本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，并涉及器械的定位與引導(dǎo)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的器械的定位和引導(dǎo)是通過(guò)醫(yī)學(xué)影像來(lái)進(jìn)行的，以CT為例，在進(jìn)行手術(shù)時(shí)，行進(jìn)一步器械，都需要再次CT成像，以確定器械是否達(dá)到預(yù)定位置，操作起來(lái)十分復(fù)雜，而且CT的輻射劑量較大，不適于多次測(cè)量。由于這些不變，很難在器械介入客體的過(guò)程中連續(xù)實(shí)時(shí)地了解器械在客體中的位置或器械與目標(biāo)位置的相對(duì)位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明首先要提出一種器械和方法，其能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)量其周圍組織的磁導(dǎo)率，由此確定器械是否到達(dá)預(yù)定目的位置。

本發(fā)明還要提出器械的定位與引導(dǎo)裝置和方法，其能夠在器械介入過(guò)程中連續(xù)實(shí)時(shí)地確定器械的位置的裝置。

本發(fā)明的器械，其包括：器械線圈、磁導(dǎo)率線圈；所述器械線圈用于產(chǎn)生磁場(chǎng)；所述磁導(dǎo)率線圈用于感應(yīng)磁場(chǎng)穿過(guò)器械周圍的組織、器官或病灶后的磁場(chǎng)強(qiáng)度；所述磁場(chǎng)強(qiáng)度用于計(jì)算所述周圍的組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率。

本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置，其包括：坐標(biāo)線圈組、多個(gè)客體線圈、器械線圈；所述坐標(biāo)線圈組包括至少三個(gè)坐標(biāo)線圈，由此構(gòu)成一個(gè)至少為三維的磁場(chǎng)坐標(biāo)系；所述多個(gè)客體線圈至少為三個(gè)，用于被附著到客體上；每個(gè)客體線圈相對(duì)于客體上的目標(biāo)組織、器官或病灶的位置可通過(guò)醫(yī)學(xué)影像確定；每個(gè)客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置可以通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該客體線圈發(fā)射的磁場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)確定，或者通過(guò)該客體線圈分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定；所述器械線圈形成在器械上；所述器械線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置可以通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該器械線圈發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)確定，或者通過(guò)該器械線圈分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)確定；通過(guò)所述器械線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置、客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置、所述客體線圈相對(duì)于所述目標(biāo)組織、器官或病灶的位置，可以確定所述器械線圈與所述目標(biāo)組織、器官或病灶的相對(duì)位置，由此定位與引導(dǎo)所述器械。

本發(fā)明的測(cè)定客體的目標(biāo)組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率的方法，其包括：將設(shè)置器械線圈和磁導(dǎo)率線圈器械送至目標(biāo)位置；通過(guò)向所述器械線圈通電而向外發(fā)出磁場(chǎng)；通過(guò)所述磁導(dǎo)率線圈而感應(yīng)所述磁場(chǎng)穿過(guò)所述目標(biāo)組織、器官或病灶后到達(dá)所述磁導(dǎo)率線圈的強(qiáng)度，由此確定所述目標(biāo)組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率。

本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置進(jìn)行定位和引導(dǎo)器械的方法，其包括以下步驟：將多個(gè)客體線圈附著在客體上；通過(guò)醫(yī)學(xué)影像方法確定目標(biāo)器官或組織或病灶相對(duì)于客體線圈的位置；通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該客體線圈發(fā)射的磁場(chǎng)的強(qiáng)度或者通過(guò)該客體線圈分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定每個(gè)客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置；通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該器械線圈發(fā)射的磁場(chǎng)或者通過(guò)該器械線圈分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)確定所述器械線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置；通過(guò)所述目標(biāo)器官或組織或病灶相對(duì)于客線圈的位置、客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系的位置、所述器械線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)線系中的位置來(lái)確定目標(biāo)器官或組織相對(duì)于器械線圈的位置關(guān)系，由此對(duì)器械進(jìn)行定位或引導(dǎo)。

優(yōu)選地，所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系為正交坐標(biāo)系。

優(yōu)選地，在所述器械上進(jìn)一步包括磁導(dǎo)率線圈；通過(guò)向所述器械線圈通電而向外發(fā)出磁場(chǎng)；通過(guò)所述磁導(dǎo)率線圈而感應(yīng)所述磁場(chǎng)穿過(guò)所述目標(biāo)組織、器官或病灶后到達(dá)所述磁導(dǎo)率線圈的強(qiáng)度，由此確定所述目標(biāo)組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率。

