一种基于图像引导设备的消融手术自动定位及进针装置的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种基于图像引导设备的消融手术自动定位及进针装置。

背景技术：

ct引导穿刺是指在计算机断层扫描(简称ct)的引导下，对病灶进行穿刺，完成病理活检、引流、肿瘤消融或放射性粒子植入等治疗。ct引导穿刺具有靶向、微创、安全、高效的特点，因此日益受到广大患者和临床医师的认可和欢迎，在肿瘤的综合治疗中正发挥着越来越重要的作用。

肝癌是目前常见的恶性肿瘤之一，具有很高的发病率和死亡率。对于肝肿瘤的治疗有很多种，大体分为介入治疗和非介入治疗，其中，肿瘤消融术是介入治疗的一个重要分支。近年来随着技术的发展，基于ct引导穿刺的肝肿瘤消融术因其具有解剖信息精确、分辨率高、扫描时间短等优点，越来越广泛地被应用于肝肿瘤的介入治疗中。

目前临床上基于ct引导的肝肿瘤消融治疗通常有以下几个步骤：首先，在手术前医师基于ct影像拟定肿瘤消融计划，包括确定进针点、进针角度、进针深度等信息；然后，手术中由医师凭借经验及简单的辅助定位工具将导向针及穿刺针穿刺到肿瘤内部，期间需要进行反复多次的ct扫描以确认导向针及穿刺针是否到达了预期的位置；最后在穿刺针到达预定位置后进行射频消融。在实际的临床治疗中，手术成功的关键取决于消融针的实际进针角度和最终到达的消融位置，因此医师的个人经验、能力以及手术时的状态就显得尤为重要。对于初学者或者经验欠缺的医师来说，要做到准确的操作是非常困难的，即使对于经验成熟的医师，当病灶较小或者位置较深时，要达到一次穿刺成功也是有难度的。这一问题不仅限制了穿刺手术的推广应用，同时也增加了患者的痛苦，以及手术过程中发生医疗责任事故的概率。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种基于图像引导设备的消融手术自动定位及进针装置，旨在解决现有的肿瘤消融手术操作过程中对医生操作要求高且操作不精准的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：基座、定位机构、旋转机构、转动组件和进针机构；

所述定位机构包括第一移动组件和第二移动组件，所述第一移动组件和所述第二移动组件垂直连接，沿所述第一移动组件的延伸方向为x方向，沿所述第二移动组件的延伸方向为y方向，所述第一移动组件设于所述基座上，所述第二移动组件能够沿平行于所述x方向的方向运动；

所述旋转机构设于所述第二移动组件上且能够沿平行于所述y方向的方向运动，所述进针机构通过所述转动组件与所述旋转机构连接。

优选地，所述第一移动组件包括第一连接板、第一直线模组、第二直线模组和多个连接块；

所述第一直线模组和所述第二直线模组上下并列设置，所述第二直线模组固定于所述第一连接板上，所述第一直线模组固定于所述基座上，所述第一连接板通过多个所述连接块与所述基座连接，所述第一直线模组、所述第二直线模组均与所述第二移动组件垂直连接。

优选地，所述第二移动组件包括第三直线模组、第四直线模组、第一t型滑块、第二t型滑块和多个第二连接板；

所述第三直线模组和所述第四直线模组上下并列设置，所述第三直线模组通过其中一个所述第二连接板与所述第一t型滑块的侧端连接，所述第一t型滑块的底端与所述第二直线模组连接，所述第三直线模组通过所述第一t型滑块与所述第二直线模组呈垂直连接；

所述第四直线模组通过另一所述第二连接板与所述第二t型滑块的侧端连接，所述第二t型滑块的底端与所述第一直线模组连接，所述第四直线模组通过所述第二t型滑块与所述第一直线模组呈垂直连接；

