本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種激光定位穿刺導(dǎo)航裝置及其穿刺定位方法。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，ct或mcr引導(dǎo)下的微創(chuàng)診療應(yīng)用越來(lái)越廣泛，該項(xiàng)診療技術(shù)的關(guān)鍵是精確穿刺，精確穿刺主要涉及到穿刺針的角度及深度，而角度往往是一個(gè)較難控制的因素，因此影響到穿刺精確度的主要因素是穿刺針的進(jìn)針角度，大部分醫(yī)院根據(jù)經(jīng)驗(yàn)徒手操作完成，由于穿刺針的進(jìn)針角度是三維立體空間角度，單純的經(jīng)驗(yàn)操作一次成功率較低，需要反復(fù)的調(diào)整，不但延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間，同時(shí)給病人增加了痛苦及手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種激光定位穿刺導(dǎo)航裝置及其穿刺定位方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了穿刺的準(zhǔn)確度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種激光定位穿刺導(dǎo)航裝置，包括，

圖像處理模塊，用于對(duì)掃描圖像進(jìn)行處理；

電控模塊，通過(guò)采集圖像處理模塊的處理結(jié)果，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制；

驅(qū)動(dòng)模塊，包括橫向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、縱向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和180°轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)；

橫向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)橫向滑塊，橫向滑塊滑動(dòng)設(shè)置在橫向滑軌內(nèi)；

縱向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)縱向滑塊，縱向滑塊滑動(dòng)設(shè)置在縱向滑軌內(nèi)，縱向滑軌固定在橫向滑塊上；

180°轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)通過(guò)支撐桿安裝在縱向滑塊上；

激光輸出模塊，與180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接，用于輸出激光對(duì)穿刺方向進(jìn)行指示。

一種上述的激光定位穿刺導(dǎo)航裝置的穿刺定位方法，包括以下步驟：

a、使用掃描設(shè)備對(duì)穿刺部位進(jìn)行分層掃描，醫(yī)生根據(jù)掃描結(jié)果標(biāo)記穿刺路徑，對(duì)標(biāo)記有穿刺路徑的掃描輸入圖像處理模塊；

b、圖像處理模塊將原始圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，并將原始圖像變換為二值圖像的函數(shù)進(jìn)行記錄；

c、對(duì)穿刺路徑上的圖像進(jìn)行平滑處理，得到穿刺前基準(zhǔn)圖像；

d、電控模塊根據(jù)標(biāo)記的穿刺路徑，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)激光輸出模塊輸出激光，對(duì)穿刺路徑進(jìn)行標(biāo)識(shí)；

e、醫(yī)生在激光的引導(dǎo)向進(jìn)行穿刺；

f、在穿刺過(guò)程中使用掃描設(shè)備對(duì)穿刺部位進(jìn)行重復(fù)掃描，當(dāng)前掃描層為穿刺針頭所在的位置；

g、將掃描出的圖像重復(fù)步驟b的處理過(guò)程，將穿刺前后同一掃描層的圖像進(jìn)行對(duì)比，判斷穿刺過(guò)程對(duì)于穿刺部位的損傷；

h、將穿刺過(guò)程中相鄰的掃描層的圖像進(jìn)行對(duì)比，判斷穿刺過(guò)程穿刺路徑的準(zhǔn)確度。

作為優(yōu)選，步驟b中，使用像素點(diǎn)的灰度以及其與相鄰像素點(diǎn)的灰度變化率的歸一化數(shù)據(jù)加權(quán)后得到的判定數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)化閾值進(jìn)行對(duì)比，若判定數(shù)據(jù)大于轉(zhuǎn)化閾值，則此像素點(diǎn)取值為1，否則，像素點(diǎn)取值為0。

作為優(yōu)選，步驟b中，得到二值圖像后，以取值相同的像素點(diǎn)的聚集區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)對(duì)二值圖像進(jìn)行分割，對(duì)分割后的圖像塊中的取值不同的像素點(diǎn)進(jìn)行刪除。

作為優(yōu)選，步驟c中，對(duì)于穿刺路徑上的分割后的圖像塊沿著穿刺方向進(jìn)行拉伸，使相鄰的圖像塊的邊緣進(jìn)行重合疊加。

作為優(yōu)選，步驟g中，分別采集偏差最大方向上的高頻圖像作為對(duì)比對(duì)象。

作為優(yōu)選，步驟h中，在步驟g中最為對(duì)比的高頻圖像中提取特征點(diǎn)，使用相鄰的掃描層的特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

