CN110200683A - 超声引导下穿刺姿态监测方法及装置 - Google Patents

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CN110200683A CN201910598076.1A CN201910598076A CN110200683A CN 110200683 A CN110200683 A CN 110200683A CN 201910598076 A CN201910598076 A CN 201910598076A CN 110200683 A CN110200683 A CN 110200683A
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Beijing Jishuitan Hospital
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Abstract

本申请实施例提供一种超声引导下穿刺姿态监测方法及装置。所述超声引导下穿刺姿态监测方法包括：以超声换能器的探头与扫查部位接触的皮肤表面作为探头平面；获取穿刺针中心轴线与探头平面的第一夹角，以及获取穿刺针中心轴线与超声换能器的超声平面的第二夹角；将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对，并输出比对结果。本申请实施例中的监测装置及监测方法能够对穿刺针与穿刺部位的皮肤表面的夹角进行监测，以及能够对穿刺针是否始终处于超声平面内进行监测，通过实时获取两种数据，并与后台计算机中已存在的相关参考值进行比对，并给出监测结果反馈，从而实现对医务工作者进行操作指导，减少患者损伤的风险。

Description

超声引导下穿刺姿态监测方法及装置
技术领域
本申请涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种超声引导下穿刺姿态监测方法及装置。
背景技术
超声引导下穿刺，对患者体位、医务人员相对于患者的方向位置及高度、操作部位、操作工具与患者操作部位之间的角度等都进行了比较明确的说明及要求，比如开通外周静脉时，静脉穿刺针与患者皮肤的角度、进行外周动脉采血或置管的穿刺针刺入的角度、以及椎管内麻醉时穿刺针要求垂直皮肤、进行超声扫描操作时经常会对超声探头进行的倾倒及旋转操作变化超声探头的角度等。
然而在实际操作过程中，医务工作者进行医疗操作时使用医疗器械(如超声探头、穿刺针等)的动作姿势并不一定都符合相应的要求，从而增加患者损伤的风险。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种超声引导下穿刺姿态监测装置，用以监测医务工作者的使用姿势是否符合操作要求，以指导医务工作者进行标准化操作，减少患者损伤的风险。
本申请实施例提供了一种超声引导下穿刺姿态监测方法，包括：
以超声换能器的探头与扫查部位接触的皮肤表面作为探头平面；
获取穿刺针中心轴线与所述探头平面的第一夹角，以及获取所述穿刺针中心轴线与所述超声换能器的超声平面的第二夹角；
将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对，并输出比对结果。
在上述实现过程中，第一夹角能够对穿刺针与穿刺部位的皮肤表面的夹角进行监测，第二夹角能够对穿刺针是否始终处于超声平面内进行监测，通过实时获取第一夹角和第二夹角的数据，并与后台计算机中已存在的相关参考值进行比对，如果在正常参考值范围内则给与正确反馈，如超过正常参考值则给与警告反馈，从而指导医务工作者进行操作，减少患者损伤的风险。
在超声换能器的实际操作过程中，超声平面与探头平面可倾斜设置，亦可垂直设置。在本申请实施例的实现方式中，所述超声平面与所述探头平面垂直。
在上述实现过程中，超声平面与探头平面垂直，首先符合超声换能器的惯常使用习惯，其次在建立穿刺针、超声平面和探头平面三者之间的关系时，超声平面与探头平面垂直，便于三者之间关系的简化，以及与其他参考系进行关联时，关联关系相较于超声平面与探头平面倾斜亦相对简化。
在一种可能的实现方式中，所述获取穿刺针中心轴线与所述探头平面的第一夹角包括：
在穿刺针的操作手柄上设置第一三自由度加速度传感器，在超声换能器上设置第二三自由度加速度传感器；
获取第一三自由度加速度传感器中与穿刺针中心轴线对应的第一坐标信息集；
获取第二三自由度加速度传感器中与超声换能器短轴中心截面对应的第二坐标信息集，以及与探头平面对应的第三坐标信息集；
