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1、(10)申请公布号 CN 101947135 A (43)申请公布日 2011.01.19 CN 101947135 A *CN101947135A* (21)申请号 201010503066.4 (22)申请日 2010.10.12 A61B 19/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 谢叻 夏海豹 夏术阶 赵炜 许东 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王锡麟 王桂忠 (54) 发明名称 C 臂机引导下遥控穿刺定位系统 (57) 摘要 一种医疗器械技术领域的 C 臂机引导下遥控 穿。
2、刺定位装置, 包括 : 支架部分、 两个弯臂转动部 分、 穿刺针定位部分、 驱动器和处理控制器, 第一 弯臂转动部分的两端分别与支架部分和第二弯臂 转动部分的一端转动连接, 第二弯臂转动部分的 另一端与穿刺针定位部分转动连接, 驱动器的输 入端和处理控制器相连接并接收控制指令, 驱动 器的两个输出端分别与第一弯臂转动部分和第二 弯臂转动部分相连接并驱动两个弯臂转动部分实 现三维定位。本发明具有结构简单, 定位准确、 远 程控制、 三维空间自由定位和操作方法简单等功 能。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图。
3、 4 页 CN 101947135 A1/1 页 2 1. 一种 C 臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征在于, 包括 : 支架部分、 两个弯臂转动 部分、 穿刺针定位部分、 驱动器和处理控制器, 其中 : 第一弯臂转动部分的两端分别与支架 部分和第二弯臂转动部分的一端转动连接, 第二弯臂转动部分的另一端与穿刺针定位部分 转动连接, 驱动器的输入端和处理控制器相连接并接收控制指令, 驱动器的两个输出端分 别与第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分相连接并驱动两个弯臂转动部分实现三维定 位。 2.根据权利要求1所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的支架部分 包括 : 床夹和 L 字。
4、形支架, 其中床架固定设置于 L 字形支架的一端, L 字形支架的另一端与 第一弯臂转动部分的一端转动连接。 3.根据权利要求1所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的第一弯臂 转动部分包括 : 第一电机罩、 第一电机、 第一滚动轴承组和第一弯臂体, 其中 : 第一电机与 驱动器的第一输出端相连接并与支架部分固定连接, 第一弯臂体的一端分别与第一滚动轴 承组和第一电机相连接并沿第一电机的旋转轴旋转, 第一弯臂体的另一端与第二弯臂转动 部分固定连接, 第一电机罩设置于第一电机的外部。 4.根据权利要求3所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的第一弯臂 体为 S 形。
5、结构, 其转动平面与支架部分相垂直。 5.根据权利要求1所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的第二弯臂 转动部分包括 : 第二电机罩、 第二电机、 第二滚动轴承组和第二弯臂体, 其中 : 第二电机与 驱动器的第二输出端相连接并与第一弯臂转动部分固定连接, 第二弯臂体的一端分别与第 二滚动轴承组和第二电机相连接并沿第二电机的旋转轴旋转, 第二弯臂体的另一端与穿刺 针定位部分固定连接, 第二电机罩设置于第二电机的外部。 6.根据权利要求5所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的第二弯臂 体为 S 形结构, 其转动平面与支架部分相平行。 7.根据权利要求1所述的C臂。
