一种用于胃肠道术前定位的接收器和发射器以及定位装置

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种用于胃肠道术前定位的接收器和发射器以及定位装置。

背景技术：

1、消化道癌是来源于消化道黏膜上皮的恶性肿瘤，而黏膜层是消化道管腔的最内层。消化内镜穿行于消化道管腔内进行观察，因此能够尽早发现早癌病变。外科医生手术时，需要打开腹壁进入腹腔、从消化道管腔的外面观察。以往消化道恶性肿瘤发现时即为晚期，由于肿瘤体积大，甚至侵犯周围器官，术前影像学检查和外科手术过程中通常能够看见肿瘤，肿瘤的定位相对容易。但是，当病变浸润深度不深或体积较小时，外科手术时往往难以直接观察到病变。

2、随着消化内镜装备和检查技术的发展，消化道恶性肿瘤正越来越多地在早期被发现和治疗，一部分早癌可以直接通过消化内镜esd手术治愈，而另一部分需要外科手术治疗的进展期癌的分期也相对越来越早。但是，由于肿瘤体积较小，加上腹腔镜、机器人手术方式下术者缺乏触觉感知，经常导致术中无法找到肿瘤的问题。因而，肿瘤位置常常需要在外科手术过程中由内镜医生使用消化内镜进行术中定位。

3、术中定位虽然能够帮助定位肿瘤位置，但其带来的不利影响也很多。从无菌原则来说，术中定位操作容易污染无菌区，使手术感染的风险升高。从外科操作角度来说，术中定位需要在消化道内注入空气，导致消化道鼓胀，影响手术操作。从内镜操作角度来说，术中定位时患者体位不利于操作，内镜医生的活动空间狭小受限，均会增加操作难度和时间，某些情况下甚至导致定位失败。从卫生经济学角度来说，术中定位及其准备工作会明显增加手术时间，同时也会严重影响内镜医师的正常工作安排。

4、为了克服上述不利影响，很多医疗机构也在采用术前定位的方式代替术中定位。术前定位通常是在外科手术前24小时内，让患者通过消化内镜检查，在病灶附近留置定位标志物，从而帮助外科医生确定手术位置，并且替代内镜医生进行术中内镜定位的方法。目前常用的术前定位方法有两种，一种是金属夹定位，另一种是黏膜下染色剂注射。

5、其中，金属夹定位就是将常用的用于止血和封闭创面的金属夹固定在肿瘤附近的黏膜上，术前可以通过x线影像大致确定肿瘤位置，指导手术切除范围。但由于肠管不同节段位置变化与重叠，这种影像的估计经常不准确，患者消化道内残留的其它金属夹也会干扰肿瘤位置判断。另外，由于金属夹的体积较小，只能夹到黏膜层，外科医生在手术过程中通常既看不见也摸不到金属夹。因此，金属夹定位的局限性较大，失败率较高，多数情况下还需要术中定位。

6、另外，黏膜下染色剂注射是使用内镜注射针将染色剂注射到病变附近的黏膜下层，使相应位置的浆膜面显示颜色，从而在手术中被外科医生识别。该方法也存在诸多问题。首先，黏膜下注射的操作要求较高，染色剂弥散过快、注射深度过浅、注射量不足或注射到系膜缘，均可能导致浆膜面不染色；注射深度过深、压力过大或者注射量过多可能导致染色范围过大或者异位染色；直肠中下部注射还会导致整个直肠系膜染色，导致这部分患者不能使用该方法。再者，这种方法无法通过影像学在术前帮助外科医生估计肿瘤位置，因此无法指导手术入路选择。另外，该方法还有造成脂肪坏死、粘连形成、穿孔、腹膜炎、肝脓肿、肿瘤通过穿刺针道种植转移的并发症的风险。最后，该技术方案的成本较高，需要使用到内镜用注射针和染色剂等，对患者造成较重的经济负担。

7、为了解决上述问题，本领域技术人员想到在病变附近置入并固定可发光的定位灯，这样手术前可以通过影像学检查显示位置，手术时定位灯亮起即可被外科医生看见，从而实现定位功能。

