Ct实时自动定位穿刺机器手的制作方法

文档序号:10497387
Ct实时自动定位穿刺机器手的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种CT实时自动定位穿刺机器手,能将套管针(46)实时、自动、精确地穿刺到患者体内设定的靶点;并且进针速度和深度可任意设定。应用本发明的CT实时自动定位穿刺机器手可大大提高穿刺定位精度,缩短穿刺定位的时间,提高医生和CT机的工作效率,减少患者的辐射损伤,提高介入治疗的安全性和有效性。本发明的CT实时自动定位穿刺机器手也可广泛应运用于穿刺活检。
【专利说明】
CT实时自动定位穿刺机器手
技术领域
[0001]本发明涉及医疗器械领域,尤其涉及一种CT实时自动定位穿刺机器手。
【背景技术】
[0002]CT扫描分辨率高,对比度好,可清楚地显示病变的大小、形态、位置以及病灶与周围组织器官的毗邻关系,也可精确地确定进针点、穿刺角度和深度,避免损伤血管、神经和病灶周围相邻的重要组织,因此应用CT引导,经皮穿刺进行介入治疗具有较高的安全性和有效性。
[0003]CT可对人体任何部位进行断层扫描,因此应用CT引导进行介入治疗适应于人体任何部位的病变组织;加上CT在大、中、小医院的普及率高,目前已广泛应用CT引导经皮穿刺进行介入治疗和应用CT引导进行穿刺活检。
[0004]由于X射线对人体有害,而且CT扫描架的扫描窗口的直径不足以容纳消融电极或穿刺活检针的针杆和手柄总长加上患者的占位,因此目前无论用CT引导做介入治疗或用CT引导做穿刺活检,一般做不到实时、自动定位和穿刺。不实时定位与穿刺会产生多种误差:
1)穿刺角度误差:当穿刺点确定后,CT就能精确测出进针的角度,如果进针角度偏离CT测出进针的角度,就会偏离靶点,产生穿刺角度误差。
2)呼吸误差:人体许多器官都会随呼吸产生位移,如果CT扫描时和穿刺时患者的吸气量不同时,就会产生呼吸误差。
3)针杆抖动误差:医生在穿刺过程中手的抖动会造成穿刺偏离靶点。
[0005]为提高穿刺定位精度,缩短穿刺定位的时间,提高医生和CT机的工作效率,减少患者的辐射损伤,提高介入治疗的安全性和有效性。发明一种CT实时自动定位穿刺机器手是非常必要的。目前很多医院也广泛应运用CT引导进行穿刺活检,发明一种CT实时自动定位穿刺机器手对穿刺活检也是非常必要的。

【发明内容】

[0006]为了解决上述技术问题,本发明设计了一个与CT扫描架牢固地连成一体的机械系统。本发明通过以下技术方案实现。
[0007]—种CT实时自动定位穿刺机器手,包括水平运动控制箱、水平运动机械臂、垂直运动机械臂、纵向运动机械臂、穿刺角度控制器、套管针、套管针穿刺器、套管针纵向微调器、套管针导向器,以及支撑架或夹具;
其中,所述水平运动机械臂、垂直运动机械臂、纵向运动机械臂、穿刺角度控制器通过所述支撑架或夹具可操作地固定在CT扫描架上,从而使整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架牢靠地连成一体,以保持在所述CT扫描架发生运动时,所述套管针运动的路径始终位于所述CT的扫描平面内。
[0008]优选地,所述垂直运动机械臂包括后垂直运动机械臂和前垂直运动机械臂,分别安装在CT扫描架的前后两侧,其上端与所述水平运动机械臂的两端成直角相连;后垂直运动机械臂下端与后纵向运动机械臂成直角相连;前垂直运动机械臂下端与前纵向运动机械臂成直角相连。
[0009]优选地,所述纵向运动机械臂包括后纵向运动机械臂和前纵向运动机械臂,所述后纵向运动机械臂的一端装有套管针纵向微调器,所述前纵向运动机械臂的一端装有穿刺角度控制器;所述后纵向运动机械臂上装有套管针穿刺器,通过套管针纵向微调器能够使套管针位于CT扫描架中X射线扫描平面内。
[0010]本发明还提供了一种CT实时自动定位穿刺机器手,包括水平运动轨道、水平运动滑块、垂直运动机械臂、纵向运动机械臂、穿刺角度控制器、套管针、套管针穿刺器、套管针纵向微调器、套管针导向器,以及支撑架或夹具;
其中,所述水平运动滑块能够在所述水平运动轨道滑动,所述垂直运动机械臂与所述水平运动轨道垂直地安装在所述水平运动滑块上;纵向运动机械臂、穿刺角度控制器,所述水平运动轨道可操作地固定在所述垂直运动机械臂的下端;所述水平运动轨道通过所述支撑架或夹具固定在CT扫描架上,从而使整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架牢靠地连成一体,以保持在所述CT扫描架发生运动时,所述套管针运动的路径始终位于所述CT的扫描平面内。
