一種超聲介入穿刺針引導監(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)領域】，尤其是涉及一種超聲介入穿刺針引導監(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；軸向光學位移傳感器；徑向角度光學位移傳感器和超聲波圖像監(jiān)測裝置。本發(fā)明采用軸向光學位移傳感器和徑向角度光學位移傳感器的設計，可利用光學位移傳感器的非接觸式高精度檢測位移優(yōu)點；自動實時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)的固定角度引導穿刺架不完全覆蓋靶點的分布區(qū)域范圍，并無法計算穿刺針尖位置和針道路徑的問題，幫忙醫(yī)務人員預先調(diào)整好進針角度，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監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲【技術(shù)領域】，尤其是涉及一種超聲介入穿刺針引導監(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臨床應用中有多種解決方案，簡單列舉三種。第一種:采用美國Ascens1n公司電磁定位導航產(chǎn)品；基本原理是在一個區(qū)域發(fā)射特定序列電磁場(發(fā)射器)，由兩個以上的接收線圈傳感器(傳感器)，按照設計好的位置關系將傳感器一個或兩個固定在醫(yī)用醫(yī)用超聲換能器上；其中一個傳感器需要放進穿刺針內(nèi)壁的套管針內(nèi)，并保證將傳感器與套管針軸向值與設計要求相同；傳感器將電磁信號轉(zhuǎn)換成電壓電流信號再進行對信號采集處理。處理后數(shù)據(jù)計算導出各傳感器與發(fā)射器相對空間坐標。然后經(jīng)過對坐標進行轉(zhuǎn)換計算得出各傳感器的相對空間坐標；把計算出的傳感器坐標數(shù)據(jù)與超聲系統(tǒng)圖像進行結(jié)合，就能實時引導跟蹤穿刺針運動軌跡；該種方案還有采用三軸陀螺傳感器實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理方法有很多相同處不再詳細描述。第二種:例如中國專利申請CN201280033189.3中記載的用于插入引導系統(tǒng)的針長度確定和校準；其通過醫(yī)用超聲換能器穿刺架輔助引導定位；在醫(yī)用醫(yī)用超聲換能器上安裝穿刺架，設計穿刺架時預先得知與超聲圖像平面的相對位置關系；由機械結(jié)構(gòu)約束穿刺針幾個自由度，僅保留一個關鍵的穿刺針角度調(diào)節(jié)自由度。再在這個可調(diào)節(jié)角度范圍上分為幾個固定角度值，并對其結(jié)構(gòu)約束；使用這種方式進行臨床應用時，需要把調(diào)節(jié)的角度值輸入到超聲系統(tǒng)中。在超聲應用軟件中計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，會在超聲作用下產(chǎn)生與人體組織不同的對比度。經(jīng)過實時的超聲圖像數(shù)據(jù)信息處理，在多維超聲圖像下穿刺針的運動軌跡得到實時的監(jiān)控；其中，第一種方案采用電磁定位導航產(chǎn)品中，其缺點是:1、需要在特定無磁環(huán)境中使用。2、操作時需要將套管內(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)復雜成度高，不方便維護。第二種方案缺點是:1、穿刺架因為只有幾個固定調(diào)節(jié)角度可被計算引導，在使用中無法覆蓋到目標靶點，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，采用電磁感應元件檢測軸向位移等。因結(jié)構(gòu)上復雜或精度問題等缺點被應用不多。第三種方案缺點是:無法預先得到穿刺針進針角度和運動軌跡，進行穿刺操作時因進針角度問題和未知針道位置，造成多次進行調(diào)整才能達到目標靶點，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監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，通過軸向光學位移傳感器及徑向角度光學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時監(jiān)測顯示穿刺針運動軌跡的技術(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；
[0007]穿刺針定位架，用于架設所述穿刺針；
[0008]軸向光學位移傳感器，用于采集穿刺針軸向位移值；
[0009]徑向角度光學位移傳感器，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、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
[0011]進一步地，所述穿刺針定位架安裝在所述醫(yī)用超聲換能器上，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應安裝，所述穿刺針架設在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學位移傳感器和徑向角度光學位移傳感器分別與所述超聲波圖像監(jiān)測裝置連接。
[0012]進一步地，所述穿刺針定位架包括穿刺針軸向位移導向套、穿刺針角度位移導向滑塊、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筋，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導向套穿裝，所述穿刺針軸向位移導向套的轉(zhuǎn)動端設有旋轉(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向套連接。
[0013]進一步地，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導向滑塊內(nèi)；所述軸向光學位移傳感器與所述穿刺針對應設置；所述徑向角度光學位移傳感器與所述弧形刻度板對應設置。
[0014]進一步地，所述軸向光學位移傳感器與所述徑向角度光學位移傳感器所處的平面呈垂直設置。
[0015]進一步地，所述弧形刻度板位于所述弧形加強筋的外側(cè)，在所述弧形刻度板上設有角刻度盤，并在該角刻度盤上設有刻度指針；該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導向套連接。
[0016]進一步地，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并將超聲信號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行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出；
