CN105054999A - 一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 - Google Patents
一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105054999A CN105054999A CN201510507773.3A CN201510507773A CN105054999A CN 105054999 A CN105054999 A CN 105054999A CN 201510507773 A CN201510507773 A CN 201510507773A CN 105054999 A CN105054999 A CN 105054999A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- puncture
- pitch
- head
- yaw
- cos
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
- A61B17/3403—Needle locating or guiding means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
- A61B17/3494—Trocars; Puncturing needles with safety means for protection against accidental cutting or pricking, e.g. limiting insertion depth, pressure sensors
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pathology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
一种改进的颅内穿刺导向方法,包括如下步骤:1)穿刺规划导航,1.1)加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型,同时加载测量角度修正数据;1.2)设置基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;1.3):设置靶点和进入点,计算出靶点和进入点组成的穿刺路径的长度及其与基准参考平面之间的夹角;通过角度修正数据进行修正,得到最终计划穿刺角度和深度;2)穿刺实施;所述步骤1.3)中,当头颅坐标系与地面坐标系不一致时,头部坐标系与地面坐标系的配准采用基于陀螺仪输出数据的点配准方法,自动计算出配准后穿刺路径与基准参考平面的夹角。以及提供一种改进的颅内穿刺导向装置。本发明实施简单、便于操作,便于临床应用。
Description
技术领域
本发明涉及颅内穿刺导向方法及装置,用于颅内穿刺手术,属于医疗器械技术领域,能使导向***在临床应用中更实用、方便。
背景技术
颅内穿刺是治疗高血压性脑出血引起的颅内血肿的有效手术方式之一。与开颅手术相比,穿刺治疗脑出血具有创伤小,安全可靠,操作简单,价格较低等特点,应用日益广泛。然而,穿刺方向角度和穿刺深度往往需要凭借医生的经验来确定,受人为因素的影响较大,因此,实施穿刺手术往往需要借助一些价格昂贵,使用繁琐的导航设备,并且还需要在病人头部安装框架来达到定位和导向的目的,增加了病人的痛苦。
现有的颅内穿刺辅助导向***,借助陀螺仪进行颅内穿刺的方法。该方法首先基于CT或核磁共振图像,确定基准坐标系,以及穿刺路径与基准坐标系形成的夹角;随后,借助陀螺仪测定穿刺探针在空间中的角度;最后,借助计算机软件辅助,使穿刺探针沿着预设的角度进入头颅,实施穿刺。但是,该方法要求所建立的病人头颅坐标系与地面坐标系一致,当血肿出现在不利于手术穿刺操作的位置时,若仍按照此方法把病人头部摆放在与地面坐标系一致的位置,则不利于医生实施手术,增加了手术操作的难度,造成该方法在临床应用上的局限性。
发明内容
为了克服已有颅内穿刺辅助导向方式的要求病人头颅坐标系与地面坐标系一致、实施复杂、不便于操作的不足,本发明提供一种通过补偿头颅坐标系与地面坐标系间的角度差完成两个坐标系的匹配、实施简单、便于操作的改进的颅内穿刺导向方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种改进的颅内穿刺导向方法,所述导向方法包括如下步骤:
1)穿刺规划导航
1.1)加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型,同时加载测量角度修正数据;
1.2):设置基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;
1.3):设置靶点和进入点,计算出靶点和进入点组成的穿刺路径的长度及其与基准点确定的基准参考平面之间的夹角;通过角度修正数据进行修正,得到最终计划穿刺角度和深度;
2)穿刺实施
2.1):陀螺仪获取三维空间姿态,输出穿刺装置与实际物理坐标系的夹角。
2.2):调整穿刺装置,使陀螺仪的输出与计划穿刺角度一致;
2.3):保持穿刺装置姿态不变,实施穿刺。
所述步骤1.3)中,在计算穿刺路径与基准参考面的夹角过程中,当头颅坐标系与地面坐标系不一致时,头部坐标系与地面坐标系的配准采用基于陀螺仪输出数据的点配准方法,自动计算出配准后穿刺路径与基准参考平面的夹角,即根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺角度。
进一步,所述步骤1.3)中,配准方法包括如下步骤:
1.3.1)在头颅纵轴垂直于地面时,确定头部姿态值,首先在额头处放置一个陀螺仪,将陀螺仪与头颅纵轴线比对,当两者平行时,读取陀螺仪yaw值读数,作为头颅的初始yaw值,记为yaw_init;其次,测出头颅的初始pitch值,记为pitch_init;当头部纵轴线与地面垂直时roll_init为零度;头部姿态值为(yaw_init,pitch_init,roll_init),陀螺仪此时的姿态值为(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init);