[0011 ]优选地,所述套管针穿刺器包括穿刺电机、穿刺丝杠、穿刺螺母;所述穿刺电机的轴和穿刺丝杠的上端有相互咬合的齿轮;所述穿刺丝杠与穿刺螺母安装在穿刺螺母导向管内。
[0012]优选地,所述穿刺螺母导向管上有一轴向导向缝,所述穿刺螺母上有一侧翼,该册以可在穿刺螺母导向管的导向缝内滑动,侧翼还可伸向套管针导向器的导向缝内。
[0013]优选地,所述套管针导向器的截面为多边形,每个角或边内都有一纵向孔,纵向孔内放置套管针,纵向孔的外侧有纵向缝。
[0014]本发明还提供了一种CT实时自动定位穿刺机器手,包括:
执行机构,其能够驱动医疗器械进行穿刺操作;
姿态定位机构,其具有至少三个自由度,能够根据穿刺操作的路径调节所述执行机构的姿态;
系统控制器,其能够控制所述执行机构和所述姿态定位机构的动作;
固定机构,其能够将所述姿态定位机构连接到CT设备的机架之上成为一体;
其中,所述CT设备的机架发生运动时,所述姿态定位机构能够保持所述执行机构的所述穿刺操作的路径位于所述CT设备的扫描平面内。
[0015]本发明还提供了一种自动穿刺系统,包括:
检查台,其能够承载接受穿刺操作的对象;
CT成像设备,其每次能够以扇形扫描面对位于所述检查台上的对象进行断面成像;以及根据以上技术方案中任一项所述的CT实时自动定位穿刺机器手。
[0016]本发明的CT实时自动定位穿刺机器手能自动、准确地进行穿刺定位,能自动精确地改变进针角度、速度和深度;并且当CT扫描架转动时(通常不大于±30度),套管针将始终保持在X射线扫描平面内,将穿刺操作的空间操作路径转化为CT扫描平面内的二维路径,简化了操作和控制。应用本发明的CT实时自动定位穿刺机器手可大大提高穿刺定位精度,缩短穿刺定位的时间,提高医生和CT机的工作效率,减少患者的辐射损伤,提高介入治疗的安全性和有效性。本发明的CT实时自动定位穿刺机器手也可广泛应运用于穿刺活检。
【附图说明】
[0017]图1为本发明CT实时自动定位穿刺机器手方框图。
[0018]图2为本发明CT实时自动定位穿刺机器手水平运动控制箱支撑架示意图。
[0019]图3为本发明CT实时自动定位穿刺机器手主要部件与CT扫描架连接示意图。
[0020]图4为本发明CT实时自动定位穿刺机器手水平运动控制箱结构示意图。
[0021]图5为本发明CT实时自动定位穿刺机器手垂直运动控制箱结构示意图。
[0022]图6为本发明CT实时自动定位穿刺机器手纵向运动机械臂结构示意图。
[0023]图7为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针穿刺器结构示意图。
[0024]图8为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针结构示意图。
[0025]图9为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针导向管结构图。
[0026]图10为本发明具有另一实施方式的固定装置的CT实时自动定位穿刺机器手方框图。
[0027]图11为图10中的实施方式的安装部件示意图。
[0028]所有图中,相同标号表示相同的部件或组件。图中所有标号的相应部件或组件的名称如下:
I水平运动控制箱2 支撑架
3 CT扫描架4 水平运动机械臂
5后垂直运动机械臂6 前垂直运动机械臂
7后纵向运动机械臂8 前纵向运动机械臂
9套管针穿刺器10系统控制器
11上位计算机12 CT窗
13支撑架上梁14支撑架下梁
15支撑腿16后直线滑轨
17后直线滑块18前直线滑轨
19前直线滑块20水平驱动丝杠
21水平驱动螺母22水平机械臂控制器
23安装板24垂直机械臂控制器
25垂直丝杠26垂直丝杠螺母
27垂直机械上臂28垂直机械下臂
29套管针纵向微调器30螺钉
31螺母32螺母轴承
33后纵向机械臂34前纵向机械臂
35穿刺角度控制器36锁定器
37套管针穿刺器安装壳38穿刺电机
39齿轮I40 齿轮2
41穿刺丝杠42丝杠轴承
43穿刺螺母44穿刺螺母侧翼 45穿刺螺母导向管46套管针
47外套管48闭孔器
49套管针导向器50锁定钮
