一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备的制作方法

1.本发明属于医疗器械领域，涉及一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备。


背景技术：

2.硬膜外麻醉穿刺设备作为手术麻醉的医疗器械在临床上广泛的使用。目前医院进行的硬膜外麻醉穿刺操作都由经验丰富的麻醉医生完成。模拟练习时，医生根据人体模型的解剖结构，通过手指按压的方式，找出合适的进针点，然后手持麻醉穿刺针，将针沿两个棘突间的间隙穿入硬膜外腔，即黄韧带与硬脊膜之间的间隙，从而进行模拟练习。
3.穿刺针在刺入过程中，医生根据针尖突破黄韧带时感受到阻力的消失，及硬膜外腔的负压，判断针尖是否突破黄韧带，并到达硬膜外间隙。
4.由于存在个别的黄韧带病变及硬膜外间隙没有负压，会对模拟练习的医生判断造成影响，最终导致硬膜外麻醉模拟手术失败。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术的不足，提供一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备,包括主控装置、磁定位装置以及进针装置，主控装置包括显示器，磁定位装置包括磁场发生器、穿刺针配准模块和图像配准模块，进针装置包括穿刺针，磁场发生器、刺针配准模块和图像配准模块分别与主控装置连接。
7.进一步的，所述主控装置还包括主机，主机内设置计算机，计算机内置控制程序和计算程序。
8.进一步的，所述进针装置还包括动力组件、夹具组件和控制组件，夹具组件设置于动力组件，穿刺针设置于夹具组件，控制组件与动力组件连接，控制组件控制动力组件的运行状态。
9.进一步的，所述进针装置包括传动组件和夹具组件，夹具组件设置于传动组件，穿刺针设置于夹具组件，传动组件包括转轮，转轮的运动状态控制穿刺针进针或退针。
10.进一步的，还包括检测组件，所述检测组件包括扭矩传感器、编码器和报警器，传动组件还包括蜗杆、齿轮和丝杆，蜗杆与进针装置的壳体转动连接，扭矩传感器位于转轮和蜗杆之间，转轮和蜗杆分别固设在传感器的两侧，编码器设置于蜗杆，丝杆与壳体转动连接，齿轮设置于丝杆，齿轮与蜗杆啮合连接。
11.进一步的，所述进针装置还包括壳体，壳体设置支撑面结构，支撑面结构用于与穿刺部位的组织贴合。
12.进一步的，所述穿刺针配准模块和图像配准模块位于磁场发生器产生的电磁场区域，磁场发生器、穿刺针配准模块和图像配准模块分别与主机连接。
13.进一步的，所述穿刺针配准模块包括定位结构,定位结构包括基座、压片和底板，
基座设置于底板，压片设置于基座，基座设置定位槽，定位槽将穿刺针部分或全部置入。
14.进一步的，所述底板还设置第二传感器和针尖定位孔，针尖定位孔位于第二传感器和基座之间。
15.进一步的，所述图像配准模块包括定位板、同位板、紧固件和定位球，定位球设置于定位板和同位板，定位板和同位板设置定位传感器。
16.综上所述，本发明的有益之处在于：
17.1)本发明使用基于图像配准的进针装置，可以使穿刺位置更加的精准和安全，并通过穿刺针配准模块和图像配准模块，可以将穿刺针的针尖坐标通过图像配准后，映射到人体模型穿刺区域的x光片图像上，实现实时导航，减轻了医生在模拟练习时负担，并基于磁感应定位系统的穿刺针配准以及图像配准技术，使穿刺针在模拟练习的穿刺过程中实现实时定位，并通过主控装置的显示器使医生在模拟练习时可以实时观察，实现术中可视化导航。
18.2)本发明的进针装置将电机、传感器与控制组件结合将动力传递到夹具组件，使夹具组件带动穿刺针沿穿刺方向移动，实现自动进针及识别针尖突破黄韧带后的自动停针，并协助医生在模拟练习时精准的完成麻醉穿刺。
