja) * 2019-05-20 2022-07-25 イノブレイティブ デザインズ， インコーポレイテッド 肺アブレーションのための低侵襲性アセンブリ
CN112353461A (zh) * 2020-10-08 2021-02-12 王洪奎 Ct实时定位精准穿刺机器人
CN114376625A (zh) * 2022-01-14 2022-04-22 上海立升医疗科技有限公司 活检数据可视化系统和活检装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030097060A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Yanof Jeffrey Harold Tactile feedback and display in a CT image guided robotic system for interventional procedures
RU2001128777A (ru) * 1999-08-09 2003-11-10 Немиро Вадим Борисович (UA) Коммуникатор, способ и устройство
US20090112119A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Kim Stanley I Rotating biopsy device and biopsy robot
RU2362490C1 (ru) * 2007-11-29 2009-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный государственный медицинский университет (г. Архангельск) Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО "СГМУ Росздрава") Способ выполнения чрескожной пункционной биопсии
RU2382593C1 (ru) * 2008-08-27 2010-02-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Тверской государственный университет Пневмографический способ определения компонентов дыхательных движений
KG1499C1 (ru) * 2012-02-15 2012-11-30

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4378810A (en) * 1981-03-26 1983-04-05 The Regents Of The University Of California Assembly for performing biopsies using a combination probe-guide
KR100314138B1 (ko) * 1993-06-29 2001-12-28 마틴 보게스 로버트 정량분배장치
US6064904A (en) * 1997-11-28 2000-05-16 Picker International, Inc. Frameless stereotactic CT scanner with virtual needle display for planning image guided interventional procedures
AU2003257309A1 (en) * 2002-08-13 2004-02-25 Microbotics Corporation Microsurgical robot system
US7778691B2 (en) * 2003-06-13 2010-08-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Apparatus and method using synchronized breathing to treat tissue subject to respiratory motion
DE102007045075B4 (de) * 2007-09-21 2010-05-12 Siemens Ag Interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem
US20090253998A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 Convergent Medical Solutions, Inc. Skin biopsy with suturing prior to resection
US8308741B2 (en) * 2009-04-28 2012-11-13 The Invention Science Fund I, Llc Systems and methods for automatically inserting a needle into a living subject
US20120245560A1 (en) * 2011-03-22 2012-09-27 Hochman Mark N Multi-vessel computer control drug delivery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2001128777A (ru) * 1999-08-09 2003-11-10 Немиро Вадим Борисович (UA) Коммуникатор, способ и устройство
US20030097060A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Yanof Jeffrey Harold Tactile feedback and display in a CT image guided robotic system for interventional procedures
US20090112119A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Kim Stanley I Rotating biopsy device and biopsy robot
RU2362490C1 (ru) * 2007-11-29 2009-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный государственный медицинский университет (г. Архангельск) Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО "СГМУ Росздрава") Способ выполнения чрескожной пункционной биопсии
RU2382593C1 (ru) * 2008-08-27 2010-02-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Тверской государственный университет Пневмографический способ определения компонентов дыхательных движений
KG1499C1 (ru) * 2012-02-15 2012-11-30

Also Published As

Publication number Publication date
US10849602B2 (en) 2020-12-01
US20180132833A1 (en) 2018-05-17
RU2594100C1 (ru) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2594100C1 (ru) Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления
WO2020000963A1 (zh) 针的超声引导辅助装置及系统
JP6843639B2 (ja) 超音波診断装置及び超音波診断支援装置
JP4865547B2 (ja) Ｃｔフルオロスコピーのための遠隔操作ニードル
US20140031668A1 (en) Surgical and Medical Instrument Tracking Using a Depth-Sensing Device
US10123841B2 (en) Method for generating insertion trajectory of surgical needle
US20230067930A1 (en) Surgical puncture device insertion systems and related methods
JP2021502195A (ja) 軟組織に対する低侵襲医療介入のためのロボット機器
US20200113636A1 (en) Robotically-assisted surgical device, robotically-assisted surgery method, and system
AU2014315356A1 (en) System and method for lung visualization using ultrasound
CN109758233A (zh) 一种诊疗一体化手术机器人系统及其导航定位方法
WO2008081438A1 (en) Vascular access system and method
AU2018204573B2 (en) Marker placement
CN115551439A (zh) 定义和改变患者处理时使用的探针运动范围的系统和方法
WO2012033739A2 (en) Surgical and medical instrument tracking using a depth-sensing device
JP2022544625A (ja) 可搬型の超音波誘導下カニューレ挿入のためのシステム及び方法
Rembold et al. Surgical robotics: An introduction
WO2016135594A1 (en) Apparatus and method for positioning medical instruments assisted by indirect visualization
US11771508B2 (en) Robotically-assisted surgical device, robotically-assisted surgery method, and system
JP2003284716A (ja) 放射線診断装置及び治療用挿入体
US11779412B2 (en) Robotically-assisted surgical device, robotically-assisted surgery method, and system
JP7473377B2 (ja) ロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラム
CN209847368U (zh) 一种诊疗一体化手术机器人系统
KR20160138780A (ko) 바늘 가이드형 중재시술 로봇시스템
Cannon et al. A Safe Framework for Quantitative In Vivo Human Evaluation of Image Guidance

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16789669

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16789669

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1