基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置及方法

基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置及方法，采用微電極拓撲結(jié)構(gòu)，在鉆頭周向上多個位置設置微電極，通過將不同兩個微電極設置為驅(qū)動電極，向探測目標上施加電流，并通過其余電極兩兩組合后分別設置為測量電極，提取探測目標的感應電壓，實現(xiàn)在脊柱手術(shù)過程中實時鉆頭周圍組織的阻抗以及鉆頭位置的實時監(jiān)測。本發(fā)明的優(yōu)點為：使椎弓根螺釘植入手術(shù)可視化，更精確的判斷螺釘通道的位置，實現(xiàn)最大程度上減小螺釘誤置率，避免了傳統(tǒng)椎弓根手術(shù)中多次推拔鉆頭，節(jié)省手術(shù)時間，提高了手術(shù)成功率。
【專利說明】基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物阻抗斷層成像【技術(shù)領域】，具體來說，是一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根輔助導航裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用椎弓根螺釘?shù)墓潭ㄏ到y(tǒng)來治療脊柱骨折、腫瘤、畸形、各種退行性變等疾病是脊柱外科手術(shù)中的重要手段之一，在復雜的椎弓根結(jié)構(gòu)中建立椎弓根螺釘進釘通道是椎弓根螺釘植入手術(shù)的前提，但由于椎弓根結(jié)構(gòu)無法直視，建立椎弓根螺釘進釘通道基本屬于“盲視操作”，而螺釘必須從空間唯一正確的通道置入，再加上椎弓根結(jié)構(gòu)的個體差異、畸形、變異等因素，使得椎弓根螺釘?shù)臏蚀_植入很困難。
[0003]目前，被引入脊柱外科手術(shù)來提高椎弓根螺釘植入準確性的輔助定位手段有基于X線的計算機輔助導航、體感誘發(fā)電位(SEP)、運動誘發(fā)電位(MEP)、肌電圖監(jiān)測等(Electrical conductivity measurement:a new technique to detect iatrogenicinitial pedicle perforation[J].Eur Spine J, 2007, 16:1919 ~1924),這些輔助技術(shù)在一定程度上降低了椎弓根螺釘誤置率，但都存在各自的局限?；赬線的計算機輔助導航方法費用昂貴，而且術(shù)中存在大劑量的輻射；SEP用于脊髓術(shù)中，可及時發(fā)現(xiàn)脊髓損傷、判斷損傷程度、有效預防醫(yī)源性脊髓損傷，但術(shù)中常用的麻醉藥物，如氧化亞氮、氟烷類、芬太尼等對SPE都有不同程度的抑制作用，而且脊髓誘發(fā)電位存在波形變異大、敏感性高等問題；術(shù)中記錄MEP比SEP難度更大，MEP對麻醉劑更敏感，影響因素更多；肌電圖監(jiān)測易受外部信號的干擾。
[0004]由于椎弓根皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨和椎弓根周圍結(jié)構(gòu)的構(gòu)成成分不同，其生物電學參數(shù)存在差異，利用這一點，一些研究者進行了基于生物阻抗的椎弓根植入輔助系統(tǒng)的研究，通過對生物電學參數(shù)的測量對椎弓根以及周圍結(jié)構(gòu)進行識別，從而引導椎弓根螺釘?shù)恼_置入。1995 年 Myers (Complications of lumbar spine fusion with transpedicularinstrumentation.Spine, 1992, 17:184-189)應用該技術(shù)進行動物實驗獲得了較高的椎弓根螺釘置入準確率。1996年Darden重復了該實驗(Evaluation of pedicle screwinsertion monitored by intraoperative evoked electromyography.J SpinalDisord, 1996，9:8-16)，發(fā)現(xiàn)該方法測量結(jié)果波動較大，無法為手術(shù)操作提供精確的引導。美國的Spine Vision公司于2007年公布了一種通過測量組織電阻抗變化監(jiān)測椎弓根螺釘植入的導向器械 PediGuard (A preliminary study of reliability of impedancemeasurement to detect iatrogenic initial pedicle perforation(in the porcinemodel).Eur Spine J，2006，15:316-320)。該器械被設計成一種探頭前方測量組織電導率的電子椎弓根螺釘引導孔手鉆工具，能在植釘穿刺過程中利用其尖端的雙極性電極測量組織電阻抗，并根據(jù) 探頭反饋到的椎弓根局部骨質(zhì)的電阻抗的變化，產(chǎn)生蜂鳴聲和LED信號，區(qū)別釘?shù)郎系牟煌M織，判斷植釘路徑的偏差，檢測潛在穿破椎弓根的可能。