201安装部202固定部
211水平滑动定位装置212垂直滑动定位装置。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明:本发明的【具体实施方式】在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0030]图1是本发明CT实时自动定位穿刺机器手方框图,该系统包括水平运动控制箱(I)和其中的水平运动机械臂(4)、后垂直运动机械臂(5)、前垂直运动机械臂(6)、后纵向运动机械臂(7)、前纵向运动机械臂(8)、穿刺角度控制器(35)、套管针(46)、套管针穿刺器(9)、套管针纵向微调器(29)、套管针导向器(49)、支撑架(2)、系统控制器(10)和上位计算机(Il)0
[0031]方框图中除支撑架(2)和套管针(46)外,所有组件都受系统控制器(10)和上位计算机(11)工作软件控制,套管针闭孔器(48 )的针尖能在CT扫描窗内自动、准确地到达设定的穿刺点;穿刺角度、深度、穿刺速度都能程序控制,使套管针(46)能自动、准确地穿刺到患者体内设定的靶点。
[0032]系统控制器(10)通过接口(如RS232)与上位计算机(11)连接,系统工作软件能将套管针(46)实时、自动、精确地穿刺到患者体内设定的靶点;进针速度和深度可任意设定。由于
图2为本发明CT实时自动定位穿刺机器手支撑架(2)示意图,该支撑架(2)由支撑架上梁(13)、支撑架下梁(14)和两个支撑腿(15)组成,两个支撑腿(15)之间的距离应略大于CT扫描架(3)的厚度。调节支撑架下梁(14)的长度(缩短)可将支架牢靠地固定在CT扫描架(3)上。
[0033]两个支撑架上梁(13)与水平运动控制箱(I)连接在一起,因而整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架(3)就连成一整体,当CT扫描架(3)转动时(通常不大于±30度),套管针(46)将始终保持在X射线扫描平面内。
[0034]图3为本发明CT实时自动定位穿刺机器手主要部件与CT扫描架连接示意图,水平运动控制箱(I)通过支撑架(2)牢靠地固定在CT扫描架(3)的正上方,两个垂直运动机械臂:后垂直运动机械臂(5)和前垂直运动机械臂(6),它们分别安装在CT扫描架(3)的前后两侧,其上端与水平运动机械臂(4)的两端成直角相连;后垂直运动机械臂(5)下端与后纵向运动机械臂(7)成直角相连;前垂直运动机械臂(6)下端与前纵向运动机械臂(8)成直角相连;纵向运动机械臂上装有套管针穿刺器(9)。
[0035]图4为本发明CT实时自动定位穿刺机器手水平运动控制箱结构示意图,由图可见,在安装板(20)上有前、后两个平行的水平直线滑轨(18、16)和两个直线滑块(19、17),水平运动机械臂(4)固定在两个直线滑块上。
[0036]两个平行的水平直线滑轨(18、16)中间装有水平驱动丝杠(20)和水平驱动螺母(21),水平驱动丝杠(20)的一端装有水平机械臂控制器(22).后垂直运动机械臂(5)和前垂直运动机械臂(6)的上端与水平运动机械臂(4)的两端成直角相连。通过水平机械臂控制器
(22)可使两个垂直运动机械臂在水平方向运动(X轴)。
[0037]图5为本发明CT实时自动定位穿刺机器手垂直运动控制箱结构示意图,垂直运动控制箱由垂直机械臂控制器(24)、垂直丝杠(25)、垂直丝杠螺母(26)垂直机械上臂(27)和垂直机械下臂(28)组成。垂直机械臂控制器(24)可改变垂直机械臂的长度(Y轴)。
[0038]CT实时自动定位穿刺机器手共有两个垂直运动机械臂:后垂直运动机械臂(5)和前垂直运动机械臂(6),它们分别安装在CT扫描架(3)的前后两侧,其上端与水平运动机械臂(4)的两端成直角相连;后垂直运动机械臂(5)下端与后纵向运动机械臂(7)成直角相连;前垂直运动机械臂(6 )下端与前纵向运动机械臂(8 )成直角相连。
[0039]垂直机械臂控制器(21)同步控制前、后两个垂直运动机械臂(6、5);垂直机械臂控制器(24)和水平机械臂控制器(22)联合应用可将套管针(46)的针尖移动到CT窗(12)内X射线扫描平面的任何位置。