優(yōu)選地，所述多個(gè)客體線圈形成為可穿戴裝置而附著在客體上。

優(yōu)選地，所述醫(yī)學(xué)影像方法為CT或磁共振。

通過(guò)本發(fā)明的器械或者器械的定位與引導(dǎo)裝置，可以連續(xù)實(shí)時(shí)地確定器械介入到客體中的位置，為手術(shù)、術(shù)后復(fù)查等提供方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的器械的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置一種實(shí)施方式的機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置另一種實(shí)施方式的機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2、3中用到的器械的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為器械線圈、客體線圈以及目標(biāo)組織、器官或病灶在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的相對(duì)位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖1-4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示為本發(fā)明的器械，例如其可以是導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡、消融裝置等要介入到人體或動(dòng)物體內(nèi)的醫(yī)療器械。器械10包括器械線圈11、磁導(dǎo)率線圈12。器械線圈用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，連接于發(fā)射裝置，有發(fā)射裝置為其供電，由此在線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁導(dǎo)率線圈12用于感應(yīng)磁場(chǎng)穿過(guò)器械周圍的組織、器官或病灶后的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁導(dǎo)率線圈12連接于接收裝置，檢測(cè)磁導(dǎo)率線圈12中的感應(yīng)電流；通過(guò)檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算出周圍的組織的的組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率的具體計(jì)算為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明人只是將其應(yīng)用到醫(yī)療器械上，通過(guò)計(jì)算磁導(dǎo)率，確定器械周圍是具體哪個(gè)器官或組織，達(dá)到定位或引導(dǎo)手術(shù)器械的目的。

在具體使用時(shí)，將設(shè)置器械線圈11和磁導(dǎo)率線圈12的器械送至目標(biāo)位置；通過(guò)向器械線圈11通電而使其向外發(fā)出磁場(chǎng)；通過(guò)磁導(dǎo)率線圈12而感應(yīng)磁場(chǎng)穿過(guò)目標(biāo)組織、器官或病灶后到達(dá)磁導(dǎo)率線圈12的強(qiáng)度，由此確定目標(biāo)組織、器官或病灶的磁導(dǎo)率。

圖2、3為本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置的兩種實(shí)施方式。

本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置包括坐標(biāo)線圈組30、多個(gè)客體線圈21、22、23、24、器械線圈11。

坐標(biāo)線圈組30包括至少三個(gè)坐標(biāo)線圈，由此構(gòu)成一個(gè)至少為三維的磁場(chǎng)坐標(biāo)系。每個(gè)坐標(biāo)線圈在通電時(shí)均能夠形成磁場(chǎng)，每個(gè)坐標(biāo)線圈的磁場(chǎng)方向與其他坐標(biāo)線圈的磁場(chǎng)方向均不相同，每個(gè)坐標(biāo)線圈對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的一個(gè)軸。

多個(gè)客體線圈21、22、23、24用于被附著到客體50上。多個(gè)客體線圈21、22、23、24可形成為可穿戴裝置，例如背心、帽子、綁帶等，從而附著在客體上，也可以是直接粘附在客體身上。客體50可以是人或者動(dòng)物。每個(gè)客體線圈21、22、23、24相對(duì)于客體50上的目標(biāo)組織、器官或病灶60的位置可通過(guò)醫(yī)學(xué)影像確定。例如是通過(guò)CT、磁共振。每個(gè)客體線圈21、22、23、24在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置可以通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該客體線圈21、22、23、24發(fā)射的磁場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)確定(圖2)，或者通過(guò)該客體線圈21、22、23、24分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定(圖3)。

如圖2所示，每個(gè)客體線圈被連接至發(fā)送裝置，由發(fā)送裝置為其供電，產(chǎn)生磁場(chǎng)。具體地，通過(guò)控制處理裝置控制，按照一定順序順次使得客體線圈21、22、23、24工作；例如，首先是客體線圈21工作，此時(shí)控制處理裝置控制三個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)客體線圈21的磁場(chǎng)。三個(gè)坐標(biāo)線圈連接至接收裝置，感應(yīng)外部磁場(chǎng)。三個(gè)坐標(biāo)線圈可以是順次工作，也可以是同時(shí)工作，由接收裝置的端口數(shù)決定。當(dāng)接收裝置僅有一個(gè)端口是，三個(gè)線圈時(shí)分復(fù)用該端口，當(dāng)接收裝置有三個(gè)端口時(shí)，則可并行接收。