8、例如，公开号为：cn206315108u，公开的一种发光定位钛夹。在该方案中，钛夹帽由透明材料制成，所述钛夹帽的内腔设有冷光源和微型电池，冷光源由微型电池供电发光。然而，由于该装置需要通过直径不足4mm内镜孔道传送到目标位置，电池需要被安装到侧面的薄壁内部，尺寸受到了严重的制约，电池容量的物理极限仅为1mah，难以持续供电。如果增大发光定位钛夹的尺寸会导致该装置内无法通过用于控制的钢丝，没法像组织夹那样实现装置释放功能。进而，相关专利还公开了：让钛夹夹闭固定后再接通电路，以确保电池电量不被过早消耗。但是，上述结构的发光定位钛夹从生产工艺、成本和实用性等因素考量，量产非常困难。且，仍旧无法满足手术时定位灯的照亮时间和亮度要求。

9、因此，本领域技术人员急需一种新的用于胃肠道术前定位的定位设备，同时满足让定位灯穿过直径不足4mm内镜孔道，并保证定位灯具有足够的照亮时间和亮度。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的胃肠道术前定位设备，难以在保证定位灯具有足够的照亮时间和亮度的同时，满足定位灯可以穿过直径不足4mm内镜孔道的要求。为此，本发明提供一种用于胃肠道术前定位的接收器，所述接收器的外表面采用透明且满足生物相容性要求的材料包裹；所述接收器包括：

2、发光元件，所述发光元件发光，以指引病变位置；

3、换能机构，所述接收器的换能机构与发射器相对应，所述发射器通过无线电能传输方式为所述换能机构提供中继能量；所述换能机构与所述发光元件相连，为所述发光元件供电。

4、可选的，所述无线电能传输方式包括：电磁感应式电能传输、磁共振式电能传输、无线电波式电能传输、电场耦合式电能传输。

5、可选的，所述无线电能传输方式为磁共振式电能传输；

6、所述换能机构包括：受电线圈和电容；所述发光元件、所述电容和所述受电线圈并联设置；所述受电线圈内还设置有用于增大能量接收功率的磁芯；

7、当外界交变磁场频率时，由于lc谐振，电路两端能够产生较高的感应电动势，驱动所述发光元件发光；

8、其中，f为外界交变磁场频率；lc为谐振电路，包含一个电感和一个电容连接在一起的电路；电感为所述受电线圈、用字母l表示；电容用字母c表示。

9、可选的，所述接收器为柱状结构，所述受电线圈缠绕在所述接收器的长度方向上。

10、可选的，所述发光元件设置在所述接收器的端部位置。

11、可选的，所述接收器的端部位置还设置有与组织夹相适配的夹持部。

12、可选的，所述夹持部为圆环结构。

13、可选的，接收器上的发光元件和夹持部具有以下设置方式：

14、一个所述发光元件设置在所述接收器的其中一端，一个所述夹持部设置在所述接收器的其中一端；或，

15、一个所述发光元件设置在所述接收器的其中一端，两个所述夹持部分别设置在所述接收器的两端；或，

16、两个所述发光元件分别设置在所述接收器的两端，一个所述夹持部设置在所述接收器的其中一端；或，

17、两个所述发光元件分别设置在所述接收器的两端，两个所述夹持部分别设置在所述接收器的两端。

18、一种用于胃肠道术前定位的发射器，通过无线电能传输方式为上述接收器提供中继能量，所述发射器包括：送电线圈以及与所述送电线圈相连的振荡电路。

19、可选的，所述振荡电路为具有反馈追频功能的自激振荡电路；和/或，

20、所述送电线圈采用多股细线并联而成的利兹线进行绕制。

21、可选的，所述发射器还包括：具有线圈支撑部的握持手柄；

22、所述送电线圈安装在所述线圈支撑部上；

23、所述振荡电路安装在所述握持手柄的内腔中。

24、一种用于胃肠道术前定位的定位装置，包括：

25、上述接收器和发射器。

26、本发明中，用于胃肠道术前定位的定位装置使用方法如下步骤：

27、步骤s1，在手术前规定时间内，让患者做胃镜或者肠镜检查，检查过程中内镜医生通过胃肠镜设备找到手术要切除的病灶。

28、步骤s2，医生使用内镜，让组织夹通过内镜钳道将本发明中的接收器推入到达病灶附近，张开组织夹，使夹臂穿过接收器的夹持部，再夹到病变附近的黏膜上，必要时还可以增加组织夹加固。在本发明中，可以根据需要，在同一个病变位置使用一个或多个上述接收器定位。