Heiko等(Invitro study of accuracy of cervical pedicle screw insertion using an electronicconductivity device(ATPS part III)[J].Eur Spine J, 2009, 18:1300-1313)使用PediGuard導向器進行動物試驗，國內(nèi)南方醫(yī)科大學的鄧親丨豈也開展了類似于Pediguard的工作(生物組織穿刺電極的設計及其結(jié)構(gòu)對電阻抗測量的影響.中國生物醫(yī)學工程學報，2011, 30:468-471)，均發(fā)現(xiàn)使用該器械可大大提高植釘準確率。
[0005]早期研究中使用的測量電極是臨床使用的普通椎弓根開路器，將其作為電路的正極置于待測椎弓根結(jié)構(gòu)內(nèi)，負極放置于其身體的其他部位如:臀部、切口旁軟組織等。這種電流回路方法的電流跨度較大，流經(jīng)的組織結(jié)構(gòu)較多，混雜了很多干擾信號；再加上個體差異和年齡因素，其測量出來的結(jié)果波動性較大，精度不高。對于PediGuard導向器技術(shù)仍有一定局限性，操作PediGuard導向器的過程是通過蜂鳴器的聲音來判斷組織的類別，不同醫(yī)生對聲音的判斷存在一定的差異，此外電流回路只經(jīng)過鉆頭前端的一個極小的局部體積，只能對局部小區(qū)域組織進行判別，只有當鉆頭幾乎或已觸及椎弓根中軟組織時，系統(tǒng)才能給出較明顯的報警信號，導致術(shù)中反復推拔開路器，在一定程度上降低了手術(shù)成功率，延長了手術(shù)時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了椎弓根螺釘植入手術(shù)可視化，更精確的判斷螺釘通道的位置，實現(xiàn)最大程度上減小螺釘誤置率，本發(fā)明提出了一種基于生物阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，采用微電極拓撲結(jié)構(gòu)，在開路器鉆頭上排布多個電極，實現(xiàn)在脊柱手術(shù)過程中實時探測導向器鉆頭周圍組織的阻抗以及鉆頭位置，從而將螺釘通道形成的過程可視化，達到提高了脊柱螺釘植入手術(shù)成功率的目的。
[0007]本發(fā)明一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，包括電極鉆頭、握柄、探測組件、信號處理電路板與上位機。
[0008]其中，電極鉆頭為實心，前端為尖端；電極鉆頭后端安裝有空心握柄；電極鉆頭側(cè)壁表面周向上開設有至少2個凹槽。上述每個凹槽內(nèi)安裝有一個探測組件。所述探測組件包括基底與微電極；基底前部作為探測部分，下表面與凹槽底面固定；基底后部作為電路板連接部分位于握柄內(nèi)部。基底上表面鍍制η個微電極與焊盤，n ^ I ;11個微電極位于基底的探測部分上；η個焊盤位于基底的電路板連接部分上；η個微電極與η個焊盤間一一對應，通過鍍制在基底上表面的輸入輸出導線相連；且基底的探測部分上表面除微電極外的部位覆蓋有一層絕緣膜；上述結(jié)構(gòu)中，需使電極鉆頭上的微電極的總個數(shù)不小于3個。
[0009]所述信號處理電路板設置于握柄內(nèi)部，通過導線與基底的電路板連接部分上各個焊盤相連；信號處理電路板包括通信模塊、信號控制與處理模塊、多頻電流源模塊、激勵通道選通模塊、測量通道選通模塊、信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0010] 其中，通信模塊用來實現(xiàn)信號控制與處理模塊和上位機間通信；多頻電流源模塊用來生頻率可調(diào)的正弦波激勵信號；信號控制與處理模塊用來對信號處理電路板中各個模塊進行實時控制以及信息交換和處理；激勵通道選通模塊用來對各個微電極進行選擇并設定為驅(qū)動電極，實現(xiàn)將電流施加到探測目標；測量通道選通模塊用來對各個微電極進行選擇并設定為測量電極，實現(xiàn)對探測目標上的感應電壓信號進行提?。恍盘栒{(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊用來對感應電壓信號進行放大、解調(diào)、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換。
[0011]應用上述基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置的方法，通過下述步驟實現(xiàn):
[0012]步驟一:啟動全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置。
[0013]步驟二:由上位機給定工作模式指令。
[0014]步驟三:信號控制與處理模塊接收到上位機的工作模式指令后，控制激勵電流的頻率和幅值，使多頻電流源模塊輸出相應的頻率和幅度的正弦波電流激勵信號。