所述第三直线模组能够通过所述第一t型滑块沿平行于所述x方向的方向运动，所述第四直线模组能够通过所述第二t型滑块沿平行于所述x方向的方向运动。

优选地，所述旋转机构包括第一连接杆、第二连接杆、u型连接件和固定柱；

所述第一连接杆的一端与所述第三直线模组连接，所述第一连接杆的另一端与所述转动组件转动连接；

所述第二连接杆的一端与所述第四直线模组连接，所述第二连接杆的另一端与所述u型连接件的闭口端转动连接，所述u型连接件的开口端通过所述固定柱与所述转动组件的两侧转动连接，所述固定柱内开设有紧固件安装孔，所述u型连接片通过紧固件与所述转动组件固定连接；

所述第一连接杆和所述第二连接杆能够沿平行于所述y方向的方向运动。

优选地，所述转动组件的一面为进针面，与所述进针面相对的一面为安装面，所述安装面上开有滑槽，所述第一连接杆的端部能够在所述滑槽中转动且能够沿所述滑槽滑动。

优选地，所述进针机构包括主动轮轴、从动轮轴、从动轮和电机，所述电机设于所述安装面上，所述转动组件的下端开有轴孔和第一腰型孔；所述主动轮轴能够从所述进针面穿过所述轴孔与所述电机连接，所述从动轮安装于所述从动轮轴上且与所述主动轮轴贴合，所述从动轮轴能够插入所述第一腰型孔中，所述主动轮轴与所述从动轮之间放置有消融针；所述电机能够带动所述主动轮轴转动，从而带动消融针上下移动。

优选地，所述进针机构还包括电磁阀和电磁阀转换块；所述电磁阀设于所述安装面上，所述电磁阀与所述电磁阀转换块连接，所述电磁阀能够带动所述电磁阀转换块沿平行于所述y方向的方向移动，所述电磁阀转换块上开有第一圆孔，所述从动轮轴能够从所述进针面穿过所述第一腰型孔安装于所述第一圆孔中，所述电磁阀转换块能够带动所述从动轮轴沿平行于所述y方向的方向运动。

优选地，所述进针机构还包括第一导向块和第二导向块；所述第一导向块和所述第二导向块设于所述进针面上，所述第一导向块和所述第二导向块的接触面上开有进针孔，所述第二导向块的一端设有圆柱凸台，所述转动组件上开有第二腰型孔，所述电磁阀转换块上开有第二圆孔，所述圆柱凸台能够穿过所述第二腰型孔安装于所述第二圆孔中，所述电磁阀转换块能够带动所述第二导向块沿平行于所述y方向的方向运动。

优选地，所述进针机构还包括从动轮垫块，所述从动轮垫块设于所述转动组件和所述从动轮之间。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的ct引导的肿瘤消融手术自动定位及进针装置，通过医师在实时的ct图像引导下，通过远程操作电脑的方式精确地控制消融针到达计划的进针点、进针角度和进针深度，以实现穿刺针的自动定位和自动进针功能，消除了手动进针带来的不确定性风险。该机构突破了医师经验的限制，由机械运动实现穿刺针高精度的进针角度和深度，同时对于较小、较深的病灶也能精确地到达消融位置，使得穿刺针能够到达预定的消融位置，从而极大地提高了消融手术的成功率。

通过定位机构和旋转机构的共同配合，能够精准的使得穿刺针按计划到达预定的位置和角度。再配合使用进针机构，能够实现穿刺针的进针和退针运动，在实时的ct图像引导下，能够使得穿刺针按照设定的角度插入人体，并行进到预定的肿瘤消融位置；同时，能够在某些情况下需要医师介入对穿刺部位进行消毒等处理时，进针机构能够松开穿刺针并退出，为医生操作提供足够的空间。

