一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法；其包括：醫(yī)用超聲換能器；穿刺針定位架；軸向光學(xué)位移傳感器；徑向角度光學(xué)位移傳感器和超聲波圖像監(jiān)測裝置。本發(fā)明采用軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器的設(shè)計(jì)，可利用光學(xué)位移傳感器的非接觸式高精度檢測位移優(yōu)點(diǎn)；自動(dòng)實(shí)時(shí)反饋穿刺針的軸向位移值和徑向角度值，解決了現(xiàn)在技術(shù)的固定角度引導(dǎo)穿刺架不完全覆蓋靶點(diǎn)的分布區(qū)域范圍，并無法計(jì)算穿刺針尖位置和針道路徑的問題，幫忙醫(yī)務(wù)人員預(yù)先調(diào)整好進(jìn)針角度，有效減少多次穿刺給患者造成的損傷。
【專利說明】一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在目前醫(yī)用超聲介入穿刺針引導(dǎo)臨床應(yīng)用中有多種解決方案，簡單列舉三種。第一種:采用美國Ascens1n公司電磁定位導(dǎo)航產(chǎn)品；基本原理是在一個(gè)區(qū)域發(fā)射特定序列電磁場(發(fā)射器)，由兩個(gè)以上的接收線圈傳感器(傳感器)，按照設(shè)計(jì)好的位置關(guān)系將傳感器一個(gè)或兩個(gè)固定在醫(yī)用醫(yī)用超聲換能器上；其中一個(gè)傳感器需要放進(jìn)穿刺針內(nèi)壁的套管針內(nèi)，并保證將傳感器與套管針軸向值與設(shè)計(jì)要求相同；傳感器將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓電流信號(hào)再進(jìn)行對信號(hào)采集處理。處理后數(shù)據(jù)計(jì)算導(dǎo)出各傳感器與發(fā)射器相對空間坐標(biāo)。然后經(jīng)過對坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算得出各傳感器的相對空間坐標(biāo)；把計(jì)算出的傳感器坐標(biāo)數(shù)據(jù)與超聲系統(tǒng)圖像進(jìn)行結(jié)合，就能實(shí)時(shí)引導(dǎo)跟蹤穿刺針運(yùn)動(dòng)軌跡；該種方案還有采用三軸陀螺傳感器實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理方法有很多相同處不再詳細(xì)描述。第二種:例如中國專利申請CN201280033189.3中記載的用于插入引導(dǎo)系統(tǒng)的針長度確定和校準(zhǔn)；其通過醫(yī)用超聲換能器穿刺架輔助引導(dǎo)定位；在醫(yī)用醫(yī)用超聲換能器上安裝穿刺架，設(shè)計(jì)穿刺架時(shí)預(yù)先得知與超聲圖像平面的相對位置關(guān)系；由機(jī)械結(jié)構(gòu)約束穿刺針幾個(gè)自由度，僅保留一個(gè)關(guān)鍵的穿刺針角度調(diào)節(jié)自由度。再在這個(gè)可調(diào)節(jié)角度范圍上分為幾個(gè)固定角度值，并對其結(jié)構(gòu)約束；使用這種方式進(jìn)行臨床應(yīng)用時(shí)，需要把調(diào)節(jié)的角度值輸入到超聲系統(tǒng)中。在超聲應(yīng)用軟件中計(jì)算得出穿刺針的軌跡并顯示在超聲圖像上。第三種:基于專用醫(yī)用超聲換能器進(jìn)行多維圖像融合顯示；主要原理是穿刺針與人體組織密度相差，會(huì)在超聲作用下產(chǎn)生與人體組織不同的對比度。經(jīng)過實(shí)時(shí)的超聲圖像數(shù)據(jù)信息處理，在多維超聲圖像下穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡得到實(shí)時(shí)的監(jiān)控；其中，第一種方案采用電磁定位導(dǎo)航產(chǎn)品中，其缺點(diǎn)是:1、需要在特定無磁環(huán)境中使用。2、操作時(shí)需要將套管內(nèi)的傳感器取出，在操作過程中是無法定位的。3、產(chǎn)品成本高，系統(tǒng)復(fù)雜成度高，不方便維護(hù)。第二種方案缺點(diǎn)是:1、穿刺架因?yàn)橹挥袔讉€(gè)固定調(diào)節(jié)角度可被計(jì)算引導(dǎo)，在使用中無法覆蓋到目標(biāo)靶點(diǎn)，需要調(diào)整醫(yī)用超聲換能器。2、無法跟蹤穿刺針的軸向值。在這種方案基礎(chǔ)上增加角度和軸向值的測量的很多種，例如使用電阻電位器或編碼器測量角度值，采用電磁感應(yīng)元件檢測軸向位移等。因結(jié)構(gòu)上復(fù)雜或精度問題等缺點(diǎn)被應(yīng)用不多。第三種方案缺點(diǎn)是:無法預(yù)先得到穿刺針進(jìn)針角度和運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)行穿刺操作時(shí)因進(jìn)針角度問題和未知針道位置，造成多次進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到目標(biāo)靶點(diǎn)，對患者造成多次損傷。
