Ct引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，包括CT掃描架、掃描床和控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描床兩側(cè)設(shè)有滑行軌道，穿刺架可沿滑行軌道滑動，穿刺架上設(shè)有機械臂，機械臂的一端連接穿刺針。本實用新型的機械化程度高，穿刺針與激光光源的角度及位置均由機械臂控制，穿刺動作由機械臂完成，而機械臂的活動由穿刺機械控制系統(tǒng)控制，避免了人為操作的誤差，較少依賴術(shù)者的經(jīng)驗、技術(shù)，精準(zhǔn)度和安全性提高。
【專利說明】CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種在CT引導(dǎo)下經(jīng)皮膚穿刺入內(nèi)臟深部病灶的自動化醫(yī)用裝置 及其裝配結(jié)構(gòu)，用于經(jīng)皮病灶穿刺活檢或介入治療。

【背景技術(shù)】
[0002] CT引導(dǎo)下經(jīng)皮穿刺是人體器官深部病變病理取材用于診斷或某些疾病局部治療 的重要方法。如經(jīng)皮肺穿刺活檢、肝腫瘤經(jīng)皮穿刺微波治療等。經(jīng)皮病灶穿刺技術(shù)不僅要求 ^刺針準(zhǔn)確達到目標(biāo)病灶，而且在穿刺路線上避免損傷大血管及其它重要結(jié)構(gòu)或臟器。目 前該技術(shù)通常由操作者根據(jù)CT橫斷面憑借空間感確定穿刺位置及角度，局部麻醉后手動 穿刺，穿刺過程中需要多次CT掃描。該方法有下列不足 ：1，手動穿刺要求操作者須有高超 的空間感及熟練的"技術(shù)"。對于小病灶或中央病灶，尤其是靠近心臟大血管或其它重要臟 器，該方法的準(zhǔn)確度不足且風(fēng)險極高。2,操作者需要在掃描室與圖像室之間來回奔波，時間 上有較久延擱，肺及肺內(nèi)病灶隨著患者呼吸運動而位移，尤其是肺的下半部分位移更顯著， 穿刺的準(zhǔn)確度受影響。3, CT掃描圖是橫斷面，穿刺方向是在左右向調(diào)整的。對于小病灶， 尤其是血管旁或肋骨遮擋下的小病灶，穿刺針需要頭足向調(diào)整方向，可是這樣的穿刺路線 跨越了多個CT橫斷面圖，其準(zhǔn)確度及血管損傷的風(fēng)險是難以把握的。
[0003] 針對上述技術(shù)，已有下列改進：1，CT透視，即CT實時掃描并成像：人體橫斷層面及 穿刺針被實時顯示，步驟基本同上，但操作者暴露在射線下。2,準(zhǔn)向器引導(dǎo)：CT掃描后計算 穿刺角度，利用準(zhǔn)向器引導(dǎo)穿刺，避免人為估測的誤差。3,導(dǎo)航系統(tǒng)：先在病灶大致位置的 胸壁上固定數(shù)個金屬標(biāo)志物做定位點，CT掃描重建的三維模擬圖與激光探測圖自動匹配， 實時指引操作者。該系統(tǒng)實時顯不的是金屬標(biāo)志點，而非人體結(jié)構(gòu)，而且手動操作，易致偏 差。它主要用于某些空間位置相對穩(wěn)定的臟器的外科手術(shù)導(dǎo)航及實體腫瘤的介入治療。在 pinpoint系統(tǒng)，操作者擬定穿刺路線后機器發(fā)出指引光線，類似于光學(xué)準(zhǔn)向器。4,已有實 用新型專利CT引導(dǎo)下自動定位穿刺器（中國專利號00210456. 3)，描述了一種數(shù)字化三維 自動定位穿刺裝置。該裝置定位穿刺仍舊在CT橫斷面上進行。另有實用新型專利CT引導(dǎo) 穿刺組合定向裝置（專利號 2〇1220457998. 4)，描述了一種穿刺定位光學(xué)裝置，操作者在CT 橫斷面上測算出穿刺方向，手動調(diào)節(jié)激光角度，引導(dǎo)手動穿刺。所有這些改進并未根本解決 前述的三點技術(shù)瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一套CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮 病灶穿刺儀，用于人體器官深部病灶的穿刺，實現(xiàn)360度全方向調(diào)整穿刺角度、提高穿刺精 度、減少重要臟器損傷風(fēng)險。
[0005] 為了達到上述目的，本實用新型提供了一種CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，包 括CT掃描架、掃描床和控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描床兩側(cè)設(shè)有滑行軌道，穿刺架可 沿滑行軌道滑動，穿刺架上設(shè)有機械臂，機械臂的一端連接穿刺針。
