一种穿刺辅助引导装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种穿刺辅助引导装置，包括：扫描模块，用于对被穿刺对象进行扫描，获取被穿刺对象及其体内的目标体的3D图像数据；三维定位模块，用于根据被穿刺对象及其目标体的3D图像数据，确定其空间位置；路径规划模块，用于至少根据被穿刺对象及其目标体的3D图像数据及空间位置，确定对被穿刺对象的目标体进行穿刺的穿刺切入点和穿刺到达点的位置，并据此生成虚拟穿刺路径；数据传输模块，用于将虚拟穿刺路径的空间位置坐标发送给AR设备，便于当被穿刺对象出现在AR设备的视场中时，通过AR设备显示虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，辅助用户按照虚拟穿刺路径对被穿刺对象进行穿刺，极大的提高了手术的准确性和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺辅助引导装置、系统及方法
本专利技术涉及临床医疗手术领域，尤其涉及一种医疗手术穿刺辅助引导装置、系统及方法。
技术介绍
经皮的各类影像引导的穿刺操作及手术是目前临床医学上广泛应用的一种微创治疗手段，随着精准治疗和微创治疗的。通过CT或者MR(核磁共振)等影像设备对人体进行扫描获得断层图像后，在横断位图像上选择合适的靶点，然后择最优化的穿刺路径，并通过断层图像和扫描床坐标位置的空间匹配，找出人体表面的进针点位置，然后根据预先设计好的穿刺路径将微创治疗所需的各类器械穿入人体内，达到理想的靶点位置。传统的穿刺方式，人体表面的穿刺点需要在体表放置显影的标记，然后再进行一次扫描方能确定体表标记和理想的入针点的位置，而穿刺过程中，进针的方向和距离则完全需要术者的经验和操作能力，往往由于人眼无法精确的的辨识细微角度的差别而导致穿刺针需要多次的调整和反复的扫描，增加手术的难度和风险以及手术时间。为了完成精准的穿刺，帮助手术者精确的沿着计划的穿刺路线进针，目前已经有多种的穿刺辅助的影像引导装置以及穿刺机器人装置投入应用：目前穿刺辅助的引导装置主要是通过①(激光)光学导航系统或②磁导航系统来实现穿刺的引导，通过穿刺器械上的光学标记或者磁标记来标记穿刺针，在扫描床上加载光学坐标系统或定位磁场来标记人体的三维位置，将横断位图像与人体三维位置的进行匹配后，利用计算机图像系统将选定的靶点和穿刺路径设置好，并将带有定位标记的穿刺器械的虚拟图像融合在一起，只要移动穿刺器械，系统会自动追踪扫描其位置，并将其位置反映在融合的图像上，操作者只需要移动穿刺针，使得穿刺器械的虚拟影像与穿刺路径重合即能完成理论上的完美穿刺。但现有的穿刺辅助引导装置主要存在如下几个问题：(1)穿刺辅助系统组件较多，占用空间较大，对操作室布局有较大的要求。比如光学导航系统，光学识别探头需要摆放在能同时识别到定位人体位置、机架位置、和穿刺针位置的标记光学反射球，而且一旦探头与标记球之间直线距离内存在阻挡物，则导航就会因此中断。磁导航系统也需要在CT和MRI扫描床和机架上布置定位用标示磁场，而且此类设备追踪穿刺针是通过光学或磁定位标记，此类装置附加在穿刺针的尾部，不仅增加穿刺针尾部的重量，而且验证影响手术者的操作手感和体验。(2)无论是光学导航系统还是磁导航系统来实现穿刺引导，整个过程中操作者需要看着导航仪的屏幕，而操作者需要通过解读导航界面的图像再通过人脑的解读最后再反映到操作者手部到动作，最后还需要再在导航系统界面上得到验证。也就是说显示参照平面和虚拟穿刺针的屏幕或者投射显示器都无法和视觉上穿刺针的实际图像进行融合。操作者需要两头兼顾，既要侧头兼顾导航仪的屏幕又要兼顾实际穿刺针，操作者需要将导航仪显示的穿刺针虚拟路径与穿刺路径之间的偏差转化为手部调整穿刺针的动作，最后还需要在导航系统里查看追踪到的穿刺针的位置来验证之前的一系列操作。
技术实现思路
