CN110118515B - 一种验证手术针下针精度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种验证手术针下针精度的方法和装置，方法步骤：将手术针向具有第一孔的第一层板下针，根据手术针穿第一孔的状态确定手术针的位置精度，若手术针穿过第一孔，则手术针的位置精度小于第一层板的预设位置精度，否则，其位置精度大于第一层板的预设位置精度；手术针穿过第一孔后，继续向具有第i孔的第i层板逐层下针，根据n次手术针穿第i孔的状态确定手术针的姿态精度，若手术针在n次下针时均穿过第i孔，则手术针的姿态精度小于第i层板的预设姿态精度，若手术针在n次下针时，任一次未穿过第i孔，则手术针的姿态精度大于第i层板的预设姿态精度，能够避免医学影像系统带来的辐射和存在的系统误差，减小了工作量，提高了验证精度。

Description

一种验证手术针下针精度的方法和装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种验证手术针下针精度的方法和装置。

背景技术

为了降低重大疾病的发病率及死亡率，对疾病早期的诊断与治疗是至关重要的环节。为了对重大疾病进行检查治疗，通常会对发病部位进行扎针活检以及治疗。

在当前医疗领域中，通常采用机械臂辅助下针技术提高活检手术针下针的成功率，机械臂辅助下针广泛应用在经皮刺穿手术上。在执行这些手术时，手术针需要刺穿皮肤直达病变区域，为了手术的精确性，关键就是将手术针以理想的位置和姿态放置在目标位置，从而使得手术针以理想的位置和姿态刺穿皮肤。

手术针在下针时，要求是垂直目标面下针，并且使针尖准确到达目标点。但是，手术针在下针后，针尖到达目标面上后，可能会与目标点之间存在一定的距离，这个距离是位置误差，即手术针的针尖实际到达的点与目标点之间的距离，并且，手术针在摆放时难免会出现倾斜，而导致手术针出现姿态误差，即手术针与预定目标手术针的垂直状态存在夹角，这个夹角为姿态误差。

因此，需要对手术针的位置精度和姿态精度进行测量，以确保执行手术时的精度。现有技术中，通常会通过医学影像设备来进行测量，例如可以通过CT，MR，超声等进行测量，验证手术针的位置和姿态的精确度，但是采用医学影像设备时存在以下缺点：第一、医学影像设备测量的精度值不会超过其本身图像的分辨率，这样验证手术针的精度受到医学影像设备的精度值的影响，被限制在一定的测量范围内；第二、医学影像系统的引入将会带来一定的辐射，对验证手术针精度的实验员造成一定的损伤；第三、每次操作医学影像身边也会到来很大的工作量。

对于本领域技术人员而言，如何精确的验证手术针下针的位置精度和姿态精确，从而大大减小工作量以及辐射是亟待解决的重要问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够精确验证手术针下针精度的方法和装置，规避使用医学影像设备，进而医学影像系统存在的辐射和系统误差，有效减小了工作量，提高了验证的精度。

本发明提供了一种验证手术针下针精度的方法，所述精度包括位置精度和姿态精度，所述方法包括如下步骤：

将手术针向具有第一孔的第一层板下针，根据所述手术针穿所述第一孔的状态确定所述手术针的位置精度，若手术针穿过所述第一孔，则手术针的位置精度小于所述第一层板的预设位置精度，若手术针未穿过所述第一孔，则手术针的位置精度大于所述第一层板的预设位置精度；

手术针穿过所述第一孔后，继续向具有第i孔的第i层板逐层下针，根据n次手术针穿第i孔的状态确定所述手术针的姿态精度，若手术针在n次下针时均穿过所述第i孔，则手术针的姿态精度小于所述第i层板的预设姿态精度，若手术针在n次下针时，任一次未穿过所述第i孔，则手术针的姿态精度大于所述第i层板的预设姿态精度；

