一种便携式磁感应定位导向装置及其方法转让专利
申请号 : CN201810030448.6
文献号 : CN108158654B
文献日 : 2020-06-12
发明人 : 韩新巍 , 任克伟 , 马骥 , 焦德超 , 李臻 , 王艳丽 , 周朋利 , 丁鹏绪 , 段旭华 , 吴刚 , 李宗明 , 张文广 , 朱明 , 张全会 , 王铮 , 孙奇勋 , 王乾坤 , 崔晨旭 , 陈璐璐 , 丁一涵 , 李福丹 , 李泰朝 , 刘紫涵
申请人 : 郑州大学第一附属医院
摘要 :
权利要求 :
1.一种便携式磁感应定位导向装置,其特征在于,包括用于送入人体腔道内的腔道磁感应性诊疗导管、设置在所述腔道磁感应性诊疗导管的头部用于发射磁性信号的微小磁体及用于位于体表探测所述微小磁体发射的磁性信号的导管追踪器;
所述导管追踪器包括盒体及设置所述盒体内的电路控制板,所述电路控制板上安装有用于采集所述微小磁体发射的磁性信号的磁场传感器、用于对所述磁场传感器传输过来的信号进行放大、滤波及模数信号转换的采集模块和用于处理所述采集模块传输过来的信号进行位置定位显示的CPU;所述采集模块包括依次电性连接的用于对信号进行放大的放大单元、用于对信号进行低通滤波的滤波单元及用于将信号转换成数字信号的采集转换单元;
所述盒体内还设置有用于实时检测所述导管追踪器的水平状态和方向的电子水平仪和加速度传感器,所述电子水平仪和所述加速度传感器实时检测所述导管追踪器的水平状态和方向,保持所述导管追踪器的平行移动;
所述磁场传感器和所述采集模块集成在所述电路控制板内,其内包含若干个微型的所述磁场传感器;所述电路控制板包含若干个所述磁场传感器,以及各个所述磁场传感器对应的所述采集模块;每个所述磁场传感器的感应信号被所述放大单元放大、和所述滤波单元低通滤波后,输入到所述采集转换单元进行模拟-数字转换,每个所述磁场传感器采集到的感应信号输入到所述CPU处进行处理,根据所述磁场传感器的收集信号,由所述CPU计算所述微小磁体相对于所述电路控制板中各个所述磁场传感器的位置,包括空间位置X,Y,Z和空间方向角度;所述CPU的计算方法采用列文伯格-马夸尔特优化算法,得到所述微小磁铁的位置和方向,N是磁传感器阵列上的磁场传感器数量,n代表第n个磁场传感器。
2.根据权利要求1所述的一种便携式磁感应定位导向装置,其特征在于,所述盒体的正面设置有用于实时拍摄人体皮肤表面图像的摄像头和用于显示所述摄像头摄录的图像的显示屏。
3.根据权利要求2所述的一种便携式磁感应定位导向装置,其特征在于,所述盒体内设置有用于鸣音且与所述CPU电性连接的鸣音器。
4.根据权利要求3所述的一种便携式磁感应定位导向装置,其特征在于,所述微小磁体镶嵌在所述腔道磁感应性诊疗导管的头部内。
5.根据权利要求4所述的一种便携式磁感应定位导向装置,其特征在于,所述腔道磁感应性诊疗导管的头部设置有亲水膜涂层。
说明书 :
一种便携式磁感应定位导向装置及其方法
技术领域
背景技术
效阻断血流,彻底止血,是最及时、有效的救命措施。球囊阻断或封堵是指局部麻醉下,经皮
经外周血管(股动脉、肱动脉等)穿刺,向主动脉及各级动脉分支内引入携带有可扩张顺应
性球囊或非顺应性球囊导管,在出血脏器供养动脉内、或供养动脉开口区域、或其近心段的
主动脉内扩张球囊阻断血流,达到即刻止血的目的。
以全景、实时监测球囊导管在人体腔道内的运行及操作情况,被临床广泛使用,但是X线实
时透视数字影像(DSA)引导下操作,需要昂贵的DSA设备和专门的介入手术室,或者高规格
洁净(千级-百级)的杂交手术室,这在国内外大多数二级和三级医院都难以具备;然而急性
自发性大出血和手术大出血不仅仅会发生在医院内,这种便于立即得到抢救的场所,更多
更常见的自发性大出血,是在毫无征兆的情况下,发生在非医疗地、在日常生活场合,例如
社区、家庭,车站、广场、马路、旅游地等日常生活场景中突然发生,需要立刻采取措施,行动脉或主动脉球囊扩张阻断血流治疗,在出血脏器供养动脉内、供养动脉开口区域的主动脉
或近心端主动脉内阻断血流,达到立即止血的治疗效果。几乎所有的救护车上都不具有DSA
设备,难以实时引导球囊导管经皮经外周血管穿刺置入靶部位的过程,无法及时而准确的
进行动脉或主动脉球囊扩张阻断血流。很多战地急救、突发自然灾害等情况下,抢救现场连
基本的电力供应都没有,更不可能架设安装DSA影像学引导设备;除此之外,即使在医院里
面,还有某些患者,例如孕产妇、幼儿等,出于辐射安全考虑,不适DSA引导的球囊导管置入
方法,例如,X线敏感人群或敏感脏器部位者插管,婴幼儿、儿童、备孕者、怀孕者,生殖腺体(男性睾丸、女性卵巢)、高功能腺体(肾上腺、胸腺、甲状腺、脑垂体等),进行导管插入等X线影像学监测的介入放射学操作,会受到一定剂量的X线辐射,而此类人群和特殊部位受到一
定剂量的X线辐射,有可能产生永久性身体危害,故而不能用体外X线实时透视影像进行操
作手术。
发明内容
由位于人体体表上的导管追踪器感应该磁性信号,从而进行定位导向操作;本发明还提供
一种便携式磁感应定位导向方法。
于位于体表探测所述微小磁体发射的磁性信号的导管追踪器。
