一種紅外引導(dǎo)下的計算機(jī)輔助穿刺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種紅外引導(dǎo)下的計算機(jī)輔助穿刺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)在穿刺過程中能夠?qū)崟r定位穿刺針與穿刺中心，并在計算機(jī)中監(jiān)控進(jìn)程，從而能夠立刻得到穿刺針與預(yù)定義的穿刺路徑之間的偏差。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代外科手術(shù)中，針穿刺是一種比較普遍的技術(shù)。操作者用穿刺針刺入人體的組織或器官，完成活檢、局麻等操作。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于對人體肺、腎、脊柱等器官和組織的診療。
[0003]在穿刺手術(shù)中，穿刺精度是手術(shù)成敗的關(guān)鍵，但是目前穿刺的準(zhǔn)確性主要依賴于操作者的經(jīng)驗和技術(shù)。操作者只能在手術(shù)前通過CT等醫(yī)用掃描設(shè)備在圖像上大概確定穿刺中心和穿刺路徑后，憑經(jīng)驗下針。而由病人的自主呼吸或心跳等引起的穿刺中心位置變化和人為操作失誤都會直接影響穿刺位置的準(zhǔn)確性。而且由于目前技術(shù)的局限性，操作者定義的穿刺路徑基本上都是豎直的，這就使得在某些案例中，穿刺針無法避開敏感器官或組織，這給穿刺帶來了極大的不便和危險。
[0004]鑒于上述問題，有必要找到一種能夠?qū)崟r監(jiān)控穿刺針與穿刺中心及穿刺路徑的系統(tǒng)或方法來解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是能夠?qū)崟r監(jiān)控穿刺針與穿刺中心及預(yù)定義的穿刺路徑的位置關(guān)系，在計算機(jī)中可直觀觀察并指導(dǎo)手術(shù)進(jìn)程。系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)自動規(guī)劃出多條備選穿刺路徑，操作者根據(jù)經(jīng)驗從中選擇合適的路徑，也可自行手動規(guī)劃。同時，本發(fā)明打破了穿刺路徑角度單一的局限，可以實現(xiàn)從任意角度進(jìn)行穿刺。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種紅外引導(dǎo)下的計算機(jī)輔助穿刺導(dǎo)航系統(tǒng)，包括穿刺針模塊、人體定位裝置模塊和監(jiān)控顯示模塊。穿刺針模塊包括穿刺針和穿刺針定位裝置，穿刺針定位裝置固定于穿刺針尾部，可以利用定位裝置的位置配準(zhǔn)計算得到穿刺針針尖與針尾的三維位置，進(jìn)一步得到穿刺針的角度；人體定位裝置模塊包括固定于人體體表的定位裝置，人體體表的定位裝置用于間接反映人體內(nèi)部各個組織和器官、穿刺中心以及穿刺路徑的實時三維位置；監(jiān)控顯示模塊包括高精度紅外監(jiān)控設(shè)備和計算機(jī)軟件，高精度紅外監(jiān)控設(shè)備能拍攝獲取上述定位裝置的位置信息，計算機(jī)軟件可進(jìn)行顯示、配準(zhǔn)、計算的操作。
[0008]本發(fā)明揭示了一種紅外引導(dǎo)下的計算機(jī)輔助穿刺導(dǎo)航的方法，包括如下步驟:
[0009]S1:根據(jù)實際需要，在人體體表上的穿刺區(qū)域附近固定三個以上定位裝置；
[0010]在本發(fā)明的至少一個實施例中，所述人體體表上的定位裝置是可被所述高精度紅外監(jiān)控設(shè)備識別的紅外定位小球，但是所述領(lǐng)域的技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動，就應(yīng)該想到采用其他具有明顯紅外特征的材質(zhì)制成的其他形狀標(biāo)記物體代替所述的定位小球。因此類似的技術(shù)方案也沒有超過本發(fā)明所公開并要求保護(hù)的范圍。