其中，所述第i层板平行于所述第一层板，且所述第i孔的中心与所述第一孔的中心连线垂直所述第一层板，i≥2。

可选地，所述预设位置精度∈根据下式确定：

其中，d₁为所述第一孔的直径，d为手术针的直径。

可选地，所述第i孔的直径大于等于所述第一孔的直径。

可选地，所述预设姿态精度θ_i满足根据下式确定：

其中，d_i为第i孔的直径，d₁为所述第一孔的直径，l_i为第i层板与第一层板之间的距离。

可选地，所述预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小。

可选地，所述第一层板至最后一层板之间的距离小于等于所述手术针的长度。

本发明还提供一种验证手术针下针精度的装置，所述装置包括：

第一层板，所述第一层板开设第一孔，所述第一孔形成验证所述手术针的位置精度的预设位置精度；

第i层板，所述第i层板开设第i孔，所述第i孔和所述第一孔的同侧底部边缘连线与垂直所述第一层板的竖直线之间的夹角形成验证所述手术针姿态精度的预设姿态精度；

其中，所述第i层板平行于所述第一层板，且所述第i孔的中心与所述第一孔的中心连线垂直所述第一层板，i≥2。

可选地，所述预设位置精度∈根据下式确定：

其中，d₁为所述第一孔的直径，d为手术针的直径。

可选地，所述第i孔的直径大于等于所述第一孔的直径。

可选地，所述预设姿态精度θ_i满足根据下式确定：

其中，d_i为第i孔的直径，d₁为所述第一孔的直径，l_i为第i层板与第一层板之间的距离。

可选地，所述预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小。

可选地，所述第一层板至最后一层板之间的距离小于等于所述手术针的长度。

附图说明

图1为本发明中具体实施例中验证手术针下针精度的方法流程图；

图2为本发明中一种具体实施例中验证手术针下针精度的装置验证原理示意图；

图3为本发明中另一种具体实施例中验证手术针下针精度的装置验证原理示意图。

附图标记说明：

1 验证手术针下针精度装置；

10 第一层板；

11 第一孔；

20 第二层板；

21 第二孔；

22 第二包络线；

θ₂ 第二预设姿态精度；

30 第三层板；

31 第三孔；

32 第三包络线；

θ₃ 第三预设姿态精度；

40 第四层板；

41 第四孔；

42 第四包络线；

θ₄ 第四预设姿态精度；

50 第五层板；

51 第五孔；

52 第五包络线；

θ₅ 第五预设姿态精度；

1T、2T、3T 手术针下针方向。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种能够精确验证手术针下针精度的方法和装置，规避使用医学影像设备，进而避免医学影像系统带来的辐射和存在的系统误差，有效减小了工作量，提高了验证的精度。

为了清楚表述本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述。附图中相同的标号表示相同的部分。为了使附图的图面简洁，各图中仅示意性的表示出了与本发明相关的部分，并不代表作为产品的实际结构。

如图1所示，图1为本发明中具体实施例中验证手术针下针精度的方法流程图。

手术针下针时的精度包括位置精度和姿态精度。需要说明的是，手术针在下针时，要求垂直目标面下针，并且使针尖准确到达目标点，对于位置精度指的是手术针下针到达目标面后，针尖与目标点之间存在的偏差距离，这个偏差距离为手术针的位置精度。对于姿态精度指的是手术针在下针后，手术针与预定要求的手术针垂直位置之间存在夹角，这个角度为手术针的姿态精度。

在一种具体实施例中，本发明提供一种验证手术针下针精度的方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤S1、将手术针向具有第一孔11的第一层板10下针，根据手术针穿第一孔11的状态确定手术针的位置精度，若手术针穿过第一孔11，则手术针的位置精度小于第一层板10的预设位置精度，若手术针未穿过第一孔11，则手术针的位置精度大于第一层板10的预设位置精度；

步骤S2、手术针穿过第一孔11后，继续向具有第i孔的第i层板逐层下针，根据n次手术针穿第i孔的状态确定手术针的姿态精度，若手术针在n次下针时均穿过第i孔，则手术针的姿态精度小于第i层板的预设姿态精度，若手术针在n次下针时，任一次未穿过第i孔，则手术针的姿态精度大于第i层板的预设姿态精度；