1.3.2)头部转动到适合手术位置时,得到陀螺仪新的数据记为yaw_gyro_new,pitch_gyro_new,roll_gyro_new;
根据陀螺仪的两种姿态值,得到头颅坐标系绕Z轴的旋转量:
deltaRoll=roll_gyro_new-roll_init①
把姿态值通过函数关系映射到坐标点上,函数如下:
x=cos(yaw)*cos(pitch)
y=sin(pitch)②
z=cos(pitch)*sin(yaw)
根据公式②和头部姿态值(yaw_init,pitch_init,roll_init)、陀螺仪的姿态值(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init)分别得到头部纵轴垂直于地面时的坐标点(x1,y1,z1)和陀螺仪的坐标点(x2,y2,z2);
在三维空间中,旋转通过三个欧拉角来定义,在右手笛卡尔坐标中的绕Z轴主动旋转矩阵表达为:
式中θ表示绕Z轴的旋转量,把公式①的结果值代入公式③中得到矩阵Rdr,把坐标点(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)分别左乘Rdr,分别得到坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4),计算yaw、pitch值的函数为:
cosYaw=dot((x,y,z),(1,0,0))/norm((x,y,z))
cosPitch=dot((x,y,z),(0,1,0))/norm((x,y,z))
④
yaw=180-arccos(cosYaw)
pitch=90-arccos(cosPitch)
将坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)分别代入公式④,式中dot()、norm()分别是求向量的数量积、向量的模的函数,使用向量的数量积和模运算分别计算出头部航向、俯仰坐标值(yaw_1,pitch_1)、陀螺仪航向、俯仰坐标值(yaw_2,pitch_2);绕Z轴旋转过后,陀螺仪与头颅在yaw、pitch方向上的变化是一致的,通过公式⑤运算得到偏转后头部的航向、俯仰姿态值:
delta1=yaw_gyro_new-yaw_2
delta2=pitch_gyro_new-pitch_2
⑤
yaw_new=delta1+yaw_1
pitch_new=delta2+pitch_1
此时头颅偏转后航向、俯仰方向上姿态值为(yaw_new,pitch_new),步骤3.1.1)中记录的头部初始航向、俯仰姿态值为(yaw_init,pitch_init),头颅坐标系航向、俯仰的旋转量是两种姿态值的差值为:
deltaYaw=yaw_new-yaw_init
⑥
deltaPitch=pitch_new-pitch_init
上式中(deltaYaw,deltaPitch)即为头颅在yaw和pitch方向的旋转变化量,因为陀螺仪与头颅绕Z轴的旋转量一致,所以deltaRoll的值直接取陀螺仪的绕Z轴的变化值,根据公式①,得到deltaRoll;基于三个方向旋转量(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll),对所有的基准点、进入点、靶点进行空间坐标变换,坐标变换矩阵函数表示为:
其中α,β,γ分别表示yaw、pitch、roll三个方向上的旋转量,把(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll)代入公式⑦得到空间变换矩阵M,将初始头颅的基准点、靶点和进入点分别左乘矩阵M得到头颅旋转后基准点、靶点和进入点的新位置,建立新基准参考平面。
再进一步,所述步骤2.3)中,将穿刺针刺入颅内,同时配合穿刺针表面的刻度和显示的计划穿刺深度,将穿刺针刺入相应的深度,以完成穿刺手术。
一种改进的颅内穿刺导向装置,所述装置包括穿刺规划导航子***和穿刺装置子***,其中,所述穿刺规划导航子***包括:
计算模块,用于加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型;设定基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;设置靶点和进入点,计算靶点和进入点组成的穿刺路径的长度,根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺路径的长度及其与基准参考平面之间的夹角;
第一通信模块,用于采用无线传输的方式,接收从陀螺仪发送的穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角;
所述穿刺装置子***包括:
角度测量模块,用于通过陀螺仪确定穿刺装置的三维空间姿态,实时输出穿刺装置与物理空间参考平面之间的夹角。
第二通信模块:用于采用无线传输的方式,发送穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角。
进一步,所述穿刺规划导航子***还包括:数据显示提示模块:用于显示角度测量模块获取的实时角度信息,从计算模块处获取的计划穿刺角度信息及两者的角度差,同时,根据接收的数据虚拟手术器械,跟踪显示手术器械和病灶的空间位置关系,并通过图形箭头辅助医生将穿刺装置调节到相应的姿态。
再进一步,所述穿刺装置子***还包括:带有刻度的穿刺针,用于在穿刺装置到达确定的穿刺姿态之后实施穿刺手术,通过穿刺针表面的刻度与所需穿刺深度比较,从而达到计划的穿刺深度。
本发明的技术构思为:在原有方法基础上,通过补偿头颅坐标系与地面坐标系间的角度差完成两个坐标系的匹配,能使导向***在临床应用中更实用和方便。
本发明的有益效果主要表现在:设计合理,实施简单,精度可靠,使用软件辅助计算,易于操作,改进了颅内穿刺辅助导向***,便于临床应用。
附图说明
图1是改进的颅内穿刺导向***的结构示意图。
图2是穿刺规划导航子***示意图。
图3是本发明穿刺装置子***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1~图3,一种改进的颅内穿刺导向方法,所述导向方法包括如下步骤:
1)穿刺规划导航
1.1)加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型,同时加载测量角度修正数据;
1.2):设置基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;
1.3):设置靶点和进入点,计算出靶点和进入点组成的穿刺路径的长度及其与基准点确定的基准参考平面之间的夹角;通过角度修正数据进行修正,得到最终计划穿刺角度和深度;
2)穿刺实施
2.1):陀螺仪获取三维空间姿态,输出穿刺装置与实际物理坐标系的夹角。
2.2):调整穿刺装置,使陀螺仪的输出与计划穿刺角度一致;
2.3):保持穿刺装置姿态不变,实施穿刺。
所述步骤1.3)中,在计算穿刺路径与基准参考面的夹角过程中,当头颅坐标系与地面坐标系不一致时,头部坐标系与地面坐标系的配准采用基于陀螺仪输出数据的点配准方法,自动计算出配准后穿刺路径与基准参考平面的夹角,即根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺角度。
进一步,所述步骤1.3)中,配准方法包括如下步骤:
1.3.1)在头颅纵轴垂直于地面时,确定头部姿态值,首先在额头处放置一个陀螺仪,将陀螺仪与头颅纵轴线比对,当两者平行时,读取陀螺仪yaw值读数,作为头颅的初始yaw值,记为yaw_init;其次,测出头颅的初始pitch值,记为pitch_init;当头部纵轴线与地面垂直时roll_init为零度;头部姿态值为(yaw_init,pitch_init,roll_init),陀螺仪此时的姿态值为(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init);
1.3.2)头部转动到适合手术位置时,得到陀螺仪新的数据记为yaw_gyro_new,pitch_gyro_new,roll_gyro_new;
根据陀螺仪的两种姿态值,得到头颅坐标系绕Z轴的旋转量:
deltaRoll=roll_gyro_new-roll_init①
把姿态值通过函数关系映射到坐标点上,函数如下:
x=cos(yaw)*cos(pitch)
y=sin(pitch)②
z=cos(pitch)*sin(yaw)
根据公式②和头部姿态值(yaw_init,pitch_init,roll_init)、陀螺仪的姿态值(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init)分别得到头部纵轴垂直于地面时的坐标点(x1,y1,z1)和陀螺仪的坐标点(x2,y2,z2);
在三维空间中,旋转通过三个欧拉角来定义,在右手笛卡尔坐标中的绕Z轴主动旋转矩阵表达为:
式中θ表示绕Z轴的旋转量,把公式①的结果值代入公式③中得到矩阵Rdr,把坐标点(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)分别左乘Rdr,分别得到坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4),计算yaw、pitch值的函数为:
cosYaw=dot((x,y,z),(1,0,0))/norm((x,y,z))
cosPitch=dot((x,y,z),(0,1,0))/norm((x,y,z))
④
yaw=180-arccos(cosYaw)
pitch=90-arccos(cosPitch)
将坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)分别代入公式④,式中dot()、norm()分别是求向量的数量积、向量的模的函数,使用向量的数量积和模运算分别计算出头部航向、俯仰坐标值(yaw_1,pitch_1)、陀螺仪航向、俯仰坐标值(yaw_2,pitch_2);绕Z轴旋转过后,陀螺仪与头颅在yaw、pitch方向上的变化是一致的,通过公式⑤运算得到偏转后头部的航向、俯仰姿态值:
delta1=yaw_gyro_new-yaw_2
delta2=pitch_gyro_new-pitch_2
⑤
yaw_new=delta1+yaw_1
pitch_new=delta2+pitch_1
此时头颅偏转后航向、俯仰方向上姿态值为(yaw_new,pitch_new),步骤3.1.1)中记录的头部初始航向、俯仰姿态值为(yaw_init,pitch_init),头颅坐标系航向、俯仰的旋转量是两种姿态值的差值为:
deltaYaw=yaw_new-yaw_init
⑥
deltaPitch=pitch_new-pitch_init
上式中(deltaYaw,deltaPitch)即为头颅在yaw和pitch方向的旋转变化量,因为陀螺仪与头颅绕Z轴的旋转量一致,所以deltaRoll的值直接取陀螺仪的绕Z轴的变化值,根据公式①,得到deltaRoll;基于三个方向旋转量(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll),对所有的基准点、进入点、靶点进行空间坐标变换,坐标变换矩阵函数表示为:
其中α,β,γ分别表示yaw、pitch、roll三个方向上的旋转量,把(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll)代入公式⑦得到空间变换矩阵M,将初始头颅的基准点、靶点和进入点分别左乘矩阵M得到头颅旋转后基准点、靶点和进入点的新位置,建立新基准参考平面。
再进一步,所述步骤2.3)中,将穿刺针刺入颅内,同时配合穿刺针表面的刻度和显示的计划穿刺深度,将穿刺针刺入相应的深度,以完成穿刺手术。
一种改进的颅内穿刺导向装置,所述装置包括穿刺规划导航子***和穿刺装置子***,其中,所述穿刺规划导航子***包括:
计算模块,用于加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型;设定基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;设置靶点和进入点,计算靶点和进入点组成的穿刺路径的长度,根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺路径的长度及其与基准参考平面之间的夹角;