将第一坐标信息集、第二坐标信息集、第三坐标信息集投影至绝对系坐标中，根据穿刺针中心轴线与绝对系坐标中的水平方向之间的夹角a和超声换能器短轴中心截面的投影与水平方向之间的夹角b，计算出穿刺针中心轴线与探头平面之间的夹角，即第一夹角。
在一种可能的实现方式中，所述获取所述穿刺针中心轴线与所述超声换能器的超声平面的第二夹角包括：
获取第二三自由度加速度传感器中超声换能器长轴中心截面对应的第四坐标信息集；
根据第二三自由度加速度传感器坐标系与第一三自由度加速度传感器坐标系之间的关系，获取穿刺针中心轴线的坐标信息集在第二三自由度加速度传感器坐标系中对应的第五坐标信息集；
根据第四坐标信息集和第五坐标信息集计算出穿刺针中心轴线与超声换能器长轴中心截面的夹角，即第二夹角。
在一种实现方式中，在所述穿刺针的操作手柄上还设置第一三自由度角速度传感器，以获取所述穿刺针绕其中心轴线的角加速度。
在上述实现过程中，通过第一三自由度角速度传感器可得出穿刺针的旋转角度，可以实现对穿刺针旋转姿态的监控以及数据的收集。
在一种可能的实现方式中，在所述超声换能器上设置第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。
在上述实现过程中，通过第二三自由度角速度传感器可监测超声平面是否发生旋转。通常在超声过程中，超声换能器的位置找准后不再进行移动后转动，因此可以将获取的超声平面作为参考平面。
在一种可能的实现方式中，在所述穿刺针的操作手柄上还设置力传感器，以获取穿刺针在插入皮肤组织时，所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力。
在上述实现过程中，通过力传感器间接获取皮肤组织对穿刺针顶端及针壁产生的阻力，可以反推出在穿刺时需要对皮肤组织施加多大的穿刺力。
根据本申请的另一方面，还提供一种超声引导下穿刺姿态监测装置，包括超声换能器和穿刺针；以及
第一三自由度加速度传感器，设置在所述穿刺针的操作手柄上，用于建立与穿刺针中心轴线对应的第一坐标信息集；
第二三自由度加速度传感器，设置在所述超声换能器上，用于建立与超声换能器短轴中心截面对应的第二坐标信息集；
运算模块，与所述第一三自由度加速度传感器和第二三自由度加速度传感器通讯连接，用于计算穿刺针中心轴线与探头平面的第一夹角、以及穿刺针中心轴线与超声换能器的超声平面的第二夹角，以及将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对并输出比对结果；
所述探头平面为超声换能器的探头与扫查部位接触的皮肤表面。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括设置在所述穿刺针的操作手柄上的第一三自由度角速度传感器，以获取所述穿刺针绕其中心轴线的角加速度。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置包括设置在所述超声换能器上的第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括力传感器，设置在所述穿刺针的操作手柄上，获取穿刺针在插入皮肤组织时所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括数据采集盒，用于收集所述穿刺针的角速度信息及所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力信息。
由以上技术方案可知，本申请实施例中的监测装置及监测方法能够对穿刺针与穿刺部位的皮肤表面的夹角进行监测，以及能够对穿刺针是否始终处于超声平面内进行监测，通过实时获取两种数据，并与后台计算机中已存在的相关参考值进行比对，并给出监测结果反馈，从而实现对医务工作者进行操作指导，减少患者损伤的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为超声引导下穿刺的状态图；
图2为本申请实施例提供的一种超声引导下穿刺姿态监测方法流程图；
图3示出了超声换能器和穿刺针在绝对坐标系中的投影图；
图4示出了本申请实施例中示出的超声引导下穿刺姿态监测装置的结构示意图；
图5为根据本申请实施例示出的穿刺针的结构示意图。
图标：100-超声换能器；200-穿刺针；210-针本体；220-针固定件；230-握持手柄；240-力传感器；300-第一三自由度加速度传感器；400-第二三自由度加速度传感器；500-数据采集盒。
具体实施方式
