[發(fā)明專利]一種基于超聲波的實時無線手術(shù)導(dǎo)航裝置

無效

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• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102920509A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋崗;曹燕
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00;A61B8/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波探測技術(shù)，具體涉及一種基于超聲波的無線實時手術(shù)導(dǎo)航裝置。

背景技術(shù)

隨著醫(yī)學(xué)不斷發(fā)展,外科手術(shù)朝著越來越精細、越來越復(fù)雜的方向發(fā)展。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)知識由于技術(shù)上存在的種種不足,而難以滿足手術(shù)需求。近年來,高速發(fā)展的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)已逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,并形成了一個新的研究及臨床應(yīng)用熱點：計算機輔助手術(shù)。而導(dǎo)航系統(tǒng)是其中不可或缺的組成部分,在20世紀(jì)80年代末首先應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù),隨后逐漸推廣用于其它手術(shù)領(lǐng)域,包括整形外科、骨科、以及耳鼻喉科等。它延伸了外科醫(yī)生有限的視覺范圍,突破了傳統(tǒng)外科手術(shù)的界限,拓展了外科手術(shù)和外科手術(shù)器械的概念。對于提高手術(shù)定位精度、減少手術(shù)損傷、優(yōu)化手術(shù)路徑及提高手術(shù)成功率等具有十分重要的意義。

目前使用的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)普遍具有如下工作原理：醫(yī)生手持裝有標(biāo)記點的手術(shù)工具對患者的手術(shù)目標(biāo)實施操作,手術(shù)工具的空間立體定位及瞄準(zhǔn)過程均在跟蹤器的實時控制之下,最常用的跟蹤器是基于發(fā)射紅外線的二極管或者反射紅外線的球體，跟蹤器能夠精確地給出術(shù)中解剖部位與術(shù)前或術(shù)中X射線、CT（計算機斷層掃描成像）、MRI（磁共振成像）等多模圖像之間的位置關(guān)系,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,控制手術(shù)工具達到要求的部位,從而實施相應(yīng)的手術(shù)操作。其典型的產(chǎn)品有：美國的美敦力公司開發(fā)的S-Navi2.3手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時跟蹤手術(shù)器械位置，實時反饋手術(shù)器械在三維影像上的運動軌跡，并利用呼吸門控的方法，按照術(shù)中患者的呼吸狀態(tài)與術(shù)前拍CT或MRI圖像時的呼吸狀態(tài)吻合的原則，確定患者手術(shù)空間和三維虛擬影像空間的吻合的時間階段；瑞典的Elekta公司制造的Surgiscope機器人導(dǎo)航系統(tǒng)，該手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)影像的三維重建和測量分析，在手術(shù)中能與顯微鏡、腦室內(nèi)窺鏡、立體定向框架等配合，自動指引顯微手術(shù)系統(tǒng)搜尋病灶位置，同時動態(tài)反饋手術(shù)進程；德國的貝朗公司開發(fā)的Orthopilot導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要適用于骨科手術(shù)的導(dǎo)航和定位；瑞士的Praxim?Medivision公司開發(fā)的Praxiteles系統(tǒng)，主要用于前交叉韌帶功能修復(fù)和全膝置換的骨骼磨削手術(shù)。

總結(jié)現(xiàn)有通過X射線、CT及MRI進行手術(shù)導(dǎo)航的設(shè)備及方法，主要存在以下問題：

（1）現(xiàn)有的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)本質(zhì)上屬于影像診斷系統(tǒng)，外科醫(yī)生在實施手術(shù)時只能觀察顯示器而無法直接觀察病灶區(qū)，極大地限制了醫(yī)生經(jīng)驗的運用。

（2）現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)只是實時跟蹤手術(shù)器械，將手術(shù)器械的位置與術(shù)前建立的三維虛擬影像模型匹配，而對肌體組織和病灶的成像并不是實時的，手術(shù)過程中脫水劑的使用、組織積液引流、軟組織切除等都會導(dǎo)致術(shù)中機體組織位移，從而與術(shù)前建立的模型不一致，進而導(dǎo)致嚴(yán)重的手術(shù)損傷等一系列問題。

（3）X射線、CT均存在放射性，多次掃描對患者及醫(yī)護人員的影響不容忽視。

（4）MRI在工作過程中產(chǎn)生會產(chǎn)生很強的磁場，當(dāng)患者體內(nèi)裝有心臟起搏器、金屬夾、金屬內(nèi)固定物、人工關(guān)節(jié)、金屬假牙、支架、銀夾、彈片等均無法采用該方法，極大地限制了MRI手術(shù)導(dǎo)航的運用。

（5）X射線、CT、MRI等成像設(shè)備笨重、體積大、價格極其昂貴，需要專門的工作場地和環(huán)境，大大限制了其在中小型醫(yī)院及野外手術(shù)車船等移動手術(shù)平臺中的運用和推廣。

（6）現(xiàn)有手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)功能單一，如某一套系統(tǒng)只能進行腦神經(jīng)手術(shù)、而另外一套系統(tǒng)只能進行脊椎手術(shù)等，通用性不強。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的諸多不足，提出一種基于超聲波的無線實時手術(shù)導(dǎo)航裝置，具體技術(shù)方案如下。

一種基于超聲波的實時無線手術(shù)導(dǎo)航裝置，其包括無線超聲波陣列探頭、計算機系統(tǒng)和一副以上的可透明顯示的眼鏡；所述無線超聲波陣列探頭包括超聲波換能器陣列、UWB信號發(fā)射單元及電源，超聲波換能器陣列用于對病灶、肌體及手術(shù)器械的探測定位，UWB信號發(fā)射單元將超聲波換能器陣列接收的信號通過無線的方式傳輸給計算機系統(tǒng)，電源負責(zé)向超聲波換能器陣列和UWB信號發(fā)射單元供電；所述計算機系統(tǒng)包括主機、顯示器和UWB信號收發(fā)單元，其中的?UWB信號收發(fā)單元負責(zé)接收超聲波換能器陣列傳來的信息供主機處理后得到圖像信息，UWB信號收發(fā)單元還將圖像信息無線發(fā)送給可透明顯示眼鏡進行顯示。

進一步優(yōu)選的，所述可透明顯示的眼鏡包括透明顯示鏡片、UWB信號接收單元以及電源，UWB信號接收單元接收來自計算機系統(tǒng)的信號，并將信息透明顯示在透明顯示鏡片上，電源負責(zé)給UWB信號接收單元供電。