第一通信模块,用于采用无线传输的方式,接收从陀螺仪发送的穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角;
所述穿刺装置子***包括:
角度测量模块,用于通过陀螺仪确定穿刺装置的三维空间姿态,实时输出穿刺装置与物理空间参考平面之间的夹角。
第二通信模块:用于采用无线传输的方式,发送穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角。
进一步,所述穿刺规划导航子***还包括:数据显示提示模块:用于显示角度测量模块获取的实时角度信息,从计算模块处获取的计划穿刺角度信息及两者的角度差,同时,根据接收的数据虚拟手术器械,跟踪显示手术器械和病灶的空间位置关系,并通过图形箭头辅助医生将穿刺装置调节到相应的姿态。
再进一步,所述穿穿刺装置子***还包括:带有刻度的穿刺针,用于在穿刺装置到达确定的穿刺姿态之后实施穿刺手术,通过穿刺针表面的刻度与所需穿刺深度比较,从而达到计划的穿刺深度。
如图1所示,本实施例的改进的颅内穿刺引导装置包括辅助计算穿刺角度、深度和实时引导的穿刺规划导航子***(如图2所示)和用以实施穿刺手术的穿刺装置子***(如图3所示)。其中,穿刺规划导航子***包括计算模块,通信模块和数据显示提示模块,计算模块用以加载头颅扫描图像序列,角度修正数据,以计算穿刺角度和深度;通信模块通过无线传输将控制命令传输到穿刺装置中的陀螺仪中并接收实时数据;数据显示提示模块显示数据,跟踪显示手术器械并通过图形箭头提示调节装置到相应的姿态。穿刺装置子***包括角度测量模块,通信模块和带有刻度的穿刺针,分别用以获取实时角度信息,发送实时数据和辅助确定深度。
Claims (6)
1.一种改进的颅内穿刺导向方法,所述导向方法包括如下步骤:
1)穿刺规划导航
1.1)加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型,同时加载测量角度修正数据;
1.2):设置基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;
1.3):设置靶点和进入点,计算出靶点和进入点组成的穿刺路径的长度及其与基准点确定的基准参考平面之间的夹角;通过角度修正数据进行修正,得到最终计划穿刺角度和深度;
2)穿刺实施
2.1):陀螺仪获取三维空间姿态,输出穿刺装置与实际物理坐标系的夹角。
2.2):调整穿刺装置,使陀螺仪的输出与计划穿刺角度一致;
2.3):保持穿刺装置姿态不变,实施穿刺;
其特征在于:所述步骤1.3)中,在计算穿刺路径与基准参考面的夹角过程中,当头颅坐标系与地面坐标系不一致时,头部坐标系与地面坐标系的配准采用基于陀螺仪输出数据的点配准方法,自动计算出配准后穿刺路径与基准参考平面的夹角,即根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺角度。
2.如权利要求1所述的一种改进的颅内穿刺导向方法,其特征在于:所述步骤1.3)中,配准方法包括如下步骤:
1.3.1)在头颅纵轴垂直于地面时,确定头部姿态值,首先在额头处放置一个陀螺仪,将陀螺仪与头颅纵轴线比对,当两者平行时,读取陀螺仪yaw值读数,作为头颅的初始yaw值,记为yaw_init;其次,测出头颅的初始pitch值,记为pitch_init;当头部纵轴线与地面垂直时roll_init为零度;头部姿态值为(yaw_init,pitch_init,roll_init),陀螺仪此时的姿态值为(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init);
1.3.2)头部转动到适合手术位置时,得到陀螺仪新的数据记为yaw_gyro_new,pitch_gyro_new,roll_gyro_new;
根据陀螺仪的两种姿态值,得到头颅坐标系绕Z轴的旋转量:
deltaRoll=roll_gyro_new-roll_init①
把姿态值通过函数关系映射到坐标点上,函数如下:
x=cos(yaw)*cos(pitch)
y=sin(pitch)②
z=cos(pitch)*sin(yaw)
根据公式②和头部姿态值(yaw_init,pitch_init,roll_init)、陀螺仪的姿态值(yaw_gyro_init,pitch_gyro_init,roll_gyro_init)分别得到头部纵轴垂直于地面时的坐标点(x1,y1,z1)和陀螺仪的坐标点(x2,y2,z2);
在三维空间中,旋转通过三个欧拉角来定义,在右手笛卡尔坐标中的绕Z轴主动旋转矩阵表达为:
式中,θ表示绕Z轴的旋转量,把公式①的结果值代入公式③中得到矩阵Rdr,把坐标点(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)分别左乘Rdr,分别得到坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4),计算yaw、pitch值的函数为:
cosYaw=dot((x,y,z),(1,0,0))/norm((x,y,z))
cosPitch=dot((x,y,z),(0,1,0))/norm((x,y,z))
④
yaw=180-arccos(cosYaw)
pitch=90-arccos(cosPitch)
将坐标点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)分别代入公式④,式中dot()、norm()分别是求向量的数量积、向量的模的函数,使用向量的数量积和模运算分别计算出头部航向、俯仰坐标值(yaw_1,pitch_1)、陀螺仪航向、俯仰坐标值(yaw_2,pitch_2);绕Z轴旋转过后,陀螺仪与头颅在yaw、pitch方向上的变化是一致的,通过公式⑤运算得到偏转后头部的航向、俯仰姿态值:
delta1=yaw_gyro_new-yaw_2
delta2=pitch_gyro_new-pitch_2
⑤
yaw_new=delta1+yaw_1
pitch_new=delta2+pitch_1