采用上述技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)采用二值圖像電控模塊提供穿刺路徑，可以降低圖像中的信號(hào)干擾對(duì)于電控模塊輸出指令的干擾。對(duì)穿刺路徑上的圖像進(jìn)行平滑處理，可以提高穿刺前后在穿刺路徑上的對(duì)比顯著度，便于醫(yī)生分析穿刺情況。本發(fā)明使用圖像的灰度以及灰度變化率作為二值圖像轉(zhuǎn)化的判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以降低圖像進(jìn)行平滑處理過(guò)程中圖像的畸變程度。本發(fā)明提供的導(dǎo)航裝置可以在掃描圖像的指導(dǎo)下，依照醫(yī)生給出的穿刺路徑進(jìn)行準(zhǔn)確的激光引導(dǎo)，對(duì)于穿刺過(guò)程的監(jiān)控實(shí)時(shí)性高，便于醫(yī)生根據(jù)穿刺的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式的控制系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中激光導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、圖像處理模塊；2、電控模塊；3、驅(qū)動(dòng)模塊；4、橫向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；5、縱向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；6、180°轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)；7、驅(qū)動(dòng)橫向滑塊；8、橫向滑軌；9、縱向滑塊；10、縱向滑軌；11、180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；12、支撐桿；13、激光輸出模塊。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中使用到的標(biāo)準(zhǔn)零件均可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，異形件根據(jù)說(shuō)明書(shū)的和附圖的記載均可以進(jìn)行訂制，各個(gè)零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段，在此不再詳述。

參照?qǐng)D1-2，本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式包括，

圖像處理模塊1，用于對(duì)掃描圖像進(jìn)行處理；

電控模塊2，通過(guò)采集圖像處理模塊1的處理結(jié)果，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊3進(jìn)行控制；

驅(qū)動(dòng)模塊3，包括橫向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4、縱向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5和180°轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)6；

橫向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4，用于驅(qū)動(dòng)橫向滑塊7，橫向滑塊7滑動(dòng)設(shè)置在橫向滑軌8內(nèi)；

縱向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5，用于驅(qū)動(dòng)縱向滑塊9，縱向滑塊9滑動(dòng)設(shè)置在縱向滑軌10內(nèi)，縱向滑軌10固定在橫向滑塊7上；

180°轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)6，用于驅(qū)動(dòng)180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)11，180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)11通過(guò)支撐桿12安裝在縱向滑塊9上；

激光輸出模塊13，與180°轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)11連接，用于輸出激光對(duì)穿刺方向進(jìn)行指示。

一種上述的激光定位穿刺導(dǎo)航裝置的穿刺定位方法，包括以下步驟：

a、使用掃描設(shè)備對(duì)穿刺部位進(jìn)行分層掃描，醫(yī)生根據(jù)掃描結(jié)果標(biāo)記穿刺路徑，對(duì)標(biāo)記有穿刺路徑的掃描輸入圖像處理模塊1；

b、圖像處理模塊1將原始圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，并將原始圖像變換為二值圖像的函數(shù)進(jìn)行記錄；

c、對(duì)穿刺路徑上的圖像進(jìn)行平滑處理，得到穿刺前基準(zhǔn)圖像；

d、電控模塊2根據(jù)標(biāo)記的穿刺路徑，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊3帶動(dòng)激光輸出模塊13輸出激光，對(duì)穿刺路徑進(jìn)行標(biāo)識(shí)；

e、醫(yī)生在激光的引導(dǎo)向進(jìn)行穿刺；

f、在穿刺過(guò)程中使用掃描設(shè)備對(duì)穿刺部位進(jìn)行重復(fù)掃描，當(dāng)前掃描層為穿刺針頭所在的位置；

g、將掃描出的圖像重復(fù)步驟b的處理過(guò)程，將穿刺前后同一掃描層的圖像進(jìn)行對(duì)比，判斷穿刺過(guò)程對(duì)于穿刺部位的損傷；

h、將穿刺過(guò)程中相鄰的掃描層的圖像進(jìn)行對(duì)比，判斷穿刺過(guò)程穿刺路徑的準(zhǔn)確度。

步驟b中，使用像素點(diǎn)的灰度以及其與相鄰像素點(diǎn)的灰度變化率的歸一化數(shù)據(jù)加權(quán)后得到的判定數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)化閾值進(jìn)行對(duì)比，若判定數(shù)據(jù)大于轉(zhuǎn)化閾值，則此像素點(diǎn)取值為1，否則，像素點(diǎn)取值為0。

步驟b中，得到二值圖像后，以取值相同的像素點(diǎn)的聚集區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)對(duì)二值圖像進(jìn)行分割，對(duì)分割后的圖像塊中的取值不同的像素點(diǎn)進(jìn)行刪除。

步驟c中，對(duì)于穿刺路徑上的分割后的圖像塊沿著穿刺方向進(jìn)行拉伸，使相鄰的圖像塊的邊緣進(jìn)行重合疊加。

步驟g中，分別采集偏差最大方向上的高頻圖像作為對(duì)比對(duì)象。

步驟h中，在步驟g中最為對(duì)比的高頻圖像中提取特征點(diǎn)，使用相鄰的掃描層的特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

步驟b中，像素點(diǎn)的灰度以及其與相鄰像素點(diǎn)的灰度變化率的歸一化數(shù)據(jù)的加權(quán)比率與圖像中的最大灰度差成正比。

步驟g中，使用步驟b中轉(zhuǎn)換為二值圖像的函數(shù)求得其逆函數(shù)，使用逆函數(shù)對(duì)高頻圖像進(jìn)行逆變換，然后進(jìn)行對(duì)比。這種對(duì)比方式可以提高圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比度，便于醫(yī)生進(jìn)行診斷。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“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，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(duì)本發(fā)明的限制。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。