[发明专利]一种穿刺手术导航定位系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种穿刺手术导航定位系统和方法。

背景技术

在进行经皮穿刺微创手术(例如：氩氦刀、射频消融、放射粒子植入和无水酒精注射等)与检测(活检)中，需要对人体进行穿刺。目前，医生主要是应用CT扫描装置进行辅助定位及穿刺后确认病灶及周边组织情况。在实际穿刺过程中，为了保证准确地刺中目标且不伤害周边重要组织，通常会对人体进行多次CT扫描，这样不仅会大大增加手术时间，而且多次辐射还会伤害患者的身心。此外，在实际穿刺过程中，主要是根据CT扫描图像来规划最佳进针点、进针角度和进针深度。进针角度是否合适主要依靠量角器、医生的个人经验和主观判断，准确度较差，很少能够做到一次进针即到达理想效果，通常需要反复不断地尝试、调整角度和深度来接近穿刺目标位置，这样很容易引起各种并发症(例如：气胸等)，甚至穿刺失败。

发明内容

为了解决现有穿刺手术时间长、进针准确度不高及易引起并发症等问题，本发明提供了一种穿刺手术导航定位系统，包括穿刺定位装置、CT扫描装置、导航图像工作站、呼吸门控传感器和初始化定位基板；所述CT扫描装置与所述导航图像工作站电连接；所述导航图像工作站与所述穿刺定位装置电连接；所述呼吸门控传感器与所述穿刺定位装置电连接；所述初始化定位基板安装于所述CT扫描装置的CT扫描床上。

所述穿刺定位装置包括主机、显示屏、定位机械手、第一测距仪、约束器和第二测距仪；所述主机分别与所述显示屏和所述定位机械手电连接；所述定位机械手的前端安装有所述约束器；所述第一测距仪安装在所述约束器上，并与所述主机电连接；所述第二测距仪安装在所述定位机械手上，并与所述主机电连接。

所述第一测距仪和第二测距仪均为激光测距仪、红外测距仪、长度计或光栅尺传感器。

所述定位机械手为五自由度或六自由度小型工业机械手。

所述显示屏为液晶显示屏或触摸显示屏；所述约束器的形状为管状或环状。

所述初始化定位基板上设置有至少三个位置不同且密度不同于人体组织的定位基准点。

所述定位基准点的形状为球形、方形或三角形。

所述呼吸门控传感器为呼吸幅度传感器；所述穿刺定位装置的安装方式为移动台车式或固定式。

本发明还提供了一种穿刺手术导航定位方法，所述方法包括：

将初始化定位基板安装在CT扫描床上，并测量定位机械手的初始位置与所述初始化定位基板上的定位基准点之间的距离；

测量患者的呼吸幅度初始值，并根据CT扫描图像的分辨率、扫描视野和层厚，建立CT扫描图像的空间坐标系；

根据所述定位基准点的三维坐标，以及所述定位机械手的初始位置与定位基准点之间的距离，计算出所述定位机械手的初始位置的三维坐标；

根据所述定位机械手的初始位置的三维坐标和患者体表进针点的三维坐标，将所述定位机械手上的约束器移动到所述患者体表进针点，将所述约束器的角度调整到穿刺目标点到所述患者体表进针点的延长线上，并使患者的呼吸幅度达到且保持所述呼吸幅度初始值，通过所述约束器送入穿刺针，进针深度为所述穿刺目标点到患者体表进针点的距离。

所述定位基准点的三维坐标为所述定位基准点在CT扫描图像中各自层图像的x轴像素点数、z轴像素点数和所处的层数y。

本发明提供的穿刺手术导航定位系统，通过穿刺定位装置的主机、定位机械手、第一测距仪、约束器和第二测距仪，可以准确地实现穿刺进针位置、进针深度及角度的确定，并结合CT扫描装置、导航图像工作站、呼吸门控传感器和初始化定位基板，极大地提高了穿刺定位手术的准确性和可靠性，降低了各种并发症的产生。本发明提供的穿刺手术导航定位方法，通过空间几何学原理，确定了定位基准点的三维坐标、定位机械手的初始位置的三维坐标，从而进一步地确定了约束器的放置角度和穿刺针的进针深度，准确地实现了穿刺手术的导航定位。

附图说明

图1是本发明实施例穿刺手术导航定位系统的组成原理框图；

图2是本发明实施例穿刺定位装置的结构示意图；

图3是本发明实施例初始化定位基板的结构示意图；

图4是本发明实施例穿刺手术导航定位系统的工作状态示意图；

图5是本发明实施例穿刺手术导航定位方法的流程图；

图6是本发明实施例根据CT扫描图像建立的空间坐标系；

图7是本发明实施例定位机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。