定位装置是可被所述高精度红外监控设备识别的红外定位小球。红外定位小球表面覆盖一层能够反射绝大部分入射红外光线的材料。高精度红外监控设备发射红外光被小球反射回来，监控设备接收反射回来的红外光线，分析数据计算得到小球的三维位置坐标，实现了监控定位装置的目的。
[0029]参考图2，穿刺针上定位装置被固定支架固定于穿刺针的尾部，计算机中预先定义了多种型号的穿刺针信息。所述穿刺针信息主要是定位装置和穿刺针针尖与针尾的三维相对位置关系，因此，计算机可以利用高精度红外监控设备传回的穿刺针上定位装置的三维位置坐标和穿刺针型号信息，配准计算得到穿刺针针尖和针尾的三维位置坐标，更进一步可以得到穿刺针的角度。
[0030]进一步地，所述“穿刺针的三维位置坐标”为配准计算得到的穿刺针针尾及针尖的三维坐标。
[0031]参考图3，手术开始前，计算机接收病人的扫描图像，分析处理后重建人体的三维模型，在计算机中显示。操作者凭经验手动在三维模型中定义穿刺中心。
[0032]参考图4，计算机根据接收的数据自动规划出几条合适的穿刺路径，有效避开敏感组织或器官。操作者可从中选择合适的，也可根据所获信息在计算机中手动定义穿刺路径。在该三维模型中，可以设定不同的阈值渲染出人体不同的组织，从而可以直观地确定穿刺路径及穿刺中心位置的准确性。
[0033]人体定位装置在扫描之前就已经固定在穿刺区域的人体表面，计算机接收扫描图像后自动寻找扫描图像中的定位装置。根据扫描图像配准计算人体体表定位装置与人体内部各个组织和器官、穿刺中心以及穿刺路径的三维相对位置关系，记作初始三维相对位置。
[0034]手术开始后，高精度红外监控设备能够实时追踪人体体表定位装置的三维位置坐标。将这些坐标信息传至计算机，计算机根据记录的初始三维相对位置，配准计算得到人体内部各个组织和器官、穿刺中心以及穿刺路径的实时三维位置。
[0035]参考图5，当穿刺针从入针点进入人体后，计算机的三维模型中能够实时显示穿刺进程。若穿刺针与穿刺路径出现偏差，操作者会立刻从计算机上得知，并及时改正。当穿刺针的针尖到达穿刺中心时，穿刺完成。
【主权项】
1.一种红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于：所述系统包括穿刺针模块、人体定位装置模块和监控显示模块；所述穿刺针模块包括穿刺针和穿刺针定位装置，所述穿刺针定位装置固定于穿刺针尾部，可以利用定位装置的位置配准计算得到穿刺针针尖与针尾的三维位置，进一步得到穿刺针的角度；所述人体定位装置模块包括固定于人体体表的定位装置，人体体表的定位装置用于间接反映人体内部各个组织和器官、穿刺中心以及穿刺路径的实时三维位置；所述监控显示模块包括高精度红外监控设备和计算机软件；所述高精度红外监控设备能拍摄获取上述定位装置的位置信息；所述计算机软件可进行显示、配准、计算的操作。2.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述穿刺针定位装置是可被所述高精度红外监控设备识别的红外定位小球，其数量为三个。3.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述监控显示模块预先定义了不同型号的穿刺针信息，该信息包括穿刺针的针尖、针尾与穿刺针定位装置之间的相对三维位置关系的信息。4.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述人体定位装置是可被所述高精度红外监控设备识别的红外定位小球，其数量至少为三个。5.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述监控显示模块中的高精度红外监控设备能够探测、接收定位装置的实时三维位置信息。6.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述监控显示模块中的计算机软件能接收医用扫描设备得到的图像，经过渲染处理重建人体三维模型，并能提供角度和距离的测量功能。7.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述计算机软件能够根据扫描图像以及定位装置在扫描图像中的位置，智能地从任意角度合理规划穿刺路径，有效避开敏感器官和组织，并在三维重建模型中的相应位置显示。8.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，所述计算机软件能够根据穿刺针上定位装置的三维位置信息和穿刺针型号信息，配准计算得到穿刺针的针尖和针尾的实时位置，并在三维重建模型中的相应位置显示出来。9.如权利要求1所述的红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统，其特征在于，在穿刺过程中，所述计算机软件能够实时显示穿刺针与穿刺路径之间的偏差。10.—种红外引导下的计算机辅助穿刺导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：51:根据实际需要，在人体体表上的穿刺区域附近固定至少三个定位装置；52:通过医用扫描系统，获得穿刺目标区域的图像，重建三维影像模型，在第一类坐标系下定义定位装置、人体内部敏感组织器官及穿刺目标，并通过计算机配准得到人体体表上的定位装置与这些部位的相对位置关系；S3:根据实际情况选择穿刺针型号，系统内部预定义了多种穿刺针型号信息，型号信息主要是指固定于穿刺针尾部的定位装置与穿刺针针尖、针尾的三维位置关系；S4:穿刺过程中，根据高精度红外监控设备实时追踪的定位装置的位置信息，在重建的三维模型中以虚拟现实的方式显示出穿刺中心、穿刺路径和穿刺针，由此，医生能够直观地看到穿刺的整个过程；S5:穿刺针到达穿刺中心，穿刺完成。
【专利摘要】本发明公开了一种红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统及方法。由于人的呼吸、心跳和无意识的动作等会造成人体运动，从而会引起穿刺针与穿刺路径之间的角度偏差，以及穿刺针针尖与穿刺中心之间的距离偏差等偏差，对穿刺过程产生较大影响。本发明公开的系统采用红外定位的方法，对穿刺过程中穿刺针的位置进行实时监控，从而使操作者能够及时发现出现的偏差并加以改正。本发明也涉及对应的方法。
【IPC分类】A61B17/34, A61B34/20
【公开号】CN105361950
【申请号】CN201510859819
【发明人】陈韵霞, 王玲
【申请人】江苏富科思科技有限公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月26日