一种超声引导胸腔穿刺系统

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，更具体的说是涉及一种超声引导胸腔穿刺系统。

背景技术

胸膜腔穿刺术，简称胸穿，是指对有胸腔积液或气胸的患者，为了诊断和治疗疾病的需要而通过胸腔穿刺抽取积液或气体的一种技术。其适用于多个方面，例如对原因未明的胸腔积液，作胸水涂片、培养、细胞及生化学检查，从而确定胸腔积液的性质，以进一步明确疾病的诊断，减轻胸腔大量积液、气胸引起的压迫症状，抽取脓液治疗脓胸，向胸腔内注射药物。超声成像是利用超声声束扫描人体，通过对反射信号的接收、处理，以获得体内器官的图象。超声引导即利用超声图像引导穿刺针进行穿刺，医务人员可以根据实时超声图像确定病灶位置及大小，借助穿刺引导线确定穿刺途径并在体表做好穿刺点的标记，将穿刺针以适宜角度穿入皮肤到达病灶位置进行治疗。然而，现有的超声引导技术采用2D图像，无法直观体现出穿刺针的空间位置关系，无法直观判断目标穿刺点位与穿刺针的相对位置。因此，如何提供一种能够准确进行空间定位的超声引导胸腔穿刺系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超声引导胸腔穿刺系统，对穿刺针和目标穿刺点位进行空间位置定位，通过三维模型直观展示穿刺针的相对位置并计算穿刺的角度和路径，为穿刺操作提供参考。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超声引导胸腔穿刺系统，包括穿刺针、数据采集模块、三维建模模块、数据处理模块和显示设备；数据处理模块分别与穿刺针、数据采集模块、三维建模模块、显示设备连接，数据采集模块还、显示设备与三维建模模块连接；其中，穿刺针用于完成胸腔穿刺，数据采集模块用于采集超声和传感数据，三维建模模块用于建立胸腔三维模型，数据处理模块用于计算穿刺针当前位置、穿刺针的穿刺角度和穿刺路线、穿刺目标点位，显示设备用于显示胸腔三维模型、穿刺目标点位以及穿刺针当前位置。

可选的，数据采集模块包括超声探头、红外传感器和角度传感器；超声探头用于采集超声数据；红外传感器的发射端安装在超声探头和穿刺针上，用于发射红外数据；角度传感器安装在超声探头和穿刺针上，用于采集超声探头和穿刺针的角度数据。

可选的，数据处理模块包括位置识别单元、点位计算单元、角度计算单元和穿刺路径规划单元；位置识别单元基于传感数据计算当前穿刺针和超声探头的位置，点位计算单元基于超声数据计算目标穿刺点位，角度计算单元计算穿刺针的穿刺角度，穿刺路径规划单元计算穿刺针的穿刺路线。

可选的，位置识别单元基于红外传感器接收端和发射端之间的距离确定超声探头和穿刺针的空间位置，基于角度传感器测量的角度确定超声探头和穿刺针的空间方向，将空间位置和空间方向综合得到超声探头和穿刺针的空间姿态并发送至三维建模模块。

可选的，点位计算单元基于超声数据计算目标穿刺点位的像素位置，将目标穿刺点位的像素位置转化为空间位置并发送至三维建模模块。

可选的，角度计算单元基于穿刺针的空间姿态和目标穿刺点位的空间位置计算穿刺针的穿刺角度并发送至三维建模模块。

可选的，穿刺路径规划单元基于穿刺针的空间姿态、目标穿刺点位的空间位置和超声数据计算穿刺针的穿刺路径并发送至三维建模模块。

可选的，三维建模模块建立胸腔穿刺三维模型，在模型中显示超声探头和穿刺针的空间姿态、目标穿刺点位的空间位置、穿刺针的穿刺角度、穿刺针的穿刺路径并根据数据实时更新。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种超声引导胸腔穿刺系统，具有以下有益效果：本发明通过数据采集模块采集超声数据和空间定位数据，通过超声图像处理以及空间定位处理对穿刺针和目标穿刺点位进行空间位置定位，并且计算得出穿刺针的穿刺角度和穿刺路径，为操作人员提供参考，通过三维模型直观展示穿刺针的相对位置，并且对穿刺针的位置进行动态追踪定位，方便医护人员的操作，提升了穿刺的准确度和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的超声引导胸腔穿刺系统原理图；

图2为本发明实施例中的目标穿刺点位示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种超声引导胸腔穿刺系统，如图1所示，包括穿刺针、数据采集模块、三维建模模块、数据处理模块和显示设备；数据处理模块分别与穿刺针、数据采集模块、三维建模模块、显示设备连接，数据采集模块、显示设备还与三维建模模块连接；其中，穿刺针用于完成胸腔穿刺，数据采集模块用于采集超声和传感数据，三维建模模块用于建立胸腔三维模型，数据处理模块用于计算穿刺针当前位置、穿刺针的穿刺角度和穿刺路线、穿刺目标点位，显示设备用于显示胸腔三维模型、穿刺目标点位以及穿刺针当前位置。

进一步的，数据采集模块包括超声探头、红外传感器和角度传感器；超声探头用于采集超声数据；红外传感器的发射端安装在超声探头和穿刺针上，用于发射红外数据；角度传感器安装在超声探头和穿刺针上，用于采集超声探头和穿刺针的角度数据。

进一步的，数据处理模块包括位置识别单元、点位计算单元、角度计算单元和穿刺路径规划单元；位置识别单元基于传感数据计算当前穿刺针和超声探头的位置，点位计算单元基于超声数据计算目标穿刺点位，角度计算单元计算穿刺针的穿刺角度，穿刺路径规划单元计算穿刺针的穿刺路线。

进一步的，位置识别单元基于红外传感器接收端和发射端之间的距离确定超声探头和穿刺针的空间位置，基于角度传感器测量的角度确定超声探头和穿刺针的空间方向，将空间位置和空间方向综合得到超声探头和穿刺针的空间姿态并发送至三维建模模块。

在本发明的一个实施例中，红外传感器的发射端安装在超声探头和穿刺针的两端，设置有多个红外接收端安装在预设的固定位置，红外接收端接收到发射端所发出的红外线后，根据距离来判断红外线发射端所处的空间位置，将空间位置与角度信息集合，通过位置识别单元计算得出超声探头和穿刺针的空间姿态，通过在固定时间内实时追踪，即可得到运动轨迹供医护人员参考。

进一步的，点位计算单元基于超声数据计算目标穿刺点位的像素位置，将目标穿刺点位的像素位置转化为空间位置并发送至三维建模模块。

进一步的，角度计算单元基于穿刺针的空间姿态和目标穿刺点位的空间位置计算穿刺针的穿刺角度并发送至三维建模模块。

进一步的，穿刺路径规划单元基于穿刺针的空间姿态、目标穿刺点位的空间位置和超声数据计算穿刺针的穿刺路径并发送至三维建模模块。

进一步的，三维建模模块建立胸腔穿刺三维模型，在模型中显示超声探头和穿刺针的空间姿态、目标穿刺点位的空间位置、穿刺针的穿刺角度、穿刺针的穿刺路径并根据数据实时更新。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，穿刺针的针头当前位置为(x1,y1,z1),基于目前的穿刺角度，如果不改变穿刺路线及穿刺角度，则当前穿刺点位的位置与目标穿刺点位存在差距，根据穿刺针的针头位置(x1,y1,z1)和针尾位置(x2,y2,z2)计算得到新的针头位置(x4,y4,z4)、穿刺角度以及穿刺路径，基于计算后的方案进行穿刺，其穿刺点位即为目标穿刺点位(x3,y3,z3)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。