[0015]步驟四:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定任意兩個微電極的組合作為第一組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場。
[0016]步驟五:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制測量通道選通模塊設定異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合的另兩個微電極組合作為第一組測量電極對，提取探測目標的感應電壓，并將感應電壓發(fā)送至信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理后，反饋給信號控制與處理模塊后，由信號控制與處理模塊傳輸?shù)接嬎銠C；隨后選取異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合，且異于第一組測量電極對中微電極組合的微電極作為第二組測量電極對，再次提取感應電壓；如此反復操作，直至設定的測量電極對遍歷所有異于驅(qū)動電極對的微電極組合。
[0017]步驟六:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定異于第一組驅(qū)動電極對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第二組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；隨后，重復步驟五操作，然 后再將異于第一組驅(qū)動電極對與第二組驅(qū)動電極對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第三組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；再次重復步驟五操作；如此反復操作，直至設定的驅(qū)動電極對遍歷所有微電極的組合。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]1、本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置及方法，利用電阻抗斷層成像技術(shù)實現(xiàn)周圍組織的辨別，采用安全電流信號(小于5mA)作為激勵源，對人體無任何安全、無放射損傷，可實現(xiàn)對人體進行長期、動態(tài)、連續(xù)圖像觀察，能多次測量，重復使用；
[0020]2、本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置及方法，利用拓撲電極探測電阻抗獲取探測組織的分布信息，利用多通道數(shù)據(jù)重建出探測部位的三維組織模型，可為手術(shù)操作提供全視角的視野，幫助醫(yī)生判斷螺釘通道路徑，分辨率高，靈敏度強，避免了傳統(tǒng)椎弓根手術(shù)中多次推拔鉆頭，節(jié)省手術(shù)時間，提高了手術(shù)成功率；
[0021]3，本發(fā)明中全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置，利用的電阻抗成像技術(shù)在人體加載和探測的均為電信號，使得整個裝置硬件的成本低于X-CT或MR成像設備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置中探測組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置中分體式基板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置中過渡段位置示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置中分體式基板搭接位置示意圖；[0027]圖6為本發(fā)明全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置中信號處理電路板。
[0028]圖中:
[0029]1-電極鉆頭2-握柄3-探測組件
[0030]4-信號處理電路板 5-上位機 6-過渡段
[0031]301-基底302微電極 303-焊盤
[0032]304-輸入輸出導線 301a-部分A 301b_部分B
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明提出的一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，包括電極鉆頭1、握柄2、探測組件3、信號處理電路板4與上位機5。