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描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为超声引导下穿刺的状态图。参见图1，超声换能器100的超声平面为扇形切面S。超声换能器100包括一个长轴中心截面S1和一个短轴中心截面S2。超声平面在长轴中心截面形成的超声平面称之为长轴超声平面，在短轴中心截面形成的超声平面称之为短轴超声平面。超声引导下穿刺通常是穿刺针200需要保持在超声换能器100的超声平面内，以便观察穿刺针200的穿刺状况。超声引导下穿刺针200插入皮肤表面的方向位置及高度等都具有明确的要求，本申请发明人提供了一种监控方法，其可对穿刺针200是否位于超声平面内，以及穿刺针200插入皮肤表面的方向位置和高度是否符合操作要求均进行监控，以指导医务工作者进行标准化操作。
图2为本申请实施例提供的一种超声引导下穿刺姿态监测方法流程图。请参看图2，超声引导下穿刺姿态监测方法包括如下步骤：
S101：以超声换能器100的探头与扫查部位接触的皮肤表面作为探头平面。
在一种实现方式中，超声平面与探头平面垂直，即超声换能器100的长轴中心截面S1和短轴中心截面S2均与待扫查部位的皮肤表面垂直。
S102：获取穿刺针200中心轴线与探头平面的第一夹角，以及获取穿刺针200中心轴线与超声换能器100的超声平面的第二夹角。
在一种可能的实现方式中，在穿刺针200的操作手柄上设置第一三自由度加速度传感器。在第一三自由度加速度传感器固定安装在穿刺针200的操作手柄上时，第一三自由度加速度传感器与穿刺针200中心轴线的相对位置关系就会被确定。穿刺针200中心轴线中的各个点便会与第一三自由度加速度传感器自身所定义的参考系产生关联，通过该关联，第一三自由度加速度传感器的运动轨迹和运动方向可视为穿刺针200的运动轨迹和运动方向。
在超声换能器100上设置第二三自由度加速度传感器。在第二三自由度加速度传感器固定安装在超声换能器100上时，第二三自由度加速度传感器与超声换能器100的中心轴线(长轴中心截面S1与短轴中心截面S2的交线)的相对位置关系就会被确定。超声换能器100中心轴线的各个点便会与第一三自由度加速度传感器自身所定义的参考系产生关联，通过该关联，第二三自由度加速度传感器的运动轨迹和运动方向可视为超声换能器100的运动轨迹和运动方向。由于超声平面位于长轴中心截面S1或短轴中心截面S2内，超声平面的运动轨迹和运动方向也与第二三自由度加速度传感器的运动轨迹和运动方向等同。
将第一三自由度加速度传感器的参考系和第二三自由度加速度传感器的参考系进行关联，则穿刺针200和超声换能器100之间便实现了关联。在本申请实施例中，通过水平方向将第一三自由度加速度传感器的参考系和第二三自由度加速度传感器的参考系进行关联。
在一种可能的实现方式中，获取穿刺针200中心轴线与探头平面的第一夹角包括：
获取第一三自由度加速度传感器中与穿刺针200中心轴线对应的坐标信息集，记为第一坐标信息集；
获取第二三自由度加速度传感器中与超声换能器100短轴中心截面对应的坐标信息集，记为第二坐标信息集，以及与探头平面对应的坐标信息集，记为第三坐标信息集。由于探头平面与超声平面垂直，由于探头在超声换能器100的位置固定并与超声换能器100短轴中心截面具有固定的位置关系，因此探头平面的位置也可映射在第二三自由度加速度传感器的坐标系中，并得到对应的坐标信息集。
将第一坐标信息集、第二坐标信息集、第三坐标信息集投影至绝对系坐标中，图3示出了超声换能器和穿刺针在绝对坐标系中的投影图。参见图3，根据穿刺针200中心轴线L1与绝对坐标系中水平方向L之间的夹角a和超声换能器100短轴中心截面的投影L2与水平方向L之间的夹角b，计算出穿刺针200中心轴线与探头平面L3之间的夹角，即第一夹角c。其中，c与a、b之间的关系为：c＝a+b-90°。
在一种可能的实现方式中，获取穿刺针200中心轴线与探头平面的第二夹角包括：
获取第二三自由度加速度传感器中超声换能器100长轴中心截面对应的坐标信息集，记为第四坐标集；
根据第二三自由度加速度传感器坐标系与第一三自由度加速度传感器坐标系之间的关系，获取穿刺针200中心轴线的坐标信息集在第二三自由度加速度传感器坐标系中对应的坐标信息集，记为第五坐标集。根据第四坐标信息集和第五坐标信息集计算出穿刺针200中心轴线与超声换能器100长轴中心截面S1的夹角，即第二夹角。
S103：将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对，并输出比对结果。
在上述实现过程中，第一夹角能够对穿刺针200与穿刺部位的皮肤表面的夹角进行监测，第二夹角能够对穿刺针200是否始终处于超声平面内进行监测，通过实时获取第一夹角和第二夹角的数据，并与后台计算机中已存在的相关参考值进行比对，如果在正常参考值范围内则给与正确反馈，如超过正常参考值则给与警告反馈，并给与修正补偿提示，从而指导医务工作者进行操作，减少患者损伤的风险。