其中，第i层板平行于第一层板10，且第i孔的中心与第一孔11的中心连线垂直第一层板10，i≥2。

在具体实施例中，第一层板10用于验证手术针的位置精度，该第一层板10相当于目标面，其第一孔11的中心位置相当于目标点，通过第一孔11的直径大小与手术针的直径形成验证手术针的预设位置精度。在验证手术针下针时，手术针的针尖朝向第一层板10的第一孔11下针，若手术针能够穿过第一孔11，则表示，该手术针的位置精度小于第一层板10的预设的位置精度；若手术针不能穿过第一孔11，则手术针的位置精度大于第一层板10的预设位置精度。

需要说明的是，在验证手术针的位置精度时，手术针向第一层板10下针一次，一旦手术针能够垂直穿过第一层板10，则说明该手术针下针时位置精度具有一定概率小于预设位置精度，实际验证的过程中，通常可通过一次手术针的下针验证其位置精度是否小于预设位置精度。当然，优选地也可通过多次向第一层板10下针，验证手术针的位置精度，多次下针的目的是为了说明位置精度小于预设位置精度的概率。

对于预设位置精度，具体根据下式确定：

其中，为预设位置精度，d₁为所述第一孔11的直径，d为手术针的直径。

针对同一手术针，可通过具有不同直径第一孔11的第一层板10验证其位置精度，对此，当手术针能够穿过某一直径的第一孔11后，可通过减小第一孔11的直径大小继续更加准确的验证手术针下针的位置精度，当然，若手术针不能穿过当前数值直径的第一孔11时，可通过增大第一孔11的直径继续验证手术针下针的位置精度。

一旦手术针可以穿过第一层板10的第一孔11后，则将手术针继续向具有第i孔的第i层板逐层下针。其中，i≥2。也就说，在第一层板10的下方设置至少一层板，用于验证手术针的姿态精度，每一层板分别设置一个预设姿态精度，从而使得每一层板可验证手术针下针的一个姿态精度的上限。

本发明还提供一种用于实现验证手术针下针精度装置1，为了清楚表述该验证手术针下针精度的方法，下面结合验证手术针下针精度装置1对验证手术针下针精度的方法进行说明。

对于验证手术针下针精度装置1包括：第一层板10，第一层板10开设第一孔11，第一孔11形成验证手术针的位置精度的预设位置精度；

第i层板，第i层板开设第i孔，第i孔和第一孔11的同侧底部边缘连线与垂直第一层板10的竖直线之间的夹角形成验证手术针姿态精度的预设姿态精度；

其中，第i层板平行于第一层板10，且第i孔的中心与第一孔11的中心连线垂直第一层板10，i≥2。

具体实施例中采用具有五层板的装置为例进行说明验证手术针下针精度的方法，第一层板10下方的其他各层板，即第二层板20至第五层板50均是验证手术针下针的姿态精度。

需要说明的是，对于该验证手术针下针精度装置1具体的层数需要根据对验证的精度要求而设定，本文中仅以具有五层板的装置为例，当然，也可以为少于五层板的装置，例如两层，三层等，或者多于五层板的装置，例如七层、十层等。

在本文中“下方”是指手术针向第一层板10下针时针尖的朝向。

对于第二层板20而言，第二层板20平行于第一层板10且位于第一层板10的下方。第二孔21的中心与第一孔11的中心连线垂直第一层板10，并且第二孔21的直径大于第一孔11的直径。第一孔11和第二孔21在同一截面且在孔中心同一侧的底部边缘与截面的截点之间的连线形成限定姿态精度的第二包络线22，其第二包络线22与孔的中心连线之间的夹角形成第二层板20的第二预设姿态精度，请结合图2所示。

在实际验证过程中，向第二层板20的第二孔21下针十五次，若手术针在十五次下针时均穿过了第二孔21，则手术针的下针的姿态精度存在一定概率小于第二层板20的第二预设姿态精度；若手术针在十五次下针时，任一次未穿过第二孔21，则手术针的下针的姿态精度大于第二层板20的第二预设姿态精度。

在验证手术针的下针的姿态精度时，需采用大量的下针的方法验证手术针的下针姿态精度，也就是说n次下针指的是大量下针，具体下针次数根据第i层板的孔的直径，手术针的直径等参数计算获得。在上述具体实施例中，优选采用十五次下针，即满足能够准确获取手术针下针的姿态精度的要求，也避免过多下针造成验证工作量大。