[0035]其中，電極鉆頭I為柱狀實芯結(jié)構(gòu),前端為尖端,并經(jīng)過絕緣處理后絕緣。電極鉆頭I前端可采用椎體或其他利于穿刺的結(jié)構(gòu)；且電極鉆頭I采用硬度和韌度均較強的材質(zhì)制成，如不銹鋼、銅、陶瓷等，使頭部能夠穿刺較硬的椎骨且不發(fā)生形變。電極鉆頭I側(cè)壁表面周向上對稱位置設計有凹槽，作為探測組件3安裝槽，凹槽具有沿電極鉆頭I軸向上的長度，且底面為平面。可在電極鉆頭I側(cè)壁周向上一個以`上的對稱位置設計凹槽，凹槽內(nèi)用來安裝探測組件3;凹槽的數(shù)量根據(jù)具體需要具體設計。握柄2為空心結(jié)構(gòu)，采用絕緣材質(zhì);握柄2前端與電極鉆頭I后端固定相接；握柄2表面經(jīng)過螺紋處理來增大持握時的摩擦力。
[0036]所述探測組件3包括基底301與微電極302，如圖2所示，基底301可采用硅片、玻璃或者塑料(如聚苯乙烯)等具有生物特性、無危害且硬度強的材料?；?01前部作為探測部分，尺寸與電極鉆頭I側(cè)壁上的凹槽底面尺寸相同，下表面與凹槽底面牢固粘合?；?01后部作為電路板連接部分位于握柄2內(nèi)部。
[0037]本發(fā)明中采用MEMS微加工工藝在基底301上表面鍍制η個微電極302與焊盤303，n ^ I ;11個微電極302位于基底301的探測部分上，沿基底301的軸向排列，但排列方式不限于此；由此，實現(xiàn)微電極302在電極鉆頭I上不同方位排布；η個焊盤303位于基底301的電路板連接部分上；η個微電極302與η個焊盤303間——對應，通過鍍制在基底301上表面的輸入輸出導線304相連。上述各個微電極即可作為驅(qū)動電極，也可以作為測量電極。上述結(jié)構(gòu)中，當具有兩個探測組件3時，一個探測組件3中基底301上鍍制I個微電極302時，則另一個基底301上需鍍制2個微電極302，由此保證電極鉆頭I上的微電極302總數(shù)量不小于3個。
[0038]所述基底301的探測部分上表面除微電極302外的部位覆蓋有一層硬度強的絕緣膜，使基底301的探測部分上的輸入輸出導線304與外部介質(zhì)絕緣。同時，基底301后部設計為擴展式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)基底301面積的擴展，減小基底301上的輸入輸出線路304的布線密度。
[0039]由于基底301脆弱易短，因此本發(fā)明中基底301采用分體結(jié)構(gòu)，且基底301上的輸入輸出導線采用搭接方式連通，防止本發(fā)明裝置由于震動造成基底301斷裂損壞，具體方式為:
[0040]將基底301設計為由兩部分構(gòu)成的分體式結(jié)構(gòu),如圖3所不；部分A301a前部作為探測部分，上表面鍍制的與探測部分中η個微電極302所連接的輸入輸出導線304末端均延伸至部分A301a的后部。部分B301b的后部作為電路板連接部分；部分B301b上表面鍍制的與電路板連接部分中η個焊盤303所連接的輸入輸出導線304末端均延伸至部分B301b的前部。同時，如圖4所示，還在電極鉆頭I與握柄2間設計一個空心過渡段6，同樣采用不銹鋼或銅等硬度和韌度強的材質(zhì)，且外壁上覆有絕緣耐磨材料；過渡段6兩端分別與握柄2前端、電極鉆頭I后端固定相接。其中，部分A301a的探測部分固定于電極鉆頭I上的凹槽底面，部分A301a的后部設置在過渡段6內(nèi)，如圖5所不,部分B301b的前部設置在過渡段6內(nèi)，電路板連接部分設置在握柄2內(nèi)。上述部分B301b的前部采用與過渡段6內(nèi)壁嵌入式粘合或直接粘合方式固定安裝在過渡段6內(nèi)，使部分B301b的上表面與部分A301a后部上表面搭接，且使部分A301a與部分B301b上表面的輸入輸出導線304 —一對應接合連通，實現(xiàn)將部分A301a中位于外部的探測部分的輸入輸入導線301b引入到過渡段6內(nèi)部。上述部分A301a的后端與部分B301b的前端間搭接處經(jīng)強化固定處理。
[0041]所述信號處理電路板4設置于握柄3內(nèi)部，直接通過導線與基底301的電路板連接部分上各個焊盤303相連，用來對各個微電極302進行控制。信號處理電路板包括通信模塊、信號控制與處理模塊、多頻電流源模塊、激勵通道選通模塊、測量通道選通模塊、信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0042]其中，通信模塊用來實現(xiàn)信號控制與處理模塊和上位機間通信，實現(xiàn)計算機對椎弓根手術(shù)輔助導航裝置的實時控制，以及信號控制與處理模塊將采集數(shù)據(jù)向上位機的反饋；通信模塊中的通信接口可設計成串行通信接口，也可設計成并行通信接口，還可以設計成無線藍牙，實現(xiàn)與計算機的通信。
[0043]多頻電流源模塊用來生成頻率可調(diào)的正弦波激勵信號，頻率一般在OHz到10MHz，幅值通常選為5mA以下，為椎弓根手術(shù)導航裝置提供工作所需電流。多頻電流源模塊也可選擇為電壓源。