[0003]因此，針對上述問題本發(fā)明急需提供一種新的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，通過軸向光學(xué)位移傳感器及徑向角度光學(xué)位移傳感器以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的在使用中無法實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示穿刺針運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供的一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:
[0006]醫(yī)用超聲換能器，用于采集超聲信號(hào)；
[0007]穿刺針定位架，用于架設(shè)所述穿刺針；
[0008]軸向光學(xué)位移傳感器，用于采集穿刺針軸向位移值；
[0009]徑向角度光學(xué)位移傳感器，用于采集穿刺針徑向角度值；
[0010]超聲波圖像監(jiān)測裝置，用于根據(jù)所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
[0011]進(jìn)一步地，所述穿刺針定位架安裝在所述醫(yī)用超聲換能器上，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應(yīng)安裝，所述穿刺針架設(shè)在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述超聲波圖像監(jiān)測裝置連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述穿刺針定位架包括穿刺針軸向位移導(dǎo)向套、穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊、上邊臂、下邊臂、連接于所述上邊臂與所述下邊臂之間的弧形刻度板和弧形加強(qiáng)筋，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導(dǎo)向套穿裝，所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套的轉(zhuǎn)動(dòng)端設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸與形成于所述上邊臂與所述下邊臂交匯端的軸套鉸接；所述上邊臂設(shè)有用于與所述醫(yī)用超聲換能器固定的探頭固定夾，所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊置于所述弧形亥渡板內(nèi)側(cè)，且一側(cè)與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊內(nèi)；所述軸向光學(xué)位移傳感器與所述穿刺針對應(yīng)設(shè)置；所述徑向角度光學(xué)位移傳感器與所述弧形刻度板對應(yīng)設(shè)置。
[0014]進(jìn)一步地，所述軸向光學(xué)位移傳感器與所述徑向角度光學(xué)位移傳感器所處的平面呈垂直設(shè)置。
[0015]進(jìn)一步地，所述弧形刻度板位于所述弧形加強(qiáng)筋的外側(cè)，在所述弧形刻度板上設(shè)有角刻度盤，并在該角刻度盤上設(shè)有刻度指針；該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接。
[0016]進(jìn)一步地，所述超聲波圖像監(jiān)測裝置包括:
[0017]超聲圖像處理模塊，用于接收醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)并將超聲信號(hào)編輯成超聲圖像輸出；
[0018]穿刺針圖像處理模塊，用于根據(jù)所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出；
[0019]圖像信號(hào)合成模塊，用于將超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出；
[0020]圖像顯示模塊，用于接收并顯示超聲合成圖像。
[0021]進(jìn)一步地，所述醫(yī)用超聲換能器與所述超聲圖像處理模塊連接；所述軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述穿刺針圖像處理模塊連接；所述超聲圖像處理模塊和所述穿刺針圖像處理模塊均與所述圖像信號(hào)合成模塊連接；所述圖像信號(hào)合成模塊與所述圖像顯示模塊連接。
[0022]一種根據(jù)上述中所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控方法，通過醫(yī)用超聲換能器采集超聲信號(hào)；
[0023]通過軸向光學(xué)位移傳感器采集穿刺針軸向位移值；
[0024]通過徑向角度光學(xué)位移傳感器采集穿刺針徑向角度值；
[0025]通過超聲波圖像監(jiān)測裝置根據(jù)所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
[0026]進(jìn)一步地，通過超聲圖像處理模塊接收醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)并將超聲信號(hào)編輯成超聲圖像輸出；