此时头颅偏转后航向、俯仰方向上姿态值为(yaw_new,pitch_new),步骤3.1.1)中记录的头部初始航向、俯仰姿态值为(yaw_init,pitch_init),头颅坐标系航向、俯仰的旋转量是两种姿态值的差值为:
deltaYaw=yaw_new-yaw_init
⑥
deltaPitch=pitch_new-pitch_init
上式中(deltaYaw,deltaPitch)即为头颅在yaw和pitch方向的旋转变化量,因为陀螺仪与头颅绕Z轴的旋转量一致,所以deltaRoll的值直接取陀螺仪的绕Z轴的变化值,根据公式①,得到deltaRoll;基于三个方向旋转量(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll),对所有的基准点、进入点、靶点进行空间坐标变换,坐标变换矩阵函数表示为:
其中α,β,γ分别表示yaw、pitch、roll三个方向上的旋转量,把(deltaYaw,deltaPitch,deltaRoll)代入公式⑦得到空间变换矩阵M,将初始头颅的基准点、靶点和进入点分别左乘矩阵M得到头颅旋转后基准点、靶点和进入点的新位置,建立新基准参考平面。
3.如权利要求1或2所述的一种改进的颅内穿刺导向方法,其特征在于:所述步骤2.3)中,将穿刺针刺入颅内,同时配合穿刺针表面的刻度和显示的计划穿刺深度,将穿刺针刺入相应的深度,以完成穿刺手术。
4.一种用如权利要求1所述的改进的颅内穿刺导向方法实现的装置,其特征在于:所述装置包括穿刺规划导航子***和穿刺装置子***,其中,所述穿刺规划导航子***包括:
计算模块,用于加载头颅扫描图像序列,建立脑部三维模型;设定基准点,在三维模型中建立相互垂直的基准参考平面;设置靶点和进入点,计算靶点和进入点组成的穿刺路径的长度,根据陀螺仪姿态的改变计算出头部姿态的变化值,使用变化值旋转坐标系和设定的基准点,获得头颅在偏转情况下的穿刺路径的长度及其与基准参考平面之间的夹角;
第一通信模块,用于采用无线传输的方式,接收从陀螺仪发送的穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角;
所述穿刺装置子***包括:
角度测量模块,用于通过陀螺仪确定穿刺装置的三维空间姿态,实时输出穿刺装置与物理空间参考平面之间的夹角。
第二通信模块:用于采用无线传输的方式,发送穿刺装置与物理空间参考平面之间的实时夹角。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于:所述穿刺规划导航子***还包括:数据显示提示模块:用于显示角度测量模块获取的实时角度信息,从计算模块处获取的计划穿刺角度信息及两者的角度差,同时,根据接收的数据虚拟手术器械,跟踪显示手术器械和病灶的空间位置关系,并通过图形箭头辅助医生将穿刺装置调节到相应的姿态。
6.如权利要求4或5所述的装置,其特征在于:所述穿穿刺装置子***还包括:带有刻度的穿刺针,用于在穿刺装置到达确定的穿刺姿态之后实施穿刺手术,通过穿刺针表面的刻度与所需穿刺深度比较,从而达到计划的穿刺深度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510507773.3A CN105054999B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510507773.3A CN105054999B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105054999A true CN105054999A (zh) | 2015-11-18 |
CN105054999B CN105054999B (zh) | 2017-06-30 |
Family
ID=54484698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510507773.3A Active CN105054999B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105054999B (zh) |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105286960A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-03 | 上海联影医疗科技有限公司 | 乳腺病灶穿刺位置的定位方法及*** |
CN105411679A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种穿刺规划路径纠正方法及装置 |
CN105748160A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-07-13 | 厦门铭微科技有限公司 | 一种穿刺辅助方法、处理器及vr眼镜 |
CN105796161A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-27 | 赛诺威盛科技(北京)有限公司 | 一种ct介入治疗中进行穿刺导航的方法及穿刺导航装置 |
CN106137394A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-23 | 谢东儒 | 一种获取椎弓根标准轴位图的方法 |
CN106725854A (zh) * | 2017-03-03 | 2017-05-31 | 王奎重 | 一种用于术中配合导航棒引导穿刺的导板及其制作方法 |
CN108478281A (zh) * | 2018-05-08 | 2018-09-04 | 昆明医科大学第附属医院 | 一种骨科导航*** |
CN106021935B (zh) * | 2016-05-24 | 2018-09-28 | 深圳先进技术研究院 | 一种柔性针穿刺路径评估方法及*** |
CN108682048A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-19 | 杭州三坛医疗科技有限公司 | 导向通道的姿态显示方法、装置和***、可读存储介质 |