、附图说明

图1为本发明提供的基于图像引导的消融手术自动定位及进针装置的模拟手术示意图；

图2为本发明提供的自动定位及进针装置的结构示意图；

图3为图2中的定位机构、旋转机构及进针机构的结构示意图；

图4为图3中转动组件及进针机构的结构示意图；

图5为转动组件的结构示意图；

图6为电磁阀转换块的结构示意图。

【附图标记说明】

1：基座；

2：第一移动组件；21：第一连接板；22：第一直线模组；23：第二直线模组；24：连接块；

3：第二移动组件；31：第三直线模组；32：第四直线模组；33：第二连接板；34：第一t型滑块；35：第二t型滑块；

41：第一连接杆；42：第二连接杆；43：u型连接件；44：固定柱；

5：转动组件；51：滑槽；52：进针面；53：安装面；54：第一腰型孔；55：第二腰型孔；56：轴孔；

61：主动轮轴；62：从动轮轴；63：从动轮；64：电机；65：电磁阀；66：电磁阀转换块；661：第一圆孔；662：第二圆孔；67：第一导向块；68：第二导向块；

7：患者模型；8：扫描床床板；9：ct；10：消融针。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种基于图像引导设备的消融手术自动定位及进针装置，如图1和图2所示，其包括：基座1、定位机构、旋转机构、转动组件5和进针机构；定位机构包括第一移动组件2和第二移动组件3，第一移动组件2和第二移动组件3垂直连接，沿第一移动组件2的延伸方向为x方向，沿第二移动组件3的延伸方向为y方向，第一移动组件2设于基座1上，第二移动组件3能够沿x方向运动；旋转机构设于第二移动组件3上且能够沿平行于y方向的方向运动，进针机构通过转动组件5与旋转机构连接。如图1所示，上述自动定位及进针装置通过基座1固定在扫描床床板8上，图1中用患者模型7代替患者，患者躺在扫描床床板8上，在手术过程中，患者及消融针10由图像引导设备实时引导扫描，医护人员通过电脑控制消融手术自动定位及进针装置将消融针10调整到适当的角度和位置，并控制消融针10插入患者体内，到达预定的肿瘤消融部位进行消融。其中，使用图像引导设备引导可以为ct引导、x-ray成像设备引导、pet引导、超声引导，优选为ct引导。

本发明提供的基于图像引导设备的消融手术自动定位及进针装置，通过医师在实时的ct9图像引导下，通过远程操作电脑的方式精确地控制消融针10到达计划的进针点、进针角度和进针深度，以实现穿刺针的自动定位和自动进针功能，消除了手动进针带来的不确定性风险。该机构突破了医师经验的限制，由机械运动实现穿刺针高精度的进针角度和深度，同时对于较小、较深的病灶也能精确地到达消融位置，使得穿刺针能够到达预定的消融位置，从而极大地提高了消融手术的成功率。

如图2和图3所示，第一移动组件2包括第一连接板21、第一直线模组22、第二直线模组23和多个连接块24；第一直线模组22和第二直线模组23上下并列设置，第二直线模组23固定于第一连接板21上，第一直线模组22固定于基座1上，第一连接板21通过多个连接块24与基座1连接，第一直线模组22、第二直线模组23均与第二移动组件3垂直连接。

进一步的，第二移动组件3包括第三直线模组31、第四直线模组32、第一t型滑块34、第二t型滑块35和多个第二连接板33；第三直线模组31和第四直线模组32上下并列设置，第三直线模组31通过其中一个第二连接板33与第一t型滑块34的侧端连接，第一t型滑块34的底端与第二直线模组23连接，第三直线模组31通过第一t型滑块34与第二直线模组23呈垂直连接；第四直线模组32通过另一第二连接板33与第二t型滑块35的侧端连接，第二t型滑块35的底端与第一直线模组22连接，第四直线模组32通过第二t型滑块35与第一直线模组22呈垂直连接；第三直线模组31能够通过第一t型滑块34沿平行于x方向的方向运动，第四直线模组32能够通过第二t型滑块35沿平行于x方向的方向运动。