[0006]優(yōu)選地，所述的機械臂垂直懸掛于所述的穿刺架上，第一交流伺服電動機固定在 穿刺架上，第一交流伺服電動機水平設(shè)置，第一交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸螺紋連接機械臂。 [0007]優(yōu)選地，所述的機械臂包括第二交流伺服電動機、第三交流伺服電動機、第四交流 伺服電動機和第五交流伺服電動機，第二交流伺服電動機垂直懸掛于所述的穿刺架上，第 三交流伺服電動機螺紋連接第二交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸，第四交流伺服電動機連接第^交 流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸，第五交流伺服電動機連接第四交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸，穿刺針螺紋 連接第五交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸。
[000S]優(yōu)選地，所述的CT掃描架上設(shè)有激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝置，激光源位置和方向 調(diào)節(jié)裝置連接激光源。
[0009]更優(yōu)選地，所述的激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于CT掃描架上的圓形內(nèi)框， 圓形內(nèi)框上設(shè)有傳送帶，傳送帶上固定有第七交流伺服電動機，第七交流伺服電動機的轉(zhuǎn) 軸連接第八交流伺服電動機，第七交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸垂直于第八交流伺服電動機的轉(zhuǎn) 軸，第八交流伺服電動機的轉(zhuǎn)軸連接激光源，所述的傳送帶由第九交流伺服電動機通過滑 輪驅(qū)動。
[0010]優(yōu)選地，所述的穿刺架包括水平桿，水平桿的兩端各連接一個豎直桿，豎直阡的下 端設(shè)于滑行軌道上，并可沿滑行軌道滑動。
[0011]優(yōu)選地，所述的穿刺架在第六交流伺服電動機的牽拉作用下沿滑行軌道滑動。 [0012]優(yōu)選地，所述的穿刺針的尾端設(shè)有反光鏡。
[0013]優(yōu)選地，所述的控制系統(tǒng)包括CT數(shù)字圖像處理系統(tǒng)和穿刺機械控制系統(tǒng)。
[00M]本實用新型可根據(jù)虛擬穿刺角度調(diào)整CT掃描架內(nèi)的激光源位置及角度，將掃描 床水平移動至恰當(dāng)位置，移動原點設(shè)為皮膚穿刺點的橫斷面位置，移動距離可根據(jù)受檢者 胸壁水平與激光源之間的高度、穿刺角度計算得出。移動到位后發(fā)出激光，即為穿刺引導(dǎo)路 線，可指引術(shù)者在受檢者胸壁上消毒、麻醉。
[0015]本實用新型的穿刺針位置與角度的調(diào)整通過以下步驟實現(xiàn)：以穿刺針的某位置與 角度設(shè)為原始起點，依據(jù)擬穿刺路線設(shè)定伺服電動機控制參數(shù)，調(diào)節(jié)穿刺針角度與擬穿刺 路線角度一致，并移動穿刺針尖至目標(biāo)皮膚穿刺點：在三維平面上移動，前后位由穿刺架的 位置確定：將CT掃描床自動回移至皮膚穿刺點所在的橫斷位，移動穿刺架至CT射線管位 置，以此位置作為移動原點，針尖與穿刺架之間的最短水平距離即為穿刺架移動的距離。左 右位調(diào)整：預(yù)先設(shè)置機械臂倒掛在穿刺架水平桿的某點作為原點，在皮膚穿刺點所在的橫 斷面上，測量皮膚穿刺點與預(yù)先設(shè)置好角度的穿刺針的針尖的橫向水平距離，即機械臂在 水平桿上的水平移動距離。上下位置調(diào)整：預(yù)先設(shè)置穿刺針尖某高度為起始原點，在軟件界 面上測量目標(biāo)穿刺點與針尖的縱向距離，即得機械臂垂直向下延伸的距離。
[0016] 本實用新型的掃描架上光源發(fā)出激光引導(dǎo)穿刺路線，穿刺針尾裝有反光鏡，可反 射激光到傳感器,用于校正穿刺針位置與角度。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：
[0018] 1、本實用新型的機械化程度高，穿刺針與激光光源的角度及位置均由機械臂控 制，穿刺動作由機械臂完成，而機械臂的活動由穿刺機械控制系統(tǒng)控制，避免了人為操作的 誤差，較少依賴術(shù)者的經(jīng)驗、技術(shù)，精準(zhǔn)度和安全性提高。
[0019] 2、本實用新型的激光源的位置和方向可調(diào)節(jié)，提高穿刺的準(zhǔn)確性，而且，穿刺針角 度機械控制與光學(xué)信號校正相結(jié)合，提高該裝置的安全穩(wěn)定性能。