19.3)本发明的进针装置在壳体设置支撑面结构，穿刺时，支撑面结构紧贴需要穿刺部位的组织，用于支撑装置的顶紧力，同时抵消穿刺针突破黄韧带时装置向前的冲量，从而提高了进针的稳定性及安全性。
20.4)本发明的进针装置通过紧固件在穿刺时将针架与夹具组件快速锁紧，穿刺完成后，松开紧固件将针架与夹具组件快速分离，实现快速安装及快速分离夹具组件，并在针架的内腔设置第一平面特征，夹具组件设置第二平面特征，第二平面特征与第一平面特征贴合，从而防止针架与夹具组件装配后相互转动，提高了两者装配的稳定性。
21.5)本发明的进针装置夹具组件设置多组安装位用于穿刺针的定位，保证穿刺针装配的精密度，同时在穿刺时通过固定器将穿刺针与夹具组件固定连接，可有效减少穿刺针在穿刺过程中的晃动问题，当模拟练习穿刺完成时，可使穿刺针与夹具组件快速分离，实现快速安装及快速分离穿刺针。
22.6)本发明的进针装置通过力传感器及气压传感器的联合感应，实现模拟练习时精准识别穿刺针在进针过程中突破黄韧带的信号。
23.7)本发明的穿刺针配准模块在预先设定的磁场坐标系中对穿刺针的位置进行标定，从而实现在模拟练习的穿刺过程中对穿刺针的位置跟踪。
24.8)本发明的穿刺针配准模块通过定位槽和压片的配合设计，使得穿刺针的定位槽可以进行调节，对于穿刺针在校准时精度高，速度快，适配性好，可以匹配不同直径的穿刺针。
25.9)本发明的穿刺针配准模块采用便于操作的结构进行穿刺针的固定和定位，简化了麻醉穿刺机构在穿刺针校准时的定位过程，大大缩短了其校准的时间，且结构简单，使用方便。
26.10)本发明的图像配准模块设有定位板和同位板，定位板的定位转轴板上设有第一锥面，锁紧套设置第二锥面，在第一锥面以及槽口的作用下，锁紧套的第二锥面逐渐收紧，锁紧套抱死转轴，使锁紧套与转轴无法做相对运动，此时第二锥面完全与第一锥面接
触，在锥面摩擦力的作用下，定位转轴板也无法与锁紧套做相对运动，从而达到锁紧目的，并在第一定位板和第二定位板设置不同分布的定位球，定位球特征点会成像到x光片上，通过成像后的特征点，计算出x光片中的像素点的坐标信息，最后通过定位传感器和磁场发生器之间的变换关系以及磁场发生器和c臂形x光机坐标系之间的变换关系，统一系统坐标系，从而实现对模拟手术的精准定位。
27.11)本发明的图像配准模块可通过调节定位板和同位板的角度适用不同体型以及体位的人体模型，具有普遍性，同时设有第一定位板和第二定位板，第一定位板和第二定位板进行同时投影到穿刺区域，定位精度较高，结构简便、体积较小，操作起来较为简单。
28.12)本发明的图像配准模块的定位板设置定位传感器，可用于手眼标定位置对基准点的定位，通过手眼标定大致位置，保证了后续的建立坐标系的精度。
附图说明
29.图1为本发明的麻醉穿刺示意图。
30.图2为本发明的主控装置示意图。
31.图3为本发明的进针装置示意图。
32.图4为图3的半剖示意图。
33.图5为本发明的动力组件、夹具组件和穿刺针装配轴测图。
34.图6为本发明的动力组件、夹具组件和穿刺针装配主视图。
35.图7为本发明的传感器固定座、针架固定座、滑轨和连接滑块装配示意图。
36.图8为本发明的图7半剖的示意图。
37.图9为本发明的夹具组件和穿刺针示意图。
38.图10为本发明的穿刺针配准模块示意图。
39.图11为本发明的穿刺针配准模块、穿刺针以及磁场发生器配准示意图。
40.图12为本发明的穿刺针配准模块、穿刺针以及磁场发生器配准示意图。
41.图13为本发明的图像配准模块示意图。
42.图14为本发明的图像配准模块剖面示意图。
43.图15为本发明的锁紧套示意图。
44.图16为本发明的锁紧套示意图。
