本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]B超作为一种对人体软组织成像非常有效的医疗器械，被广泛使用。在B超图像的引导下进行穿刺，使用穿刺针、活检枪等器械刺入人体内部，进行注射或者活检，是一种非常有效的手术方式。最开始使用的穿刺引导装置为机械式的穿刺架，其原理是在B超探头上固定一个机械装置，该机械装置带有较细的通道，可以容纳穿刺器械的刺入部位通过。通过限制穿刺器械只能沿通道前进的方式，机械式穿刺架在B超屏幕上可以预先标记出通道的位置，从而实现穿刺引导。
[0031]机械式穿刺架严格限制穿刺器械只能沿着预先设定好的通道来前进，大大限制了穿刺的自由度，同时穿刺器械一旦刺入人体后，B超探头与其作为一个整体，就无法移动，无法通过观察刺入部位周围的组织来评估刺入部位是否正确，以及对临近部位的风险。所以，在机械式穿刺架出现之后，随着电子技术的发展，又出现了非机械式的穿刺导航系统，有两大类技术，一类是基于电磁的导航，一类是基于光学的导航。
[0032]传统基于光学的导航，主要原理是在穿刺的操作空间内放置一组双目摄像头，同时在B超探头与穿刺器械上均安装反光标记小球，反光标记小球可以将入射光沿着入射方向反射，与入射角度无关。双目摄像头配有近红外补光装置，发出红外光，照亮反光标记小球，通过双目摄像头识别出反光标记小球的空间位置，并由此计算B超探头与穿刺器械的相对空间关系，从而在B超的图像中标记穿刺器械的位置，实现导航功能。穿刺器械上使用的反光标记小球为一次性使用的耗材。
[0033]本发明提出了一种B超引导下的穿刺导航系统，本系统使用装配在B超探头上的光学探头来定位带有光学标记物的穿刺器械，将传统导航系统必须分别计算出B超探头与穿刺器械绝对位置的方式变为计算B超探头与穿刺器械之间的相对位置，避免了传统基于光学导航系统的遮挡问题，减少了对穿刺器械的限制，有效降低系统成本。
[0034]图1示出了整个系统的结构以及系统与B超的连接关系示意图，在本发明实施例中，穿刺导航系统主机与B超主机为分立式的两台设备，穿刺导航系统主机也可以与B超主机集成在一起作为I台集成式设备。其中的光学探头转接座13可以是独立的零部件，也可以与B超探头集成在一起。
[0035]图1中01是B超主机，02是B超探头，04是穿刺器械。B超探头02通过线缆连接到B超主机01上，穿刺器械04在手术中刺入人体，B超探头02通过超声波可以观察到人体组织的结构以及刺入人体的穿刺器械04，并在B超主机上显示出来。
[0036]11是穿刺导航系统主机，12是光学探头，13为光学探头转接座，14为光学标记物。光学探头转接座13固定在B超探头02上，固定方式可以为一体式设计(二者集成在一起)、可拆卸的连接(如卡扣、螺栓等)、不可拆卸的连接(如粘合)；光学探头12可以和光学探头转接座连接，连接方式可以为不可拆卸式或者可拆卸式;光学探头12通过线缆连接到穿刺导航系统主机11，也可以通过无线方式连接到穿刺导航系统主机11;光学标记物14固定在穿刺器械04上，光学探头12可识别光学标记物14相对于光学探头的空间位置，从而计算出穿刺器械04相对于B超探头02的空间位置；穿刺导航系统主机11通过B超主机01的视频输出端口，以有线或者无线的方式获取B超主机01的图像数据，然后根据穿刺器械04相对于B超探头02的空间位置，计算出穿刺器械在B超图像上的位置，将其融合在B超图像上，进行显示。
[0037]本发明通过将光学探头装配在B超探头上的方式，避免了同时对多个目标进行定位，降低了系统的复杂度。
[0038]根据光学探头12和光学探头转接座13的不同连接方式，系统有两种工作方式，分别为平面内穿刺导航和平面外穿刺导航，两种工作方式在下文中会有详细描述。
[0039]图2示出了光学探头的示意图，如图2所示中，光学探头12上有以下几个重要的组成部分:121为图像传感器，用来获取图像;122为光源，光源围绕图像传感器周围，与光学标记物14配合，使得图像传感器121获取的图像中能够清晰的显示出光学标记物14的位置，从而实现准确定位；123为光学探头内部的存储器，用来存储光学探头的校准参数;124为光学探头转接定位槽，用来与光学探头转接座13进行精确装配。光学探头12使用双目传感器，在光学探头12的左右两侧，各放置有一组图像传感器及光源，组成双目传感器。
[0040]在典型的使用场景下，光源122发出红外光，照射到前方的手术操作区域内，手术操作区域内的光学标记物14上有反光材料，可以将光源122发出的红外光大致沿入射方向反射回去，进入图像传感器121，使得光学标记物14相对于背景图像具有很高的亮度，从而识别出光学标记物14。光源122也可以使用可见光或者紫外光等。
[0041]图3示出了光学探头转接座的示意图，光学探头转接座固定在B超探头02上，也可以与B超探头02—体化设计制造。光学探头转接座13上有光学探头平面内穿刺转接定位槽131与光学探头平面外穿刺转接定位槽132。当处于平面内穿刺导航的工作方式时，光学探头12连接在光学探头平面内穿刺转接定位槽131上，当处于平面外穿刺导航的工作方式时，光学探头12连接在光学探头平面外穿刺转接定位槽132上。
[0042]特别的，如果光学探头12与光学探头转接座13为不可拆卸式连接时，只能使用其中一种工作方式。
[0043]图4是系统的两种工作方式以及两种工作方式下光学探头与B超探头的两种装配方式示意图，其中图4(a)为平面内穿刺导航，图4(b)为平面外穿刺导航。
[0044]当系统处于平面内穿刺导航的工作方式时，光学探头12需要连接在光学探头平面内穿刺转接定位槽131上，穿刺器械沿B超扫描平面内刺入人体。此时在穿刺的整个过程中，B超图像内均可看到穿刺器械，穿刺导航系统可以指示出穿刺器械所前进的路径、穿刺器械尖端所在的位置以及穿刺器械与B超扫描平面的偏离角度。
[0045]当系统处于平面外穿刺导航的工作方式时，光学探头12需要连接在光学探头平面外穿刺转接定位槽132上，穿刺器械从B超扫描平面外刺入人体，穿刺路径的延长线会与B超扫描平面相交。此时在穿刺过程中，穿刺器械到达目标位置以前，B超图像内始终无法看到穿刺器械，穿刺导航系统可以指示出穿刺器械前进的路径、穿刺器械尖端与B超扫描平面的距离以及穿刺路径与B超扫描平面的交点位置。
[0046]图5是光学标记物14的结构示意图。光学标记物14为3层结构。中间为结构层141，由中空的圆柱形硬质材料构成，起到结构上的支撑作用；内部为定位层142，定位层142由位于结构层141内孔两段的中空胶塞组成，当光学标记物14装配到穿刺器械04上时，穿刺器械的刺入部从定位层142中间的通孔143中穿过，确保光学标记物14与穿刺器械04同心，使得二者可以精准定位;外部为功能层144，功能层144的作用是确保光学标记物14在图像传感器121采集的图像中与背景图像有较高的对比度。
[0047]典型的，功能层144可以为反光涂层，将光源122发出的光沿入射路径返回，被图像传感器121采集，以标记出光学标记物14的位置。
[0048]功能层144也可以为荧光涂层，当光源122