[0019]圖像信號合成模塊，用于將超聲圖像和運動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；所述軸向光學位移傳感器和徑向角度光學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合成模塊連接；所述圖像信號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監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的監(jiān)控方法，通過醫(yī)用超聲換能器采集超聲信號；
[0023]通過軸向光學位移傳感器采集穿刺針軸向位移值；
[0024]通過徑向角度光學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、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。
[0026]進一步地，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并將超聲信號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行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出；
[0028]通過圖像信號合成模塊將超聲圖像和運動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)相比具有以下進步:本發(fā)明采用軸向光學位移傳感器和徑向角度光學位移傳感器的設計，可利用光學位移傳感器的非接觸高精度檢測位移的功能優(yōu)點；自動實時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)務人員預先調(diào)整好進針角度，有效減少多次穿刺給患者造成的損傷，操作中實時跟蹤計算出針尖位置和針道路徑作為輔助醫(yī)務人員在介入治療時對穿刺針運動軌跡計算引導和監(jiān)控，使介入治療更加安全有效；同時，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)務人員引導推進穿刺針的超聲合成圖像是實時動態(tài)更新的，因此現(xiàn)有技術(shù)中穿刺針與目標靶點對不準，固定角度引導穿刺架不完全覆蓋靶點的分布區(qū)域范圍，并無法計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)境下的運動軌跡顯示得更加清楚準確，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【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實施方式】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)明的一些實施方式，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的電路連接框圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
[0035]圖4為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；
[0036]圖5為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖(主視圖)；
[0037]圖6為本發(fā)明實施例提供的超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖(主視圖)；
[0038]圖7為本發(fā)明實施例的超聲介入穿刺針引導的監(jiān)控方法的步驟框圖。
[0039]附圖標記:
[0040]1-醫(yī)用超聲換能器；2_穿刺針定位架；3_穿刺針；4_軸向光學位移傳感器；5_徑向角度光學位移傳感器；6_超聲波扇面；其中，2-穿刺針定位架包括:201-穿刺針軸向位移導向套；202-穿刺針角度位移導向滑塊；203_上邊臂；204_下邊臂；205_弧形刻度板；206-弧形加強筋；207_旋轉(zhuǎn)軸；208_軸套；209_探頭固定夾；210_角刻度盤；211_刻度指針。

【具體實施方式】
[0041]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[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系為基于附圖所示的方位或位置關系，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，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(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向滑塊去掉前側(cè)擋板后的立體圖)所示，本實施例提供的一種超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)，包括:
[0045]醫(yī)用超聲換能器1，用于確認患者體內(nèi)的目標靶點并實時采集患者體內(nèi)的超聲信號;
[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]軸向光學位移傳感器4，用于實時采集并上傳穿刺針軸向位移值；
[0048]徑向角度光學位移傳感器5，用于實時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)實時上傳的所述超聲信號、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并顯示超聲合成圖像。本實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)務人員實時觀察穿刺針引導的軌跡，并及時調(diào)整穿刺針的推進姿態(tài)。
[0050]本發(fā)明采用軸向光學位移傳感器和徑向角度光學位移傳感器的設計，可利用光學位移傳感器的非接觸高精度檢測位移的功能優(yōu)點；自動實時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)務人員預先調(diào)整好進針角度，有效減少多次穿刺給患者造成的損傷，操作中實時跟蹤計算出針尖位置和針道路徑作為輔助醫(yī)務人員在介入治療時對穿刺針運動軌跡計算引導和監(jiān)控，使介入治療更加安全有效；同時，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)務人員引導推進穿刺針的超聲合成圖像是實時動態(tài)更新的，因此現(xiàn)有技術(shù)中穿刺針與目標靶點對不準，固定角度引導穿刺架不完全覆蓋靶點的分布區(qū)域范圍，并無法計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)境下的運動軌跡顯示得更加清楚準確，且操作簡便。