29、步骤s3，在患者腹部附近打开本发明中的发射器，在内镜下观察确认发光元件发光，此时还可以缓慢移动发射器，随着发射器的位置改变，内镜下观察到发光元件的亮度对应发生改变。在上述过程中，医生找到发光元件亮度最大时，对应的发射器位置并在体表进行标记，进而大致确定病变的体表投影位置，辅助外科医生确定手术切口。

30、另外，在本发明中，在手术前还可以对患者进行x线检查，由于发射器和组织夹都能显影，同样可以帮助外科医生在术前估计病变位置。

31、并且，在手术过程中，医务工作者在患者腹部附近打开上述发射器，发射器不必接触无菌台，此时接收器发出的光透过消化道壁并被手术医生看见，即能完成手术中的定位。

32、步骤s4，医生通过手术将接收器、组织夹和肿瘤病变一起切除。

33、本发明技术方案，具有如下优点：

34、1.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，所述接收器的外表面采用透明且满足生物相容性要求的材料包裹；所述接收器包括：

35、发光元件，所述发光元件发光，以指引病变位置；

36、换能机构，所述接收器的换能机构与发射器相对应，所述发射器通过无线电能传输方式为所述换能机构提供中继能量；所述换能机构与所述发光元件相连，为所述发光元件供电。

37、在本发明中，通过将接收器的外表面设置为透明材质，可以有效地保证发光元件的光线可以穿过上述透明外壳体、准确地为医生指引病变位置。而且，上述生物相容性好的外壳体材料可以有效地避免了电子元件直接接触人体可能存在的风险，同时又避免了消化液的直接接触对电子元件造成损坏的问题。

38、更为重要的是，在本发明中发射器通过无线电能传输方式为换能机构提供中继能量，进而换能机构为发光元件供电。上述无线电能传输又称为无线电力传输、非接触电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量，例如电磁场能、激光、微波及机械波等能量，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输的传输方式。其中，采用电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式等方式，实现无线电能传输均可以有效地实现为发光元件供电。由于定位灯需要穿过直径不足4mm内镜孔道，严重限制了定位灯的尺寸大小。并且，在该尺寸和结构的限制下，微型电池无法做到24h点亮led灯。导致现有技术中的定位灯从生产工艺、成本和实用性等因素考量，这种电池也几乎不可能实现量产。本发明中，通过无线电能传输方式为定位灯即接收器供电，有效地实现：在保证定位灯具有足够的照亮时间和亮度的同时，满足定位灯可以穿过直径不足4mm内镜孔道的要求。

39、2.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，所述无线电能传输方式为磁共振式电能传输；

40、所述换能机构包括：受电线圈和电容；所述发光元件、所述电容和所述受电线圈并联设置；所述受电线圈内还设置有用于增大能量接收功率的磁芯；

41、当外界交变磁场频率时，由于lc谐振，电路两端能够产生较高的感应电动势，驱动所述发光元件发光；

42、其中，f为外界交变磁场频率；lc为谐振电路，包含一个电感和一个电容连接在一起的电路；电感为所述受电线圈、用字母l表示；电容用字母c表示。

43、在本发明中，为满足术前定位和术中搜寻的临床场景，采用了磁共振式电能传输方式，共振式电能传输的特点是发射器产生的交变磁场的频率与接收器的振荡频率相同，优点是传输距离较大、效率较高、接收器电路简单。以磁场耦合的方式进行无线电能传输，其基本物理原理符合法拉第电磁感应定律即磁通量变化产生感应电动势，从而在接收线圈中产生电流。

44、其中，本发明中的设备主要由发射器和接收器两部分组成。其中发射器的主要作用为产生交变磁场，用于实现无线能量传输。接收器需要能被方便地放置并固定在病变附近，同时接收发射器产生的交变磁场的能量，通过电磁感应转化为电能并使小灯发光，实现定位作用。

45、3.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，所述接收器为柱状结构，所述受电线圈缠绕在所述接收器的长度方向上。

46、在本发明中，接收器还可以根据需要设置为其他的外型结构，例如：长方体、正方体、条状结构等。接收器的形状优选为圆柱体结构，圆柱体的接收器可以保证在通过相同的内镜钳道的限制条件时，接收器的截面积最大，利于容纳接收器内部的电子元件。