45.图中标识：主控装置1、磁场发生器2、穿刺针配准模块3、图像配准模块4、进针装置5、显示器10、置物架11、主机12、底盘支架13、壳体51、动力组件52、夹具组件54、穿刺针9、控制组件55、安装部510、握持部511、支撑面结构513、电机520、滑块521、传感器固定座522、针架固定座523、针架524、滑轨525、连接滑块526、力传感器527、通孔5131、内腔5240、第一平面特征5242、第二平面特征541、紧固件5241、上压块542、下压块543、基座30，定位槽301，压片31，转轴32，压块311，第一定位块33，第二定位块34，磁场发生器2，第一传感器91，第二传感器36，针尖定位孔37，底板35、图像配准模块4、定位板41、同位板42、紧固件44、转轴43、定位球45、校验球46、定位传感器47、定位转轴板411、第一锥面412、第一定位板413、第二定位板414、固定座415、固定孔4151、开孔416、同位转轴板421、锁紧套441、锁紧螺母442、第二锥面443、槽口444。
具体实施方式
46.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
48.本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横向、纵向
……
)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
49.因安装误差等原因，本发明实施例中所指的平行关系可能实际为近似平行关系，垂直关系可能实际为近似垂直关系。
50.实施例一：
51.如图1-16所示，一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备，包括主控装置1、磁定位装置以及进针装置5，磁定位装置包括磁场发生器、穿刺针配准模块和图像配准模块，穿刺针配准模块和图像配准模块位于磁场发生器产生的电磁场区域，穿刺针配准模块和图像配准模块分别与主控装置连接。
52.主控装置1包括显示器10、置物架11、主机12和底盘支架13，底盘支架13作为载体，显示器10、置物架11和主机12分别设置于底盘支架13，底盘支架13设置若干转轮131，通过转轮131方便医生在穿刺间内移动主控装置1；显示器10与主机12连接，显示器10显示和传递可视信息，置物架11用于放置键盘鼠标及进针装置5的临时放置；主机12内设置有电源转换器、路由器及计算机，电源转换器可输送直流电源为进针装置5供电，路由器用于局域网通信，计算机内置控制程序和计算程序，控制程序可指导医生使用设备，计算程序实现图像配准计算，完成穿刺操作。
53.进针装置5包括壳体51、动力组件52、夹具组件54、穿刺针9和控制组件55，动力组件52设置于壳体51，夹具组件54设置于动力组件52，穿刺针9设置于夹具组件54,动力组件52包括电机520，控制组件55与电机520连接，控制组件55控制电机520启闭。
54.如图2所示，壳体51包括安装部510和握持部511，握持部511设置于安装部510，两者构成t形结构，安装部510内部设置安装腔，动力组件52设置于安装腔，安装部510作为动力组件52的载体，握持部511作为握持部件，使医生可以手握装置进行穿刺，使用方便，可操纵性强。安装部510的端面设置支撑面结构513，支撑面结构设置通孔5131，穿刺针9贯穿通孔5131，通孔5131直径大于穿刺针9的外径，优选的，通孔5131直径不小于30mm，穿刺针9和夹具组件54可自由通过通孔5131；穿刺时，支撑面结构513紧贴需要穿刺部位的组织，用于支撑装置的顶紧力，同时抵消穿刺针9突破黄韧带时装置向前的冲量。
55.动力组件52还包括传感器固定座522、针架固定座523、滑轨525和针架524，电机520和滑轨525设置于安装部510的安装腔，滑轨525的长度方向与穿刺针9的穿刺方向平行，