[0051]參見圖1、圖3所示，本實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，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應安裝，所述穿刺針架設在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學位移傳感器和徑向角度光學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并將超聲信號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時地輸入運算程式，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出；本實施例中所述穿刺針圖像處理模塊可根據(jù)預先設置在其內(nèi)的數(shù)學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算得出穿刺針的整體形態(tài)數(shù)據(jù)，并進行數(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)的穿刺針運動軌跡；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、引導軌跡線及穿刺針的針道；所述引導軌跡線是指穿刺針預計到達目標靶點的輔助瞄準線，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過程中的實時形態(tài)；其中，所述引導軌跡線及穿刺針的針道可通過三角形數(shù)學模型計算得出，兩者的計算過程屬于公知常識此處不再過多贅述；在計算出穿刺針的針道后，該穿刺針的針道末端極點即為穿刺針的針尖位置。本實施例中所述的穿刺針圖像處理模塊可采用MCU單片機。
[0055]圖像信號合成模塊，用于將接收的超聲圖像和運動軌跡圖像編輯成超聲合成圖像并輸出；
[0056]圖像顯示模塊，用于接收并顯示實時的超聲合成圖像。
[0057]本實施例中所述的醫(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；所述軸向光學位移傳感器和徑向角度光學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合成模塊電連接；所述圖像信號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向滑塊去掉前側(cè)擋板后的立體圖)所示，本實施例中所述穿刺針定位架包括穿刺針軸向位移導向套201、穿刺針角度位移導向滑塊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和弧形加強筋206，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導向套穿裝，所述穿刺針軸向位移導向套的轉(zhuǎn)動端設有旋轉(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筋之間，且一側(cè)與所述穿刺針軸向位移導向套連接；也就是說所述穿刺針角度位移導向滑塊上、下兩端分別被所述弧形刻度板與所述弧形加強筋夾持并限位，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筋的外弧面滑動；參見圖3所示，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導向滑塊內(nèi)；所述軸向光學位移傳感器的出光面與所述穿刺針軸向平行對應設置；所述徑向角度光學位移傳感器的出光面與所述弧形刻度板的內(nèi)弧面平行對應設置；參見圖4(圖中展示為去掉所述穿刺針角度位移導向滑塊后的側(cè)視圖)所示，也就是說所述軸向光學位移傳感器與所述徑向角度光學位移傳感器所處的平面呈垂直設置；在所述穿刺針角度位移導向滑塊上還設有零點標記按鈕(屬于現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)其作用是在開始引導工作時，開啟零點標記按鈕，采集起始點的坐標，用于計算穿刺針的軸向位移值和徑向角度值；本實施例中采用該種設計是為了保證穿刺針沿軸向移動時軸向光學位移傳感器及徑向角度光學位移傳感器的監(jiān)測準確性；具體地說，軸向光學位移傳感器需要將其中一個維度垂直于穿刺針的軸向，保證穿刺針沿軸向移動時，其垂直于穿刺針的維度值趨于O ;將徑向角度光學位移傳感器與軸向光學位移傳感器垂直，并將軸向光學位移傳感器的一個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)角度時垂直于弧形刻度板的內(nèi)弧面的維度值趨于O。本實施例中當所述弧形刻度板位于所述弧形加強筋的外側(cè)時，在所述弧形刻度板的外弧面上設有角刻度盤210，并在該角刻度盤上設有刻度指針211 ;該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導向套連接，并可隨該穿刺針軸向位移導向套的轉(zhuǎn)動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位移傳感器的相對位移面，從而達到顯示穿刺針轉(zhuǎn)動角度的作用以便醫(yī)務人員觀察調(diào)整穿刺針的引導角度；同理，也可根據(jù)實際工況需要，將所述弧形刻度板設置在所述弧形加強筋的內(nèi)側(cè)，兩者工作原理及功能均相同。
[0060]本實施例中所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學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；本實施例中均采用型號為PAW3003QS或PAW3204LU的光學位移傳感器，其位移分辨率是500dpi至2000dpi，誤差為正負5%至10%之間，該光學位移傳感器利用其內(nèi)置光發(fā)射器發(fā)出光信號并通過內(nèi)置的透鏡將光線進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，光接收器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并傳送至穿刺針圖像處理模塊，以此實時采集所述穿刺針軸向位移值及所述穿刺針徑向角度值；關于光學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。在實際操作中，由于穿刺針在外力下產(chǎn)生變形彎曲，會造成計算出的針尖位置與實際偏差大，所以為了減小偏差可采用較粗號的針；或操作時在針內(nèi)套入實芯針穿刺到位置后再把實芯針取出。
[0061]本發(fā)明所述聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)操作使用方式的基本流程是，在使用時首先選擇穿刺針的型號和使用方式，再通過醫(yī)用超聲換能器探測到患者體內(nèi)的目標靶點，開始穿刺針軌跡監(jiān)測，此時會在超聲圖像上出現(xiàn)穿刺針的引導軌跡線，調(diào)整角度將引導軌跡線對準目標靶點后再進行穿刺針的推進穿刺操作。在穿刺操作時超聲圖像上會實時跟蹤計算出穿刺針的針道軸向和針尖位置并進行顯示。當穿刺針針尖位置到達目標靶點后，可以根據(jù)患者體內(nèi)目標靶點的實際情況任意選擇以下兩種模式進行操作:
[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，也就是說此時架設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；此時圖像顯示模塊會實時顯示穿刺針的針尖位置，醫(yī)務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靶點對準，直至穿刺針引導至目標靶點。
[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)，也就是說此時架設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；此時圖像顯示模塊會實時顯示穿刺針的引導軌跡線、穿刺針的針尖位置及穿刺針的針道，醫(yī)務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靶點對準，直至穿刺針引導至目標靶點。
[0064]參見圖7所示，本實施例還提供的一種通過所述超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的監(jiān)控方法，
[0065]S1、通過所述醫(yī)用超聲換能器確認患者體內(nèi)的目標靶點并實時采集患者體內(nèi)的超聲信號;
[0066]S2、通過所述軸向光學位移傳感器實時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位移傳感器實時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)實時上傳的所述超聲信號、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值實時進行數(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并將超聲信號數(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時地輸入運算程式，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出；
[0072]通過所述圖像信號合成模塊將接收的超聲圖像和運動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時的超聲合成圖像，以便指導醫(yī)務人員進行穿刺針引導工作。
[0074]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(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； 穿刺針定位架，用于架設所述穿刺針； 軸向光學位移傳感器，用于采集穿刺針軸向位移值； 徑向角度光學位移傳感器，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、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像，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，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器分別與所述穿刺針定位架對應安裝，所述穿刺針架設在所述穿刺針定位架上；所述醫(yī)用超聲換能器、軸向光學位移傳感器和徑向角度光學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向套、穿刺針角度位移導向滑塊、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筋，所述穿刺針與該穿刺針軸向位移導向套穿裝，所述穿刺針徑向角度位移的轉(zhuǎn)動端設有旋轉(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監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向光學位移傳感器和所述徑向角度光學位移傳感器均固定于所述穿刺針角度位移導向滑塊內(nèi)；所述軸向光學位移傳感器與所述穿刺針對應設置；所述徑向角度光學位移傳感器與所述弧形刻度板內(nèi)側(cè)對應設置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述超聲介入穿刺針引導監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向光學位移傳感器與所述徑向角度光學位移傳感器所處的平面呈垂直設置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述超聲介入穿刺針引導監(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筋的外側(cè)，在所述弧形刻度板上設有角刻度盤，并在該角刻度盤上設有刻度指針；該刻度指針一端與所述穿刺針軸向位移導向套連接。
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，將超聲信號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行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出； 圖像信號合成模塊，用于將超聲圖像和運動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；所述軸向光學位移傳感器和徑向角度光學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合成模塊連接；所述圖像信號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監(jiān)控系統(tǒng)實現(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； 通過軸向光學位移傳感器采集穿刺針軸向位移值； 通過徑向角度光學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、穿刺針軸向位移值及穿刺針徑向角度值進行數(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監(jiān)控系統(tǒng)實現(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并將超聲信號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行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出； 通過圖像信號合成模塊將超聲圖像和運動軌跡圖像編輯成穿刺針的運動軌跡圖像并輸出； 通過圖像顯示模塊接收并顯示超聲合成圖像。
【文檔編號】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