6、机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的穿刺针定 位部分包括 : 穿刺针、 缺口圆筒、 弹簧推块、 固定块和穿刺针引导鞘, 其中 : 穿刺针、 穿刺针 引导鞘、 缺口圆筒和固定块由内而外依次相互套接, 固定块设置于第二弯臂转动部分的一 端, 弹簧推块活动设置于固定块和缺口圆筒之间并与穿刺针引导鞘相垂直接触。 8.根据权利要求7所述的C臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的穿刺针引 导鞘与第二弯臂转动部分的轴心线垂直且其顶端处于第一弯臂转动部分的轴心线与第二 弯臂转动部分的轴心线的交点, 该交点在第一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分运动时保 持相对位置。 9.根据权利要求7所述的C。
7、臂机引导下遥控穿刺定位系统, 其特征是, 所述的固定块上 设有圆孔和与之相垂直的缺口, 所述缺口圆筒活动设置于圆孔内, 所述弹簧推块穿过缺口 对穿刺针引导鞘进行挤压定位。 权 利 要 求 书 CN 101947135 A1/5 页 3 C 臂机引导下遥控穿刺定位系统 技术领域 0001 本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置, 具体是一种 C 臂机引导下遥控穿 刺定位系统。 背景技术 0002 穿刺手术属于微创手术一种 ; 近年来穿刺技术的发展, 使某些专业领域的治疗水 平迅速得到提高, 如经皮肝、 胆、 肾穿刺等已经在临床上得到了广泛应用。穿刺定位对整个 穿刺手术影响很大, 准确的定位可以。
8、减少手术时间, 提高手术成功率, 减少并发症。CT 引导 的穿刺手术, 手术中需要多次 CT 扫描重建, 确定定位是否准确, 造成手术时间长, 穿刺次数 多等缺点。C 臂机引导的穿刺手术, 医生穿着防护服进行手术, 但是无法完全避免受 X 光辐 射, 手术中医生需要多次观看 X 光影像, 长期手术对医生身体造成很大的伤害。超声引导的 穿刺手术, 虽然超声可以实时显示, 但是超声影像清晰度和准确度没有C臂机和CT好, 图像 整体性差, 要求术者有很好的操作经验, 并且残石率较高。 C臂机提供的是平面图像, 只是一 个方向上透射, 不能准确提供靶点的位置信息, 多角度实时的透射间接地推断靶点的三维。
9、 空间位置, 目前C臂机引导下穿刺定位研究较少, 但是CT设备昂贵普及存在困难, 而且操作 空间受到限制, 所以 C 臂机穿刺定位是一种趋势。 0003 经对现用技术的文献检索发现 : 熊璟, 陈恳, 杨向东, 刘少丽, 冯涛, 梁萍 .THMR-I 介入治疗机器人系统的研究及其临床使用 . 高技术通, 2009, 19(12) : 1281-1287, 清华大学 的THMR-I介入治疗机器人为一种B型超声引导下穿刺定位装置 : 该系统结构复杂、 庞大, 不 利于推广使用 ; B型超声的医疗影像不及X射线的影像清晰, 反馈误差大 ; 定位误差较大, 适 合 5cm 8cm 的大囊肿, 不适合小。
10、病灶的穿刺定位。 0004 进一步检索发现, 中国专利文献号 CN201048965Y, 公开日 2008-4-23, 记载了一种 带有指示器的经皮肾穿刺扩张装置, 该技术包括方向角度指示器、 穿刺针或筋膜扩张器 : 穿 刺定位操作是在二维平面内进行, 没有突破二维平面比三维空间内定位准确率低的限制 ; 穿刺器械需要人手准确把持, 而人手操作不稳定, 长时间准确把握给医生带来疲劳, 影响手 术质量 ; 操作方法复杂, 步骤繁琐。 发明内容 0005 本发明针对现有技术存在的上述不足, 提供一种 C 臂机引导下遥控穿刺定位系 统, 具有结构简单, 定位准确、 远程控制、 三维空间自由定位和操作方。
11、法简单等功能。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的, 本发明包括 : 支架部分、 两个弯臂转动部分、 穿刺针定位部分、 驱动器和处理控制器, 其中 : 第一弯臂转动部分的两端分别与支架部分和 第二弯臂转动部分的一端转动连接, 第二弯臂转动部分的另一端与穿刺针定位部分转动连 接, 驱动器的输入端和处理控制器相连接并接收控制指令, 驱动器的两个输出端分别与第 一弯臂转动部分和第二弯臂转动部分相连接并驱动两个弯臂转动部分实现三维定位。 0007 所述的支架部分包括 : 床夹和 L 字形支架, 其中床架固定设置于 L 字形支架的一 说 明 书 CN 101947135 A2/5 页 4 端, L。