[0027]通過穿刺針圖像處理模塊根據(jù)穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出；
[0028]通過圖像信號(hào)合成模塊將超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出；
[0029]通過圖像顯示模塊接收并顯示超聲合成圖像。
[0030]本發(fā)明提供的一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下進(jìn)步:本發(fā)明采用軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器的設(shè)計(jì)，可利用光學(xué)位移傳感器的非接觸高精度檢測位移的功能優(yōu)點(diǎn)；自動(dòng)實(shí)時(shí)反饋穿刺針軸向位移值和徑向角度值，解決了因穿刺針與超聲平面的夾角問題造成弱回聲或無回聲現(xiàn)象，并能幫忙醫(yī)務(wù)人員預(yù)先調(diào)整好進(jìn)針角度，有效減少多次穿刺給患者造成的損傷，操作中實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算出針尖位置和針道路徑作為輔助醫(yī)務(wù)人員在介入治療時(shí)對穿刺針運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算引導(dǎo)和監(jiān)控，使介入治療更加安全有效；同時(shí)，省去的現(xiàn)有技術(shù)中人工輸入的工序；由于作為輔助醫(yī)務(wù)人員引導(dǎo)推進(jìn)穿刺針的超聲合成圖像是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的，因此現(xiàn)有技術(shù)中穿刺針與目標(biāo)靶點(diǎn)對不準(zhǔn)，固定角度引導(dǎo)穿刺架不完全覆蓋靶點(diǎn)的分布區(qū)域范圍，并無法計(jì)算穿刺針尖位置和針道路徑的現(xiàn)象也得以解決；使穿刺針在超聲環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)軌跡顯示得更加清楚準(zhǔn)確，且操作簡便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的電路連接框圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖(主視圖)；
[0037]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖(主視圖)；
[0038]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的超聲介入穿刺針引導(dǎo)的監(jiān)控方法的步驟框圖。
[0039]附圖標(biāo)記:
[0040]1-醫(yī)用超聲換能器；2_穿刺針定位架；3_穿刺針；4_軸向光學(xué)位移傳感器；5_徑向角度光學(xué)位移傳感器；6_超聲波扇面；其中，2-穿刺針定位架包括:201-穿刺針軸向位移導(dǎo)向套；202-穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊；203_上邊臂；204_下邊臂；205_弧形刻度板；206-弧形加強(qiáng)筋；207_旋轉(zhuǎn)軸；208_軸套；209_探頭固定夾；210_角刻度盤；211_刻度指針。

【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0043]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0044]參見圖1、圖3(圖中展示為所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊去掉前側(cè)擋板后的立體圖)所示，本實(shí)施例提供的一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:
[0045]醫(yī)用超聲換能器1，用于確認(rèn)患者體內(nèi)的目標(biāo)靶點(diǎn)并實(shí)時(shí)采集患者體內(nèi)的超聲信號(hào);
[0046]安裝在所述醫(yī)用超聲換能器上的穿刺針定位架2，用于架設(shè)所述穿刺針3，并使該穿刺針的穿刺角度可調(diào)；
[0047]軸向光學(xué)位移傳感器4，用于實(shí)時(shí)采集并上傳穿刺針軸向位移值；
[0048]徑向角度光學(xué)位移傳感器5，用于實(shí)時(shí)采集并上傳穿刺針徑向角度值；
[0049]超聲波圖像監(jiān)測裝置，用于根據(jù)實(shí)時(shí)上傳的所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。本實(shí)施例中所述超聲合成圖像是指在超聲圖像中加載顯示穿刺針軌跡的圖像，以此便于醫(yī)務(wù)人員實(shí)時(shí)觀察穿刺針引導(dǎo)的軌跡，并及時(shí)調(diào)整穿刺針的推進(jìn)姿態(tài)。
