[實用新型]一種基于超聲波的實時無線手術導航裝置

有效

• 申請號: 201220560631.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN202859314U
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 韋崗;曹燕
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及超聲波探測技術，具體涉及一種基于超聲波的無線實時手術導航裝置。

背景技術

隨著醫學不斷發展,外科手術朝著越來越精細、越來越復雜的方向發展。傳統醫學知識由于技術上存在的種種不足,而難以滿足手術需求。近年來,高速發展的醫學成像技術、圖像處理技術已逐漸應用于醫學領域,并形成了一個新的研究及臨床應用熱點：計算機輔助手術。而導航系統是其中不可或缺的組成部分,在20世紀80年代末首先應用于神經外科手術,隨后逐漸推廣用于其它手術領域,包括整形外科、骨科、以及耳鼻喉科等。它延伸了外科醫生有限的視覺范圍,突破了傳統外科手術的界限,拓展了外科手術和外科手術器械的概念。對于提高手術定位精度、減少手術損傷、優化手術路徑及提高手術成功率等具有十分重要的意義。

目前使用的手術導航系統普遍具有如下工作原理：醫生手持裝有標記點的手術工具對患者的手術目標實施操作,手術工具的空間立體定位及瞄準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中解剖部位與術前或術中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系,經過相應的坐標轉換,控制手術工具達到要求的部位,從而實施相應的手術操作。其典型的產品有：美國的美敦力公司開發的S-Navi2.3手術導航系統，該系統可以實時跟蹤手術器械位置，實時反饋手術器械在三維影像上的運動軌跡，并利用呼吸門控的方法，按照術中患者的呼吸狀態與術前拍CT或MRI圖像時的呼吸狀態吻合的原則，確定患者手術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機器人導航系統，該手術導航系統可以實現神經系統影像的三維重建和測量分析，在手術中能與顯微鏡、腦室內窺鏡、立體定向框架等配合，自動指引顯微手術系統搜尋病灶位置，同時動態反饋手術進程；德國的貝朗公司開發的Orthopilot導航定位系統，主要適用于骨科手術的導航和定位；瑞士的Praxim?Medivision公司開發的Praxiteles系統，主要用于前交叉韌帶功能修復和全膝置換的骨骼磨削手術。

總結現有通過X射線、CT及MRI進行手術導航的設備及方法，主要存在以下問題：

（1）現有的手術導航系統本質上屬于影像診斷系統，外科醫生在實施手術時只能觀察顯示器而無法直接觀察病灶區，極大地限制了醫生經驗的運用。

（2）現有導航系統只是實時跟蹤手術器械，將手術器械的位置與術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，手術過程中脫水劑的使用、組織積液引流、軟組織切除等都會導致術中機體組織位移，從而與術前建立的模型不一致，進而導致嚴重的手術損傷等一系列問題。

（3）X射線、CT均存在放射性，多次掃描對患者及醫護人員的影響不容忽視。

（4）MRI在工作過程中產生會產生很強的磁場，當患者體內裝有心臟起搏器、金屬夾、金屬內固定物、人工關節、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手術導航的運用。

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

（6）現有手術導航系統功能單一，如某一套系統只能進行腦神經手術、而另外一套系統只能進行脊椎手術等，通用性不強。

實用新型內容

本實用新型目的在于克服現有手術導航系統的諸多不足，提出一種基于超聲波的無線實時手術導航裝置，具體技術方案如下。

一種基于超聲波的實時無線手術導航裝置，其包括無線超聲波陣列探頭、計算機系統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信號發射單元及電源，UWB信號發射單元與超聲波換能器陣列連接，電源與超聲波換能器陣列、UWB信號發射單元連接，超聲波換能器陣列用于對病灶、肌體及手術器械的探測與定位，UWB信號發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，電源負責向超聲波換能器陣列和UWB信號發射單元供電；所述計算機系統包括主機、顯示器和UWB信號收發單元，其中的?UWB信號收發單元與主機連接，負責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信號收發單元還將圖像信息無線發送給可透明顯示眼鏡進行顯示。