[0040]图6为本发明CT实时自动定位穿刺机器手纵向运动机械臂结构示意图;纵向运动机械臂分成两段:后垂直运动机械臂(5)和前纵向运动机械臂(8),后垂直运动机械臂(5)的一端装有套管针纵向微调器(29),前纵向运动机械臂(8)的一端装有穿刺角度控制器(35);后纵向运动机械臂(7)上装有套管针穿刺器(9),通过套管针纵向微调器(29)可使套管针在CT的X射线扫描平面平内。
[0041]由于螺母(31)与螺母轴承(32)的内径紧密连接,后纵向运动机械臂(7)的左端与螺母轴承的外径紧密连接,故通过套管针纵向微调器(29)旋转螺钉(30)时,后纵向运动机械臂(7)可纵向移动(不能转动),因套管针(46)与后纵向运动机械臂(7)垂直相连,因此,通过套管针纵向微调器(29)可使套管针在CT的X射线扫描平面平内。后纵向运动机械臂(7)、前纵向运动机械臂(8)之间有一定的间隙,间隙的大小可通过套管针纵向微调器(29)进行调节,也可用锁定钮(50)锁定。
[0042]图7为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针穿刺器结构示意图;它包括穿刺电机(38 )、穿刺丝杠(41)、穿刺螺母(43 )、穿刺电机(38 )的轴和穿刺丝杠(41)的上端有相互咬合的齿轮:齿轮1(39)和齿轮2(40);所述穿刺丝杠(41)与穿刺螺母(43)安装在穿刺螺母导向管(45)内,所述穿刺螺母导向管(45)上有一轴向导向缝,所述穿刺螺母(43)上有侧翼(44),该侧翼(44)可在穿刺螺母导向管(45)的导向缝内滑动,侧翼(44)可伸向套管针导向器(49)的导向缝内,将其中的套管针(46)插进患者体内的革巴点上。
[0043]图8为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针结构示意图;由图可见套管针
(46)包括外套管(47)和闭孔器(48),外套管(47)的内径略大于闭孔器(48)的外径,闭孔器
(48)的下端为三棱形或圆锥形尖。当套管针(46)插入患者体内后,可先将套管针导向器
(49)和套管针闭孔器(48)卸下,患者体内只有一只外套管(47),此时患者可以出CT窗(12),再进行介入治疗或穿刺活检就很方便了。
[0044]图9为本发明CT实时自动定位穿刺机器手中套管针导向管结构图,套管针导向器(49)的截面为多边形,每个角或边内都有一纵向孔,纵向孔内放置套管针(46)。纵向孔的外侧有纵向缝,侧翼(44)可伸向套管针导向器(49)的纵向缝内,将其中的套管针(46)插进患者体内的靶点上。
[0045]图10为本发明的具有另一变型方式的固定机构的实施例。图中水平运动轨道
(211)、水平运动滑块(图中未示出)、垂直运动机械臂(212)、纵向运动机械臂、穿刺角度控制器(图中未示出)、穿刺医疗器械,以及支撑架或夹具(201,202)。
[0046]所述水平运动滑块能够在所述水平运动轨道(211)滑动,所述垂直运动机械臂
(212)与所述水平运动轨道(211)垂直地安装在所述水平运动滑块上;纵向运动机械臂、穿刺角度控制器,所述水平运动轨道(211)可操作地固定在所述垂直运动机械臂(212)的下端;所述水平运动轨道(211)通过所述支撑架或夹具固定在CT扫描架上,从而使整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架牢靠地连成一体,以保持在所述CT扫描架发生运动时,所述穿刺医疗器械运动的路径始终位于所述CT的扫描平面内。
[0047]图11为图10所示的实施例中的一种可选夹具的侧视图,其包括一个横向部,以及两个基本垂直于所述横向部的臂部。所述横向部两端的所述臂部直接的距离基本为CT扫描架的轴向长度,以使得所述夹具通过例如卡合、夹持的方式固连到所述CT扫描架上。
[0048]该实施例中的医疗器械可以使用与前一实施例中相同的套管针,在此不再赘述。