[0011]安裝在人體體表的定位裝置的數(shù)量優(yōu)選是三個及以上，以保證檢測到的定位裝置的運動能夠充分表現(xiàn)出三維空間中六個自由度(三維坐標(biāo)系中三個方向上的平移和旋轉(zhuǎn))的變化。如果采用不足三個定位裝置，會影響定位精度，甚至定位錯誤。一般會選擇三個以上的定位裝置，以免出現(xiàn)因為遮擋導(dǎo)致的定位失誤。
[0012]S2:通過醫(yī)用掃描系統(tǒng)，獲得穿刺目標(biāo)區(qū)域的圖像，重建三維影像模型。在第一類坐標(biāo)系下定義定位裝置、人體內(nèi)部敏感組織器官及穿刺目標(biāo)，并通過計算機(jī)配準(zhǔn)得到這些部分之間的三維相對位置關(guān)系的信息；
[0013]在計算機(jī)中定義穿刺路徑，即穿刺中心到體表入針點的路徑，配準(zhǔn)計算得到體表定位裝置與穿刺中心及穿刺路徑之間的三維相對位置關(guān)系的信息；
[0014]S3:根據(jù)實際情況選擇穿刺針型號，系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)定義了多種穿刺針型號信息，型號信息主要是指固定于穿刺針尾部的定位裝置與穿刺針針尖、針尾的三維位置關(guān)系的信息；
[0015]利用紅外定位系統(tǒng)，實時追蹤固定在穿刺針尾部的定位裝置，在第二類坐標(biāo)系下確定其三維位置坐標(biāo)，根據(jù)所選穿刺針型號和定位裝置的實時三維位置配準(zhǔn)計算得到針尖和針尾的實時三維位置坐標(biāo)，并在計算機(jī)上虛擬顯示穿刺針；
[0016]在本發(fā)明的至少一個實施例中，所述固定在穿刺針尾部的定位裝置是可被所述高精度紅外監(jiān)控設(shè)備識別的紅外定位小球，但是所述領(lǐng)域的技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動，就應(yīng)該想到采用其他具有明顯紅外特征的材質(zhì)制成的其他形狀標(biāo)記物體代替所述的定位小球。因此類似的技術(shù)方案也沒有超過本發(fā)明所公開并要求保護(hù)的范圍。
[0017]固定于穿刺針尾部的定位裝置的數(shù)量是三個，以保證檢測到的定位裝置的運動能夠充分表現(xiàn)出三維空間中六個自由度(三維坐標(biāo)系中三個方向上的平移旋轉(zhuǎn))的變化。如果采用不足三個定位裝置，會影響定位精度，甚至定位錯誤。
[0018]S4:穿刺過程中，根據(jù)高精度紅外監(jiān)控設(shè)備實時追蹤的定位裝置的位置信息，在重建的三維模型中以虛擬現(xiàn)實的方式顯示出穿刺中心、穿刺路徑和穿刺針的三維位置坐標(biāo)，由此，操作者能夠直觀地看到穿刺的整個過程；
[0019]S5:穿刺針到達(dá)穿刺中心，穿刺完成。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:可以實現(xiàn)從任意角度進(jìn)行穿刺，打破了穿刺路徑只能垂直人體表面的局限?？梢院侠硪?guī)劃穿刺路徑，有效避開敏感器官和組織。能夠?qū)Υ┐踢^程進(jìn)行實時監(jiān)控，操作者可以實時得知穿刺針與穿刺路徑之間的角度偏差，及穿刺針針尖與穿刺中心之間的距離偏差等，并及時修正，從而大大提高了穿刺的準(zhǔn)確性與安全性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明在穿刺過程中應(yīng)用的流程示意圖。
[0022]圖2中的左圖是穿刺針及其定位裝置的立體圖，右圖是穿刺針及其定位裝置的俯視圖。
[0023]圖3是計算機(jī)三維重建的模型示意圖。
[0024]圖4是人體定位示意圖。
[0025]圖5是穿刺過程的示意圖。
[0026]圖6是穿刺系統(tǒng)總示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]參考圖2?6，固定于穿刺針上的定位裝置和人體體表上的