[0050]本發(fā)明采用軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器的設(shè)計(jì)，可利用光學(xué)位移傳感器的非接觸高精度檢測位移的功能優(yōu)點(diǎn)；自動(dòng)實(shí)時(shí)反饋穿刺針軸向位移值和徑向角度值，解決了因穿刺針與超聲平面的夾角問題造成弱回聲或無回聲現(xiàn)象，并能幫忙醫(yī)務(wù)人員預(yù)先調(diào)整好進(jìn)針角度，有效減少多次穿刺給患者造成的損傷，操作中實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算出針尖位置和針道路徑作為輔助醫(yī)務(wù)人員在介入治療時(shí)對穿刺針運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算引導(dǎo)和監(jiān)控，使介入治療更加安全有效；同時(shí)，省去的現(xiàn)有技術(shù)中人工輸入的工序；由于作為輔助醫(yī)務(wù)人員引導(dǎo)推進(jìn)穿刺針的超聲合成圖像是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的，因此現(xiàn)有技術(shù)中穿刺針與目標(biāo)靶點(diǎn)對不準(zhǔn)，固定角度引導(dǎo)穿刺架不完全覆蓋靶點(diǎn)的分布區(qū)域范圍，并無法計(jì)算穿刺針尖位置和針道路徑的現(xiàn)象也得以解決；使穿刺針在超聲環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)軌跡顯示得更加清楚準(zhǔn)確，且操作簡便。
[0051]參見圖1、圖3所示，本實(shí)施例中所述穿刺針定位架安裝在所述醫(yī)用超聲換能器上，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應(yīng)安裝，所述穿刺針架設(shè)在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別通過電線與所述超聲波圖像監(jiān)測裝置電連接。
[0052]參見圖2所示，本實(shí)施例中所述超聲波圖像監(jiān)測裝置包括:
[0053]超聲圖像處理模塊，用于接收醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)并將超聲信號(hào)編輯成超聲圖像輸出；
[0054]穿刺針圖像處理模塊，用于根據(jù)所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實(shí)時(shí)地輸入運(yùn)算程式，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出；本實(shí)施例中所述穿刺針圖像處理模塊可根據(jù)預(yù)先設(shè)置在其內(nèi)的數(shù)學(xué)模型將所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值代入計(jì)算得出穿刺針的整體形態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；隨著所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值的不斷更新，該整體形態(tài)數(shù)據(jù)也不斷變化最終形成連續(xù)的穿刺針運(yùn)動(dòng)軌跡；所述穿刺針的整體形態(tài)數(shù)據(jù)包括穿刺針的針尖位置、引導(dǎo)軌跡線及穿刺針的針道；所述引導(dǎo)軌跡線是指穿刺針預(yù)計(jì)到達(dá)目標(biāo)靶點(diǎn)的輔助瞄準(zhǔn)線，其與穿刺針針道所處的延長線重合，所述穿刺針的針道是指穿刺針在推進(jìn)過程中的實(shí)時(shí)形態(tài)；其中，所述引導(dǎo)軌跡線及穿刺針的針道可通過三角形數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出，兩者的計(jì)算過程屬于公知常識(shí)此處不再過多贅述；在計(jì)算出穿刺針的針道后，該穿刺針的針道末端極點(diǎn)即為穿刺針的針尖位置。本實(shí)施例中所述的穿刺針圖像處理模塊可采用MCU單片機(jī)。
[0055]圖像信號(hào)合成模塊，用于將接收的超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出；
[0056]圖像顯示模塊，用于接收并顯示實(shí)時(shí)的超聲合成圖像。
[0057]本實(shí)施例中所述的醫(yī)用超聲換能器、超聲圖像處理模塊、圖像信號(hào)合成模塊及圖像顯示模塊，其本身的工作原理及結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再過多贅述。
[0058]參見圖2所示，本實(shí)施例中所述醫(yī)用超聲換能器通過電線與所述超聲圖像處理模塊電連接；所述軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別通過電線與所述穿刺針圖像處理模塊電連接；所述超聲圖像處理模塊和所述穿刺針圖像處理模塊均通過電線與所述圖像信號(hào)合成模塊電連接；所述圖像信號(hào)合成模塊與所述圖像顯示模塊電連接。