需要说明的是，n次下针指的是大量下针，n的数值越大则获得的手术针的下针的姿态精度的准确性越高。通过大量下针能够获得极端姿态误差，这样，在任一次未穿过第二孔21时，则获得了极端姿态误差，即在此次下针情况下的手术针的姿态时，手术针不能第二层板20的第二孔21，从而验证手术针的下针的姿态精度大于第二层板20的第二预设姿态精度。

同理，当手术针能够穿过第二层板20的第二孔21后，可继续向第三层半30的第三孔31的第三孔31下针。第三层半30平行于第一层板10且位于第二层板20的下方。第三孔31的中心与第一孔11、第三孔31的中心连线垂直第一层板10，并且第三孔31的直径大于第一孔11的直径。第一孔11和第三孔31在同一截面且在孔中心同一侧的底部边缘与截面的截点之间的连线形成限定姿态精度的第三包络线32，其第三包络线32与孔的中心连线之间的夹角形成第三层半30的第三预设姿态精度，请结合图2所示。

手术针向第三层半30的第三孔31下针十五次过程中，若十五次下针均穿过了第三孔31，则手术针的下针的姿态精度存在一定概率小于第三层半30的第三预设姿态精度；若手术针在十五次下针时，存在任一次未穿过第三孔31，则手术针的下针精度大于第三层的第三预设姿态精度。

在通过第三层半30的第三预设姿态精度验证手术针的下针的姿态精度时，通过n次下针，也是指的是大量下针，在具体实施例中优选十五次下针。

对于第四层板40和第五层板50而言，第四层板40和第五层板50均平行于第一层板10且在第三层半30的下方依次排列。并且第四孔41的中心、第五孔51的中心、第三孔31的中心、第二孔21的中心和第一孔11的中心在同一直线上，并且第四孔41的直径大于第一孔11的直径，第五孔51的直径大于或等于第一孔11的直径。第四孔41和第一孔11在同一截面且在孔中心同一侧的底部边缘与截面的截点之间的连线形成限定姿态精度的第四包络线42，第四包络线42与孔的中心连线之间的夹角形成第四层板40的第四预设姿态精度，第五孔51和第一孔11在同一截面且在孔中心同一侧的底部边缘与截面的截点之间的连线形成限定姿态精度的第五包络线52，第五包络线52与孔的中心连线之间的夹角形成第五层板50的第五预设姿态精度。

关于第四层板40和第五层板50验证手术针的下针的姿态精度的方法可参见第二层板20和第三层半30的相关阐述。

在图2中，手术针下针方向1T表示能够穿过第二层板20的第二孔21，手术针在此手术针下针方向1T下的姿态精度小于第二预设姿态精度θ₂，也能穿过第三层半30的第三孔31，进一步可验证，手术针在此手术针下针方向1T下的姿态精度小于第三预设姿态精度θ₃，从而进一步精确验证了手术针下针的姿态精度。

但是，手术针下针方向1T表示不能够穿过第四层板40的第四孔41，手术针在此手术针下针方向1T下的姿态精度大于第四预设姿态精度θ₄。

当在手术针下针方向2T下时，虽然，穿过了第三层半30的第三孔31，但是经过大量的下针验证时，此手术针下针方向2T的姿态精度下存在不能穿过第三层半30的第三孔31的情况，因此通过大量下针可以验证出此种手术针下针方向2T的姿态精度大于第三预设姿态精度θ₃。

在手术针下针方向3T下时，经过大量下针后均能穿过第五层板50的第五孔51，则该手术针的下针的姿态精度小于第五预设姿态精度。

第i孔的直径大于等于第一孔11的直径，针对具体地实施例中五层板的装置，可以有如下两种方案。

第一种方案，第二孔21的直径、第三孔31的直径、第四孔41的直径至第五孔51的直径依次减小，参见图2所示。其中，第五孔51的直径可等于第一孔11的直径，这样，第五孔51验证的手术针的下针的姿态精度为零，也就是说，若手术针能够穿过第五孔51时，则手术针在一定概率下是垂直下针的。