[0020] 3、本實用新型在自動化、機械化的基礎(chǔ)上，術(shù)者可根據(jù)經(jīng)驗選擇目標(biāo)病灶范圍、確 認擬穿刺最佳路線，以及發(fā)起或終止穿刺動作。彌補了機械化的盲目性，隉高了穿刺活檢的 陽性率或局部治療的效果，減少了因受檢者因素導(dǎo)致的意外風(fēng)險。
[0021] 4、本實用新型用途廣泛，可用于全身多部位病灶的穿刺，包括實質(zhì)性臟器以及含 氣或空腔臟器，如經(jīng)皮肺穿刺活檢、經(jīng)皮肝臟穿刺等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖2為機械臂與穿刺針的組裝圖。
[0024]圖3為激光源及其位置和方向調(diào)節(jié)裝置的側(cè)面圖。
[0025] 圖4為激光源及其位置和方向調(diào)節(jié)裝置的正面圖。
[0026] 圖5為應(yīng)用本實用新型行經(jīng)皮病灶穿刺的工作示意圖。

【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0028] 實施例
[0029] 如圖1所示，為CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀結(jié)構(gòu)圖，所述的CT引導(dǎo)下自動化 經(jīng)皮病灶穿刺儀包括CT掃描架1、掃描床3和控制系統(tǒng),所述的掃描床3兩側(cè)設(shè)有滑行軌道 4, 滑行軌道4與掃描床3可連可分，穿刺架2上設(shè)有機械臂6,機械臂6的一端連接穿刺針 5, 可自由調(diào)整穿刺針位置和方向。所述的穿刺架2包括水平桿，水平桿的兩端各連接一個 豎直桿，豎直桿的下端設(shè)于滑行軌道4上，并可沿滑行軌道4滑動。所述的穿刺架2在第六 交流伺服電動機的牽拉作用下沿滑行軌道4滑動。
[0030] 如圖2所示，所述的機械臂6垂直懸掛于所述的穿刺架2上，第一交流伺服電動機 10固定在穿刺架2上，第一交流伺服電動機10水平設(shè)置，第一交流伺服電動機10的轉(zhuǎn)軸螺 紋連接機械臂6。所述的機械臂包括第二交流伺服電動機11、第三交流伺服電動機12、第 四交流伺服電動機13和第五交流伺服電動機14,第二交流伺服電動機11的轉(zhuǎn)軸垂直于第 三交流伺服電動機12的轉(zhuǎn)軸，第三交流伺服電動機12的轉(zhuǎn)軸垂直于第四交流伺服電動機 13的轉(zhuǎn)軸，第四交流伺服電動機I 3的轉(zhuǎn)軸垂直于第五交流伺服電動機14的轉(zhuǎn)軸，第二交流 伺服電動機11垂直懸掛于所述的穿刺架2上，第二交流伺服電動機11可由第一交流伺服 電動機10驅(qū)動水平移動。第三交流伺服電動機I 2螺紋連接第二交流伺服電動機11的轉(zhuǎn) 軸，第三交流伺服電動機12可由第二交流伺服電動機11驅(qū)動上下移動。第四交流伺服電 動機13固定連接第三交流伺服電動機12的轉(zhuǎn)軸，第五交流伺服電動機14固定連接第四交 流伺服電動機I 3的轉(zhuǎn)軸，穿刺針5螺紋連接第五交流伺服電動機14的轉(zhuǎn)軸。第五交流伺 服電動機14可驅(qū)動穿刺針5進退。所述的穿刺針5的尾端設(shè)有反光鏡?？煞瓷浼す獾絺?感器，傳感器設(shè)置在光源周邊，傳感器反饋的信息輸入到穿刺機械控制系統(tǒng)，用于校正穿刺 針5的位置。
[0031]所述的CT掃描架1上設(shè)有激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝置，激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝 置連接分別設(shè)于CT掃描架1前后兩側(cè)的長條形的激光源7。如圖4所示，所述的激光源位 置和方向調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于CT掃描架1上的圓形內(nèi)框，圓形內(nèi)框上設(shè)有傳送帶21，傳送帶 21上固定有第七交流伺服電動機18,第七交流伺服電動機18的轉(zhuǎn)軸固定連接第八交流伺 服電動機16,第七交流伺服電動機18的轉(zhuǎn)軸垂直于第八交流伺服電動機16的轉(zhuǎn)軸，第八交 流伺服電動機16的轉(zhuǎn)軸固定連接激光源7,實現(xiàn)激光前后角度調(diào)整。如圖3所示，所述的傳 送帶21由第九交流伺服電動機20通過滑輪19驅(qū)動。對側(cè)激光源同樣裝配。