[0044]信號控制與處理模塊作為核心模塊，用來對信號處理電路板中各個模塊進行精確實時控制以及快速的信息交換和處理；包括:將上位機發(fā)送的工作模式指令，對多頻電流源模塊產(chǎn)生電流的頻率與幅值控制；對激勵通道選通模塊和測量通道選通模塊進行控制；對反饋的數(shù)據(jù)進行參數(shù)分析后發(fā)送至計算機，實現(xiàn)對探測目標的實時監(jiān)測；對反饋的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)對探測目標的三維成像后發(fā)送至計算機；控制信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊對感應電壓信號的采樣頻率。
[0045]激勵通道選通模塊用來根據(jù)信號控制與處理模塊的工作模式指令，對各個微電極進行選擇并設定為驅(qū)動電極，實現(xiàn)微電極的選擇與切換，從而將多頻電流源模塊產(chǎn)生的電流施加到探測目標。
[0046]測量通道選通模塊用來根據(jù)信號控制與處理模塊的工作模式指令，對各個微電極進行選擇并設定為測量電極，實現(xiàn)微電極的選擇與切換，從而對探測目標上的感應電壓信號進行提取。 [0047]信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊用來對探測到的感應電壓信號進行放大、解調(diào)、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至信號控制與處理模塊。
[0048]本發(fā)明椎弓根手術(shù)輔助導航裝置的導航方法，通過下述步驟實現(xiàn)脊柱手術(shù)過程中對鉆頭周圍組織的阻抗以及鉆頭位置實時監(jiān)測探測:
[0049]步驟1:啟動全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置；[0050]步驟二:由上位機給定工作模式指令。
[0051]步驟三:信號控制與處理模塊接收到上位機的工作模式指令后，控制激勵電流的頻率和幅值，使多頻電流源模塊輸出相應的頻率和幅度的正弦波電流激勵信號，如頻率為IOKHz，幅值為 3mA。
[0052]步驟四:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定任意兩個微電極的組合作為為第一組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上,使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場。
[0053]步驟五:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制測量通道選通模塊將設定異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合的另兩個微電極組合作為為第一組測量電極對；例如:微電極共有3個分別為A、B、C，則當步驟4中設定微電極A、B組合形成第一組驅(qū)動電極對后，測量電極可設定微電極A與B、微電極A與C或微電極B與C作為第一組測量電極對。提取探測目標的感應電壓，并將感應電壓發(fā)送至信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理后，反饋給信號控制與處理模塊后，由信號控制與處理模塊傳輸?shù)接嬎銠C；隨后選取異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合,且異于第一組測量電極對中微電極組合的的微電極組合作為第二組測量電極對，再次提取感應電壓；如此反復操作，直至設定的測量電極對遍歷所有異于驅(qū)動電極對的微電極組合。
[0054]步驟六:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定異于第一組驅(qū)動電極對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第二組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；隨后，重復步驟五操作，然后再將異于第一組驅(qū)動電極對與第二組驅(qū)動電極對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第三組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；再次重復步驟五操作；如此反復操作，直至設定的驅(qū)動電極對遍歷所有微電極的組合。`
【權(quán)利要求】