传感器固定座522和针架固定座523分别设置连接滑块526，连接滑块526与滑轨525滑动连接，从而使传感器固定座522和针架固定座523可沿滑轨525滑动，电机520的输出轴上设置滑块521，滑块521与传感器固定座522固设连接，输出轴的轴向与穿刺方向平行，电机520启动时，滑块521沿输出轴的轴向移动，进而带动传感器固定座522沿滑轨525滑动，动力组件52将电机520的旋转扭转装换为穿刺针9的前进推力，输出轴的轴向长度不小于60mm，使夹具组件54的运动行程不小于60mm。
56.动力组件52还包括力力传感器527，力力传感器527实时检测穿刺针9穿刺时受到的轴向力，用于检测穿刺针9穿破黄韧带时阻力突降，力力传感器527位于传感器固定座522和针架固定座523之间，力力传感器527一端与传感器固定座522固设连接，另一端与针架固定座523固设连接，针架524设置于针架固定座523，夹具组件54设置于针架524，从而穿刺针9通过针架524将所受到的阻力传递给力力传感器527，力力传感器527识别到穿刺针9突破黄韧带时的力突变时，力力传感器527将信号传输至控制组件55，控制组件55控制电机520关闭，停止进针，完成穿刺，力力传感器527识别受到的阻力以及力的变化并采集受力数据，控制组件55与主机装置1连接，控制组件55将力力传感器527检测的受力数据传输至主机装置1处理并在显示器10显示，力力传感器527协助医生精准的完成麻醉穿刺，降低因主观判断失误造成的穿刺伤害。
57.动力组件52还包括提示组件，提示组件与力力传感器527连接，力力传感器527识别到穿刺针9突破黄韧带时的力突变时，力力传感器527将信号传输至提示组件，提示组件发出提示信号，提示穿刺成功。
58.针架524设置内腔5240，内腔5240的轴向与穿刺方向平行，夹具组件54设置于内腔5240，内腔5240设置第一平面特征5242，夹具组件54设置第二平面特征541，第二平面特征541与第一平面特征5242贴合，从而防止针架524与夹具组件54装配后相互转动，提高了两者装配的稳定性。
59.针架524设置紧固件5241，穿刺时，紧固件5241将针架524与夹具组件54快速锁紧，穿刺完成后，松开紧固件5241将针架524与夹具组件54快速分离，紧固件5241优选为锁紧螺母。
60.夹具组件54包括上压块542、下压块543和固定器，上压块542和下压块543铰接，实现开合，上压块542和下压块543设置与穿刺针9配合的安装位，使穿刺针9精密的装配至夹具组件54，穿刺针9安装后，将上压块542和下压块543合拢，固定器将上压块542和下压块543锁紧，可有效减少穿刺针9在穿刺过程中的晃动问题，当穿刺完成时，取出固定器将上压块542和下压块543打开，可使穿刺针9与夹具组件54快速分离，固定器优选为螺钉。
61.进针装置5还包括气压传感器，气压传感器实时检测穿刺过程中的气压数据，检测穿刺针9穿破黄韧带后的气压变化，若穿刺针9刺入硬膜外腔，气压传感器检测到负压，气压传感器与控制组件55连接，气压传感器将气压数据传输至控制组件55处理，控制组件55与主机装置1连接，并在显示器10显示气压数据，控制组件55对采集的力和气压数据进行分析，控制动力组件的运动，当检测到穿刺针穿破黄韧带时，动力组件停止运动，医生根据气压数据进一步判断当前麻醉穿刺针的位置，从而可精准识别穿刺针9突破黄韧带。
62.本实施例中的进针装置5也可采用手动进针装置，手动进针装置包括传动组件、夹具组件和穿刺针，夹具组件设置于传动组件，穿刺针设置于夹具组件，传动组件包括转轮，
转轮的运动状态控制穿刺针进针或退针，手动进针装置还包括检测组件，检测组件包括扭矩传感器、编码器和报警器，传动组件还包括蜗杆、齿轮和丝杆，蜗杆与进针装置的壳体转动连接，扭矩传感器位于转轮和蜗杆之间，转轮和蜗杆分别固设在传感器的两侧，编码器设置于蜗杆，丝杆与壳体转动连接，齿轮设置于丝杆，齿轮与蜗杆啮合连接，手动进针装置通过扭矩传感器、编码器和报警器可以实时监测进针的阻力变化，实现快速、精确地提示医生穿刺针突破黄韧带，在此不作赘述。