如圖3所示，每個(gè)客體線圈被連接至接收裝置，感應(yīng)外部磁場(chǎng)。三個(gè)坐標(biāo)線圈被連接至發(fā)送裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)。具體地，在控制處理裝置的控制下，選通一個(gè)客體線圈21，三個(gè)坐標(biāo)線圈分別順次通電，記錄下每個(gè)坐標(biāo)線圈在該客體線圈的感應(yīng)值，由此確定該客體線圈21在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置。然后選通下一個(gè)客體線圈22，重復(fù)以上步驟。以此類推，完成每個(gè)客體線圈的定位工作。

器械線圈11形成在器械10上。器械線圈11在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置可以通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該器械線圈11發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)確定，或者通過(guò)該器械線圈11分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)確定。

如圖2所示，通過(guò)發(fā)送裝置為器械線圈11供電，使其向外發(fā)送磁場(chǎng)，同時(shí)，通過(guò)控制處理裝置控制接收裝置自三個(gè)坐標(biāo)線圈測(cè)量感應(yīng)電流，由此確定器械線圈11的位置。

圖3與圖2類似，只是換由器械線圈11來(lái)感應(yīng)三個(gè)坐標(biāo)線圈分別發(fā)出的磁場(chǎng)來(lái)確定位置。

通過(guò)器械線圈11在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置、客體線圈21、22、23、24在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置、客體線圈21、22、23、24相對(duì)于目標(biāo)組織、器官或病灶60的位置，可以確定器械線圈11與目標(biāo)組織、器官或病灶60的相對(duì)位置，由此定位與引導(dǎo)所述器械。

通過(guò)醫(yī)學(xué)影像可以測(cè)得客體線圈21、22、23、24與目標(biāo)組織、器官或病灶的距離l₁、l₂、l₃、l₄；每個(gè)客體線圈在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)；假設(shè)目標(biāo)組織、器官或病灶60的坐標(biāo)為(x_t,y_t,z_t)；求解下列方程組的最小二乘解，可解出目標(biāo)組織、器官或病灶60的(x_t,y_t,z_t)；

(x_t-x₁)²+(y_t-y₁)²+(z_t-z₁)²＝l₁²；

(x_t-x₂)²+(y_t-y₂)²+(z_t-z₂)²＝l₂²；

(x_t-x₃)²+(y_t-y₃)²+(z_t-z₃)²＝l₁²；

(x_t-x₄)²+(y_t-y₄)²+(z_t-z₄)²＝l₁²；

當(dāng)然，也可以使用其他方法求解出(x_t,y_t,z_t)，本發(fā)明只是一最小二乘法為例進(jìn)行說(shuō)明，但不限于最小二乘法。

器械線圈11在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中測(cè)得的坐標(biāo)為(x,y,z)。

由于(x_t,y_t,z_t)已經(jīng)解出，其與具體坐標(biāo)(x,y,z)的相對(duì)位置很容易算出。

本申請(qǐng)中的控制處理裝置控制發(fā)射裝置的工作、接收裝置的工作；控制處理裝置還可以根據(jù)接收裝置收到的電流強(qiáng)度計(jì)算出在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置；控制處理裝置可進(jìn)一步連接有顯示器或者影像裝置，將客體線圈的位置、器械線圈的位置、以及目標(biāo)組織、器官或病灶的位置顯示在該顯示器上，以更方便地進(jìn)行位置引導(dǎo)。

本申請(qǐng)中的器械線圈、磁導(dǎo)率線圈、客體線圈優(yōu)選為磁偶極子線圈，即線圈在縱向上的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線圈的直徑的尺寸。