[0049]尽管上文对本发明的【具体实施方式】给予了详细描述和说明,但是应该指明的是,我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改,其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种CT实时自动定位穿刺机器手,包括水平运动控制箱(1)、水平运动机械臂(4)、垂直运动机械臂(5,6)、纵向运动机械臂(7,8)、穿刺角度控制器(35)、套管针(46)、套管针穿刺器(9)、套管针纵向微调器(29)、套管针导向器(49),以及支撑架或夹具(2); 其特征在于,所述水平运动机械臂(4)安装在水平运动滑块(17,19)上,所述水平运动滑块能够在水平直线滑轨(16,18)上滑动,所述水平直线滑轨通过所述支撑架或夹具(2)可操作地固定在CT扫描架(3)上,从而使整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架(3)牢靠地连成一体,以保持在所述CT扫描架(3)发生运动时,所述套管针(46)运动的路径始终位于所述CT的扫描平面内。2.根据权利要求1所述的CT实时自动定位穿刺机器手,其特征在于,所述垂直运动机械臂(5,6)包括后垂直运动机械臂(5)和前垂直运动机械臂(6),分别安装在CT扫描架(3)的前后两侧,其上端与所述水平运动机械臂(4)的两端成直角相连;后垂直运动机械臂(5)下端与后纵向运动机械臂(7)成直角相连;前垂直运动机械臂(6)下端与前纵向运动机械臂(8)成直角相连。3.根据权利要求2所述的CT实时自动定位穿刺机器手,其特征在于,所述纵向运动机械臂(7,8)包括后纵向运动机械臂(7)和前纵向运动机械臂(8),所述后纵向运动机械臂(7)的一端装有套管针纵向微调器(29),所述前纵向运动机械臂(8)的一端装有穿刺角度控制器(35);所述套管针穿刺器(9)装在后纵向运动机械臂(7)上,通过套管针纵向微调器(29)能够使套管针位于CT扫描架中X射线扫描平面内。4.一种CT实时自动定位穿刺机器手,包括水平运动轨道(211)、水平运动滑块、垂直运动机械臂(212 )、纵向运动机械臂、穿刺角度控制器、套管针(46 )、套管针穿刺器(9 )、套管针纵向微调器(29)、套管针导向器(49),以及支撑架或夹具(201,202); 其特征在于,所述水平运动滑块能够在所述水平运动轨道(211)滑动,所述垂直运动机械臂(212)与所述水平运动轨道(211)垂直地安装在所述水平运动滑块上;纵向运动机械臂、穿刺角度控制器,所述水平运动轨道(211)可操作地固定在所述垂直运动机械臂(212)的下端;所述水平运动轨道(211)通过所述支撑架或夹具固定在CT扫描架上,从而使整个CT实时自动定位穿刺机器手与CT扫描架牢靠地连成一体,以保持在所述CT扫描架发生运动时,所述套管针(46)运动的路径始终位于所述CT的扫描平面内。5.根据权利要求1-4中任一项所述的CT实时自动定位穿刺机器手,其特征在于,所述套管针穿刺器(9)包括穿刺电机(38)、穿刺丝杠(41)、穿刺螺母(43);所述穿刺电机(38)的轴和穿刺丝杠(41)的上端有相互咬合的齿轮;所述穿刺丝杠(41)与穿刺螺母(43)安装在穿刺螺母导向管(45)内。6.根据权利要求5所述的CT实时自动定位穿刺机器手,其特征在于,所述穿刺螺母导向管(45)上有一轴向导向缝,所述穿刺螺母(43)上有一侧翼(44),该册以(44)可在穿刺螺母导向管(45)的导向缝内滑动,侧翼(44)还可伸向套管针导向器(49)的导向缝内。7.根据权利要求5所述的CT实时自动定位穿刺机器手,其特征在于,所述套管针导向器(49)的截面为多边形,每个角或边内都有一纵向孔,纵向孔内放置套管针(46),纵向孔的外侧有纵向缝。8.一种CT实时自动定位穿刺机器手,包括: 执行机构,其能够驱动穿刺医疗器械进行穿刺操作; 姿态定位机构,其具有至少三个自由度,能够根据穿刺操作的路径调节所述执行机构的姿态; 系统控制器,其能够控制所述执行机构和所述姿态定位机构的动作; 固定机构,其能够将所述姿态定位机构连接到CT设备的机架之上成为一体; 其特征在于,所述CT设备的机架发生运动时,所述姿态定位机构能够保持所述穿刺医疗器械的所述穿刺操作的路径始终位于所述CT设备的扫描平面内。9.一种自动穿刺系统,包括: 检查台,其能够承载接受穿刺操作的对象; CT成像设备,其能够以扇形扫描面对位于所述检查台上的对象进行断面成像;以及 根据权利要求1-8中任一项所述的CT实时自动定位穿刺机器手。
【文档编号】A61B6/03GK105852939SQ201610391457
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】王洪奎, 吴海峰, 王新
【申请人】王洪奎
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