第二种方案中，第二孔21的直径、第三孔31的直径、第四孔41的直径至第五孔51的直径依次增大，参见图3所示。

并且上述孔的直径大小设置是根据对应的预设姿态精度相关的，具体地，预设姿态精度θ_i与第i孔的直径之间具有如下关系：

其中，d_i为第i孔的直径，d₁为所述第一孔11的直径，l_i为第i层板与第一层板10之间的距离。

如图3所示，预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小，各层板的孔直径以及各层板与第一层板10之间的距离应当使得由第二预设姿态精度θ₂、第三预设姿态精度θ₃、第四预设姿态精度θ₄、第五预设姿态精度θ₅的数值依次减小。

另外，根据验证时的预设姿态精度和第i层板与第一层板10之间的距离确定第i孔的直径。其中，预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小，而对于第i层板与第一层板10之间的距离l_i并没有特定的要求，其只要满足第一层板10至最后一层板之间的距离小于等于手术针的长度，具体实施例中指定是第一层板10至第五层板50之间的距离小于等于手术针的长度。

由上述对验证手术针下针精度的方法和装置的详细阐述说明可知，采用本发明提供的验证手术针下针精度的方法和装置，通过第一层板10可直接验证手术针的下针的位置精度，通过位于第一层板10下方的各层板验证手术针的姿态精度，操作简单方便，能够规避使用医学影像设备，进而避免辐射和医学影像系统存在的系统误差，有效减小了工作量，提高了验证的精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述精度包括位置精度和姿态精度，所述方法包括如下步骤：

将手术针向具有第一孔的第一层板下针，根据所述手术针穿所述第一孔的状态确定所述手术针的位置精度，若手术针穿过所述第一孔，则手术针的位置精度小于所述第一层板的预设位置精度，若手术针未穿过所述第一孔，则手术针的位置精度大于所述第一层板的预设位置精度；

手术针穿过所述第一孔后，继续向具有第i孔的第i层板逐层下针，根据n次手术针穿第i孔的状态确定所述手术针的姿态精度，若手术针在n次下针时均穿过所述第i孔，则手术针的姿态精度小于所述第i层板的预设姿态精度，若手术针在n次下针时，任一次未穿过所述第i孔，则手术针的姿态精度大于所述第i层板的预设姿态精度；

其中，所述第i层板平行于所述第一层板，且所述第i孔的中心与所述第一孔的中心连线垂直所述第一层板，i≥2。

2.根据权利要求1所述的验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述预设位置精度∈根据下式确定：

其中，d₁为所述第一孔的直径，d为手术针的直径。

3.根据权利要求1所述的验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述第i孔的直径大于或等于所述第一孔的直径。

4.根据权利要求3所述的验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述预设姿态精度θ_i满足根据下式确定：

其中，d_i为第i孔的直径，d₁为所述第一孔的直径，l_i为第i层板与第一层板之间的距离。

5.根据权利要求4所述的验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小。

6.根据权利要求1所述的验证手术针下针精度的方法，其特征在于，所述第一层板至最后一层板之间的距离小于或等于所述手术针的长度。

7.一种验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一层板，所述第一层板开设第一孔，所述第一孔形成验证所述手术针的位置精度的预设位置精度；

第i层板，所述第i层板开设第i孔，所述第i孔和所述第一孔的同侧底部边缘连线与垂直所述第一层板的竖直线之间的夹角形成验证所述手术针姿态精度的预设姿态精度；

其中，所述第i层板平行于所述第一层板，且所述第i孔的中心与所述第一孔的中心连线垂直所述第一层板，i≥2。

8.根据权利要求7所述的验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述预设位置精度∈根据下式确定：

其中，d₁为所述第一孔的直径，d为手术针的直径。

9.根据权利要求7所述的验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述第i孔的直径大于或等于所述第一孔的直径。

10.根据权利要求8所述的验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述预设姿态精度θ_i满足根据下式确定：

其中，d_i为第i孔的直径，d₁为所述第一孔的直径，l_i为第i层板与第一层板之间的距离。

11.根据权利要求10所述的验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述预设姿态精度θ_i的值随i的增大而减小。

12.根据权利要求7所述的验证手术针下针精度的装置，其特征在于，所述第一层板至最后一层板之间的距离小于或等于所述手术针的长度。

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