12、 字形支架的另一端与第一弯臂转动部分的一端转动连接。 0008 所述的第一弯臂转动部分包括 : 第一电机罩、 第一电机、 第一滚动轴承组和第一弯 臂体, 其中 : 第一电机与驱动器的第一输出端相连接并与支架部分固定连接, 第一弯臂体的 一端分别与第一滚动轴承组和第一电机相连接并沿第一电机的旋转轴旋转, 第一弯臂体的 另一端与第二弯臂转动部分固定连接, 第一电机罩设置于第一电机的外部。 0009 所述的第一弯臂体为 S 形结构, 其转动平面与支架部分相垂直。 0010 所述的第二弯臂转动部分包括 : 第二电机罩、 第二电机、 第二滚动轴承组和第二弯 臂体, 其中 : 第二电机与驱动器的第二输出端。
13、相连接并与第一弯臂转动部分固定连接, 第二 弯臂体的一端分别与第二滚动轴承组和第二电机相连接并沿第二电机的旋转轴旋转, 第二 弯臂体的另一端与穿刺针定位部分固定连接, 第二电机罩设置于第二电机的外部。 0011 所述的第二弯臂体为 S 形结构, 其转动平面与支架部分相平行。 0012 所述的穿刺针定位部分包括 : 穿刺针、 缺口圆筒、 弹簧推块、 固定块和穿刺针引导 鞘, 其中 : 穿刺针、 穿刺针引导鞘、 缺口圆筒和固定块由内而外依次相互套接, 固定块设置于 第二弯臂转动部分的一端, 弹簧推块活动设置于固定块和缺口圆筒之间并与穿刺针引导鞘 相垂直接触。 0013 所述的穿刺针引导鞘与第二弯臂。
14、转动部分的轴心线垂直且其顶端处于第一弯臂 转动部分的轴心线与第二弯臂转动部分的轴心线的交点, 该交点在第一弯臂转动部分和第 二弯臂转动部分运动时保持相对位置。 0014 所述的固定块上设有圆孔和与之相垂直的缺口, 所述缺口圆筒活动设置于圆孔 内, 所述弹簧推块穿过缺口对穿刺针引导鞘进行挤压定位。 0015 所述的驱动器接受处理控制器发出的信号, 给电机提供电源和信号, 实现电机可 控运转。 0016 所述的处理控制器运行程序控制驱动器实现对电机的自由控制。 0017 本发明可以实现在三维空间里定位避免了二维空间的定位装置的局限性, 调高了 准确性, 可以避免医生在操作室受 X 射线的侵害, 操。
15、作方法灵巧简单, 简单准确的定位。 附图说明 0018 图 1 为本发明的机械机构示意图。 0019 图 2 为图 1 局部放大示意图 ; 0020 图 3 为实施例中第一次照射的示意图。 0021 图 4 为实施例中第一次照射的原理示意图。 0022 图 5 为实施例中的 C 臂机调整任意角度后 X 光照射的示意图。 0023 图 6 为实施例中的 C 臂机调整任意角度后 X 光照射的原理示意图。 0024 图 7 为穿刺针定位部分的示意图。 0025 图 8 为实施例中的弹簧推块和缺口圆筒的示意图。 具体实施方式 0026 下面对本发明的实施例作详细说明, 本实施例在以本发明技术方案为前提。
16、下进行 实施, 给出了详细的实施方式和具体的操作过程, 但本发明的保护范围不限于下述的实施 说 明 书 CN 101947135 A3/5 页 5 例。 0027 如图 1 和图 2 所示, 本实施例包括 : 支架部分 1、 两个弯臂转动部分 2、 3、 穿刺针定 位部分 4、 驱动器 5 和处理控制器 6, 其中 : 第一弯臂转动部分 2 的两端分别与支架部分 1 和 第二弯臂转动部分 3 的一端转动连接, 第二弯臂转动部分 3 的另一端与穿刺针定位部分 4 转动连接, 驱动器 5 的输入端和处理控制器 6 相连接并接收控制指令, 驱动器 5 的两个输出 端分别与第一弯臂转动部分2和第二弯臂。
17、转动部分3相连接并驱动两个弯臂转动部分实现 三维定位。 0028 所述的支架部分包括 : 床夹 11 和 L 字形支架 12, 其中 : 床架 11 固定设置于 L 字形 支架 12 的一端, L 字形支架 12 的另一端与第一弯臂转动部分 2 的一端转动连接。 0029 所述的第一弯臂转动部分 2 包括 : 第一电机罩 22、 第一电机 23、 第一滚动轴承组 24 和第一弯臂体 25, 其中 : 第一电机 23 与驱动器 5 的第一输出端相连接并与支架部分 1 固 定连接, 第一弯臂体 25 的一端分别与第一滚动轴承组 24 和第一电机 23 相连接并沿第一电 机23的旋转轴旋转, 第一弯。