63.磁定位装置包括磁场发生器2、穿刺针配准模块3和图像配准模块4，磁场发生器2、穿刺针配准模块3和图像配准模块4分别与主机12连接，实现信号传输以及位置关系的计算，磁场发生器2可发送交变的电磁场，当磁场中有配对的磁传感器，设备可以计算出该传感器在以磁场发生器2为坐标原点的空间笛卡尔坐标系中的坐标值；穿刺针配准模块3和图像配准模块4利用自身设定的特征点与自带磁传感器的已知位置关系，将该特征点的空间坐标值赋于接触物或已知位置关系的元素。
64.穿刺针配准模块3包括定位结构,定位结构包括基座30、压片31和底板35，基座30设置定位槽301，定位槽301将穿刺针9部分或全部置入，定位槽301具有一定的长度和宽度，能够让穿刺针9平整被放入其中，定位槽优选采用v型槽，v型槽的底部具有一个较小的平面，其尺寸和穿刺针的直径匹配，使穿刺针能够被固定在v型槽底部。
65.基座30包括第一定位块33和第二定位块34，第一定位块33和第二定位块34可以拼合在一起形成基座30整体，并且第一定位块33和第二定位块34各自具有一个斜面，它们拼合在一起之后，可以在中部形成用于置入穿刺针的v型槽。
66.压片31设置于基座30，压片31和基座30通过转轴32(或铰链)转动连接，压片31设有与定位槽301形状匹配的压块311，压块311可以是和定位槽301一体制成的，压块311的形状略小于定位槽301的内部空间，从而在压片31将定位槽301盖合并挤压固定置入其中的穿刺针9时，压块311压住置入定位槽内的穿刺针，穿刺针在压片31和压块311的作用下，能够平稳地被固定在定位槽301内，不会左右或者前后晃动，也不会摆动，优选的，压片31的自由端具有向上翘起的拨动部位，便于压片的开启。
67.基座30设置于底板35的一侧，底板35还设置第二传感器36和针尖定位孔37，第二传感器36优选为磁传感器，针尖定位孔37位于第二传感器36和基座30之间，优选的针尖定位孔37设置为一个锥形孔，用于定位穿刺针9针尖的位置。
68.穿刺针配准模块3实施过程中，磁场发生器2发送交变的电磁场，穿刺针9设置配准传感器91，配准传感器91优选为磁传感器，配准传感器91和穿刺针配准模块3的第二传感器36构成定位配准传感器，定位配准传感器位于磁场发生器2产生的电磁场，定位结构放置于磁场发生器2的有效范围内，使用时将穿刺针9的针尖与针尖定位孔37接触，记录数据；再将穿刺针9设置于定位槽301，记录数值，根据设定的针尖定位孔37以及配准传感器91的位置，标定穿刺针9的针尖原点位置以及穿刺针9的运动路径。穿刺针9的位置通过穿刺针配准模块3以及磁场发生器2进行针尖配准。
69.图像配准模块4包括定位板41、同位板42、紧固件44和定位球45，定位板41、同位板42通过转轴43转动连接，紧固件44锁紧或放松定位板41和同位板42，定位板41或/和同位板42设置为双层结构，定位球45设置于定位板41和同位板42。
70.定位板41设置定位转轴板411，定位转轴板411与转轴43转动连接，同位板42设置
同位转轴板421，同位转轴板421与转轴43转动连接，根据图13的视觉角度，定位转轴板411与转轴43转动连接的部位位于同位转轴板421与转轴43转动连接的部位之间。
71.紧固件44包括锁紧套441和锁紧螺母442，锁紧套441套设于转轴43的外表面，锁紧套441位于同位转轴板421与转轴43之间，且锁紧套441延伸至定位转轴板411，锁紧螺母442与转轴43螺纹连接，锁紧螺母442旋紧时会推动锁紧套441沿转轴43朝定位转轴板411移动，直至锁紧定位转轴板411和同位转轴板421，使两者无法做相对运动。
