穿刺导航系统、方法、设备与存储介质以及穿刺装置制造方法及图纸

本公开提供一种穿刺导航系统、方法、设备与存储介质以及穿刺装置。导航系统包括确定穿刺针在空间坐标系的三维坐标信息的定位模块、超声图像获取模块、用于穿刺针穿刺规划的穿刺规划模块、建立图像坐标系与空间坐标系之间的转换关系的坐标系转换模块、在图像坐标系中基于穿刺针与目标穿刺点位置的相对位置确定穿刺针的第一运动路径并基于第一运动路径确定穿刺导向件在空间坐标系内的第二运动路径的运动路径确定模块和在空间坐标系中基于第二运动路径进行穿刺针的导航的导航处理模块。本公开在不采用双目视觉定位装置，也不在穿刺针和超声探头设置光学标记件时，可获取穿刺针与目标穿刺点之间的位置，实现穿刺针导航，节省成本，降低复杂度。降低复杂度。降低复杂度。

【技术实现步骤摘要】
穿刺导航系统、方法、设备与存储介质以及穿刺装置


[0001]本公开的实施例涉及一种穿刺导航系统、方法、设备与存储介质以及穿刺装置。

技术介绍

[0002]癌症是危害人类健康的主要疾病。对于传统的癌症治疗方法和新近发展起来的以微创消融为特征的热消融疗法，以及粒子植入等消融疗法，由于受适应症、禁忌症、治疗副作用、热效应等因素的限制，使得其临床应用受到一定的局限性。
[0003]近年来，随着脉冲生物电学的不断发展，电场脉冲以其非热、微创的生物医学效用受到广泛关注，并逐渐应用于肿瘤的临床治疗。微创疗法往往需要通过穿刺针到达人体内的目标组织区域进行治疗，然而穿刺针通常需要在超声或其他医学影像设备的引导下，配合穿刺模板进行定位，从而到达至预期目标位置。
[0004]目前，临床上普遍采用穿刺设备与超声探头制成一体的形式，在操作中通过超声图像的引导下进行肿瘤的定位穿刺，但由于超声成像的区域是有限的，并且是一个二维平面，因此只有当穿刺针沿着超声成像平面进入超声成像区域之后才能在超声图像中观察到穿刺设备，无法实时显示穿刺针与肿瘤之间的位置关系，从而导致操作者(例如医生)无法通过观察三维图像中穿刺针与肿瘤部位的相对位置关系，对患者进行精确的穿刺。因此，当前急需一种能够实时显示穿刺针与肿瘤之间的位置关系的导航系统。

