专利名称：一种体内靶点体外定向引导装置及其定位方法
技术领域：
本发明属于一种医疗器械。
背景技术：
随着医学技术的发展微创靶向治疗方法逐步扩展，可以替代许多剖口探查和治疗手术，节省了手术时间和费用，也减少了患者痛苦和开支。但是如何在患者体外无创情况下，实现患者体内靶点位置的确定和穿刺引导是上述手术成功与否的关键。
目前国内少数医院采用进口的电子激光导航架与CT机等影像设备配合使用，可以实现体内靶点定位和引导。但是进口设备价格昂贵使用条件苛刻难以推广。国内目前开发的脑部定位装置，用机械方法进行空间定位，难以适应体部定位。
所以目前体部微创靶向治疗一般还是依靠有经验的手术医生，参照医学影像描述的靶点位置进行盲穿。其精确度和可靠性均难以保证。若出现误差往往需要反复进行穿刺以纠正偏差。
而实际上随着计算机技术的普及，患者体内病灶的位置，可以通过图像处理技术进行数据描述。目前成熟的图像处理技术不但可以获得患者体内病灶靶点的全部空间位置数据，而且还可以通过治疗计划，确定靶点数量和每个靶点的穿刺路径及其相关数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种方便、快捷、精确的体外定位辅助设备及其应用方法。可以使医生在设备引导下快速进行体外定位，解决体外定位精确度差、所需时间长等问题。
本发明所述的一种体内靶点体外定向引导装置，它包括设置了基准线的导向云台；对导向云台进行倾角调整的倾角调节机构；控制导向云台模拟影像设备坐标系的坐标旋转器；安装于底座的平面调节器及辅助机构。
导向云台设置有为穿刺针提供定向引导的基准线标志，该标志由红宝石激光束或直线导轨构成，其轴向必须与导向云台基准平面垂直。
导向云台上设置有感知基准平面的倾斜度，保证基准平面空间倾角精确的倾角传感器。
倾角调节机构由实现二维倾角调整的、相互垂直设置的电机和组成，其下部连接导向云台。
坐标旋转器和平面调节器分别设置于可以使倾角调节机构整体旋转的轴心上和整台设备的底座上；坐标旋转器由一个垂直于倾角调节机构并且由电机驱动的旋转轴构成；平面调节器由设置在底座上的三个可以伸缩的支柱及一个平面传感器构成。
本发明所述的一种体内靶点体外定向引导装置的定位方法，其步骤包括①、通过医学影像断层扫描，获知患者体内病灶信息，并进行病灶三维重建，通过引入影像坐标系和比例尺，获知病灶的数据描述；②、根据上步的结果和药物机理、治疗手法、体内相关组织确定患者病灶内治疗靶点数量、位置和进入路径，并做出相应体表标记；③、将每一个治疗靶点及其相对应的体表标记之间作一个虚拟的直线，此直线即为此靶点的治疗路径基线，根据影像坐标系和比例尺，测得基线的空间倾角和基线长度；④、以大地坐标为基准将已测知的影像设备基准平面空间倾角值输入本引导装置，精密控制本引导装置的平面调节器动作，使本引导装置基本平面与影像设备基准平面平行；再调控本引导装置坐标旋转器，让另外二维坐标轴与影像设备相对应的二维坐标轴相平行，使调整定向引导装置基准坐标系与影像坐标系相一致；再将该定向引导装置的云台基准线空间倾角调整到与治疗路径基线的空间倾角高度一致，然后经过定向引导装置的线性移动功能，将定向引导装置的导向云台基准线对准患者体表标记；则定向引导装置的导向云台基准线就是患者体内特定靶点治疗路径基线的体外延长线。以导向云台的基准线作为微创器械轴线的定向标准线，以微创器械上的标尺作为治疗路径基线确定长度的依据，即可实现特定靶点的定位穿刺。
本发明具有如下优点和积极效果1、实现体内靶点体外精确定位的功能，即对人体内部特定的治疗点(靶点)不通过肌体解剖就在体外进行测量定位，并通过设备进行方向指示，引导微创器械；2、精确确定手术路径；3、使用成本低，方法简单实用；4、提高了医疗资源利用率。
图1是本发明的体内靶点体外定向引导装置结构原理图。
图2是本发明的治疗路径示意图。
图3是本发明的倾角调节机构结构图。
图4是本发明的平面调节器结构图。
具体实施例方式
由于人体内部病灶在不解剖的情况下，在体外无法直接观察到，因此在体外也就无法穿透皮肤和肌肉的阻隔，精确找到其在体内的位置。盲目进行穿刺手术，很难保证穿刺到位，风险极大。更何况在穿刺时必须避开无法穿过或不得穿过的骨骼及重要器官，其难度就更大。