在一种可能的实现方式中，在穿刺针200的操作手柄上还设置第一三自由度角速度传感器，以获取穿刺针200绕其中心轴线的角加速度。
在上述实现过程中，通过第一三自由度角速度传感器可得出穿刺针200的旋转角度，可以实现对穿刺针200旋转姿态的监控以及数据的收集。
在一种可能的实现方式中，在超声换能器100上设置第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。
在上述实现过程中，通过第二三自由度角速度传感器可监测超声平面是否发生旋转。通常在超声过程中，超声换能器100的位置找准后不再进行移动后转动，因此可以将获取的超声平面作为参考平面。在超声平面确定不旋转后，可利用超声平面进行穿刺针穿刺位置的确定，具体实现过程为：由于穿刺针需要始终位于超声平面内，因此穿刺针的穿刺位置需要与超声平面平行且位于一个平面内，在进行穿刺前需要不断摆动穿刺针，当第二夹角的度数为0°时，则穿刺针位于超声平面内，此时穿刺针在未摆动的情况下与皮肤实现接触，该接触点即可作为穿刺针的穿刺位置。穿刺针穿刺位置的寻找过程也即第二夹角的找零过程。
对于穿刺操作也会有操作时力量变化的要求，比如突破皮肤的突破感、刺破血管的突破感、刺破组织筋膜的突破感、刺破韧带的突破感、碰到骨质的阻力等等。因此在一种可能的实现方式中，在穿刺针200的操作手柄上还设置力传感器，以获取穿刺针200在插入皮肤组织时，皮肤组织对穿刺针200顶端及针壁产生的阻力。
在上述实现过程中，通过力传感器间接获取皮肤组织对穿刺针200顶端及针壁产生的阻力，可以反推出在穿刺时需要对皮肤组织施加多大的穿刺力。
在一种可能的实现方式中，可将穿刺针200的旋转姿态(如角速度)及穿刺针200施加的穿刺力数据(由皮肤组织对穿刺针200顶端及针壁产生的阻力得出)进行收集，该数据的收集可以用于人工智能进行模仿学习穿刺针200的穿刺姿态和手法。
根据本申请的另一方面，还提供了一种超声引导下穿刺姿态监测装置。图4示出了本申请实施例中示出的超声引导下穿刺姿态监测装置的结构示意图，图5为根据本申请实施例示出的穿刺针的结构示意图。如图4和图5所示，超声引导下穿刺姿态监测装置包括超声换能器100、穿刺针200、第一三自由度加速度传感器300、第二三自由度加速度传感器400和运算模块(图中未示出)。
本申请对于运算模块的安装位置不做具体限定，可包括但不限于安装在超声换能器100上、穿刺针200的操作手柄上或者远程的计算机上。
第一三自由度加速度传感器300设置在穿刺针200的操作手柄上，用于建立与穿刺针200中心轴线对应的第一坐标信息集。第一三自由度加速度传感器300的运动轨迹和运动方向可视为穿刺针200的运动轨迹和运动方向。
第二三自由度加速度传感器400设置在超声换能器100上，用于建立与超声换能器100短轴中心截面对应的第二坐标信息集。第二三自由度加速度传感器400的运动轨迹和运动方向可视为超声换能器100的运动轨迹和运动方向。
运算模块与第一三自由度加速度传感器300和第二三自由度加速度传感器400通讯连接，用于计算穿刺针200中心轴线与探头平面的第一夹角、以及穿刺针200中心轴线与超声换能器100的超声平面的第二夹角，以及将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对并输出比对结果。第一夹角和第二夹角的计算方法参见上述计算方法，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括设置在穿刺针200的操作手柄上的第一三自由度角速度传感器，以获取穿刺针200绕其中心轴线的角加速度。
在一种可能的实现方式中，第一三自由度角速度传感器和第一三自由度角速度传感器可集成设置在一个装置中，作为另一实现方式，本申请中的第一三自由度加速度传感器300和第一三自由度角速度传感器还可采用一个六自由度姿态传感器(包括一个三自由度角速度传感器和一个三自由度角速度传感器)来替代。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括设置在超声换能器100上的第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。在一种可能的实现方式中，第二三自由度角速度传感器和第二三自由度角速度传感器可集成设置在一个装置中。作为另一实现方式，本申请中的第二三自由度加速度传感器400和第二三自由度角速度传感器还可采用一个六自由度姿态传感器(包括一个三自由度角速度传感器和一个三自由度角速度传感器)来替代。