为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供一种穿刺辅助引导装置、系统及方法。具体的，技术方案如下：一方面，本专利技术公开了一种穿刺辅助引导装置，包括：扫描模块，用于对被穿刺对象进行扫描，获取被穿刺对象及其体内的目标体的3D图像数据；三维定位模块，用于根据所述扫描模块获取的被穿刺对象及其目标体的3D图像数据，确定所述被穿刺对象及其目标体的空间位置；路径规划模块，用于至少根据所述被穿刺对象及其目标体的3D图像数据及空间位置，确定对所述被穿刺对象的目标体进行穿刺的穿刺切入点和穿刺到达点的位置，并根据所述穿刺切入点和穿刺到达点的位置信息，生成虚拟穿刺路径；数据传输模块，用于将所述虚拟穿刺路径的空间位置坐标发送给AR设备，便于当所述被穿刺对象出现在所述AR设备的视场中时，通过所述AR设备显示所述虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，辅助用户按照所述虚拟穿刺路径对所述被穿刺对象进行穿刺。优选地，所述三维定位模块包括：数据处理子模块，用于对所述扫描模块获取的被穿刺对象及其目标体的3D图像数据进行处理，构造所述被穿刺对象及其目标体的三维空间，确定所述被穿刺对象及其目标体在所述三维空间的初始位置坐标；参数获取子模块，用于获取所述被穿刺对象扫描后的移动参数数据；计算子模块，用于根据所述初始位置坐标及所述移动参数数据，确定所述被穿刺对象及其目标体的最终位置坐标。优选地，所述扫描模块包括：B超机、CT机、核磁共振机、X光机之中的任意一种或多种。优选地，所述数据传输模块通过有线或无线的方式进行数据传输。第二方面，本专利技术还公开了一种穿刺辅助引导系统，包括本专利技术所述的穿刺辅助引导装置、及AR设备；其中，所述AR设备，用于当所述被穿刺对象出现在所述AR设备的视场中时，显示所述被穿刺对象上的所述虚拟穿刺路径。优选地，所述AR设备包括数据接收模块和显示模块，其中：所述数据接收模块，用于接收所述穿刺辅助引导装置获取的所述虚拟穿刺路径的位置信息，所述显示模块，用于根据所述数据接收模块接收到的所述虚拟穿刺路径的位置信息，在所述被穿刺对象上显示所述虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，便于所述用户按照所述虚拟穿刺路径对所述被穿刺对象进行穿刺。优选地，所述AR设备上还设有深度摄像头，所述深度摄像头用于获取穿刺针穿刺的穿刺深度和角度。优选地，所述深度摄像头包括摄像模块，用于实时采集穿刺过程中所述穿刺针的方位图像；所述穿刺辅助引导装置的三维定位模块，还用于对所述摄像模块采集的穿刺针图像进行图像处理，获取所述穿刺针穿刺所述被穿刺对象的穿刺切入点位置、及所述穿刺针针尾的空间位置；所述AR设备还包括穿刺针定位模块，用于根据所述穿刺切入点位置，及所述穿刺针针尾的空间位置，获取所述穿刺针的穿刺深度和角度，定位显示所述穿刺针的虚拟针头刺入所述被穿刺对象体内的空间位置。优选地，所述AR设备还包括动态模拟模块，其中：所述动态模拟模块，用于根据所述深度摄像头获取的穿刺针的穿刺深度和角度信息，获取所述穿刺针穿刺过程的动态模拟数据；所述显示模块，还用于根据所述动态模拟模块获取的动态模拟数据，在所述被穿刺对象上显示所述穿刺针的动态虚拟穿刺过程。优选地，所述显示模块，还用于根据所述被穿刺对象的目标体的3D图像数据及空间位置，在所述被穿刺对象上显示虚拟目标体。优选地，所述显示模块，还用于根据所述被穿刺对象及其目标体的3D图像数据和空间位置，在所述被穿刺对象上显示所述目标体周边预设范围内的虚拟生物组织信息。优选地，所述显示模块，还用于显示所述虚拟穿刺路径的尺寸信息。优选地，所述虚拟穿刺路径尺寸信息通过不同的颜色进行表示。优选地，所述AR设备还包括偏差获取模块；所述偏差获取模块，用于通过所述深度摄像头获取所述穿刺针的实际穿刺路径，并结合所述数据接收模块接收的虚拟穿刺路径的位置信息，获取所述穿刺针实际穿刺路径与所述虚拟穿刺路径的偏离度。优选地，所述AR设备还包括提醒模块；所述提醒模块，用于通过文字、语音、影像、图像之中的任意一种或多种方式提醒所述用户当前穿刺深度和/或偏离度。