目前利用医学影像技术进行体内病灶三维重建，利用治疗计划技术进行治疗靶点设置，治疗路径确定和空间位置测量及数据输出，可以得到每一个靶点治疗信息的数据指引。
因此，首先获得患者体内靶点空间位置的相应数据，并依据这些数据在体外重现与靶点的对应关系，并在患者体外实现这些数据，才可以实现准确到达靶点的目的。
本发明依据医学断层影像和图像处理技术，治疗计划技术。首先确定患者体内治疗靶点的数量和空间位置及每一个靶点的治疗计划路径。此技术相对比较成熟。
在上述处理基础上，可以在患者体表标出每一个靶点的对应标记。此时，每个靶点与其对应的体表标记之间的连线就是治疗计划路径，实际上就是每个靶点的穿刺路径。
上述穿刺路径体外延长线的获得，则需要一个可以精密重现穿刺路径方位和空间倾斜角的定向装置。只要将从医学影像获得的直线空间位置数据输入定向装置，则定向装置就可以依据这些数据寻找到穿刺路径的体外延长线。
在寻找到穿刺路径的体外延长线基础上，以此延长线为基准，配合标有刻度的穿刺针，按影像提供的深度数值穿刺到位，即可精确到达靶点。(见图2)本发明的定位方法由如下步骤组成A、病灶的三维重建——通过医学影像断层扫描，获知患者体内病灶(靶区)信息，并进行病灶三维重建。通过引入影像坐标系和比例尺，获得病灶的数据描述。
B、制定治疗计划——根据三维重建的结果和药物机理、治疗手法、体内相关组织(器官)确定患者病灶(靶区)内治疗点(靶点)数量、位置和进入路径，最终确定药物种类及患者体表相对于每个靶点的入针点，并做出体表标记；C、确定治疗路径基线——在上述治疗计划的基础上，将每一个治疗靶点及其相对应的体表标记之间作出一个虚拟的直线。此直线即为此靶点的治疗路径基线。根据影像坐标系和比例尺，测得基线的空间倾角和基线长度。
D、体外定向——采用本发明的定向引导装置，以大地水平为基准将已测知的影像设备基准平面空间倾角值输入本引导装置，精密控制本引导装置的平面调节器动作，使本引导装置基本平面与影像设备基准平面平行；再调控本引导装置坐标旋转器，让另外二维坐标轴与影像设备相对应的二维坐标轴相平行；达到调整定向引导装置基准坐标系与影像坐标系相一致。精确控制导向云台倾角将云台基准线的空间倾角调整到与治疗路径基线的空间倾角高度一致的目的，再经过定向引导装置的线性移动功能，使导向云台基准线标志对准患者体表标记，则导向云台基准线就是患者体内特定靶点治疗路径基线的体外延长线，完成了体外靶点定向的目的。
E、引导穿刺——在体外定向的基础上，将微创器械(如穿刺针)端部对准患者体表标记，其轴线沿着导向云台基准线，向患者体内实施穿刺，其治疗路径基线确定的长度由微创器械上的标尺来度量，插入此深度则穿刺针尖即准确到达患者体内特定的治疗靶点，此时可以进行取活验及药物植入等微创手术。
由于引导装置具有空间坐标系重复功能，以大地水平为基准，测出医学影像坐标的倾角，并精确模拟重复此坐标系，在空间坐标系高度一致的基础上该引导装置将其独有的导向云台上设置的基准线空间倾角进行精确调整。做到定向引导装置的基准线与所述的治疗路径基线的空间倾斜度高度一致重合。再辅助进行线性移动，使基准线对准患者体表标记，就实现了实际治疗路径与理论治疗路径的高度一致，从技术上保证了定位准确。
定向引导装置的具体结构参见图1由设置了基准线的导向云台1及对导向云台进行空间倾角调整的倾角调节机构2、模拟影像设备坐标系的坐标旋转器3、平面调节器4及线性移动机构、控制系统、支架及壳体等。
导向云台1上设置有基准线标志1a，该标志可以用红宝石激光束或直线导轨来代表，其轴向必须与导向云台基准平面垂直，其作用是为穿刺针提供定向引导。
导向云台上还设置有倾角传感器1b，其作用是可以感知基准面的倾斜度，以保证基准面空间倾角的可控调整和精确。
倾角调节机构2由相互垂直设置的电机2a及2b组成，其下部连接导向云台1，电机2a及2b的可控旋转可使导向云台1实现二维倾角调整(见图3)。其上部连接坐标旋转器3或线性移动机构。
坐标旋转器3和平面调节器4分别设置于倾角调节机构上部或可以带动倾角调节机构旋转的其它轴心上和整台设备的底坐标上。