参见图5，穿刺针200包括针本体210、针固定件220和握持手柄230。在握持手柄230和针固定件220之间设置力传感器240，通过力传感器240获取穿刺针200在插入皮肤组织时皮肤组织对穿刺针200顶端及针壁产生的阻力。握持手柄内设置第二三自由度角速度传感器和/或第二三自由度角速度传感器，或者直接设置一个六自由度姿态传感器。
需要说明的是，第一三自由度加速度传感器、第二一三自由度加速度传感器、第一三自由度角速度传感器和第二三自由度角速度传感器之间的坐标系转换及对应关系计算为本领域技术人员的公知常识，此处不进行详细阐述。六自由度姿态传感器的工作原理及计算方法亦为公知常识，此处不做详细阐述。
在一种可能的实现方式中，超声引导下穿刺姿态监测装置还包括数据采集盒500，参见图4，用于收集所述穿刺针200的角速度信息及所述皮肤组织对所述穿刺针200顶端及针壁产生的阻力信息。
由以上技术方案可知，本申请实施例中的监测装置及监测方法能够对穿刺针200与穿刺部位的皮肤表面的夹角进行监测，以及能够对穿刺针200是否始终处于超声平面内进行监测，通过实时获取两种数据，并与后台计算机中已存在的相关参考值进行比对，并给出监测结果反馈，从而实现对医务工作者进行操作指导，减少患者损伤的风险。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (12)

1.一种超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，包括：
以超声换能器的探头与扫查部位接触的皮肤表面作为探头平面；
获取穿刺针中心轴线与所述探头平面的第一夹角，以及获取所述穿刺针中心轴线与所述超声换能器的超声平面的第二夹角；
将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对，并输出比对结果。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述超声平面与所述探头平面垂直。
3.根据权利要求2所述的超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，所述获取穿刺针中心轴线与所述探头平面的第一夹角包括：
在穿刺针的操作手柄上设置第一三自由度加速度传感器，在超声换能器上设置第二三自由度加速度传感器；
获取第一三自由度加速度传感器中与穿刺针中心轴线对应的第一坐标信息集；
获取第二三自由度加速度传感器中与超声换能器短轴中心截面对应的第二坐标信息集，以及与探头平面对应的第三坐标信息集；
将第一坐标信息集、第二坐标信息集、第三坐标信息集投影至绝对系坐标中，根据穿刺针中心轴线与绝对系坐标中的水平方向之间的夹角a和超声换能器短轴中心截面的投影与水平方向之间的夹角b，计算出穿刺针中心轴线与探头平面之间的夹角，即第一夹角。
4.根据权利要求3所述的超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，所述获取所述穿刺针中心轴线与所述超声换能器的超声平面的第二夹角包括：
获取第二三自由度加速度传感器中超声换能器长轴中心截面对应的第四坐标信息集；
根据第二三自由度加速度传感器坐标系与第一三自由度加速度传感器坐标系之间的关系，获取穿刺针中心轴线的坐标信息集在第二三自由度加速度传感器坐标系中对应的第五坐标信息集；
根据第四坐标信息集和第五坐标信息集计算出穿刺针中心轴线与超声换能器长轴中心截面的夹角，即第二夹角。
5.根据权利要求1至4中任一所述的超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，在所述穿刺针的操作手柄上还设置第一三自由度角速度传感器，以获取所述穿刺针绕其中心轴线的角加速度。
6.根据权利要求5所述的超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，在所述超声换能器上设置第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。
7.根据权利要求6所述的超声引导下穿刺姿态监测方法，其特征在于，在所述穿刺针的操作手柄上还设置力传感器，以获取穿刺针在插入皮肤组织时，所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力。
8.一种超声引导下穿刺姿态监测装置，包括超声换能器和穿刺针，其特征在于，还包括：
第一三自由度加速度传感器，设置在所述穿刺针的操作手柄上，用于建立与穿刺针中心轴线对应的第一坐标信息集；
