一种穿刺针定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及手术定位技术领域，特别是涉及一种穿刺针定位系统及方法。所述系统包括：超声单元，包括用于提供病灶处的超声切面的第一探头，所述第一探头上设有用于提供第一探头的坐标信息的多个第一定位装置；穿刺针单元，包括穿刺针，所述穿刺针上设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置；处理及显示单元，分别与超声单元、各所述第一定位装置及各所述第二定位装置通信连接。本发明专利技术提供的穿刺针定位系统可大大提高经胸壁穿刺的精准度，不仅能有效避免反复穿刺带来的并发症，也大大缩短了手术时穿刺的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺针定位系统及方法
本专利技术涉及手术定位
，特别是涉及一种穿刺针定位系统及方法。
技术介绍
随着医疗科技的高度发展，介入技术已经成为继药物治疗和外科手术之后的第三种有效临床治疗手段。介入路径是成功实施治疗的关键。理想的介入路径应该距离病变近，便于操控器械，同时创伤小。为了便于控制出血，经股静脉和股动脉是结构性心脏病的主要介入路径。但这种介入路径远离心脏，而且行程曲折，因此不利于心内介入的精确操作，同时也限制了介入治疗的适应症。近十年来，经心表路径心内介入技术已广泛应用于临床。由于介入距离心脏更近和超声引导下精准的可视化操作，此项技术不仅拓宽了手术的适应症，而且在某些疾病例如室间隔缺损治疗上取得了比传统介入方法更好的效果。因此，经心表路径应该是结构性心脏病最理想的介入通道。经心表路径实施介入治疗的方法有切开胸壁和经胸壁穿刺两种。无疑，经胸壁穿刺更具优势，不仅创伤更小，而且没有手术切口疤痕。但此项技术关键之处在于选择精准的穿刺位点和路径，确保一次性成功。若反复多次穿刺心脏，会导致因穿刺点出血而产生的心包填塞等严重并发症。为此，术前需要采用经胸超声规划穿刺路径。但在临床实际操作过程中，术者只能凭借个人经验在脑海里重构穿刺针的空间位置，在穿刺点及角度上，存在很大的错选率。因此，此项技术难以在临床上推广应用。如果想要实现经胸壁穿刺介入治疗，一种高度精确的导航系统成为了迫切的需求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种穿刺针定位系统及方法，用于提供精准的穿刺位点和路径，确保一次性穿刺成功。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术一方面提供一种穿刺针定位系统，所述系统包括：超声单元，包括用于提供病灶处的超声切面的第一探头，所述第一探头上设有用于提供第一探头的坐标信息的多个第一定位装置；穿刺针单元，包括穿刺针，所述穿刺针上设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置；处理及显示单元，分别与超声单元、各所述第一定位装置及各所述第二定位装置通信连接，用于：获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示；在虚拟坐标系统中确定规划路径；获取各第二定位装置提供的穿刺针的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示虚拟穿刺针中轴线和虚拟穿刺针顶点；在虚拟的坐标系统中，比较虚拟穿刺针中轴线与规划路径是否重合；本专利技术另一方面提供一种穿刺针定位方法，包括如下步骤：S100获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示；S200在虚拟的坐标系统中确定规划路径；S300获取穿刺针上的第二定位装置在虚拟坐标系统中的坐标信息并显示虚拟穿刺针中轴线和虚拟穿刺针顶点；S400在虚拟的坐标系统中，比较虚拟穿刺针中轴线和所规划路径是否重合。本专利技术另一方面提供一种设备，所述设备包括：存储器及处理器；所述存储器，其上存储有计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，该程序被执行时实现本专利技术所述的穿刺针定位方法。本专利技术另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本专利技术所述的穿刺针定位方法。本专利技术达到了以下有益效果：本专利技术提供的穿刺针定位系统可大大提高了经胸壁穿刺的精准度，不仅能有效避免反复穿刺带来的并发症，也大大缩短了手术时穿刺的时间。引入第一定位装置和第二定位装置，将以往单一的超声定位导航予以了极大的丰富，并将所有位置信息予以数字化解析，所有磁场中的位置信息通过第一定位装置和第二定位装置均可转化为三维坐标系。穿刺定位系统依据每个人不同的病情提供了精确的穿刺路径规划，真正实现了对病人的个体化精准医疗，将使手术相关并发症大幅度减少，使经胸穿刺介入治疗变成常规治疗手段成为可能。附图说明图1为本专利技术的穿刺针定位系统应用场景；图2为本专利技术第一探头的结构示意图。图3为本专利技术超声探头卡扣结构示意图。图4为本专利技术穿刺针及穿刺针卡扣件结构示意图。图5为本专利技术穿刺针定位方法的流程示意图。图6为本专利技术第一探头中轴线投射至超声切面上的坐标转换方法的流程示意图。图7为本专利技术穿刺针定位系统可视化界面示意图。图8为本专利技术虚拟穿刺针和规划路径重合判定流程示意图。图中元件标号1超声单元11第一探头12第二探头2穿刺针单元3处理及显示单元4第一定位装置5第二定位装置6探头卡扣件7穿刺针卡扣件具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术实施例提供一种穿刺针定位系统。如图1所示场景中，所述系统包括：超声单元1、穿刺针单元2、处理及显示单元3。所述超声单元1包括用于提供病灶处超声切面的第一探头11，所述第一探头11上如图2所示，设有用于提供第一探头11的坐标信息的多个第一定位装置4；所述穿刺针单元2包括穿刺针，所述穿刺针上如图4所示，设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置5；所述处理及显示单元3分别与超声单元1、各所述第一定位装置4及各所述第二定位装置5通信连接，用于：获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头11在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示，进一步在虚拟坐标系统中确定规划路径L1；获取穿刺针上的第二定位装置5在虚拟坐标系统中的坐标信息并显示虚拟穿刺针中轴线L2和虚拟穿刺针顶点C2；在虚拟的坐标系统中，比较虚拟穿刺针中轴线L2与规划路径L1是否重合。当所述虚拟穿刺针和中轴线L2与规划路径L1重合时采用穿刺针进行穿刺。在所述超声单元1中，超声单元1可以是带多个探头的超声机。如图2所示，超声单元1包括用于提供病灶处的超声切面的第一探头11，所述第一探头11为经胸心脏超声探头。所述第一探头可采用现有常规的超声探头，例如飞利浦的EPIQ7C。使用时，将第一探头11在人体的肋间隙扫查病灶处，例如室间隔缺损，进而获得病灶处的超声切面，通常情况下，当病灶处出现在超声切面上时则为病灶处的超声切面。所述第一探头11上设有用于提供第一探头11坐标信息的多个第一定位装置4。所述第一探头11的坐标信息包括第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺针定位系统，其特征在于，所述系统包括：/n超声单元(1)，包括用于提供病灶处的超声切面的第一探头(11)，所述第一探头(11)上设有用于提供第一探头(11)的坐标信息的多个第一定位装置(4)；/n穿刺针单元(2)，包括穿刺针，所述穿刺针上设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置(5)；/n处理及显示单元(3)，分别与所述超声单元(1)、各所述第一定位装置(4)及各所述第二定位装置(5)通信连接，用于：获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头(11)在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示；/n在虚拟坐标系统中确定规划路径L1；获取各第二定位装置(5)提供的穿刺针的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示虚拟穿刺针中轴线L2和虚拟穿刺针顶点C2；在虚拟的坐标系统中，比较虚拟穿刺针中轴线L2与规划路径L1是否重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种穿刺针定位系统，其特征在于，所述系统包括：
超声单元(1)，包括用于提供病灶处的超声切面的第一探头(11)，所述第一探头(11)上设有用于提供第一探头(11)的坐标信息的多个第一定位装置(4)；
穿刺针单元(2)，包括穿刺针，所述穿刺针上设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置(5)；
处理及显示单元(3)，分别与所述超声单元(1)、各所述第一定位装置(4)及各所述第二定位装置(5)通信连接，用于：获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头(11)在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示；
在虚拟坐标系统中确定规划路径L1；获取各第二定位装置(5)提供的穿刺针的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示虚拟穿刺针中轴线L2和虚拟穿刺针顶点C2；在虚拟的坐标系统中，比较虚拟穿刺针中轴线L2与规划路径L1是否重合。