CN109472786A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-15 | 平安科技(深圳)有限公司 | 脑出血图像处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN109758213A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-17 | 宋刚 | 一种磁共振-超声融合***穿刺针定位方法及*** |
CN110109421A (zh) * | 2018-02-01 | 2019-08-09 | 天津工业大学 | 一种针刺机器人路径规划方法 |
CN110345905A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-18 | 陈呈世 | 穿刺针角度识别器 |
CN112168349A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-05 | 同济大学 | 一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法 |
CN112807083A (zh) * | 2020-06-01 | 2021-05-18 | 上海库欣医疗科技有限公司 | 用于神经外科导航的颅脑穿刺路径建立方法和*** |
CN113520543A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-22 | 深圳先进技术研究院 | 颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺***及存储介质 |
CN113974786A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-28 | 深圳先进技术研究院 | 一种机械臂穿刺的颅内血肿穿刺引流手术*** |
CN114454172A (zh) * | 2020-09-25 | 2022-05-10 | 武汉联影智融医疗科技有限公司 | 机械臂的末端适配器的控制方法 |
CN117084791A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-21 | 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 | 一种穿刺方位解算方法以及穿刺作业执行*** |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040034297A1 (en) * | 2002-08-13 | 2004-02-19 | General Electric Company | Medical device positioning system and method |
CN102551892A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | *** | 一种用于颅颌面外科手术的定位方法 |
CN102626343A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-08 | 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 | 导航自动配准法 |
CN103027712A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-10 | 浙江大学 | 一种电磁定位的超声穿刺导航*** |
CN103040525A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-17 | 深圳先进技术研究院 | 一种多模医学影像手术导航方法及*** |
CN103800051A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-21 | 浙江工业大学 | 一种颅内穿刺辅助导向*** |
CN104732537A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-06-24 | 上海交通大学 | 计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法 |
-
2015
- 2015-08-18 CN CN201510507773.3A patent/CN105054999B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040034297A1 (en) * | 2002-08-13 | 2004-02-19 | General Electric Company | Medical device positioning system and method |
CN102551892A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | *** | 一种用于颅颌面外科手术的定位方法 |
CN102626343A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-08 | 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 | 导航自动配准法 |
CN103027712A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-10 | 浙江大学 | 一种电磁定位的超声穿刺导航*** |
CN103040525A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-17 | 深圳先进技术研究院 | 一种多模医学影像手术导航方法及*** |
CN103800051A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-21 | 浙江工业大学 | 一种颅内穿刺辅助导向*** |