第二三自由度加速度传感器，设置在所述超声换能器上，用于建立与超声换能器短轴中心截面对应的第二坐标信息集；
运算模块，与所述第一三自由度加速度传感器和第二三自由度加速度传感器通讯连接，用于计算穿刺针中心轴线与探头平面的第一夹角、以及穿刺针中心轴线与超声换能器的超声平面的第二夹角，以及将第一夹角与第二夹角分别与参考值进行比对并输出比对结果；
所述探头平面为超声换能器的探头与扫查部位接触的皮肤表面。
9.根据权利要求8所述的超声引导下穿刺姿态监测装置，其特征在于，还包括设置在所述穿刺针的操作手柄上的第一三自由度角速度传感器，以获取所述穿刺针绕其中心轴线的角加速度。
10.根据权利要求8所述的超声引导下穿刺姿态监测装置，其特征在于，还包括设置在所述超声换能器上的第二三自由度角速度传感器，用以获取超声平面的角速度。
11.根据权利要求8至10中任一所述的超声引导下穿刺姿态监测装置，其特征在于，还包括力传感器，设置在所述穿刺针的操作手柄上，获取穿刺针在插入皮肤组织时所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力。
12.根据权利要求11所述的超声引导下穿刺姿态监测装置，其特征在于，还包括数据采集盒，用于收集所述穿刺针的角速度信息及所述皮肤组织对所述穿刺针顶端及针壁产生的阻力信息。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111150461A (zh) * 2020-02-04 2020-05-15 赵天力 一种穿刺针定位系统及方法
CN113133832A (zh) * 2021-03-26 2021-07-20 中国科学院深圳先进技术研究院 一种双臂机器人穿刺系统标定方法及系统
CN114052848A (zh) * 2020-07-30 2022-02-18 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 图像穿刺引导方法、医疗设备及存储介质
CN114376685A (zh) * 2021-07-20 2022-04-22 牡丹江医学院 一种椎管内穿刺超声探头
WO2022141153A1 (zh) * 2020-12-30 2022-07-07 诺创智能医疗科技(杭州)有限公司 超声定位穿刺系统和存储介质
CN115381484A (zh) * 2022-07-21 2022-11-25 北京京声普探科技有限公司 一种双平面超声换能器探头及其换能器位置的设置方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112998A (ja) * 2000-10-05 2002-04-16 Toshiba Medical System Co Ltd 超音波穿刺支援装置
CN204293264U (zh) * 2014-12-15 2015-04-29 柏云云 一种超声介入穿刺针引导监控系统
US20160015361A1 (en) * 2013-03-29 2016-01-21 Fujifilm Corporation Ultrasound probe for puncture needle and ultrasound diagnostic device using same
US20160081653A1 (en) * 2013-06-11 2016-03-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound diagnosis apparatus and medical image diagnosis apparatus
US20160213436A1 (en) * 2013-07-26 2016-07-28 Olympus Corporation Medical system and method of controlling medical treatment tools
US20170252010A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Toshiba Medical Systems Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus and method for generating ultrasonic image
CN108210024A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 威朋（苏州）医疗器械有限公司 手术导航方法及系统