[0032] 所述的控制系統(tǒng)包括CT數(shù)字圖像處理系統(tǒng)8和穿刺機械控制系統(tǒng)9,所述的第 一至第九交流伺服電動機皆由穿刺機械控制系統(tǒng)9控制。所述CT數(shù)字圖像處理系統(tǒng)8允 許操作者在多層CT橫斷面上圈選穿刺目標(biāo)病灶，系統(tǒng)將橫斷面圖模擬形成三維立體圖并 在控制軟件界面上顯示，以目標(biāo)病灶為中心，在所有方向上自動篩選出數(shù)條最合適的穿刺 路線并在控制軟件界面上顯示，允許操作者從中選擇最佳路線，該路線符合如下要求：1，遠 離大血管及實質(zhì)臟器、2,可跨越多個原始橫斷面、3,穿刺點與病灶間距離最短。具體操作 時，可獲取CT增強掃描獲得多幅橫斷面CT值的點圖，軟件自動三維轉(zhuǎn)換。將目標(biāo)病灶設(shè) 為坐標(biāo)原點，其余CT值數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)進行平移變換，計算所有數(shù)據(jù)點與病灶點的三維角 度，用a，b，c來表示。假設(shè)某個點為（ X，y，，z)，此坐標(biāo)為經(jīng)過坐標(biāo)變換后的坐標(biāo)。那么，

【權(quán)利要求】
1. 一種CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，包括CT掃描架（1 )、掃描床（3)和控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述的掃描床（3)兩側(cè)設(shè)有滑行軌道（4)，穿刺架（2)可沿滑行軌道（4)滑動， 穿刺架（2)上設(shè)有機械臂（6)，機械臂（6)的一端連接穿刺針（5);所述的機械臂（6)垂直懸 掛于所述的穿刺架（2)上，第一交流伺服電動機（10)固定在穿刺架（2)上，第一交流伺服 電動機（10)水平設(shè)置，第一交流伺服電動機（10)的轉(zhuǎn)軸螺紋連接機械臂（6);所述的機械 臂包括第二交流伺服電動機（11)、第三交流伺服電動機（12)、第四交流伺服電動機（13)和 第五交流伺服電動機（14)，第二交流伺服電動機（11)垂直懸掛于所述的穿刺架（2)上，第 三交流伺服電動機（12)螺紋連接第二交流伺服電動機（11)的轉(zhuǎn)軸，第四交流伺服電動機 (13)連接第三交流伺服電動機（12)的轉(zhuǎn)軸，第五交流伺服電動機（14)連接第四交流伺服 電動機（13)的轉(zhuǎn)軸，穿刺針（5)螺紋連接第五交流伺服電動機（14)的轉(zhuǎn)軸。
2. 如權(quán)利要求1所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的CT掃描 架（1)上設(shè)有激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝置，激光源位置和方向調(diào)節(jié)裝置連接激光源（7)。
3. 如權(quán)利要求3所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的激光源 位置和方向調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于CT掃描架（1)上的圓形內(nèi)框，圓形內(nèi)框上設(shè)有傳送帶（21)， 傳送帶（21)上固定有第七交流伺服電動機（18)，第七交流伺服電動機（18)的轉(zhuǎn)軸連接 第八交流伺服電動機（16)，第七交流伺服電動機（18)的轉(zhuǎn)軸垂直于第八交流伺服電動機 (16)的轉(zhuǎn)軸，第八交流伺服電動機（16)的轉(zhuǎn)軸連接激光源（7)，所述的傳送帶（21)由第九 交流伺服電動機（20 )通過滑輪（19 )驅(qū)動。
4. 如權(quán)利要求1所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的穿刺架 (2)包括水平桿，水平桿的兩端各連接一個堅直桿，堅直桿的下端設(shè)于滑行軌道（4)上，并可 沿滑行軌道（4)滑動。
5. 如權(quán)利要求1所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的穿刺架 (2)在第六交流伺服電動機的牽拉作用下沿滑行軌道（4)滑動。
6. 如權(quán)利要求1所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的穿刺針 (5)的尾端設(shè)有反光鏡。
7. 如權(quán)利要求1所述的CT引導(dǎo)下自動化經(jīng)皮病灶穿刺儀，其特征在于，所述的控制系 統(tǒng)包括CT數(shù)字圖像處理系統(tǒng)（8)和穿刺機械控制系統(tǒng)（9)。
【文檔編號】A61B6/03GK204033363SQ201420172146
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】金偉中, 王利民, 金永華, 王可, 葉健, 金兒, 王嬌莉, 張維, 夏俊波, 金華良, 嚴(yán)秀娟, 沈凌, 祁明浩, 陳灝 申請人:杭州市第一人民醫(yī)院