72.本实施例中定位转轴板411内设置第一锥面412，第一锥面412形成第一锁紧空间。
73.锁紧套441朝向定位转轴板411的一端设置第二锥面443，第二锥面443设置槽口444，第一锥面412和第二锥面443锥度相配，锁紧螺母442旋紧时，锁紧套441进入第一锁紧空间，在第一锥面412以及槽口444的作用下，锁紧套441的第二锥面443逐渐收紧，锁紧套441抱死转轴43，使锁紧套44与转轴43无法做相对运动，此时第二锥面443完全与第一锥面412接触，在锥面摩擦力的作用下，定位转轴板411也无法与锁紧套441做相对运动，从而达到锁紧目的。
74.定位板41和同位板42通过同位转轴板421、定位转轴板411以及紧固件44的配合来调节定位板41和同位板42的角度，从而使图像配准模块4适合不同体型以及不同体位的患者，增加了图像配准模块4的适配性。
75.至少定位板41和同位板42其中之一设置为双层结构，本实施例中，定位板41和同位板42结构相同，均设为双层结构，以下以定位板41为例进行说明，定位板41包括双层板和固定座组件，双层板包括第一定位板413和第二定位板414，固定座组件包括两组固定座415，根据图13的视觉角度，第一定位板413和第二定位板414在水平方向平行设置，两组固定座415在竖直方向平行设置，第一定位板413和第二定位板414分别与两组固定座415连接，形成框型结构，一组固定座415与定位转轴板411连接，另一组固定座415设置穿孔。
76.第一定位板413或第二定位板414设置开孔416，开孔416设置在远离定位转轴板411的第一定位板413或第二定位板414，开孔416内设有定位传感器47，定位传感器47为磁性传感器，通过磁性传感器进行手眼标定位置对基准点的定位。
77.本实施例中，第二定位板414设置在图像配准模块4的内侧，内侧指靠近穿刺部位的这一侧。
78.第一定位板413和第二定位板414间的间距为30-60mm。
79.固定座415设为矩形结构，固定座415设置固定孔4151，固定孔4151用于将图像配准模块4与病床固定，可以通过绑带穿过固定孔4151将图像配准模块4与病床固定。
80.定位球45分别设置在第一定位板413和第二定位板414，优选的，定位球45呈三角形排布，定位球45的数量优选为3个，定位球45采用陶瓷球或光珠球，陶瓷球或光珠球具有圆度，透视深度更好，能够更清晰的投射到穿刺区域内。
81.设置在第二定位板414的定位球45的直径大于设置在第一定位板413上的定位球45的直径，优选的，设置在第一定位板413上的定位球45的直径范围在2-4mm，设置在第二定位板414上的定位球45的直径范围4-8mm。
82.设置在第一定位板413上的定位球45与设置在第二定位板414上的定位球45的排布位置不同，便于提取不同的特征。
83.第一定位板413和第二定位板414上均设有校验球46，校验球46的尺寸和所在同一
平面上的定位球45的尺寸一致，校验球46用于校验双层板所在的平面能否投影到穿刺区域。
84.校验球46可以随意设置在第一定位板413和第二定位板414上，随意设置更能验证结果，使投影的数据更为准确。
85.校验球46采用陶瓷球或光珠球，陶瓷球或光珠球具有圆度，透视深度更好，能够更清晰的投射到穿刺区域内。
86.图像配准模块4实施过程中，锁紧螺母442旋紧时，锁紧套441进入第一锁紧空间，在第一锥面412以及槽口444的作用下，锁紧套441的第二锥面443逐渐收紧，锁紧套441抱死转轴43，使锁紧套44与转轴43无法做相对运动，此时第二锥面443完全与第一锥面412接触，在锥面摩擦力的作用下，定位转轴板411也无法与锁紧套441做相对运动，从而达到锁紧目的，然后用绑带穿过固定座12上的固定孔121，将绑带固定在病床上，防止图像配准模块4移动；然后，定位球特征点会成像到x光片上，通过成像后的特征点，计算出x光片中的像素点的坐标信息，最后通过定位传感器和磁场发生器之间的变换关系以及磁场发生器和c臂形x光机坐标系之间的变换关系，统一系统坐标系，从而实现对模拟手术的精准定位。
