一种辅助精准穿刺方法及系统

技术领域

本发明涉及辅助穿刺的技术领域，尤其涉及一种辅助精准穿刺方法及系统。

背景技术

在当下的辅助穿刺手术中，手术导航自动定位的过程中，医生在软件中制定完成手术路径之后，包括机械臂在内的运动部件会将准直器移动到穿刺目标部位的穿刺切入点对应的空间位置上，然后由医生手动将穿刺针安装到准直器上，之后再利用准直器的推进功能，将穿刺针穿刺到目标部位。

但是，由于穿刺针由医生手动安装，人为安装穿刺针的过程可能会导致穿刺针安装位置出现偏差的情况发生。目前对于穿刺针安装精准度的测量主要通过借助测量仪器以及人的肉眼观察作为依据，无法精度的得到误差数值。

人为安装穿刺针的过程会带来最终手术精度降低的影响，因此如何准确的安装穿刺针到准直器上变得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种辅助精准穿刺方法及系统，通过在穿刺针和准直器上安装位置传感器，直接计算出各个方向上的位置误差，以及穿刺针的角度偏差。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种辅助精准穿刺方法，包括以下步骤：

S1：获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据；

S2：将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数；

S3：将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值。

S4：计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值；

S5：判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入步骤S1。

进一步地，在步骤S1中,还包括：

所述准直器空间数据，具体为：

其中，P

所述穿刺针空间数据，具体为：

其中，P

进一步地，在步骤S2中，将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的所述准直器坐标系的空间距离参数，具体为：

TDiff＝Pos

其中，Pos

进一步地，在步骤S4中，计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的所述旋转关系，具体为：

其中，P

进一步地，在步骤S4中，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，具体为：

DirNeedle＝[x

其中，[x

进一步地，在步骤S4中，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为所述安装角度偏差值，具体为：

其中，X

一种如上述的辅助精准穿刺方法的辅助精准穿刺系统，包括：

空间数据获取模块，用于获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据；

距离参数计算模块，用于将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数；

距离偏差值计算模块，用于将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值；

角度偏差值计算模块，用于计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值；

穿刺针调整模块，用于判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入所述空间数据获取模块。

一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有计算机代码，所述计算机代码被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如上述的方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如上述的方法被执行。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果是：

通过提供一种辅助精准穿刺方法，包括以下步骤：S1：获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据；S2：将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数；S3：将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值。S4：计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值；S5：判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入步骤S1。上述技术方案，与现有的技术相比，误差的反馈更加精确，并且不需要医生或者用户做额外的工作或者器具，只需要将穿刺针安装于准直器即可直观的得到误差结果，并且能够根据误差结果有目标性的进行调整，并且避免了由于安装误差较大导致穿刺结果不理想，需要多次进针的繁琐，后续也可根据实时数据的跟踪来获取进针过程的准确性，确保手术顺利完成。

附图说明

图1为本发明第一实施例中一种辅助精准穿刺方法的整体流程图；

图2为本发明第三实施例中一种辅助精准穿刺系统的整体结构图；

图3为本发明第四实施例中一种辅助精准穿刺系统的整体结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本发明主要解决因穿刺针装配误差所引发的穿刺位置不准确的问题，通过在穿刺针和准直器内部的位置传感器，计算出实际安装的穿刺针的位置和方向与理想的安装结果的误差，并且能够给出调整建议，提升穿刺针进针的准确性。

第一实施例

如图1所示，本实施例提供了一种辅助精准穿刺方法，包括以下步骤：

S1：获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据。

具体的，在本发明中准直器和穿刺针内部分别固定设置了对应的准直器传感器和穿刺针传感器，并设置能够捕获准直器传感器和穿刺针传感器的空间数据的跟踪装置，还配置有与跟踪装置连接，对空间数据进行解析以及计算穿刺针安装误差的工作站电脑。

在将穿刺针安装到准直器上之后，通过跟踪装置分别获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，以及穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据，分别记录为P

