CN114587591A - 一种光纤光声引导手术装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于手术设备技术领域，公开了一种光纤光声引导手术装置，包括光声定位模块、超声探测模块和虚拟视觉显示模块；光声定位模块用于定位病灶和手术刀的位置并发送光声信号到超声探测模块，超声探测模块用于获取光声定位模块发送的光声信号并与术前CT/MRI影像进行图像配准，术中进行病灶和手术刀的影像配准，虚拟视觉显示模块用于发出激光触发信号到光声定位模块，显示超声探测模块的术中影像，并提示病灶和手术刀的距离范围。本发明利用光声效应，在手术过程中动态定位目标病灶和手术刀，借助虚拟视觉***实时转化为直观的视觉引导；基于***所提供的亚毫米定位，可提供手术刀尖到病灶的实时距离，最大限度地切除病变组织。

Description

一种光纤光声引导手术装置
技术领域
本发明属于手术设备技术领域，尤其涉及一种光纤光声引导手术装置。
背景技术
近期统计数据显示，各类癌症已经成为了人们的头号“健康杀手”。手术切除是首选治疗方法，但当肿瘤较小且无法触及时，容易导致边缘清除不足，从而增加局部复发的风险。因此，需要能够准确定位肿瘤并实时优化足够切缘的手术引导工具。CT、MRI、PET以及SPECT等影像技术常用于肿瘤的诊断和定位，但这些技术体积庞大且无法在手术室中使用。当前手术过程中帮助判断手术切除范围的金标准是术中病理诊断，例如胃癌手术中，医生在常规切除肿瘤后，会切取断端的组织送病理检查，如果提示有癌细胞的浸润，则必须要进一步扩大手术范围，并且再次病检，确保断端无肿瘤的浸润。另外针对乳腺癌的切除，常用手术前的导丝定位来定位肿瘤位置，即用将一根细线在图像引导下***肿瘤块，使其末端位于肿瘤内。然而，导丝尖端在组织内的位置对外科医生来说是不可见的，只能提供对肿瘤位置的粗略估计。另一种较新的方法是信标植入，通过利用手持式探针来检测肿瘤位置，但这种方式的检测精度仍然有限。
随着计算机可视化技术的飞速进步，在医学领域里，各种成像技术被应用于治疗过程中，出现了影像辅助外科手术的技术。通过术前或术中病人影像数据、手术工具所在的坐标***一起来，根据实际手术的需要对手术刀周围的组织做出相应的显示，可以对手术进行实时的导航。目前常用的术中超声成像、红外识别等技术存在术中会频繁切断检测器识别或移动检测器的问题，导致手术时间延长等问题。因此亟需一种术中引导技术，最大限度地切除病变组织，降低再手术率并缩短手术时间。
发明内容
为了精准定位，实时显示术中病灶和手术刀距离，最大限度精准切除病灶，降低再手术率，本发明提供一种光纤光声引导手术装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种光纤光声引导手术装置，包括光声定位模块、超声探测模块和虚拟视觉显示模块；所述光声定位模块连接超声探测模块，所述超声探测模块连接虚拟视觉显示模块，所述虚拟视觉显示模块连接光声定位模块；所述光声定位模块用于定位病灶和手术刀的位置并发送光声信号到超声探测模块，所述超声探测模块用于获取光声定位模块发送的光声信号并与术前CT/MRI影像进行图像配准，术中进行病灶和手术刀的影像配准，所述虚拟视觉显示模块用于发出激光触发信号到光声定位模块，显示超声探测模块的术中影像，并提示病灶和手术刀的距离范围。
进一步的，所述光声定位模块包括病灶定位源、手术刀定位源和激光器；所述激光器分为第一激光器和第二激光器，所述第一激光器连接病灶定位源，所述第二激光器连接手术刀定位源。
进一步的，所述病灶定位源包括第一微光纤、定位钩和第一光声源尖端，定位钩套接在第一微光纤外，第一光声源尖端位于第一微光纤末梢。
进一步的，所述手术刀定位源包括第二微光纤和第二光声源尖端，所述第二光声源尖端位于第二微光纤末梢，所述手术刀定位源嵌入手术刀，第二光声源尖端位于手术刀刀尖。
进一步的，所述第一光声源尖端和第二光声源尖端由双层复合材料构成，涂覆于微光纤尖端，所述的双层复合材料包括激光扩散层和激光吸收层，第一光声源尖端和第二光声源尖端吸收光能后通过光声效应产生声波。
进一步的，所述激光器适用的激光为脉冲激光。
进一步的，所述超声探测模块包括超声雷达、超声波前置放大器和数据采集仪，所述超声雷达连接前置放大器的输入端，所述数据采集仪连接前置放大器的输出端，所述数据采集仪的输出端连接虚拟视觉显示模块，所述超声雷达用于检测光声信号，超声波前置放大器用于将超声雷达的信号进行放大，数据采集仪用于采集超声波前置放大器放大后的超声信号到虚拟视觉显示模块。
进一步的，所述超声雷达包括三个相同的微型超声换能器，用于检测不同角度的光声信号，所述超声雷达连接一组红外标记，红外标记用于超声雷达立体定位。