47、4.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，所述发光元件设置在所述接收器的端部位置。

48、在本发明中，发光元件可以为led灯或者其它形式的光源。将发光元件设置在接收器的端部位置，可以让光源更容易被观察到，提高接收器的指引病变位置能力。

49、5.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，所述接收器的端部位置还设置有与组织夹相适配的夹持部。所述夹持部为圆环结构。

50、在本发明中，可以根据需要将夹持部设置在接收器的其它位置。并且，夹持部还可以为三角环、多边形、椭圆形环等圆环以外的结构。在本发明中，将夹持部设置为圆环结构，是因为圆环结构的通孔面积最大，有利于组织夹穿过。在使用过程中，接收器可经内镜孔道植入，圆环结构的夹持部可被金属夹衔住并进一步牢固可靠地固定于肿瘤附近黏膜上。

51、6.本发明提供的用于胃肠道术前定位的接收器，接收器上的发光元件和夹持部具有以下设置方式：

52、一个所述发光元件设置在所述接收器的其中一端，一个所述夹持部设置在所述接收器的其中一端；或，

53、一个所述发光元件设置在所述接收器的其中一端，两个所述夹持部分别设置在所述接收器的两端；或，

54、两个所述发光元件分别设置在所述接收器的两端，一个所述夹持部设置在所述接收器的其中一端；或，

55、两个所述发光元件分别设置在所述接收器的两端，两个所述夹持部分别设置在所述接收器的两端。

56、在本发明中，为了使接收器更可靠地固定在患者体内的病变附近，避免接收器脱落导致指引病变位置错误，可以根据需要在接收器任意位置设置两个圆环或其它形状的夹持部。进一步地可以将夹持部设置在接收器长度方向的两端位置。上述设置方式可以有效地保证接收器稳定可靠地固定在患者体内的病变位置。

57、另外，在本发明中还不限定接收器上发光元件的数量和布置方式。生产部门可以根据需要在接收器上安装两个或者两个以上的发光元件，即led灯或者其它光源。增加发光的位置使接收器更易被医务工作者观察到。其中，在本发明中，优选将发光元件分别设置在接收器长度方向的两端位置，进而准确指引病变位置。

58、7.本发明提供的用于胃肠道术前定位的发射器，通过无线电能传输方式为上述接收器提供中继能量，所述发射器包括：送电线圈以及与所述送电线圈相连的振荡电路。所述振荡电路为具有反馈追频功能的自激振荡电路。所述送电线圈采用多股细线并联而成的利兹线进行绕制。

59、在本发明中，发射器采用具有反馈追频功能的自激振荡电路，不同于一般的无线充电器，能够进行较远距离的能量传输，因此不必接触手术台上的无菌区域，同时也不会因周围的大块金属产生感应涡流而烧毁。

60、现有技术中，发射器的振荡电路从原理上可分为定频振荡和追频振荡两种方式。定频振荡方式的优点是频率稳定可控，缺点是效率低，无法保证振荡在完美的谐振点上。追频振荡方式能够使电路保持在谐振点振荡，振幅大、效率高，但频率容易受到电路器件个体差异和环境温度的影响。

61、其中，单管自激电路稳定性较差，效率较低，且后期难以实现mcu控制。信号发生器+三极管或mos管驱动lc串联谐振输出的方案属于定频振荡，谐振频率的误差或漂移会造成输出严重降低、三极管或mos管电流过大的问题。zvs电路某种意义上可以归类为追频振荡，但这种常用于高频加热的电路结构，在遇到大块金属物体后出现电流激增，存在安全隐患。经反复实验后，以上三种方案均存在较大问题。

62、在本发明中，发射器采用具有反馈追频功能的自激振荡电路。该电路具有起振快、振幅大、损耗低、振荡稳定、可受电平信号控制的诸多优点，最重要的是遇到大块导体后电流降低，能起到很好的安全保护作用。另外，在本发明中，考虑到高频涡流损耗和电路特性，对磁场发射效率影响最大的器件是发射线圈，因此发射线圈采用多股独立绝缘的细线并联而成的利兹线进行绕制。本专利前期还研究了多种类型的谐振电容，发现应该使用高频损耗小、耐压值高、额定电流高的电容。在原型机的体外测试中，最大发射接收距离超过40cm，新鲜猪大肠模拟肠壁阻挡时的有效接收距离达到35cm。

63、8.本发明提供的用于胃肠道术前定位的定位装置，包括：上述接收器和发射器。所以，在本发明中，用于胃肠道术前定位的定位装置具有接收器和发射器的所有优点。