18、臂体25的另一端与第二弯臂转动部分3固定连接, 第一电机22 罩设置于第一电机 23 的外部。 0030 所述的第一弯臂体 25 为 S 形结构, 其转动平面与支架部分相垂直。 0031 所述的第二弯臂转动部分 3 包括 : 第二电机罩 26、 第二电机 27、 第二滚动轴承组 28和第二弯臂体29, 其中 : 第二电机27与驱动器5的第二输出端相连接并与第一弯臂转动 部分 2 固定连接, 第二弯臂体 29 的一端分别与第二滚动轴承组 28 和第二电机 27 相连接并 沿第二电机 27 的旋转轴旋转, 第二弯臂体 29 的另一端与穿刺针定位部分 4 固定连接, 第二 电机罩 26 设置于第二电。
19、机 27 的外部。 0032 所述的第二弯臂体 29 为 S 形结构, 其转动平面与支架部分相平行。 0033 如图7所示, 所述的穿刺针定位部分4包括 : 穿刺针30、 缺口圆筒31、 弹簧推块32、 固定块 33 和穿刺针引导鞘 34, 其中 : 穿刺针 30、 穿刺针引导鞘 34、 缺口圆筒 31 和固定块 33 由内而外依次相互套接, 固定块 33 设置于第二弯臂转动部分 3 的一端, 弹簧推块 32 活动设 置于固定块 33 和缺口圆筒 31 之间并与穿刺针引导鞘 34 相垂直接触。 0034 所述的穿刺针引导鞘 34 与第二弯臂转动部分 3 的轴心线垂直且其顶端处于第一 弯臂转动部。
20、分 2 的轴心线与第二弯臂转动部分 3 的轴心线的交点, 该交点在第一弯臂转动 部分 2 和第二弯臂转动部分 3 运动时保持相对位置。 0035 如图8所示, 所述的固定块33上设有圆孔35和与之相垂直的缺口36, 所述缺口31 活动设置于圆孔 35 内, 所述弹簧推块 32 穿过缺口 36 对穿刺针 37 引导鞘进行挤压定位。 0036 所述的驱动器 5 接受处理控制器发出的信号, 给电机提供电源和信号, 实现电机 可控运转。 0037 所述的处理控制器 6 运行程序控制驱动器实现对电机的自由控制。 0038 如图 3- 图 6 所示, 本装置通过以下步骤实现定位 : 0039 一、 定穿刺。
21、针引导鞘位置的步骤 : 0040 1. 医生在 C 臂机的显示屏上观察, 确定体表最佳穿刺点 O , 然后关闭 C 臂机 X 射 线 ; 0041 2. 医生在手术床旁通过手动调整装置上自由度 A1、 A2、 A3( 将支架部分沿床沿来 回移动为自由度 A1, 支架部分在床夹中左右旋转为自由度 A2, 支架部分在床夹中上下移动 说 明 书 CN 101947135 A4/5 页 6 为自由度 A3) 将穿刺针引导鞘前端指到预定的体表穿刺点, 人体上的穿刺点 O 处于穿刺定 位机构的不动点 O ; 然后固定死自由度 A1、 A2、 A3, 下面操作中这三个自由度 (A1、 A2、 A3) 保 持。
22、固定。 0042 二、 定穿刺针引导鞘姿态的步骤 : 0043 1.遥控操作C臂机, 使得X射线方向要沿第一电机的旋转轴所在直线方向照下, 在 C 臂机显示屏上看到 X 光透过四个定位小孔在相应的位置显示四个黑色圆点, 固定 C 臂机, 遥控操作定位装置, 在 X 射线引导下, 控制第一电机旋转第一弯臂 ( 第二电机固定不动 ) 使 得穿刺针引导鞘和病灶靶点 R 在 C 臂机显示屏上处于同一直线上, 然后固定第一弯臂。 0044 2.遥控操作C臂机, 使X射线方向从上步中的位置旋转任何一个角度, 遥控操作定 位装置, 控制第二电机旋转第二弯臂使得穿刺针引导鞘与病灶靶点 R 在 C 臂机显示屏上。
23、处 于同一直线上, 然后固定第二弯臂。 0045 3.遥控操作C臂机, 使X射线方向不同于上面的角度, 在C臂机显示屏上查看穿刺 针引导鞘和病灶靶点是否处于一条直线, 如果是, 可以进行穿刺手术 ; 如不是, 重复操作事 项中的第二项, 重新检验, 如果还不在同一直线, 需要从第一项开始重新操作。 0046 三、 穿刺、 退针和撤穿刺装置步骤 : 0047 1. 准确确定了穿刺针引导鞘的位姿后, 关闭 C 臂机 X 射线, 医生在定位穿刺装置 旁, 将穿刺针沿穿刺针引导鞘穿刺到病灶靶点 R。 0048 2.(1) 穿刺针穿刺到位后, 还需要进行穿刺通道扩充 : 拔出穿刺针的针芯, 沿穿刺 针的。