进一步的，所述虚拟视觉显示模块包括RGB 摄像头、计算机、提示器和显示屏，所述RGB摄像头用于检测超声雷达上的红外标记的位置，所述计算机用于发射激光脉冲信号和分析病灶和手术刀的位置距离，所述提示器根据计算机分析结果产生提示音，所述显示屏用于显示术中病灶和手术刀的位置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）利用光声效应，在手术过程中动态定位目标病灶和手术刀，借助虚拟视觉***实时将转化为直观的视觉引导。
（2）基于***所提供的亚毫米定位，可提供手术刀尖到病灶的实时距离，最大限度地切除病变组织。
附图说明
图1是本发明的***示意图；
图2是本发明光声定位模块的结构示意图；
图3是本发明超声探测模块的结构示意图；
图4是本发明虚拟视觉显示模块的结构示意图。
图中标记说明：1、病灶定位源；2、手术刀定位源；3、激光器；31、第一激光器；32、第二激光器；101、第一微光纤；102、第一光声源尖端； 103、定位钩；104、激光扩散层；105、激光吸收层；201、手术刀；202、第二微光纤；203、第二光声源尖端；4、超声雷达；401、超声换能器；402、红外标记；5、超声波前置放大器；6、数据采集仪；7、RGB 摄像头；8、计算机；9、提示器；10、显示屏。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，一种光纤光声引导手术装置包括光声定位模块、超声探测模块和虚拟视觉显示模块。光声定位模块连接超声探测模块，超声探测模块连接虚拟视觉显示模块，虚拟视觉显示模块连接光声定位模块。光声定位模块用于定位病灶和手术刀的位置并发送光声信号到超声探测模块，超声探测模块用于获取光声定位模块发送的光声信号并与术前CT/MRI影像进行图像配准，术中进行病灶和手术刀的影像配准。虚拟视觉显示模块用于发出激光触发信号到光声定位模块，显示超声探测模块的术中影像，并提示病灶和手术刀的距离范围。
如图2所示，光声定位模块包括病灶定位源1、手术刀定位源2和激光器3。激光器3分为第一激光器31和第二激光器32，第一激光器31连接病灶定位源1，第二激光器32连接手术刀定位源2。病灶定位源1包括第一微光纤101、定位钩103和第一光声源尖端102，定位钩103套接在第一微光纤101外，第一光声源尖端102位于第一微光纤101末梢。第一光声源尖端102由双层复合材料构成，涂覆于微光纤尖端。所述的双层复合材料包括激光扩散层104和激光吸收层105，第一光声源尖端102吸收光能后通过光声效应产生声波。手术刀定位源2包括第二微光纤202和第二光声源尖端203，第二光声源尖端203位于第二微光纤202末梢，手术刀定位源2嵌入手术刀201，第二光声源尖端203包括激光扩散层104和激光吸收层105，位于手术刀尖。第二光声源尖端203吸收光能后通过光声效应产生声波。激光器3的波长范围约750nm-2500nm，激光器3适用的激光为脉冲激光。
如图3所示，超声探测模块包括超声雷达4、超声波前置放大器5和数据采集仪6。超声雷达4连接前置放大器5的输入端，数据采集仪6连接前置放大器5的输出端。数据采集仪6的输出端连接虚拟视觉显示模块。超声雷达4包括三个相同的微型超声换能器401，用于检测不同角度的光声信号。超声雷达4连接一组红外标记402，红外标记402用于超声雷达4立体定位。超声波前置放大器5用于将超声雷达4的信号进行放大，数据采集仪6用于采集超声波前置放大器5放大后的超声信号到虚拟视觉显示模块。
如图4所示，虚拟视觉显示模块包括RGB 摄像头7、计算机8、提示器9和显示屏10，RGB 摄像头7位于超声雷达5上方，计算机8连接数据采集仪6和激光器3，提示器9和显示屏10连接计算机8。虚拟视觉显示模块根据数据采集仪6采集的光声信号和术前CT/MRI影像信息，进行病灶定位源1和手术刀定位源2的术中影像配准。RGB摄像头7用于检测超声雷达4上的红外标记402的位置。计算机8用于发射激光脉冲信号和分析病灶定位源1和手术刀定位源2的位置距离，提示器9根据计算机8分析结果产生一系列提示音，包括手术刀正确切除的安全音和错误切除的报警音等，显示屏10用于显示术中病灶和手术刀的位置。