[0059]參見圖1、圖3(圖中展示為所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊去掉前側(cè)擋板后的立體圖)所示，本實(shí)施例中所述穿刺針定位架包括穿刺針軸向位移導(dǎo)向套201、穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊202、上邊臂203、下邊臂204、連接于所述上邊臂與所述下邊臂之間的弧形刻度板205和弧形加強(qiáng)筋206，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導(dǎo)向套穿裝，所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套的轉(zhuǎn)動(dòng)端設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸207,該旋轉(zhuǎn)軸與形成于所述上邊臂與所述下邊臂交匯端的軸套208鉸接；所述上邊臂設(shè)有用于與所述醫(yī)用超聲換能器的頭部固定的探頭固定夾209，該探頭固定夾與所述醫(yī)用超聲換能器之間呈可拆卸連接；所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊置于所述弧形刻度板的內(nèi)側(cè)，位于其與所述弧形加強(qiáng)筋之間，且一側(cè)與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接；也就是說所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊上、下兩端分別被所述弧形刻度板與所述弧形加強(qiáng)筋?yuàn)A持并限位，使其上、下兩端面只能延所述弧形刻度板的內(nèi)弧面及所述弧形加強(qiáng)筋的外弧面滑動(dòng)；參見圖3所示，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊內(nèi)；所述軸向光學(xué)位移傳感器的出光面與所述穿刺針軸向平行對應(yīng)設(shè)置；所述徑向角度光學(xué)位移傳感器的出光面與所述弧形刻度板的內(nèi)弧面平行對應(yīng)設(shè)置；參見圖4(圖中展示為去掉所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊后的側(cè)視圖)所示，也就是說所述軸向光學(xué)位移傳感器與所述徑向角度光學(xué)位移傳感器所處的平面呈垂直設(shè)置；在所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊上還設(shè)有零點(diǎn)標(biāo)記按鈕(屬于現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)其作用是在開始引導(dǎo)工作時(shí)，開啟零點(diǎn)標(biāo)記按鈕，采集起始點(diǎn)的坐標(biāo)，用于計(jì)算穿刺針的軸向位移值和徑向角度值；本實(shí)施例中采用該種設(shè)計(jì)是為了保證穿刺針沿軸向移動(dòng)時(shí)軸向光學(xué)位移傳感器及徑向角度光學(xué)位移傳感器的監(jiān)測準(zhǔn)確性；具體地說，軸向光學(xué)位移傳感器需要將其中一個(gè)維度垂直于穿刺針的軸向，保證穿刺針沿軸向移動(dòng)時(shí)，其垂直于穿刺針的維度值趨于O ;將徑向角度光學(xué)位移傳感器與軸向光學(xué)位移傳感器垂直，并將軸向光學(xué)位移傳感器的一個(gè)維度垂直于弧形刻度板的內(nèi)弧面，保證穿刺針在調(diào)節(jié)角度時(shí)垂直于弧形刻度板的內(nèi)弧面的維度值趨于O。本實(shí)施例中當(dāng)所述弧形刻度板位于所述弧形加強(qiáng)筋的外側(cè)時(shí)，在所述弧形刻度板的外弧面上設(shè)有角刻度盤210，并在該角刻度盤上設(shè)有刻度指針211 ;該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接，并可隨該穿刺針軸向位移導(dǎo)向套的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿角刻度盤表面作角度位移，也就是說，所述弧形刻度盤的內(nèi)弧面為徑向角度光學(xué)位移傳感器的相對位移面，從而達(dá)到顯示穿刺針轉(zhuǎn)動(dòng)角度的作用以便醫(yī)務(wù)人員觀察調(diào)整穿刺針的引導(dǎo)角度；同理，也可根據(jù)實(shí)際工況需要，將所述弧形刻度板設(shè)置在所述弧形加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)，兩者工作原理及功能均相同。
[0060]本實(shí)施例中所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器可米用光電式位移測量傳感器或激光式位移測量傳感器；本實(shí)施例中均采用型號(hào)為PAW3003QS或PAW3204LU的光學(xué)位移傳感器，其位移分辨率是500dpi至2000dpi，誤差為正負(fù)5%至10%之間，該光學(xué)位移傳感器利用其內(nèi)置光發(fā)射器發(fā)出光信號(hào)并通過內(nèi)置的透鏡將光線進(jìn)行聚焦并投射到所述穿刺針及所述弧形刻度板上，通過內(nèi)置的光接收器接收所述穿刺針及所述弧形刻度板反射回的光信號(hào)，光接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳送至穿刺針圖像處理模塊，以此實(shí)時(shí)采集所述穿刺針軸向位移值及所述穿刺針徑向角度值；關(guān)于光學(xué)位移傳感器的工作原理屬于現(xiàn)有技術(shù)此處不再過多贅述。在實(shí)際操作中，由于穿刺針在外力下產(chǎn)生變形彎曲，會(huì)造成計(jì)算出的針尖位置與實(shí)際偏差大，所以為了減小偏差可采用較粗號(hào)的針；或操作時(shí)在針內(nèi)套入實(shí)芯針穿刺到位置后再把實(shí)芯針取出。