87.可视化麻醉穿刺设备与医院辅助设备中的c臂形x光机配合使用，c臂形x光机包括接收器，c臂形x光机对准图像配准模块4及人体模型的穿刺区域拍片，c臂形x光机的接收器将x光片传输至主控装置1，图像配准模块4的定位球45特征点会成像到x光片上，通过成像后的特征点，计算出x光片中的像素点的坐标信息，当有配准后的穿刺针进入磁场，根据位置关系，将穿刺的图像映射到x光片的图片上，实现穿刺导航。
88.可视化麻醉穿刺设备还与医院辅助设备中的ct机配合使用，主机装置1对将ct机扫描获得的数据重建为3d图像模型，并进行后处理计算，得到定位球45在穿刺区域3d图像模型中的位置坐标，主机装置1通过穿刺区域3d图像模型与2d的x光片图像进行图像的配准。
89.可视化麻醉穿刺设备的实施过程如下：
90.穿刺前，人体模型设置于待模拟练习区域，可视化麻醉穿刺设备移动到设定的位置并开机，将图像配准模块4放置到人体模型穿刺区域的设定位置，并固定磁场发生器2，使穿刺区域在磁场范围内，移动c臂形x光机，使光源对准图像配准模块4及穿刺区域拍照部位，完成拍片后将影像传输给主控装置1，主控装置1收到影像图片后，移走c臂形x光机，主控装置1内的控制程序将影像通过图片中图像配准模块4的特征点转换成具有坐标值的图像，再将穿刺针9放置在磁场区域内，通过穿刺针配准模块3以及磁场发生器2进行针尖配准，标定穿刺针9的针尖原点位置以及穿刺针9的进针方向，将进针装置5前端定在穿刺区域需要进针的部位，按下开关启动电源，医生根据显示器10实时显示的进针图像、力传感器以及气压传感器数据，监控进针过程。当穿刺针突破黄韧带，力传感器测量到力的突降，进针装置5中的控制组件55控制进针停止，显示器10显示当前穿刺针9的位置及是否检测到负压。
91.本技术还提供了一种基于磁感应定位的可视化麻醉穿刺设备的使用方法，基于上述的麻醉穿刺设备，包括以下步骤：
92.步骤1：麻醉穿刺设备移动到设定位置并开机，固定磁场发生器2，使穿刺区域在磁场范围内；
93.步骤2：主控装置1接收拍摄的x光片；c臂形x光机的光源对准图像配准模块4及穿刺区域并拍照，完成拍片后将x光片传输给主控装置1；
94.步骤3：主控装置1进行图像配准计算并显示配准结果；
95.步骤4：穿刺针配准模块3标定穿刺针9的针尖坐标及针轴方向；
96.步骤5：穿刺针9根据主控装置1显示的图像对穿刺进行导航，力传感器检测的力是否突降，气压传感器是否检测到负压，若是，进针装置5停止进针，结束步骤，若否，进针装置5继续进针。
97.步骤3中图像配准模块4的定位球45作为特征点，利用特征点与定位传感器47的已知位置关系，将该特征点的空间坐标值赋于接触物或已知位置关系的元素，定位球45为已知点，定位球45与定位传感器47的位置已知，因此定位球45在定位传感器47坐标系下的空间点位置已知，该位置坐标设为p
d-ball
，通过磁导航系统，以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系与以图像配准模块4中定位传感器47为坐标原点的坐标系间的变换关系，该变换关系记为t1，根据投影变换原理，计算以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系与c臂形x光机坐标系间的变换关系，该变换关系记为t2，主机装置1对将x光片图像进行处理计算，计算x光片图像中定位球45在磁场中的位置坐标p
2d-ball
，
98.p
2d-ball
＝a x t2 x t1 xp
d-ball
；
99.p
d-ball