本发明具体使用步骤：根据术前CT/MRI影像结果，将病灶定位源1通过引导针经皮***需切除组织中心，并通过超声影像确认放置位置是否正确，随后释放定位钩103，抽出引导针。声波雷达4涂抹超声耦合剂后紧密贴于靠近切除部位的皮肤组织。虚拟视觉显示模块中的RGB 摄像头7移动至超声雷达4上方，捕捉红外标记402信号，进而获取超声雷达4的位置信息。打开激光器3，发射脉冲激光，使病灶定位源1和手术定位源2中的光声源尖端产生光声信号。超声雷达4捕捉到的光声信号经前置放大器5放大信号，通过数据采集仪6，传输至计算机8。经过计算，将获取的信息与术前CT/MRI影像进行图像配准，进行病灶定位源1和手术刀定位源2的术中影像配准，在显示屏9呈现切除部位和手术刀的可视化。当手术刀201尖端与病灶定位源的距离小于预设警戒距离时，提示器10会发出错误切除的报警音。
上述说明是示例性的而非限制性的。通过上述说明本领域技术人员可以意识到本发明的许多种改变和变形，其也将落在本发明的实质和范围之内。

Claims (9)

1.一种光纤光声引导手术装置，其特征在于，包括光声定位模块、超声探测模块和虚拟视觉显示模块；所述光声定位模块连接超声探测模块，所述超声探测模块连接虚拟视觉显示模块，所述虚拟视觉显示模块连接光声定位模块；所述光声定位模块用于定位病灶和手术刀的位置并发送光声信号到超声探测模块，所述超声探测模块用于获取光声定位模块发送的光声信号并与术前CT/MRI影像进行图像配准，术中进行病灶和手术刀的影像配准，所述虚拟视觉显示模块用于发出激光触发信号到光声定位模块，显示超声探测模块的术中影像，并提示病灶和手术刀的距离范围。
2.根据权利要求1所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述光声定位模块包括病灶定位源（1）、手术刀定位源（2）和激光器（3）；所述激光器（3）分为第一激光器（31）和第二激光器（32），所述第一激光器（31）连接病灶定位源（1），所述第二激光器（32）连接手术刀定位源（2）。
3.根据权利要求2所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述病灶定位源（1）包括第一微光纤（101）、定位钩（103）和第一光声源尖端（102），定位钩（103）套接在第一微光纤（101）外，第一光声源尖端（102）位于第一微光纤（101）末梢。
4.根据权利要求2所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述手术刀定位源（2）包括第二微光纤（202）和第二光声源尖端（203），所述第二光声源尖端（203）位于第二微光纤（202）末梢，所述手术刀定位源（2）嵌入手术刀（201），第二光声源尖端（203）位于手术刀（201）刀尖。
5.根据权利要求3或4所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述第一光声源尖端（102）和第二光声源尖端（203）由双层复合材料构成，涂覆于微光纤尖端，所述的双层复合材料包括激光扩散层（104）和激光吸收层（105），第一光声源尖端（102）和第二光声源尖端（203）吸收光能后通过光声效应产生声波。
6.根据权利要求2所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述激光器（3）适用的激光为脉冲激光。
7.根据权利要求1所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述超声探测模块包括超声雷达（4）、超声波前置放大器（5）和数据采集仪（6），所述超声雷达（4）连接前置放大器（5）的输入端，所述数据采集仪（6）连接前置放大器（5）的输出端，所述数据采集仪（6）的输出端连接虚拟视觉显示模块，所述超声雷达（4）用于检测光声信号，超声波前置放大器（5）用于将超声雷达（4）的信号进行放大，数据采集仪（6）用于采集超声波前置放大器（5）放大后的超声信号到虚拟视觉显示模块。
8.根据权利要求7所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述超声雷达（4）包括三个相同的微型超声换能器（401），用于检测不同角度的光声信号，所述超声雷达（4）连接一组红外标记（402），红外标记（402）用于超声雷达（4）立体定位。
9.根据权利要求8所述的光纤光声引导手术装置，其特征在于，所述虚拟视觉显示模块包括RGB 摄像头（7）、计算机（8）、提示器（9）和显示屏（10），所述RGB摄像头（7）用于检测超声雷达（4）上的红外标记（402）的位置，所述计算机（8）用于发射激光脉冲信号和分析病灶和手术刀的位置距离，所述提示器（9）根据计算机（8）分析结果产生提示音，所述显示屏（10）用于显示术中病灶和手术刀的位置。
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