另外，第一直线模组22、第二直线模组23、第三直线模组31和第四直线模组32均为滚珠丝杆型直线模组，滚珠丝杆型直线模组主要包括滚珠丝杆、滚珠丝杆支撑座、滑台、直线导轨、联轴器、直线模组电机、光电开关等；滚珠丝杆上套设有滑台，滑台能够在单一方向的直线往复运动，因此，由于第一t型滑块34和第二t型滑块35均设于滑台上，从而能够实现第一t型滑块34和第二t型滑块35在平行于x方向的方向上的往复直线运动，搭配编码器使用可以控制滑台的精确运动和定位。滚珠丝杆型直线模组可以通过各个单元的组合实现负载的直线往复运动，使负载的自动化更加灵活、定位更加精准。

如图3所示，旋转机构包括第一连接杆41、第二连接杆42、u型连接件43和固定柱44；第一连接杆41的一端与第三直线模组31连接，第一连接杆41的另一端与转动组件5转动连接；第二连接杆42的一端与第四直线模组32连接，第二连接杆42的另一端与u型连接件43的闭口端转动连接，u型连接件43的开口端通过固定柱44与转动组件5的两侧转动连接，固定柱44内开设有紧固件安装孔，u型连接片通过紧固件与转动组件5固定连接，紧固件可为螺钉；第一连接杆41和第二连接杆42能够沿平行于y方向的方向做直线往复运动。u型连接件43与第二连接杆42通过轴承转动连接，u型连接件43的开口端通过固定柱44内的螺钉与转动组件5固定连接。优选的，u型连接件43与第二连接杆42之间设有垫片。

其中，第三直线模组31和第四直线模组32为滚珠丝杆型直线模组，如图2所示，第一连接杆41的一端与第三直线模组31的滑台连接，第二连接杆42的一端与第四直线模组32的滑台连接，从而能够实现第一连接杆41和第二连接杆42在平行于y方向的方向上的直线往复运动。搭配编码器使用可以控制滑台的精确运动和定位。滚珠丝杆型直线模组可以通过各个单元的组合实现负载的直线往复运动，使负载的自动化更加灵活、定位更加精准。

如图3和图4所示，将转动组件5的一面设置为进针面52，将与进针面52相对的一面设置为安装面53，安装面53上开有滑槽51，该滑槽51的与延伸方向垂直的横截面为圆形，将第一连接杆41的与滑槽51配合的一端设置为球形，则第一连接杆41的端部(即，球形端)能够在滑槽51中任意转动且能够沿滑槽51滑动。

具体地，再次参见图3，通过定位机构和旋转机构实现消融针10的自动定位功能的方法为：为了按计划选择进针的角度，当通过电脑控制第三直线模组31上的滑台沿平行于y方向的方向做直线运动时，第三直线模组31上的滑台会带动第一连接杆41沿平行于y方向的方向移动，进而带动第一连接杆41的球形端在转动组件5的滑槽51内滑动。由于u型连接件43的开口端和转动组件5固定连接，u型连接件43的闭口端和与第二连接杆42通过轴承转动连接，所以第一连接杆41能够带动转动组件5绕第二连接杆42的轴线转动(即绕平行于x方向的方向转动)。参见图2和图3，当控制第二直线模组23的滑块沿平行于x方向的方向做直线运动时，此时第二直线模组23的滑块带动第三直线模组31沿平行于x方向的方向做直线运动，由于第三直线模组31的滑台与第一连接杆41的一端连接，则第一连接杆41也会跟随着沿平行于x方向的方向做直线运动，进而第一连接杆41能够带动转动组件5绕固定柱44的轴线转动(即绕平行于y方向的方向转动)。通过转动组件5绕平行于x方向的方向和绕平行于y方向的方向上的转动，使得消融针10能够到达计划的进针点、进针角度和进针深度，以实现穿刺针的自动定位功能，消除手动进针带来的不确定性风险。