通过麻醉穿刺设备标定为已知数据，a是c臂形x光机光源的内参矩阵为已知数据，t1设为以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系与以图像配准模块4中定位传感器47为坐标原点的坐标系间的变换关系，通过磁导航系统获取为已知数据，磁导航系统常规方法获取t1，在此不作赘述，t2为根据投影变换原理通过常规公式求解出的最优解，在此不作赘述。
100.主机装置1对将ct机扫描获得的数据重建为3d图像模型，并进行后处理计算，定位球45在穿刺区域3d图像模型中的位置坐标设为p
3d-ball
，
101.p
3d-ball
＝a xt3x t2 x t1 xp
d-ball
；
102.t3为c臂形x光机坐标系与ct坐标系间的变换关系，t3根据drr原理通过常规的迭代计算相似度求解出的最优解，在此不作赘述。
103.通过t2和t3可统一系统坐标系，计算以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系和ct坐标系间的变换关系t4，t4＝t3x t2，通过t4实时将穿刺针9在磁场空间中位置坐标信息统一到ct坐标系下，与穿刺区域信息融合，使医生实时了解穿刺针9与穿刺区域间的相互关系,从而使医生在进针前在穿刺区域3d模型或2d图片上标记进针点及进针通道，实现进针点的定位及进针方案的确认，实现针尖移动的可视化，使医生实时观测针尖的位置及进针的方向。
104.步骤4中穿刺针配准模块3标定穿刺针9进针方向时将定位结构放置于磁场发生器2的有效范围内，穿刺针9放置在定位结构的定位槽301并通过压片31进行挤压固定，穿刺针9设置配准传感器91，配准传感器91相对定位结构的第二传感器36确认标记点一
mt
p
v1
，将
mt
p
v1
标定为穿刺针9的针头；再将穿刺针9转换轴向位置用相同方法固定，确认标记点二
mt
p
v2
，将
mt
p
v2
标定为穿刺针9的针尾，标记点一
mt
p
v1
和标记点二
mt
p
v2
确认一条轴线，该轴线为穿刺针9的针轴方向。
105.步骤4中穿刺针配准模块3标定穿刺针9的针尖位置时将定位结构放置于磁场发生
器2的有效范围内，针尖定位孔37在以第二传感器36为坐标原点的坐标系下的空间位置是已知的，设为
mt
p
孔
，进行针尖标定时，校准穿刺针9的针尖对准针尖定位孔37，并读取以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系与以定位结构的第二传感器36为坐标原点的坐标系间的变换关系以及以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系与以穿刺针9的配准传感器91为坐标原点的坐标系间的变换关系，分别记为t4，t5；
106.得到当前针尖定位孔37在以磁场发生器2为坐标原点的磁场坐标系的空间位置mp
孔
，
107.m
p
孔
＝t4 x mt
p
孔
；
108.根据公式mp
孔
得到当前针尖定位孔37在以配准传感器91为坐标原点的坐标系的空间位置
t
p
孔
，
109.t
p
孔
＝t5 x m
p
孔
＝t5 xt4 x mt
p
孔
；
110.同理得到标记点一在以配准传感器91为坐标原点的坐标系的空间位置
t
p
v1
，
111.t
p
v1
＝t5x t4 x mt
p
v1
；
112.同理得到标记点二在以配准传感器91为坐标原点的坐标系的空间位置
t
p
v2
，
113.t
p
v2
＝t5x t4 x mt
p
v2
；
114.根据上述可知标记点一和标记点二在以配准传感器91为坐标原点的坐标系下的矢量值，从而完成针尖的原点标定和针轴方向的标定。
115.显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。