1.一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，其特征在于:包括電極鉆頭、握柄、探測組件、信號處理電路板與上位機； 其中，電極鉆頭為實心，前端為尖端；電極鉆頭后端安裝有空心握柄；電極鉆頭側(cè)壁表面周向上開設有至少2個凹槽；上述每個凹槽內(nèi)安裝有一個探測組件；所述探測組件包括基底與微電極；基底前部作為探測部分，下表面與凹槽底面固定；基底后部作為電路板連接部分位于握柄內(nèi)部；基底上表面鍍制η個微電極與焊盤，n ^ 1，且需使電極鉆頭上的微電極的總個數(shù)不小于3個；η個微電極位于基底的探測部分上；η個焊盤位于基底的電路板連接部分上；η個微電極與η個焊盤間一一對應，通過鍍制在基底上表面的輸入輸出導線相連；且基底的探測部分上表面除微電極外的部位覆蓋有一層絕緣膜； 所述信號處理電路板設置于握柄內(nèi)部，通過導線與基底的電路板連接部分上各個焊盤相連；信號處理電路板包括通信模塊、信號控制與處理模塊、多頻電流源模塊、激勵通道選通模塊、測量通道選通模塊、信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊； 其中，通信模塊用來實現(xiàn)信號控制與處理模塊和上位機間通信；多頻電流源模塊用來生頻率可調(diào)的正弦波激勵信號；信號控制與處理模塊用來對信號處理電路板中各個模塊進行實時控制以及信息交換和處理；激勵通道選通模塊用來對各個微電極進行選擇并設定為驅(qū)動電極，實現(xiàn)將電流施加到探測目標；測量通道選通模塊用來對各個微電極進行選擇并設定為測量電極，實現(xiàn)對探測目標上的感應電壓信號進行提?。恍盘栒{(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊用來對感應電壓信號進行放大、解調(diào)、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，其特征在于:所述電極鉆頭與握柄間設計有空心過渡段，過渡段兩端分別與握柄前端、電極鉆頭后端固定相接；同時，基底采用由部分A與部分B構(gòu)成的分體式結(jié)構(gòu)；其中，部分A前部作為探測部分固定于凹槽底面，部分A的后部設置在過渡段內(nèi)；部分A上表面鍍制的與探測部分中η個微電極所連接的輸入輸出 導線末端均延伸至部分A的后部；部分B的后部作為電路板連接部分，前部設置在過渡段內(nèi)；部分B上表面鍍制的與電路板連接部分中η個焊盤所連接的輸入輸出導線末端均延伸至部分B的前部；使部分B的上表面與部分A后部上表面搭接，且使部分A與部分B上表面的輸入輸出導線一一對應接合連通。
3.如權(quán)利要求1所述一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，其特征在于:所述部分B的前部可采用與過渡段內(nèi)壁嵌入式固定或直接固定的方式安裝在過渡段內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述一種基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置，其特征在于:所述握柄采用絕緣材料。
5.應用權(quán)利要求1所述的基于生物電阻抗的全視角椎弓根手術(shù)導航裝置的方法，其特征在于:通過下述步驟實現(xiàn): 步驟一:啟動全視角椎弓根手術(shù)輔助導航裝置； 步驟二:由上位機給定工作模式指令； 步驟三:信號控制與處理模塊接收到上位機的工作模式指令后，控制激勵電流的頻率和幅值，使多頻電流源模塊輸出相應的頻率和幅度的正弦波電流激勵信號； 步驟四:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定任意兩個微電極的組合作為第一組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場； 步驟五:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制測量通道選通模塊設定異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合的另兩個微電極組合作為第一組測量電極對，提取探測目標的感應電壓，并將感應電壓發(fā)送至信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理后，反饋給信號控制與處理模塊后，由信號控制與處理模塊傳輸?shù)接嬎銠C；隨后選取異于第一組驅(qū)動電極對中微電極組合，且異于第一組測量電極對中微電極組合的微電極作為第二組測量電極對，再次提取感應電壓；如此反復操作，直至設定的測量電極對遍歷所有異于驅(qū)動電極對的微電極組合； 步驟六:信號控制與處理模塊根據(jù)上位機的工作模式指令，控制激勵通道選通模塊設定異于第一組驅(qū)動電極 對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第二組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；隨后，重復步驟五操作，然后再將異于第一組驅(qū)動電極對與第二組驅(qū)動電極對中兩個微電極組合的另兩個微電極組合作為第三組驅(qū)動電極對，將多頻電流源模塊的輸出電流施加到探測目標上，使組織內(nèi)部產(chǎn)生敏感場；再次重復步驟五操作；如此反復操作，直至設定的驅(qū)動電極對遍歷所有微電極的組合。
【文檔編號】A61B17/90GK103750895SQ201410007144
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】汪待發(fā), 孟云, 周蓉 申請人:北京航空航天大學