如果將圖1所示的器械應(yīng)用到圖2或3中，則還可以通過(guò)磁導(dǎo)率進(jìn)一步驗(yàn)證器械的位置。

使用本發(fā)明的器械的定位與引導(dǎo)裝置進(jìn)行定位和引導(dǎo)器械時(shí)，將多個(gè)客體線圈(至少3個(gè)，圖2、3中為4個(gè))附著在客體上；通過(guò)醫(yī)學(xué)影像方法確定目標(biāo)器官或組織或病灶相對(duì)于客體線圈的位置(即距離)l₁、l₂、l₃、l₄；通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)線圈分別感應(yīng)由該客體線圈發(fā)射的磁場(chǎng)的強(qiáng)度(通過(guò)電流來(lái)反應(yīng))或者通過(guò)該客體線圈分別感應(yīng)由每個(gè)坐標(biāo)線圈發(fā)射的磁場(chǎng)強(qiáng)度(通過(guò)電流來(lái)反應(yīng))來(lái)確定每個(gè)客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)。具體操作時(shí)，控制處理裝置控制發(fā)射裝置，每次選通一個(gè)客體線圈向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置控制接收裝置自3個(gè)坐標(biāo)線圈接收感應(yīng)磁場(chǎng)，并計(jì)算該接收的磁場(chǎng)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。順次對(duì)每個(gè)客體線圈進(jìn)行操作，即可確定每個(gè)客體線圈的位置(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)。或者控制處理裝置控制發(fā)射裝置，選通第一個(gè)坐標(biāo)線圈使其向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置對(duì)應(yīng)地控制接收裝置自客體線圈接收感應(yīng)磁場(chǎng)，并計(jì)算該接收的磁場(chǎng)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)分量；然后選通第二個(gè)坐標(biāo)線圈，進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，得到第二個(gè)坐標(biāo)分量，接下來(lái)是選通第三個(gè)坐標(biāo)線圈，得到第三個(gè)坐標(biāo)分量；由此確定該客體線圈的坐標(biāo)。順次對(duì)每個(gè)客體線圈進(jìn)行操作，即可確定每個(gè)客體線圈的位置(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)?？刂铺幚硌b置控制發(fā)射裝置驅(qū)動(dòng)器械線圈使其向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置控制接收裝置自每個(gè)坐標(biāo)線圈分別接收感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而計(jì)算出器械線圈的坐標(biāo)(x,y,z)；或者控制處理裝置控制發(fā)射裝置選通第一個(gè)坐標(biāo)線圈向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置控制接收裝置自該器械線圈接收感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，由此計(jì)算得到第一坐標(biāo)分量x；然后控制處理裝置通過(guò)發(fā)射裝置選通第二個(gè)線圈向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置控制接收裝置自該器械線圈接收感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，由此計(jì)算得到第二坐標(biāo)分量y；接下來(lái)控制處理裝置通過(guò)發(fā)射裝置選通第三個(gè)線圈向外發(fā)射磁場(chǎng)，同時(shí)控制處理裝置控制接收裝置自該器械線圈接收感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，由此計(jì)算得到第三坐標(biāo)分量z，由此確定器械線圈在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中的位置(x,y,z)；通過(guò)所述目標(biāo)器官或組織或病灶相對(duì)于客線圈的位置、客體線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)系的位置、所述器械線圈在所述磁場(chǎng)坐標(biāo)線系中的位置來(lái)確定目標(biāo)器官或組織相對(duì)于器械線圈的位置關(guān)系，由此對(duì)器械進(jìn)行定位或引導(dǎo)。

線圈(磁偶極子)在磁場(chǎng)中的位置的測(cè)定，屬于現(xiàn)有技術(shù)，因此本申請(qǐng)中不再贅述器械線圈和客體線圈在磁場(chǎng)坐標(biāo)系中具體如何計(jì)算。

通過(guò)本發(fā)明的裝置或者方法，只要讓附著了客體線圈的客體處于磁場(chǎng)坐標(biāo)系中即可連續(xù)實(shí)時(shí)地計(jì)算出安裝了器械線圈的器械與目標(biāo)組織、器官或病灶的相對(duì)位置關(guān)系，即使客體處于移動(dòng)狀態(tài)，由于器械線圈與客體線圈是同步移動(dòng)的，其在磁場(chǎng)坐標(biāo)中的相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此不會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，使得器械的定位可以在客體的移動(dòng)過(guò)程中連續(xù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行，例如在病人的轉(zhuǎn)移過(guò)程中。