技术实现思路

[0005]本公开至少一实施例提供了一种用于穿刺装置的穿刺导航系统，所述穿刺装置包括基座、穿刺针、超声探头和具有至少一个穿刺控制件的穿刺控制部，所述穿刺导航系统包括定位模块、超声图像获取模块、穿刺规划模块、坐标系转换模块、第一运动路径确定模块、第二运动路径确定模块和导航处理模块。定位模块配置为基于所述基座对所述穿刺针进行定位，确定所述穿刺针在空间坐标系内的第一三维坐标信息，所述空间坐标系是基于所述基座建立的坐标系。超声图像获取模块配置为获取所述超声探头采集的目标组织的一组超声图像，以确定所述一组超声图像对应的三维超声图像。穿刺规划模块配置为基于所述三维超声图像进行用于所述穿刺针的穿刺规划，以确定穿刺规划信息，其中，所述穿刺规划信息包括所述穿刺针的进针点位置、所述穿刺针的进针方向和所述穿刺针的目标穿刺点位置。坐标系转换模块配置为建立所述超声图像的图像坐标系与所述空间坐标系之间的转换关系，使得基于所述转换关系确定所述第一三维坐标信息在所述图像坐标系内的实时图像位置，以实时地在所述图像坐标系中可视化所述穿刺针与所述目标穿刺点位置之间的相对位置。第一运动路径确定模块配置为在所述图像坐标系中，基于所述穿刺针与所述目标穿刺点位置之间的相对位置确定所述穿刺针的第一运动路径。第二运动路径确定模块配置为基于所述图像坐标系内的所述第一运动路径确定与所述穿刺针具有一预定位置关系的穿刺导向件在所述空间坐标系内的第二运动路径。导航处理模块配置为在所述空间坐标系中，基于所述第二运动路径，通过所述至少一个穿刺控制件进行所述穿刺针的导航。
[0006]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述导航处理模块包括：控制件运动轨迹确定单元，配置为基于所述穿刺装置和所述第二运动路径确定所述至少一个穿刺控制件中的每个的运动轨迹；驱动装置，与所述至少一个穿刺控制件驱动连接且配置为驱动所述至少一个穿刺控制件中的每个沿对应的运动轨迹进行运动，以导航所述穿刺针。
[0007]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述穿刺针的所述第一三维坐标信息包括所述穿刺针的针尖在所述空间坐标系内的三维坐标信息，所述穿刺针的所述第一运动路径包括所述穿刺针的针尖的第一运动路径。
[0008]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述至少一个穿刺控制件包括穿刺定位臂组和穿刺深度控制挡板，所述穿刺定位臂组设置在所述基座上，且所述穿刺定位臂组配置为对所述穿刺针进行穿刺定位，所述穿刺深度控制挡板包括所述穿刺导向件；所述穿刺导向件为供所述穿刺针通过的非闭合定位孔，所述第二运动路径确定模块包括：第一确定单元，配置为基于所述穿刺针在所述图像坐标系内的穿刺针图像规格和所述第一运动路径确定所述非闭合定位孔在所述图像坐标系内的第三运动路径；第二确定单元，配置为基于所述转换关系和所述图像坐标系中的所述第三运动路径确定所述非闭合定位孔在所述空间坐标系内的所述第二运动路径。
[0009]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述定位模块配置为根据所述非闭合定位孔在所述空间坐标系内的三维坐标信息和所述穿刺针在所述空间坐标系内的穿刺针实际物理规格确定所述穿刺针的所述第一三维坐标信息。
[0010]例如，本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统还包括显示模块，其中，所述显示模块配置为实时地可视化以下的至少一种：所述超声图像、所述三维超声图像、所述穿刺针的针尖、所述穿刺针的针尖与所述目标穿刺点位置之间的相对位置、所述穿刺针的第一运动路径。
[0011]例如，本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统还包括校正模块，其中，所述校正模块包括：比较单元，配置为比较所述穿刺规划信息的所述进针方向和所述显示模块实时可视化的所述第一运动路径的当前方向，确定所述进针方向与所述当前方向之间的偏差值；校正控制单元，配置为：响应于所述偏差值大于等于预设角度偏差，基于所述偏差值更新所述穿刺针的第一运动路径以更新所述第二运动路径，使得所述导航处理模块基于更新后的第二运动路径，通过所述至少一个穿刺控制件进行所述穿刺针的导航，直至所述进针方向与所述当前方向之间的偏差值小于所述预设角度偏差。
[0012]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述定位模块还配置为对所述超声探头进行定位，确定所述超声探头在所述空间坐标系内的第二三维坐标信息。
[0013]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述基座的中心作为所述空间坐标系的原点或所述基座上与所述至少一个穿刺控制件中对应的穿刺控制件进行连接的位置处作为所述空间坐标系的原点，使得所述定位模块基于所述穿刺针与所述基座之间的位置关系确定所述穿刺针的所述第一三维坐标信息，以及基于所述超声探头与所述基座之间的位置关系确定所述超声探头的所述第二三维坐标信息。
[0014]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述坐标系转换模块
包括：坐标系转换单元，配置为基于所述超声图像和所述超声探头的第二三维坐标信息将所述超声图像的图像坐标系转换至所述空间坐标系，以建立所述图像坐标系与所述空间坐标系之间的所述转换关系。