WO2018214806A1 (zh) * 2017-05-26 2018-11-29 北京龙慧珩医疗科技发展有限公司 一种前列腺术弹性配准方法及装置
CN210541757U (zh) * 2019-07-03 2020-05-19 北京积水潭医院 超声引导下穿刺姿态监测装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112998A (ja) * 2000-10-05 2002-04-16 Toshiba Medical System Co Ltd 超音波穿刺支援装置
US20160015361A1 (en) * 2013-03-29 2016-01-21 Fujifilm Corporation Ultrasound probe for puncture needle and ultrasound diagnostic device using same
US20160081653A1 (en) * 2013-06-11 2016-03-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound diagnosis apparatus and medical image diagnosis apparatus
US20160213436A1 (en) * 2013-07-26 2016-07-28 Olympus Corporation Medical system and method of controlling medical treatment tools
CN204293264U (zh) * 2014-12-15 2015-04-29 柏云云 一种超声介入穿刺针引导监控系统
US20170252010A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Toshiba Medical Systems Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus and method for generating ultrasonic image
WO2018214806A1 (zh) * 2017-05-26 2018-11-29 北京龙慧珩医疗科技发展有限公司 一种前列腺术弹性配准方法及装置
CN108210024A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 威朋（苏州）医疗器械有限公司 手术导航方法及系统
CN210541757U (zh) * 2019-07-03 2020-05-19 北京积水潭医院 超声引导下穿刺姿态监测装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111150461A (zh) * 2020-02-04 2020-05-15 赵天力 一种穿刺针定位系统及方法
CN114052848A (zh) * 2020-07-30 2022-02-18 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 图像穿刺引导方法、医疗设备及存储介质
CN114052848B (zh) * 2020-07-30 2024-07-12 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 图像穿刺引导方法、医疗设备及存储介质
WO2022141153A1 (zh) * 2020-12-30 2022-07-07 诺创智能医疗科技(杭州)有限公司 超声定位穿刺系统和存储介质
CN113133832A (zh) * 2021-03-26 2021-07-20 中国科学院深圳先进技术研究院 一种双臂机器人穿刺系统标定方法及系统
CN113133832B (zh) * 2021-03-26 2022-09-20 中国科学院深圳先进技术研究院 一种双臂机器人穿刺系统标定方法及系统
CN114376685A (zh) * 2021-07-20 2022-04-22 牡丹江医学院 一种椎管内穿刺超声探头
CN114376685B (zh) * 2021-07-20 2023-08-22 牡丹江医学院 一种椎管内穿刺超声探头
CN115381484A (zh) * 2022-07-21 2022-11-25 北京京声普探科技有限公司 一种双平面超声换能器探头及其换能器位置的设置方法

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