[0061]本發(fā)明所述聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)操作使用方式的基本流程是，在使用時(shí)首先選擇穿刺針的型號(hào)和使用方式，再通過醫(yī)用超聲換能器探測到患者體內(nèi)的目標(biāo)靶點(diǎn)，開始穿刺針軌跡監(jiān)測，此時(shí)會(huì)在超聲圖像上出現(xiàn)穿刺針的引導(dǎo)軌跡線，調(diào)整角度將引導(dǎo)軌跡線對準(zhǔn)目標(biāo)靶點(diǎn)后再進(jìn)行穿刺針的推進(jìn)穿刺操作。在穿刺操作時(shí)超聲圖像上會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算出穿刺針的針道軸向和針尖位置并進(jìn)行顯示。當(dāng)穿刺針針尖位置到達(dá)目標(biāo)靶點(diǎn)后，可以根據(jù)患者體內(nèi)目標(biāo)靶點(diǎn)的實(shí)際情況任意選擇以下兩種模式進(jìn)行操作:
[0062]參見圖5所示，第一種模式:將所述穿刺針定位架通過所述探頭固定夾固定于所述醫(yī)用超聲換能器中間位置，也就是說此時(shí)架設(shè)在所述穿刺針定位架上的穿刺針針道所處的延長線可與醫(yī)用超聲換能器發(fā)射的超聲波扇面6相交；此時(shí)圖像顯示模塊會(huì)實(shí)時(shí)顯示穿刺針的針尖位置，醫(yī)務(wù)人員通過觀察針尖的位置不斷調(diào)整針尖角度，使穿刺針始終與目標(biāo)靶點(diǎn)對準(zhǔn)，直至穿刺針引導(dǎo)至目標(biāo)靶點(diǎn)。
[0063]參見圖6所示，第二種模式:將所述穿刺針定位架通過所述探頭固定夾固定于所述醫(yī)用超聲換能器一側(cè)，也就是說此時(shí)架設(shè)在所述穿刺針定位架上的穿刺針針道所處的延長線可與醫(yī)用超聲換能器發(fā)射的超聲波扇面的邊界線相交；此時(shí)圖像顯示模塊會(huì)實(shí)時(shí)顯示穿刺針的引導(dǎo)軌跡線、穿刺針的針尖位置及穿刺針的針道，醫(yī)務(wù)人員通過觀察針尖的位置不斷調(diào)整針尖角度，使穿刺針始終與目標(biāo)靶點(diǎn)對準(zhǔn)，直至穿刺針引導(dǎo)至目標(biāo)靶點(diǎn)。
[0064]參見圖7所示，本實(shí)施例還提供的一種通過所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控方法，
[0065]S1、通過所述醫(yī)用超聲換能器確認(rèn)患者體內(nèi)的目標(biāo)靶點(diǎn)并實(shí)時(shí)采集患者體內(nèi)的超聲信號(hào);
[0066]S2、通過所述軸向光學(xué)位移傳感器實(shí)時(shí)采集并上傳所述穿刺針軸向位移值；
[0067]S3、通過所述徑向角度光學(xué)位移傳感器實(shí)時(shí)采集并上傳所述穿刺針徑向角度值；
[0068]S4、通過所述超聲波圖像監(jiān)測裝置根據(jù)實(shí)時(shí)上傳的所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
[0069]步驟S4具體步驟如下:
[0070]通過所述超聲圖像處理模塊接收所述醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)并將超聲信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成超聲圖像輸出；
[0071]通過所述穿刺針圖像處理模塊根據(jù)所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實(shí)時(shí)地輸入運(yùn)算程式，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出；
[0072]通過所述圖像信號(hào)合成模塊將接收的超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出；
[0073]通過所述圖像顯示模塊接收并顯示實(shí)時(shí)的超聲合成圖像，以便指導(dǎo)醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行穿刺針引導(dǎo)工作。
