介入治疗针定位方法和介入治疗针的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体地涉及介入手术中使用的介入治疗针，更具体地涉及在介入手术过程中相对于装置坐标系定位介入治疗针的介入治疗针定位方法和相应的介入治疗针。
【背景技术】
[0002]介入手术是现代外科手术的发展方法，介入手术与传统外科手术的区别是不需要开刀，只需要一个很小的创口即可将特制的介入治疗针例如冷冻针、热消融针、粒子植入针、导丝等刺入到人体内的病灶部位或者手术靶点位置上，然后通过各种物理/化学作用达到治疗的目的，从而解决过去需要开放式手术才能解决的肿瘤切除等问题。
[0003]在介入手术过程中，医生无法直接观察到病人体内的治疗部位或者病灶，需要借助于医学影像引导下的计算机辅助手术导航技术。手术导航技术使用多种模态的医学影像协助医生将介入治疗针直接穿刺到病灶进行局部治疗，进而提高手术质量、减少手术创伤、降低患者痛苦。
[0004]手术导航应用患者的医学影像及由其重构生成的三维模型来实时引导临床手术的实施。患者的医学影像数据集例如通过CT (computerized tomography,计算机断层摄影)或MRI (Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像)扫描手段来获得。手术导航系统把患者术前医学影像数据和术中手术部位通过定位设备联系起来，并能够在软件界面里准确地显示患者的解剖结构及病灶附近三维空间位置的细节。当介入治疗针指向患者身体内部的任意部位时，介入治疗针在装置坐标系中的坐标信息被定位传感器实时跟踪，并通过配准矩阵转换到医学影像坐标系中，并显示在患者的三维模型上。这样即使不用给患者开刀，医生也能够实时了解介入治疗针和肿瘤病灶之间的相对位置关系。
[0005]可见，手术导航中准确定位介入治疗针在装置坐标系中的位置信息是非常重要的。传统地，在介入治疗针针柄处安装定位传感器，由定位系统中的检测器检测该定位传感器发出的信号，确定定位传感器在装置坐标系中的位置，进而通过推算来确定穿刺针针尖的位置。但是，实践中发现，这样得到的介入治疗针针尖位置可能严重偏离实际位置，其误差是手术难以接受的。因此实践中，介入治疗针相对于病灶区的定位仍严重依赖于医生的经验。
[0006]因此，迫切需要能够在手术中自动地、实时地精密确定介入治疗针在装置坐标系中的位姿的技术。
【发明内容】
[0007]鉴于以上问题，提出了本发明。
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种在介入手术过程中相对于装置坐标系定位介入治疗针的介入治疗针定位方法，该介入治疗针包括针头、针杆和针柄，针头和针杆能够在手术中伸入人体组织内部，该介入治疗针定位方法包括:在手术中通过跟踪定位传感器的位置来确定针尖的位置，其中，定位传感器在手术前被固定在针杆上。
[0009]在一个示例中，所述定位传感器可以为磁传感器。
[0010]在一个示例中，定位传感器可以被紧挨针头地固定在针杆上。
[0011 ] 在一个示例中，定位传感器可以被固定在针杆上靠近针头的一半上。
[0012]在一个示例中，所述针头部位可以对所接触的病灶部位通过物理或化学作用来进行治疗。
[0013]在一个示例中，所述介入治疗针可以为冷冻针、热消融针、粒子植入针、导丝中的一种。
[0014]在一个示例中，所述在手术中通过跟踪定位传感器的位置来确定针尖的位置可以包括:确定定位传感器在装置坐标系中的位置；获得在装置坐标系中针尖相对于定位传感器的位置偏移；以及基于定位传感器在装置坐标系中的位置以及在装置坐标系中针尖相对于定位传感器的位置偏移来获得针尖在装置坐标系中的位置。
[0015]在一个示例中，所述针杆可以包括外管，该定位传感器被固定在外管的外部。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种用于介入手术的介入治疗针，包括针头、针杆和针柄，针头和针杆能够在手术中伸入人体组织内部，其中针杆部分固定有定位传感器，该定位传感器用于辅助确定定位传感器所在的位置。
[0017]在一个示例中，所述针头部位对所接触的病灶部位通过物理或化学作用来进行治疗。
[0018]利用本发明实施例的上述方案，由于将定位传感器固定在针杆上，尤其是固定在针杆上最靠近针头的位置，该处变形很小或没有，所以针杆的变形(一般针杆中部位置变形较大)对定位传感器与针尖之间的偏移关系影响很小，由此手术前确定的定位传感器与针尖之间的偏移能够在手术中继续使用，从而通过在手术中跟踪定位传感器的位置，并利用事先得到的定位传感器与针尖之间的偏移来修正跟踪到的定位传感器的位置，能够准确地获得针尖在装置坐标系中的位置。
【附图说明】
[0019]从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中:
[0020]图1示意性地示出了手术过程中针杆变形导致的实际位置相对于假定不变形所处的位置的偏离。
[0021]图2示出了根据本发明实施例的定位传感器紧挨针头地固定在针杆上的布置方案示意图。
[0022]图3示出了根据本发明一个实施例的确定针尖相对于定位传感器的位置偏移的方法300的总体流程图。
[0023]图4示意性地示出了获得针尖相对定位传感器的偏移的过程的示意图。
[0024]图5示出了示例性介入治疗针的外观图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0026]如前所述，现有技术中，介入治疗针在装置坐标系中的定位一般是通过在介入治疗针的手柄处固定定位传感器来实现的。由检测器检测该传感器发出的信号而确定传感器在装置坐标系中的位置，进而通过推算来确定穿刺针的位置。但是，这样得到的介入治疗针针尖定位常常误差较大，为手术所难以接受。
[0027]发明人经实验和分析发现，该误差的存在是因为:(I)手术中实际检测的是定位传感器的位置，基于手术前确定的针尖相对定位传感器的偏移来计算针尖的位置；(2)该计算准确的前提是介入治疗针是刚体，手术中的介入治疗针不会相对于手术前的介入治疗针产生变形；(3)但实际上，介入治疗针并非刚体，介入治疗针在手术过程中由于受力的原因，通常在针杆近似中部位置产生形变，而定位传感器是安装在手柄处的，使得手术前确定的针尖相对于定位传感器的偏移已经不能反映实际上手术中的针尖相对于定位传感器的偏移；因此，传统的介入治疗针针尖定位方法产生较大的误差，甚至不具有实际应用性。
[0028]图1示意性地示出了手术过程中针杆变形导致的实际位置相对于假定不变形所处的位置的偏离。
[0029]图1中的标号I指示针柄，2指示由针头和针杆组成的针体。如果针体不发生变形的话，针尖应处于A处，但实际上由于针杆变形，针尖处于B处。定位传感器安装于针柄I处，定位系统跟踪定位传感器的位置，并基于手术前确定的针尖相对于定位传感器的偏移，而确定针尖在A处，显然此确定的针尖位置A大大偏离了针尖的实际位置B处。图1中示出了以针柄为顶点连接两点A和B决定的针杆形变角度α。由图1可见，即使较小的针杆形变角度α，也会导致针尖实际位置B相对于变形前位置A的较大偏离。
[0030]如果能够将定位传感器安装在针头位置当然是最佳的，但是由于诸多原因针头上通常不适合安装定位传感器，例如针头处是发挥介入治疗针的物理和/或化学治疗作用的实际区域，如果安装了定位传感器，会影响治疗效果。
[0031]由此发明人想