2.如权利要求1所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述第一探头(11)上设有3个第一定位装置(4)，3个所述第一定位装置(4)位于同一水平面且与所述第一探头(11)的中轴面重合，其中两个第一定位装置(4)位于第一探头(11)的同一横截面上，且3个所述第一定位装置(4)呈直角三角形分布。


3.如权利要求2所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述第一探头(11)上设有与第一探头(11)相配合的探头卡扣件(6)，所述探头卡扣件(6)上设有用于安装第一定位装置(4)的3个第一插孔，所述3个第一插孔位置与3个第一定位装置(4)匹配。


4.如权利要求1所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述穿刺针上设有2个第二定位装置(5)，所述第二定位装置(5)分别设于穿刺针的中轴线上。


5.如权利要求4所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述穿刺针上设有与穿刺针配合的穿刺针卡扣件(7)，所述穿刺针卡扣件(7)上设有用于安装第二定位装置(5)的2个第二插孔，所述2个第二插孔位置与2个第二定位装置(5)匹配。


6.如权利要求1所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述第一定位装置(4)和所述第二定位装置(5)均选自传感器。


7.如权利要求1所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述超声单元(1)还包括用于监测整个穿刺过程的第二探头(12)。


8.如权利要求1所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述处理及显示单元(3)包括下列模块：
第一数据获取模块：用于获取病灶处的超声切面并在虚拟的坐标系统中显示；获取第一探头(11)在获取病灶处的超声切面时的坐标信息并在虚拟的坐标系统中显示；
规划路径确定模块：用于在虚拟的坐标系统中确定规划路径L1；
第二数据获取模块：用于获取穿刺针上的第二定位装置(5)在虚拟坐标系统中的坐标信息并显示虚拟穿刺针中轴线L2和虚拟穿刺针顶点C2；
比较模块：用于在虚拟的坐标系统中，比较所述虚拟穿刺针中轴线L2与所述规划路径L1是否重合。


9.如权利要求8所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述规划路径确定模块中，根据虚拟的坐标系统中，第一探头(11)的空间坐标信息，经平面矩阵转换，得出第一探头(11)中轴线在病灶处的超声切面上的位置，从而确定规划路径L1。


10.如权利要求9所述的穿刺针定位系统，其特征在于，所述虚拟的坐标系统中，以病灶处超声切面的扇形切面顶点C1作为原点，采用下列转换公式I进行平面矩阵转换，获得第一探头(11)的中轴线投影至病灶处的超声切面上的转换坐标信息；
所述转换公式I为：
(x′，y′，z′，1)＝T(x，y，z，1)T
其中，(x′，y′，z′)T转换后的坐标信息，(x，y，z)T为转换前的坐标信息；
T＝T4T3T2T1









Q′1＝T3T2T1Q1；



























其中，P1、P2、P3为病灶处的虚拟超声切面F1上的三个不共线取样点，Q1、Q2、Q3为虚拟第一探头中轴面F2上的三个不共线的点，代表各点的坐标；

为虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天力，罗衡，肖锦涛，胡世军，柯建源，
申请(专利权)人：赵天力，
类型：发明
国别省市：湖南;43