所述准直器空间数据，具体为：

其中，P

所述穿刺针空间数据，具体为：

其中，P

S2：将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数。

具体的，将获取的穿刺针和准直器内部的传感器中心基于跟踪装置坐标系下的空间数据参数，转换为以准直器坐标系中心为坐标原点的空间距离参数，计算过程为：

TDiff＝Pos

其中，Pos

S3：将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值。

具体的，一般的会为穿刺针传感器设置一个理想的距离参数，若偏差在理想的距离参数内，则穿刺针安装正确，可以进行穿刺。在本步骤中将步骤S2中计算得到的在准直器坐标系下穿刺针传感器中心的实际距离参数与理想的距离参数比较，计算出安装距离偏差值，后续根据安装距离偏差值判断穿刺针是否安装到位。

S4：计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值。

具体的，完成计算安装距离的偏差值之后，进一步计算安装角度偏差值，其过程将穿刺针传感器和准直器传感器相较于跟踪装置坐标系的旋转关系，转化为穿刺针传感器中心相较于准直器传感器的旋转关系，具体计算如下：

其中，P

进一步地，结合穿刺针朝向在穿刺针传感器坐标系下的单位向量以及上步中计算得到的P

DirNeedle＝[x

其中，[x

进一步地，计算获得的DirNeedle与理想的准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为所述安装角度偏差值，计算过程如下：

其中，X

S5：判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入步骤S1。

第二实施例

本实施例通过具体的数值对第一实施例中的计算流程进行具体举例，具体如下：

S1：获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据。

S2：将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数。

TDiff＝Pos

＝[10-515]

S3：将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值。

S4：计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值。

具体的，完成计算安装距离的偏差值之后，进一步计算安装角度偏差值，其过程将穿刺针传感器和准直器传感器相较于跟踪装置坐标系的旋转关系，转化为穿刺针传感器中心相较于准直器传感器的旋转关系，具体计算如下：

其中，P

进一步地，结合穿刺针朝向在穿刺针传感器坐标系下的单位向量以及上步中计算得到的P

其中，[x

进一步地，计算获得的DirNeedle与理想的准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为所述安装角度偏差值，计算过程如下：

其中，X

S5：判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入步骤S1。

第三实施例

如图2所示，本实施例提供了一种执行第一实施例或第二实施例中的辅助精准穿刺方法的虚拟模块的辅助精准穿刺系统，包括：

空间数据获取模块1，用于获取准直器内部的准直器传感器中心在跟踪装置坐标系下的准直器空间数据，获取穿刺针内部的穿刺针传感器中心在所述跟踪装置坐标系下的穿刺针空间数据；

距离参数计算模块2，用于将所述穿刺针空间数据和所述准直器空间数据，转换为以所述准直器传感器中心为坐标原点的准直器坐标系的空间距离参数，并计算所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数；

距离偏差值计算模块3，用于将计算出的所述准直器坐标系下所述穿刺针传感器中心的距离参数与理想的距离参数比较，获取安装距离偏差值；

角度偏差值计算模块4，用于计算所述穿刺针传感器中心相对于所述准直器传感器中心的旋转关系，依据所述旋转关系计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量，计算所述穿刺针朝向在所述准直器坐标系下的单位向量与理想的在所述准直器坐标系下的单位向量的夹角，作为安装角度偏差值；

穿刺针调整模块5，用于判断所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值是否在预设偏差范围内，若在所述预设偏差范围内，执行穿刺操作，若不在所述预设偏差范围内，依据所述安装距离偏差值和所述安装角度偏差值调整所述穿刺针在所述准直器上的安装位置，重新进入所述空间数据获取模块。

需要说明的是，本实施例的具体的计算过程与第一实施例中相同，在本实施例中不赘述。

第四实施例

如图3所示，本实施例提供了一种执行第一实施例或第二实施例中的辅助精准穿刺方法的实体模块辅助精准穿刺系统，包括：

准直器传感器，固定设置于准直器的内部，能够被跟踪设备捕获到空间数据参数；

穿刺针传感器，固定设置于穿刺针的内部，能够被跟踪设备捕获到空间数据参数；

跟踪设备，设置在能够同时获取到准直器传感器和穿刺针传感器的空间数据参数的位置范围内，在穿刺针的固定阶段，通过跟踪设备捕获准直器传感器和穿刺针传感器的空间数据，在穿刺针穿刺阶段，通过跟踪设备跟踪穿刺针穿刺的全过程；

工作站，与跟踪装置连接，对空间数据进行解析以及计算穿刺针安装误差，并在显示屏幕上显示出具体误差。

需要说明的是，本实施例的具体的计算过程与第一实施例中相同，在本实施例中不赘述。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，如上述方法被执行。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。