[0015]例如，在本公开至少一实施例提供的一种穿刺导航系统中，所述坐标系转换单元包括：形态学图像处理单元，配置为对所述超声图像进行形态学图像处理以确定目标图像区域；像素统计单元，配置为基于所述目标图像区域获取像素统计分布；转换处理单元，配置为基于所述像素统计分布图以及预先确定的所述超声探头的直径，确定所述超声探头的直径与所述超声探头的直径所占用的像素间距个数之间的转换比率；转换建立单元，配置为基于所述转换比率和所述第二三维坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于穿刺装置的穿刺导航系统，所述穿刺装置包括基座、穿刺针、超声探头和具有至少一个穿刺控制件的穿刺控制部，所述穿刺导航系统包括：定位模块，配置为基于所述基座对所述穿刺针进行定位，确定所述穿刺针在空间坐标系内的第一三维坐标信息，所述空间坐标系是基于所述基座建立的坐标系；超声图像获取模块，配置为获取所述超声探头采集的目标组织的一组超声图像，以确定所述一组超声图像对应的三维超声图像；穿刺规划模块，配置为基于所述三维超声图像进行用于所述穿刺针的穿刺规划，以确定穿刺规划信息，其中，所述穿刺规划信息包括所述穿刺针的进针点位置、所述穿刺针的进针方向和所述穿刺针的目标穿刺点位置；坐标系转换模块，配置为建立所述超声图像的图像坐标系与所述空间坐标系之间的转换关系，使得基于所述转换关系确定所述第一三维坐标信息在所述图像坐标系内的实时图像位置，以实时地在所述图像坐标系中可视化所述穿刺针与所述目标穿刺点位置之间的相对位置；第一运动路径确定模块，配置为在所述图像坐标系中，基于所述穿刺针与所述目标穿刺点位置之间的相对位置确定所述穿刺针的第一运动路径；第二运动路径确定模块，配置为基于所述图像坐标系内的所述第一运动路径确定与所述穿刺针具有一预定位置关系的穿刺导向件在所述空间坐标系内的第二运动路径；导航处理模块，配置为在所述空间坐标系中，基于所述第二运动路径，通过所述至少一个穿刺控制件进行所述穿刺针的导航。2.如权利要求1所述的穿刺导航系统，其中，所述导航处理模块包括：控制件运动轨迹确定单元，配置为基于所述穿刺装置和所述第二运动路径确定所述至少一个穿刺控制件中的每个的运动轨迹；驱动装置，与所述至少一个穿刺控制件驱动连接且配置为驱动所述至少一个穿刺控制件中的每个沿对应的运动轨迹进行运动，以导航所述穿刺针。3.如权利要求1所述的穿刺导航系统，其中，所述穿刺针的所述第一三维坐标信息包括所述穿刺针的针尖在所述空间坐标系内的三维坐标信息，所述穿刺针的所述第一运动路径包括所述穿刺针的针尖的第一运动路径。4.如权利要求1所述的穿刺导航系统，其中，所述至少一个穿刺控制件包括穿刺定位臂组和穿刺深度控制挡板，所述穿刺定位臂组设置在所述基座上，且所述穿刺定位臂组配置为对所述穿刺针进行穿刺定位，所述穿刺深度控制挡板包括所述穿刺导向件；所述穿刺导向件为供所述穿刺针通过的非闭合定位孔，所述第二运动路径确定模块包括：第一确定单元，配置为基于所述穿刺针在所述图像坐标系内的穿刺针图像规格和所述第一运动路径确定所述非闭合定位孔在所述图像坐标系内的第三运动路径；第二确定单元，配置为基于所述转换关系和所述图像坐标系中的所述第三运动路径确定所述非闭合定位孔在所述空间坐标系内的所述第二运动路径。5.如权利要求4所述的穿刺导航系统，其中，所述定位模块配置为根据所述非闭合定位孔在所述空间坐标系内的三维坐标信息和所述穿刺针在所述空间坐标系内的穿刺针实际物理规格确定所述穿刺针的所述第一三维
坐标信息。6.如权利要求4所述的穿刺导航系统，还包括显示模块，其中，所述显示模块配置为实时地可视化以下的至少一种：所述超声图像、所述三维超声图像、所述穿刺针的针尖、所述穿刺针的针尖与所述目标穿刺点位置之间的相对位置、所述穿刺针的第一运动路径。7.如权利要求6所述的穿刺导航系统，还包括校正模块，其中，所述校正模块包括：比较单元，配置为比较所述穿刺规划信息的所述进针方向和所述显示模块实时可视化的所述第一运动路径的当前方向，确定所述进针方向与所述当前方向之间的偏差值；校正控制单元，配置为：响应于所述偏差值大于等于预设角度偏差，基于所述偏差值更新所述穿刺针的第一运动路径以更新所述第二运动路径，使得所述导航处理模块基于更新后的第二运动路径，通过所述至少一个穿刺控制件进行所述穿刺针的导航，直至所述进针方向与所述当前方向之间的偏差值小于所述预设角度偏差。8.如权利要求1～7任一所述的穿刺导航系统，其中，所述定位模块还配置为对所述超声探头进行定位，确定所述超声探头在所述空间坐标系内的第二三维坐标信息。9.如权利要求8所述的穿刺导航系统，其中，所述基座的中心作为所述空间坐标系的原点或所述基座上与所述至少一个穿刺控制件中对应的穿刺控制件进行连接的位置处作为所述空间坐标系的原点，使得所述定位模块基于所述穿刺针与所述基座之间的位置关系确定所述穿刺针的所述第一三维坐标信息，以及基于所述超声探头与所述基座之间的位置关系确定所述超声探头的所述第二三维坐标信息。10.如权利要求8所述的穿刺导航系统，其中，所述坐标系转换模块包括：坐标系转换单元，配置为基于所述超声图像和所述超声探头的第二三维坐标信息将所述超声图像的图像坐标系转换至所述空间坐标系，以建立所述图像坐标系与所述空间坐标系之间的所述转换关系。11.如权利要求10所述的穿刺导航系统，其中，所述坐标系转换单元包括：形态学图像处理单元，配置为对所述超声图像进行形态学图像处理以确定目标图像区域；像素统计单元，配置为基于所述目标图像区域获取像素统计分布；转换处理单元，配置为基于所述像素统计分布图以及预先确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗中宝，蒋坤，张星光，张朕华，宋成明，
申请(专利权)人：上海睿刀医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：