24、中心插入引导丝, 引导丝插到位后, 沿引导丝拔出穿刺针 ; 拉拽弹簧推块的末端把柄, 拔出穿刺针引导鞘 ; 将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出, 沿缺口圆筒的缺口与引导 丝分离, 将引导丝沿第二弯臂末端块的缺口与其分离 ; 调节 3 个自由度 (A1, A2 和 A3), 将穿 刺定位装置远离手术操作空间。 0049 2.(2) 穿刺针穿刺到位后, 直接进行手术操作, 穿刺针不需要取出的情况下撤穿刺 定位装置 : 拉拽弹簧推块的末端把柄, 将缺口圆筒轻轻从第二弯臂末端块中拔出, 沿缺口圆 筒的缺口与穿刺针引导鞘分离 ; 控制第二电机带动第二弯臂旋转, 使得穿刺针引导鞘沿第 二弯臂末端块的缺口。
25、与其分离, 此时穿刺已到位, 穿刺针引导鞘留在穿刺针外面直到穿刺 针取出 ; 调节 3 个自由度 (A1, A2 和 A3), 将穿刺定位装置远离手术操作空间。 0050 3. 步骤 2 的实现也可以通过以下方式 : 拉拽弹簧推块的末端把柄, 将缺口圆筒轻 轻沿第二弯臂末端块的圆孔旋转, 使得缺口圆筒的缺口与第二弯臂末端块的缺口对准 ; 控 制第二电机带动第二弯臂旋转, 使得穿刺针引导鞘沿缺口圆筒和第二弯臂末端块的缺口与 其分离, 然后分离穿刺针引导鞘或留下。 0051 所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤 1) 的原理 : 平面 P1 是 X 射线投影平面, 即 C 臂 机显示屏显示平面 ; 在显。
26、示屏上观察并通过控制第一电机旋转第一弯臂, 使得穿刺针引导 鞘、 穿刺点和病灶靶点在同一平面 P2 内。平面 P2 是穿刺针引导鞘和病灶靶点与 X 光线方 向组成的平面, 平面 P2 在平面 P1 上的投影就是直线 m, 即在 C 臂机显示屏观察到穿刺针引 导鞘和病灶靶点的投影处于同一直线上 m。 0052 所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤 1 中固定第一弯臂 ) 的原理 : 由于穿刺针引导 鞘和第一电机旋转轴都与第二电机旋转轴垂直, 平面 P2 是过第一旋转轴和穿刺针引导鞘 的平面, 平面 P2 与第二电机旋转轴垂直, 即平面 P2 的法线与第二电机旋转轴平行。固定第 说 明 书 CN 101。
27、947135 A5/5 页 7 一弯臂, 旋转第二弯臂时, 第二电机旋转轴所在直线不发生位置变化, 穿刺针引导鞘始终处 于平面 P2 上, 并且穿刺针引导鞘端点 O 为不动点, 此时穿刺针引导鞘的旋转轨迹是在平面 P2 上以不动点 O 为圆心的圆。 0053 所述的定穿刺针引导鞘姿态的步骤 2) 的原理 : 通过控制第二电机旋转第二弯臂, 此时第一弯臂锁死, 此时穿刺针引导鞘的旋转轨迹是在 P2 平面上以不动点 O 为圆心的圆, 平面 P3 是 X 射线投影平面, 即 C 臂机显示屏显示平面 ; 在显示屏上观察并通过控制第二电 机旋转第二弯臂, 使得穿刺针引导鞘、 穿刺点和病灶靶点在同一平面 。
28、P4 内。平面 P4 是穿刺 针引导鞘和病灶靶点与 X 光线方向组成的平面, 平面 P4 在平面 P3 上的投影就是直线 n, 即 在 C 臂机显示屏观察到穿刺针引导鞘和病灶靶点投影处于同一直线上 n。直线 l 是平面 P2 与平面 P4 的交线, 即是穿刺针引导鞘和病灶靶点所在直线。 说 明 书 CN 101947135 A1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 101947135 A2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 101947135 A3/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 101947135 A4/4 页 11 图 7 图 8 说 明 书 附 图 。