进一步的，进针机构包括主动轮轴61、从动轮轴62、从动轮63和电机64，电机64设于安装面53上，转动组件5的下端开有轴孔56和第一腰型孔54；主动轮轴61能够从进针面52穿过轴孔56与电机64连接，从动轮63安装于从动轮轴62上且与主动轮轴61贴合，从动轮轴62能够插入第一腰型孔54中，主动轮轴61与从动轮63之间放置有消融针10；电机64能够带动主动轮轴61转动，从而带动消融针10上下移动。

另外，进针机构还包括电磁阀65和电磁阀转换块66；电磁阀65安装于安装面53上，电磁阀65与电磁阀转换块66连接，电磁阀65能够带动电磁阀转换块66沿y方向移动，电磁阀转换块66上开有第一圆孔661，从动轮轴62能够从进针面52穿过第一腰型孔54通过螺钉安装于第一圆孔661中，电磁阀转换块66能够带动从动轮轴62沿y方向移动。

据了解，电磁阀65由铜线圈及框架、输出轴、挡圈、弹簧组成，其中弹簧在框架和挡圈之间，其工作原理是在断电状态在弹簧弹力作用下输出轴处于伸长状态，通电后在电磁力的作用下输出轴压缩弹簧从而处于收缩状态；电磁阀65一面与转动组件5通过螺钉固定，电磁阀65的输出轴与电磁阀转换块66通过圆柱销固定。电磁阀65在断电状态下其输出轴处于伸长状态，通过控制电磁阀65与转动组件5的安装位置，可保证断电状态下弹簧也有一定的压缩量，该压力传导至电磁阀转换块66上，进而传导到第二导向块68和从动轮轴62上，从而使得进针孔处于关闭状态，消融针10处于夹持状态，在该状态下医师可远程控制消融针10的空间位置和进针退针运动。电磁阀65在通电状态下其输出轴处于收缩状态，此时输出轴带动电磁阀转换块66运动，进而带动第二导向块68和从动轮轴62运动，从而使得导向孔处于打开状态，消融针10处于松开状态，在该状态下可将进针机构挪开，为医师介入进行消毒等操作提供空间。

进一步优选的，如图3、图5和图6所示，进针机构还包括第一导向块67和第二导向块68；第一导向块67通过螺钉设于进针面52上，第一导向块67和第二导向块68的接触面上开有进针孔，第二导向块68的一端设有圆柱凸台，转动组件5上开有第二腰型孔55，电磁阀转换块66上开有第二圆孔662，圆柱凸台能够穿过第二腰型孔55通过螺钉安装于第二圆孔662中，电磁阀转换块66能够带动第二导向块68沿y方向移动。通过设置进针孔可为消融针10的运动提供导向，同时通过控制导向孔与消融针10的间隙大小，可以控制消融针10在进针方向的运动精度。第二导向块68插入第二圆孔662内并通过螺钉与电磁阀转换块66固定，从而电磁阀转换块66在沿y方向上的移动可带动第二导向块68在第二腰型孔55内移动，从而可以实现进针孔的打开和关闭，在正常工作时进针孔处于关闭状态。

当件电机64处于通电状态，电磁阀65处于断电状态，此时电机64带动件主动轮轴61转动，主动轮轴61带动从动轮63转动，由于消融针10设置于主动轮轴61和从动轮63之间，从而实现消融针10上下运动；当电机64处于断电状态，电磁阀65处于通电状态，此时消融针10处于松开状态，整个进针机构撤离手术区域，在必要时为医师提供操作空间。

另外，进针机构还包括从动轮垫块，从动轮垫块设于转动组件5和从动轮63之间，通过设置从动轮垫块能够减小从动轮63的转动阻力。

通过定位机构、旋转机构和转动组件5的共同配合，能够精准的使得穿刺针按计划到达预定的位置和角度。再配合使用进针机构，能够实现穿刺针的进针和退针运动，在实时的ct图像引导下，能够使得穿刺针按照设定的角度插入人体，并行进到预定的肿瘤消融位置；同时，能够在某些情况下需要医师介入对穿刺部位进行消毒等处理时，进针机构能够松开穿刺针并退出，为医生操作提供足够的空间。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。