优选地，所述AR设备还包括报警模块；所述报警模块，用于当所述穿刺针的穿刺深度和/或偏离度大于预设的偏差值时，发出警报。第三方面，本专利技术还公开了一种穿刺辅助引导方法，包括：扫描被穿刺对象，获取被穿刺对象及其体内的目标体的3D图像数据；根据所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺辅助引导装置，其特征在于，包括：扫描模块，用于对被穿刺对象进行扫描，获取被穿刺对象及其体内的目标体的3D图像数据；三维定位模块，用于根据所述扫描模块获取的被穿刺对象及其目标体的3D图像数据，确定所述被穿刺对象及其目标体的空间位置；路径规划模块，用于至少根据所述被穿刺对象及其目标体的3D图像数据及空间位置，确定对所述被穿刺对象的目标体进行穿刺的穿刺切入点和穿刺到达点的位置，并根据所述穿刺切入点和穿刺到达点的位置信息，生成虚拟穿刺路径；数据传输模块，用于将所述虚拟穿刺路径的空间位置坐标发送给AR设备，便于当所述被穿刺对象出现在所述AR设备的视场中时，通过所述AR设备显示所述虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，辅助用户按照所述虚拟穿刺路径对所述被穿刺对象进行穿刺。

【技术特征摘要】
1.一种穿刺辅助引导装置，其特征在于，包括：扫描模块，用于对被穿刺对象进行扫描，获取被穿刺对象及其体内的目标体的3D图像数据；三维定位模块，用于根据所述扫描模块获取的被穿刺对象及其目标体的3D图像数据，确定所述被穿刺对象及其目标体的空间位置；路径规划模块，用于至少根据所述被穿刺对象及其目标体的3D图像数据及空间位置，确定对所述被穿刺对象的目标体进行穿刺的穿刺切入点和穿刺到达点的位置，并根据所述穿刺切入点和穿刺到达点的位置信息，生成虚拟穿刺路径；数据传输模块，用于将所述虚拟穿刺路径的空间位置坐标发送给AR设备，便于当所述被穿刺对象出现在所述AR设备的视场中时，通过所述AR设备显示所述虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，辅助用户按照所述虚拟穿刺路径对所述被穿刺对象进行穿刺。2.一种基于权利要求1所述的穿刺辅助引导装置的穿刺辅助引导系统，其特征在于，还包括：AR设备；所述AR设备，用于当所述被穿刺对象出现在所述AR设备的视场中时，显示所述被穿刺对象上的所述虚拟穿刺路径。3.根据权利要求2所述的一种穿刺辅助引导系统，其特征在于，所述AR设备包括数据接收模块和显示模块，其中：所述数据接收模块，用于接收所述穿刺辅助引导装置获取的所述虚拟穿刺路径的位置信息，所述显示模块，用于根据所述数据接收模块接收到的所述虚拟穿刺路径的位置信息，在所述被穿刺对象上显示所述虚拟穿刺路径的体内段和/或体外段，便于所述用户按照所述虚拟穿刺路径对所述被穿刺对象进行穿刺。4.根据权利要求3所述的一种穿刺辅助引导系统，其特征在于，所述AR设备上还设有深度摄像头，所述深度摄像头用于获取穿刺针穿刺的穿刺深度和角度。5.根据权利要求4所述的一种穿刺辅助引导系统，其特征在于，所述深度摄像头包括摄像模块，用于实时采集穿刺过程中所述穿刺针的方位图像；所述穿刺辅助引导装置的三维定位模块，还用于对所述摄像模块采集的穿刺针图像进行图像处理，获取所述穿刺针穿刺所述被穿刺对象的穿刺切入点位置、及所述穿刺针针尾的空间位置；所述AR设备还包括穿刺针定位模块，用于根据所述穿刺切入点位置，及所述穿刺针针尾的空间位置，获取所述穿刺针的穿刺深度和角度，定位显示所述穿刺针的虚拟针头刺入所述被穿刺对象体内的空间位置。6.根据权利要求3所述的一种穿刺辅助引导系统，其特征在于，所述AR设备还包括动态模拟模块，其中：所述动态模拟模块，用于根据所述深度摄像头获取的穿刺针的穿刺深度和角度信息，获取所述穿刺针穿刺过程的动态模拟数据；所述显示模块，还用于根据所述动态模拟模块获取的动态模拟数...

【专利技术属性】
技术研发人员：池嘉昌，冯瑛，
申请(专利权)人：池嘉昌，冯瑛，
类型：发明
国别省市：上海,31