坐标旋转器3由一个电机驱动旋转的轴构成。其作用是当定向引导装置坐标系与影像设备坐标系在同一平面，但另外二维坐标不重合有夹角时，将其旋转调整重合。
平面调节器4由设置在设备底座上的三个可以伸缩的支柱4a及一个平面传感器4b构成(见图4)。其作用是当定向引导装置依托的坐标平面与医学影像设备依托的平面不平行时，调节支柱使定向引导装置的坐标平面与影像设备的平面相平行。
通过坐标旋转器3和平面调节器4的调整，可以使定向引导装置的坐标系与影像设备坐标系一致等效。
本引导装置能够应用于微创靶向治疗及体内活组织提取手术的体外精确定位(包括应用于医务人员的教学培训及其它体内靶点体外定向引导方法的精度验证)。
权利要求
1.一种体内靶点体外定向引导装置，其特征在于它包括设置了基准线的导向云台(1)；对导向云台进行倾角调整的倾角调节机构(2)；控制导向云台模拟影像设备坐标系的坐标旋转器(3)；安装于底座的平面调节器(4)及辅助机构。
2.如权利要求1所述的一种体内靶点体外定向引导装置，其特征在于导向云台(1)设置有为穿刺针提供定向引导的基准线标志(1a)，该标志由红宝石激光束或直线导轨构成，其轴向必须与导向云台基准平面垂直。
3.如权利要求1所述的一种体内靶点体外定向引导装置，其特征在于导向云台(1)上设置有感知基准平面的倾斜度，保证基准平面空间倾角精确的倾角传感器(1b)。
4.如权利要求1所述的一种体内靶点体外定向引导装置，其特征在于倾角调节机构(2)由实现二维倾角调整的、相互垂直设置的电机(2a)和(2b)组成，其下部连接导向云台(1)。
5.如权利要求1所述的一种体内靶点体外定向引导装置，其特征在于坐标旋转器(3)和平面调节器(4)分别设置于可以使倾角调节机构整体旋转的轴心上和整台设备的底座上；坐标旋转器(3)由一个垂直于倾角调节机构并且由电机驱动的旋转轴构成；平面调节器(4)由设置在底座上的三个可以伸缩的支柱及一个平面传感器构成。
6.一种体内靶点体外定向引导装置的定位方法，其步骤包括①、通过医学影像断层扫描，获知患者体内病灶信息，并进行病灶三维重建，通过引入影像坐标系和比例尺，获知病灶的数据描述；②、根据上步的结果和药物机理、治疗手法、体内相关组织确定患者病灶内治疗靶点数量、位置和进入路径，并做出相应体表标记；③、将每一个治疗靶点及其相对应的体表标记之间作一个虚拟的直线，此直线即为此靶点的治疗路径基线，根据影像坐标系和比例尺，测得基线的空间倾角和基线长度；④、以大地坐标为基准将已测知的影像设备基准平面空间倾角值输入本引导装置，精密控制本引导装置的平面调节器动作，使本引导装置基本平面与影像设备基准平面平行；再调控本引导装置坐标旋转器，让另外二维坐标轴与影像设备相对应的二维坐标轴相平行，使调整定向引导装置基准坐标系与影像坐标系相一致；再将该定向引导装置的云台基准线空间倾角调整到与治疗路径基线的空间倾角高度一致，然后经过定向引导装置的线性移动功能，将定向引导装置的导向云台基准线对准患者体表标记；则定向引导装置的导向云台基准线就是患者体内特定靶点治疗路径基线的体外延长线。以导向云台的基准线作为微创器械轴线的定向标准线，以微创器械上的标尺作为治疗路径基线确定长度的依据，即可实现特定靶点的定位穿刺。
全文摘要
本发明属于医疗器械领域。本发明的定向引导装置，由设置有基准线标志的导向云台；倾角调节机构；线性移动机构；坐标旋转器；平面调节器及支架；壳体和控制系统构成。其定位方法的原理是借助医学影像设备(CT、MPL、B超)和治疗计划技术所依据的空间坐标系和治疗计划所得出的人体内治疗靶点及其微创穿刺路径。由本发明的定向引导装置，精确重复该空间坐标，并在该统一的空间坐标中，由倾角调节机构调节基准线标志，到达微创穿刺路径具备的空间倾角，并使其基准线标志与微创穿刺路径在人体体表对接。此时基准线标志已经成为微创穿刺路径的体外延长线，实现定向引导。
文档编号G06T17/00GK1795836SQ20041010151
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者王管奇, 陈慧军 申请人:北京科霖众医学技术研究所