CN104732537A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-06-24 | 上海交通大学 | 计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法 |
Cited By (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017088263A1 (zh) * | 2015-11-23 | 2017-06-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种穿刺规划路径纠正方法及装置 |
CN105411679A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种穿刺规划路径纠正方法及装置 |
CN105411679B (zh) * | 2015-11-23 | 2017-07-14 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种穿刺规划路径纠正方法及装置 |
CN105286960B (zh) * | 2015-12-03 | 2019-01-18 | 上海联影医疗科技有限公司 | 乳腺病灶穿刺位置的定位方法及*** |
CN105286960A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-03 | 上海联影医疗科技有限公司 | 乳腺病灶穿刺位置的定位方法及*** |
CN105748160B (zh) * | 2016-02-04 | 2018-09-28 | 厦门铭微科技有限公司 | 一种穿刺辅助方法、处理器及ar眼镜 |
CN105748160A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-07-13 | 厦门铭微科技有限公司 | 一种穿刺辅助方法、处理器及vr眼镜 |
CN105796161A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-27 | 赛诺威盛科技(北京)有限公司 | 一种ct介入治疗中进行穿刺导航的方法及穿刺导航装置 |
CN106021935B (zh) * | 2016-05-24 | 2018-09-28 | 深圳先进技术研究院 | 一种柔性针穿刺路径评估方法及*** |
CN106137394A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-23 | 谢东儒 | 一种获取椎弓根标准轴位图的方法 |
CN106137394B (zh) * | 2016-06-15 | 2019-09-24 | 苏州铸正机器人有限公司 | 一种获取椎弓根标准轴位图的方法 |
CN106725854A (zh) * | 2017-03-03 | 2017-05-31 | 王奎重 | 一种用于术中配合导航棒引导穿刺的导板及其制作方法 |
CN106725854B (zh) * | 2017-03-03 | 2023-09-12 | 王奎重 | 一种用于术中配合导航棒引导穿刺的导板及其制作方法 |
CN110109421A (zh) * | 2018-02-01 | 2019-08-09 | 天津工业大学 | 一种针刺机器人路径规划方法 |
CN110109421B (zh) * | 2018-02-01 | 2023-03-14 | 天津工业大学 | 一种针刺机器人路径规划方法 |
CN108478281A (zh) * | 2018-05-08 | 2018-09-04 | 昆明医科大学第附属医院 | 一种骨科导航*** |
CN108682048A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-19 | 杭州三坛医疗科技有限公司 | 导向通道的姿态显示方法、装置和***、可读存储介质 |
CN108682048B (zh) * | 2018-05-15 | 2022-05-17 | 杭州三坛医疗科技有限公司 | 导向通道的姿态显示方法、装置和***、可读存储介质 |
CN109472786B (zh) * | 2018-11-05 | 2024-05-14 | 平安科技(深圳)有限公司 | 脑出血图像处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN109472786A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-15 | 平安科技(深圳)有限公司 | 脑出血图像处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
WO2020093566A1 (zh) * | 2018-11-05 | 2020-05-14 | 平安科技(深圳)有限公司 | 脑出血图像处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN109758213A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-17 | 宋刚 | 一种磁共振-超声融合***穿刺针定位方法及*** |
CN110345905A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-18 | 陈呈世 | 穿刺针角度识别器 |
CN112807083A (zh) * | 2020-06-01 | 2021-05-18 | 上海库欣医疗科技有限公司 | 用于神经外科导航的颅脑穿刺路径建立方法和*** |
CN112168349A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-05 | 同济大学 | 一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法 |