对所述磁场传感器传输过来的信号进行放大、滤波及模数信号转换的采集模块和用于处理
所述采集模块传输过来的信号进行位置定位显示的CPU。
集转换单元。
作;本发明操作方便,定位导向准确,而且无X射线辐射,适合人群广。
附图说明
传感器,39-采集模块,391-放大单元,392-滤波单元,393-采集转换单元,310-CPU,S1-步骤S1,S2-步骤S2,S3-步骤S3。
具体实施方式
不用于限定本发明。
本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”
的含义是两个或两个以上。
在本发明中的具体含义。
发射磁性信号的微小磁体2及位于体表用于探测微小磁体2发射的磁性信号的导管追踪器
3。
操作;本发明操作方便,定位导向准确,而且无X射线辐射,适合人群广。
场传感器38传输过来的信号进行放大、滤波及模数信号转换的采集模块3和用于处理采集
模块39传输过来的信号进行位置定位显示的CPU310。
元393。
摄像头35和用于显示摄像头35摄录的图像的显示屏36;盒体31内设置有用于鸣音且与
CPU310电性连接的鸣音器37。
头;腔道磁感应性诊疗导管1采用顺应性球囊导管或非顺应性球囊导管。
中,保持导管追踪器3的平行移动,不要发生旋转或倾斜,这样在校准后,可以有效排除以地
磁场为主的外界磁场干扰;导管追踪器3的校准可以消除环境磁场干扰的校准算法,消除环
境磁场(主要是地磁场等)的干扰;导管追踪器3里面封装有高灵敏度的磁场传感器38和采
集模块39,其集成在如图6所示的电路控制板32内,其内包含若干个(通常要5以上)微型的
磁场传感器38,如Honeywell公司的磁场传感器HMC1052L;图6中每个圈中有一个磁场传感
器38,这个电路控制板32包含若干个(通常5个以上)磁场传感器38,以及各个磁场传感器38
对应的采集模块39;每个磁场传感器38的感应信号被放大单元391放大、和滤波单元392低
通滤波后,输入到采集转换单元393,进行模拟-数字转换,每个磁场传感器38采集到的信号
measure为 + Earth:
信号,由CPU计算微小磁体2相对于电路控制板32中各个磁场传感器38(图6为磁场传感器38
的内部连接示意图)的位置,包括空间位置X,Y,Z和空间方向角度,如图7所示,据此也就知
道了微小磁体2相对于电路控制板32的位置;如果电路控制板32位于需要治疗的生理腔道
如供养动脉、或供养动脉开口主动脉处的皮肤上方周围不远处,就可以精确检测到腔道磁
感应性诊疗导管1的头部是否已经到达指定的靶区域,可以开始诊疗导管的有关操作,如扩
张球囊导管以阻断动脉血流、局部灌注治疗药物、抽取血液标本、监测血液流速与压力、探
测生理腔道管壁与管壁外结构等;如图7、图9和图10所示,计算方法可以采用优化算法,例
如采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)优化算法,就可以得到微小磁铁的位置
和方向,N是磁传感器阵列上的磁场传感器数量,n代表第n个磁场传感器38;计算得到的微
小磁体2的位置(或据此推断得到腔道磁感应性诊疗导管1头端的位置),显示在导管追踪器
3的摄像头35摄录的图像中,并随着导管追踪器3的移动、导管移动,甚至患者身体移动,实
现图像实时更新和实时监测,腔道磁感应性诊疗导管1与导管追踪器3的位置一致时可发出
报鸣音,以声音和图像双重指导追踪磁感应性导管操作。
体2镶嵌隐藏于腔道磁感应性诊疗导管1头端,其磁场分布近似一个磁偶极子,这个微小磁
体2可以嵌入封装在腔道磁感应性诊疗导管1的头部位置,用以产生磁场,借助导管追踪器3
用以指示腔道磁感应性诊疗导管1在体内置入过程中的运动、方向和位置。
注射药物的普通导管、高流量灌注导管或大容量血液净化导管等;腔道磁感应性诊疗导管1
前端形状可以直头,也可以是预塑形的各种弯曲形状,既便于在大血管如主动脉的插管,也
便于选择性或超选择性主动脉分支的内脏动脉与四肢动脉内插管。
少于5个)按照一定结构分布的磁场传感器38,及每个传感器对应的采集模块39,CPU处理各
个磁场传感器38采集到的微小磁体2信号,计算出微小磁体2相对于导管追踪器3的空间位
置,包括其X,Y,Z空间坐标以及空间方向角;导管追踪器3的正面(对着微小磁体2的那个面)安装有摄像头35,实时拍摄患者皮肤表面图像;导管追踪器3的背面,是一个显示屏36,其显
示摄像头35正在摄录得患者皮肤表面图像,导管追踪器3计算得到的微小磁体2的位置(X,
Y,Z)和方向,标注在图像中,Z表明的是微小磁体2到导管追踪器3的正面的垂直距离,据此
医生可以判断微小磁体2在皮下的深度,从这些数据和图像中,可以判断腔道磁感应性诊疗
导管1是否已经到达需要封堵的供养动脉靶部位。
位置计算精度越高。
术,在体表外的导管追踪器3磁感应腔道磁感应性诊疗导管1在体内的引入与走行过程,判
断腔道磁感应性诊疗导管1是否到达指定位置,引导腔道磁感应性诊疗导管1达到出血供养
动脉、或供养动脉开口的主动脉部位,扩张球囊阻断主动脉与其主要供养动脉分支,阻断血
流达到彻底止血的目的。