[0074]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括: 醫(yī)用超聲換能器，用于采集超聲信號(hào)； 穿刺針定位架，用于架設(shè)所述穿刺針； 軸向光學(xué)位移傳感器，用于采集穿刺針軸向位移值； 徑向角度光學(xué)位移傳感器，用于采集穿刺針徑向角度值； 超聲波圖像監(jiān)測裝置，用于根據(jù)所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像，并顯示超聲合成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述穿刺針定位架安裝在所述醫(yī)用超聲換能器上，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應(yīng)安裝，所述穿刺針架設(shè)在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述超聲波圖像監(jiān)測裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述穿刺針定位架包括穿刺針軸向位移導(dǎo)向套、穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊、上邊臂、下邊臂、連接于所述上邊臂與所述下邊臂之間的弧形刻度板和弧形加強(qiáng)筋，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導(dǎo)向套穿裝，所述穿刺針徑向角度位移的轉(zhuǎn)動(dòng)端設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸與形成于所述上邊臂與所述下邊臂交匯端的軸套鉸接；所述上邊臂設(shè)有用于與所述醫(yī)用超聲換能器固定的探頭固定夾，所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊置于所述弧形刻度板內(nèi)側(cè)，且一側(cè)與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向光學(xué)位移傳感器和所述徑向角度光學(xué)位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導(dǎo)向滑塊內(nèi)；所述軸向光學(xué)位移傳感器與所述穿刺針對應(yīng)設(shè)置；所述徑向角度光學(xué)位移傳感器與所述弧形刻度板內(nèi)側(cè)對應(yīng)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向光學(xué)位移傳感器與所述徑向角度光學(xué)位移傳感器所處的平面呈垂直設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述弧形刻度板位于所述弧形加強(qiáng)筋的外側(cè)，在所述弧形刻度板上設(shè)有角刻度盤，并在該角刻度盤上設(shè)有刻度指針；該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導(dǎo)向套連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波圖像監(jiān)測裝置包括: 超聲圖像處理模塊，用于接收醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)，將超聲信號(hào)編輯成超聲圖像輸出； 穿刺針圖像處理模塊，用于根據(jù)所述穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出； 圖像信號(hào)合成模塊，用于將超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出； 圖像顯示模塊，用于接收并顯示超聲合成圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述醫(yī)用超聲換能器與所述超聲圖像處理模塊連接；所述軸向光學(xué)位移傳感器和徑向角度光學(xué)位移傳感器分別與所述穿刺針圖像處理模塊連接；所述超聲圖像處理模塊和所述穿刺針圖像處理模塊均與所述圖像信號(hào)合成模塊連接；所述圖像信號(hào)合成模塊與所述圖像顯示模塊連接。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控方法，其特征在于， 通過醫(yī)用超聲換能器采集超聲信號(hào)； 通過軸向光學(xué)位移傳感器采集穿刺針軸向位移值； 通過徑向角度光學(xué)位移傳感器采集穿刺針徑向角度值； 通過超聲波圖像監(jiān)測裝置根據(jù)所述超聲信號(hào)、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述超聲介入穿刺針引導(dǎo)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控方法，其特征在于， 通過超聲圖像處理模塊接收醫(yī)用超聲換能器傳送的超聲信號(hào)并將超聲信號(hào)編輯成超聲圖像輸出； 通過穿刺針圖像處理模塊根據(jù)穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出； 通過圖像信號(hào)合成模塊將超聲圖像和運(yùn)動(dòng)軌跡圖像編輯成穿刺針的運(yùn)動(dòng)軌跡圖像并輸出； 通過圖像顯示模塊接收并顯示超聲合成圖像。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104398306SQ201410776266
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】柏云云 申請人:柏云云