CN114454172B (zh) * | 2020-09-25 | 2024-04-23 | 武汉联影智融医疗科技有限公司 | 机械臂的末端适配器的控制方法 |
CN114454172A (zh) * | 2020-09-25 | 2022-05-10 | 武汉联影智融医疗科技有限公司 | 机械臂的末端适配器的控制方法 |
CN113520543A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-22 | 深圳先进技术研究院 | 颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺***及存储介质 |
CN113520543B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-04-07 | 深圳先进技术研究院 | 颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺***及存储介质 |
WO2023273189A1 (zh) * | 2021-06-29 | 2023-01-05 | 深圳先进技术研究院 | 颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺***及存储介质 |
CN113974786A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-28 | 深圳先进技术研究院 | 一种机械臂穿刺的颅内血肿穿刺引流手术*** |
CN117084791A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-21 | 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 | 一种穿刺方位解算方法以及穿刺作业执行*** |
CN117084791B (zh) * | 2023-10-19 | 2023-12-22 | 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 | 一种穿刺方位解算方法以及穿刺作业执行*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105054999B (zh) | 2017-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105054999A (zh) | 一种改进的颅内穿刺导向方法及装置 | |
EP3254621B1 (en) | 3d image special calibrator, surgical localizing system and method | |
US20150051617A1 (en) | Surgery assistance device and surgery assistance program | |
CN106821499A (zh) | 一种3d虚拟超声引导穿刺导航***及方法 | |
US11534261B2 (en) | Laser projection apparatus, control method thereof, and laser guidance system including the apparatus | |
CN106859742A (zh) | 一种穿刺手术导航定位***和方法 | |
US20210379406A1 (en) | Research and development of augmented reality in radiotherapy | |
CN103800051B (zh) | 一种颅内穿刺辅助导向*** | |
CN109498156A (zh) | 一种基于三维扫描的头部手术导航方法 | |
CN109907801B (zh) | 一种可定位超声引导穿刺方法 | |
CN107133637A (zh) | 一种手术导航图像自动注册设备以及方法 | |
CN103908345A (zh) | 一种基于平板电脑的手术导航用的体数据可视化方法 | |
Cai et al. | Clinical flexible needle puncture path planning based on particle swarm optimization | |
CN105318838A (zh) | 激光测距仪和机械臂末端关系的单平面标定方法及其*** | |
WO2023065495A1 (zh) | 一种机械臂穿刺的颅内血肿穿刺引流手术*** | |
CN115500940A (zh) | 手术针的定位显示方法及相关装置 | |
US20200197099A1 (en) | Systems, method and devices for assisting or performing guiding interventional procedures using inertial measurement units and magnetometer sensors | |
CN204909618U (zh) | 一种双陀螺仪辅助医用定向装置 | |
CN117084791B (zh) | 一种穿刺方位解算方法以及穿刺作业执行*** | |
CN117084790A (zh) | 一种穿刺方位控制方法、装置、计算机设备、存储介质 | |
CN117084798A (zh) | 一种穿刺控制方法、装置、计算机设备、存储介质 | |
Tseng et al. | Development of a robotic navigation system for neurosurgery | |
CN104732537A (zh) | 计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法 | |
US11896340B2 (en) | Robot navigation system and robot navigation method | |
CN115429429A (zh) | 一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |