CN110575235A - 穿刺手术系统及其执行末端、计算机可读存储介质 - Google Patents

穿刺手术系统及其执行末端、计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种穿刺手术的执行末端，包括：本体；以及倾角检测模块，固定到所述本体上，用于实时检测所述本体的倾角姿态。实现本体倾角姿态的实时监控，以保证本体的穿刺入针角度精度，使得本体以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。本发明还提供一种穿刺手术系统与计算机可读存储介质。

Description

穿刺手术系统及其执行末端、计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种具有姿态定位功能的穿刺手术系统及其执行末端、计算机可读存储介质。
背景技术
经皮穿刺类介入手术包括组织活检、肿瘤消融、粒子植入、积液抽取、神经阻滞等各类介入手段；其中大部分需要穿刺针具有准确的角度位置、精确的进针深度，将针头的治疗部无误的定位到病灶部位。经皮穿刺的介入手术目前主要是在超声影像或者CT影像的引导下，由医生根据经验徒手定位和穿刺，由于超声二维图像分辨率的影响，其进针角度以及针头位置往往不够精确，而正是这种定位的不精确对治疗效果带来不利影响。
为了提高穿刺精度，目前采用辅助装置给穿刺角度或者深度提供参考，例如一种带刻度的穿刺倾角仪，在一个简单的定位架上固定了一个量角器，穿刺之前医生将穿刺针的角度调整到量角器上的某个角度位置，然后沿着该方向进针即可，起到辅助定位的作用。但其是局限性比较大，首先要求定位架本身相对于人体是固定的，而且穿刺过程中的振动和位移都会对穿刺角度精度有影响；其次，这种纯机械的穿刺倾角测量不具有实时反馈的功能，穿刺过程不能监控；不便于穿刺入针角度的精确控制，影响操作使用。
发明内容
基于此，有必要针对目前通过辅助定位装置进行穿刺入针角度控制导致的穿刺角度精度不能保证的问题，提供一种能够保证穿刺角度精度的穿刺手术的执行末端、穿刺手术系统及计算机可读存储介质。
上述目的通过下述技术方案实现：
一种穿刺手术的执行末端，包括：
本体；以及
倾角检测模块，固定到所述本体上，用于实时检测所述本体的倾角姿态。
在其中一个实施例中，所述执行末端为穿刺针，所述本体包括针体以及与所述针体固定的针柄。
在其中一个实施例中，所述穿刺针为活检针、射频消融针、微波消融针或穿刺引流针。
在其中一个实施例中，所述倾角检测模块包括用于检测倾角姿态的传感器，其中，所述传感器包括加速度传感器、压力传感器、磁强计、陀螺仪、编码器和/或压力传感器。
在其中一个实施例中，所述倾角检测模块包括用于检测倾角姿态的传感器，其中，所述传感器包括三轴加速度传感器，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴加速度传感器，或三轴陀螺仪，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴陀螺仪，其中所述第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。
在其中一个实施例中，所述执行末端还包括处理器，其基于来自所述传感器的信息来计算所述本体的实际倾角。
在其中一个实施例中，所述执行末端还包括显示模块，其连接到所述本体上，用于显示实时测得的所述本体的倾角姿态。
在其中一个实施例中，所述执行末端还包括通信模块，其连接到所述本体上，用于所述倾角检测模块与外界通信。
在其中一个实施例中，所述执行末端还包括可拆卸的储能部件，其固定到所述本体上，并且电连接到所述倾角检测模块。
在其中一个实施例中，所述执行末端还包括指示模块，其基于所述通信模块从所述外界接收的规划倾角与实际倾角的对比信息，发出调整所述本体的倾角姿态的提示信息。
一种穿刺手术系统，包括：
本体，其用于执行穿刺手术；
倾角检测模块，固定到所述本体上，用于实时检测所述本体的倾角姿态；
以及
比较模块，将所述倾角检测模块检测的倾角姿态转化为实际倾角后与规划倾角进行对比。
在其中一个实施例中，所述穿刺手术系统还包括指示模块，其基于所述比较模块的比较结果指示所述实际倾角与所述规划倾角之间的偏差。
在其中一个实施例中，所述穿刺手术系统还包括调节组件，其基于所述比较模块的比较结果调节所述本体的倾角姿态。
在其中一个实施例中，所述调节组件包括手术机器人的机械臂，其中，所述机械臂与所述本体是可操作地连接的。
在其中一个实施例中，所述指示模块包括显示部件，所述显示部件用于显示来自所述倾角检测模块的倾角姿态以及所述实际倾角与所述规划倾角之间的偏差，以引导所述本体调整倾角姿态。
在其中一个实施例中，所述指示模块包括指示灯，所述指示灯基于所述比较模块的比较结果控制其亮灭和/或亮度，以引导所述本体调整倾角姿态。
在其中一个实施例中，所述指示模块包括声音指示部件，基于所述比较模块的比较结果，所述声音指示部件发出引导所述本体调整倾角姿态的信息。
在其中一个实施例中，所述穿刺手术系统还包括储能部件，所述储能部件至少与所述倾角检测模块电连接。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为执行下述步骤：
检测用于穿刺手术的执行末端的本体的倾角姿态；
将所述倾角姿态转化为实际倾角；
将所述实际倾角与规划倾角进行对比；
基于对比结果，调整所述本体以使所述实际倾角符合所述规划倾角。
在其中一个实施例中，所述计算机程序还执行下述步骤：
提示所述实际倾角和/或所述实际倾角与所述规划倾角对比的倾角偏差与方位。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：
本发明的穿刺手术的执行末端，倾角检测模块实时检测本体的倾角姿态；有效的解决目前通过辅助定位装置进行穿刺入针角度控制导致的穿刺角度精度不能保证的问题，实现本体倾角姿态的实时监控，以保证本体的穿刺入针角度精度，使得本体以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
本发明的穿刺手术系统，通过倾角检测模块实时检测本体的倾角姿态，并采用比较模块比较倾角姿态的实际倾角与规划倾角，以获取本体调整的倾角偏差与方位，根据上述倾角偏差与方位调整本体的倾角姿态，使得本体的实际倾角与规划倾角相一致，这样能够保证本体以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
附图说明
图1为本发明一实施例的穿刺手术的执行末端的结构示意图；
图2为图1所示的穿刺手术的执行末端进行手术时的配合示意图；
图3为图1所示的穿刺手术的执行末端穿刺手术的执行末端的立体图；
图4为本发明另一实施例的穿刺手术的执行末端的结构示意图；
图5为图4所示的穿刺手术的执行末端进行手术时的配合示意图；
图6为图4所示的穿刺手术的执行末端的立体图。
其中：
100-穿刺手术的执行末端；
110-本体；111-针体；112-针柄；
120-倾角检测模块；
130-通信模块；
140-处理器；
150-指示模块；151-LED指示灯；
160-储能部件；
170-辅助夹具；171-固定部；172-夹持部；
200-外界设备；
300-患者。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的穿刺手术系统及其执行末端、计算机可读存储介质进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参见图1、图2、图4和图5，本发明提供一种穿刺手术的执行末端100，该穿刺手术的执行末端100能够进行穿刺手术操作，这里的穿刺手术包括但不限于组织活检、肿瘤消融、粒子植入、积液抽取、神经阻滞、浅层手术等各类介入手段。上述穿刺手术大部分需要以准确的入针角度、精确的进针深度以无误的定位到病灶部位，保证穿刺手术的准确性。本发明的穿刺手术的执行末端100能够保证穿刺手术所要求的准确入针角度、精确的进针深度，保证穿刺手术的安全性。
在本发明中，穿刺手术的执行末端100包括本体110及倾角检测模块120。本体110为执行穿刺手术操作的元件，本体110能够伸入患者的病灶部位，对患者病灶部位进行穿刺手术。倾角检测模块120用于实时检测本体110的倾角姿态。这样，能够方便对本体110倾角姿态的检测，实现本体110倾角姿态的实时监控；有效的解决目前通过辅助定位装置进行穿刺入针角度控制导致的穿刺角度精度不能保证的问题；提高本体110入针角度的精度，保证穿刺手术所要求的准确入针角度、精确的进针深度，保证穿刺手术的安全性。
在一个实施例中，执行末端100为穿刺针。穿刺针包括但不限于活检针、射频消融针、微波消融针或穿刺引流针等。通过倾角检测模块120实时检测穿刺针的倾角姿态，以保证穿刺针进入患者体内的入针角度，提高穿刺手术的安全性。当然，在本发明的其他实施方式中，执行末端100还可包括非接触式治疗部件等等。非接触式治疗部件包括但不限于用于放疗的射线源等。
参见图1和图2，在本发明的一实施例中，本体110包括针柄112及与针柄112固定的针体111。针体111可拆卸的安装于针柄112上。当针体111安装于针柄112上后，针体111固定于针柄112上，针体111与针柄112连接；当针体111从针柄112上拆卸后，实现针体111与针柄112分离，此时，可以更换针体111。本体110通过针体111实现穿刺手术，当针体111手术完成后，可以拆下针体111，对针体111进行消毒或者更换。
倾角检测模块120能够实时检测本体110在空间中的倾角姿态，方便监控本体110在空间中的实际倾角，进而方便医护人员对执行末端100的控制。倾角检测模块120包括用于实时检测本体110倾角姿态的传感器。在本发明的一实施例中，传感器包括但不限于加速度传感器、压力传感器、磁强计、陀螺仪、编码器和/或压力传感器等，以检测本体110当前的前后俯仰、左右倾斜和水平旋转角度。在本发明的另一实施例中，传感器包括三轴加速度传感器，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴加速度传感器，或三轴陀螺仪，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴陀螺仪，其中第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，以检测本体110在第一方向、第二方向和第三方向上的参数，进而得到本体110当前的前后俯仰、左右倾斜和水平旋转角度。
可以理解的是，倾角检测模块120可以采用多种形式实时检测本体110的倾角姿态。例如，可以使用一个MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)工艺的三轴加速度传感芯片，通过三轴加速度传感芯片测定本体110在不同倾角姿态下其上三个轴的受力情况，进而推算出本体110的倾角姿态；也可以使用多个MEMS加速度传感器，加速度传感器通过测量由于重力引起的加速度以计算出本体110相对于水平面的倾斜角度，通过多个加速度传感器融合能够提高倾角姿态估计的精确性；也可以使用三轴陀螺仪或多个单轴陀螺仪测量不同方向的角速度以计算出本体110的倾角姿态；还可以使用多种测量手段如同时使用加速度传感器与陀螺仪等等，通过将多种测量手段采集的数据融合获得更精确的倾角姿态估计；等等。这样倾角检测模块120具有自主测量的特点，不需要其他笨重的辅助工具，自身即可对其倾角姿态进行测量，方便操作使用，同时还能连续实时的对本体110的倾角姿态进行测定，保证倾角姿态测量结果的准确性，而且还能降低穿刺手术的执行末端100的重量，便于医护人员握持。
在一个实施例中，执行末端100还包括通信模块130。通信模块130与倾角检测模块120是可通信的，用于实现倾角检测模块120与外界的通信，具体的，通信模块130用于将倾角姿态传输给外界设备200。通过外部调节部件按照调节信息控制本体110运动，外部调节部件按照调节信息调整本体110，即外部调节部件按照预先的调节信息控制本体110运动，以调整本体110的倾角姿态。可以理解的是，这里的调节信息可以从穿刺手术的执行末端100外，例如外界设备200，获取，也可从穿刺手术的执行末端100中获取调节信息，在下文详述。而且，外部调节部件可以指手术机器人，如采用机械臂等结构调节。但本发明不限于此，对本体110的倾角姿态的调节是可以由操作者手动参与完成的。当然，在本发明的其他实施方式中，独立于机器人的机械臂，也可在穿刺手术的执行末端100中设置单独的调节结构，用于自动调节本体110的倾角姿态。
医护人员在进行治疗手术之前，预先规划穿刺手术的本体110的规划穿刺路径，并存储于外界设备200如远程主机、上位机等中。穿刺手术的执行末端100在进行穿刺手术操作时，本体110朝向患者300体内的病灶部位运动，同时，倾角检测模块120能够实时检测本体110在运动过程中的倾角姿态，并将该倾角姿态通过通信模块130实时传输给外界设备200。可以理解的是，可以通过外界设备200将倾角姿态转换成实际倾角，可选择地，穿刺手术的执行末端100也可以自行将倾角姿态转化为实际倾角，再由通信模块130传输，这一点在下文详述。外界设备200可以根据本体110的规划穿刺路径获取本体110在当前位置的规划倾角，进而根据实际倾角以及规划倾角生成调节信息，在一种例子中，该调节信息可以是以规划倾角为目标对实际倾角进行调节的信息，但本发明并不限制于此。这样，外部调节部件能够带动本体110按照调节信息运动，使得本体110以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。当然，规划穿刺路径也可由外界设备200根据手术计划进行自动规划。
可以理解的是，规划穿刺路径是指本体110从初始位置运动到患者病灶部位时，由外界设备200自动规划或医护人员手动规划或者半自动规划的本体110的运动轨迹。而且，规划穿刺路径由多个本体110所处的位置形成，每一位置对应一个本体110的规划倾角。倾角检测模块120检测本体110在各个位置的倾角姿态，根据当前的实际倾角和规划倾角生成调节信息，以调整本体110在当前位置下的倾角姿态，使得本体110的倾角姿态与规划倾角相一致。
通信模块130能够将倾角姿态向外界设备200传输。本发明中的传输连接是指通信连接和/或电连接。通信模块130将倾角检测模块120实时检测本体110的实时倾角姿态和/或实际倾角传输给外界设备200，可以采用无线电射频传输，也可采用红外线数据传输，在某些场合还可以采用有线的方式进行传输，例如RS232串口、USB等等，当然，在本发明的其他实施方式中，还可采用其他能够实现数据传输的结构。
本发明的穿刺手术的执行末端100通过倾角检测模块120实现本体110倾角姿态的实时检测，并通过通信模块130将倾角姿态实时传输到外界设备200中，根据实时倾角与规划倾角生成本体110在当前位置的调节信息，这样，外部调节部件能够对本体110的倾角姿态按照调节信息进行调节，使得本体110的实际倾角与规划倾角相一致；有效的解决目前通过辅助定位装置进行穿刺入针角度控制导致的穿刺角度精度以及本体不能监控的问题，实现本体110倾角姿态的实时监控，并按照规划倾角调整本体110，保证穿刺入针角度精度，使得本体110以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
在一个实施例中，执行末端100还包括处理器140，处理器140能够基于来自倾角检测模块120的传感器的信息来计算本体110的实际倾角。处理器140传输连接倾角检测模块120。处理器140实时接收倾角姿态，并对倾角姿态进行处理。这里的处理是指：处理器140能够获取本体110的倾角姿态，并根据姿态模型计算该倾角姿态对应实际倾角。可以理解的是，倾角检测模块120、处理器140及通信模块130可以通过一个集成芯片集成实现，也可在不同的芯片中实现。
进一步地，处理器140传输连接倾角检测模块120与通信模块130。处理器140还能通过通信模块130获取调节信息，根据调节信息调节本体110的倾角姿态，或者，处理器140接收规划倾角，根据规划倾角与实际倾角的比对调节本体110的倾角。也就是说，本体110的规划倾角与实时倾角比对可以在穿刺手术的执行末端100中进行。具体如下：
在一个实施例中，处理器140接收调节信息，并根据调节信息调整本体110的倾角姿态。具体的，处理器140实时获取本体110倾角姿态的数据，根据倾角姿态计算本体110的实际倾角，并通过通信模块130传输给外界设备200，外界设备200进行实时导航计算。外界设备200的导航软件实时判断本体110当前的实际倾角是否正确，即，对比实际倾角与本体110的规划倾角，如果不正确并随之计算倾角偏差与需要调整的方位，然后，外界设备200根据倾角偏差与需要调整的方位调整本体110的倾角姿态。在此过程中，外界设备200还可以将倾角偏差与需要调整的方位传输给处理器140。最终，使得本体110的实际倾角与规划倾角相一致，这样本体110能够以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
在另一个实施例中，处理器140对比实际倾角与规划倾角，并生成调节信息。具体的，处理器140通过通信模块130接收规划倾角，处理器140还根据倾角姿态计算本体110的实际倾角，并对比规划倾角与实际倾角，以得到本体110需要调整的倾角偏差与方位，外部调节部件控制本体110按照倾角偏差与方位调整本体110的倾角姿态。在这种实施例中，处理器140通常也存储有与外界设备200的导航软件具备数据通信能力的导航软件，外界设备200的导航软件可以将预先规划本体110的规划倾角传输给处理器140，处理器140获取本体110的实际倾角后可以自行比较其与规划倾角的差异，实时判断本体110当前的实际倾角是否正确，如果不正确并随之计算出倾角偏差以及需要调整的方位后，根据上述倾角偏差与方位调整本体110的倾角姿态，使得本体110的实际倾角与规划倾角相一致，这样本体110能够以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
在一个实施例中，倾角检测模块120与本体110相对固定设置。这样能够使得倾角检测模块120与本体110之间形成唯一的坐标映射关系，以保证倾角检测模块120测量倾角姿态的准确性，进而保证本体110倾角姿态调整可靠。
参见图1和图2，在一实施例中，倾角检测模块120、通信模块130及处理器140固定于针柄112和/或针体111上。同一种针体111和倾角检测模块120的相对位置关系可以是一致的，以保证倾角检测模块120计算实际倾角的准确性。倾角检测模块120、通信模块130及处理器140可以直接固定于针柄112上，也可通过支架固定。较佳地，倾角检测模块120固定于针柄112的尾部。当然，倾角检测模块120、通信模块130及处理器140也可以固定于针体111上。
参见图4和图5，在一实施例中，穿刺手术的执行末端100还包括辅助夹具170，辅助夹具170可拆卸的夹持于本体110上。倾角检测模块120、通信模块130及处理器140均设置于辅助夹具170上。通过辅助夹具170将倾角检测模块120、通信模块130及处理器140固定于辅助夹具170上，建立倾角检测模块120与本体110之间形成唯一的坐标映射关系，以保证倾角检测模块120计算实际倾角的准确性。辅助夹具170可以夹持于本体110上的任一位置，只要不影响穿刺手术即可。较佳地，辅助夹具170夹持于针体111的末端。这是因为针柄112的形状有多种多样，而针体111通常为圆柱体，区别只在于直径的大小，本发明的辅助夹具170能够适应不同直径尺寸针体111的夹持，适用范围广。
进一步地，辅助夹具170包括夹持部172及固定部171，固定部171固定于夹持部172上。夹持部172可拆卸的夹持于本体110上，倾角检测模块120、通信模块130及处理器140均设置于固定部171中。夹持部172能够夹持于不同尺寸的针体111上。夹持部172与固定部171的位置相对固定，以保证倾角检测模块120与本体110之间的位置固定。本实施例中，夹持部172与固定部171可以为一体结构，当然，夹持部172与固定部171之间也可通过可拆卸连接方式固定。
在一个实施例中，执行末端100还包括显示模块，显示模块可以连接到本体110上，用于显示实时测得的本体110的倾角姿态。这样可以方便医护人员查看本体110在患者体内的位置，提高穿刺手术的安全性。示例的，显示模块可以为显示屏。
参见1至图6，在一个实施例中，执行末端100还包括指示模块150。指示模块150基于通信模块130从外界接收的规划倾角与实际倾角的对比信息，发出调整本体110的倾角姿态的提示信息。指示模块150能够为本体110的倾角姿态调整提供引导，以使操作人员按照指示模块150指示的倾角偏差与方位引导本体110调整倾角姿态。这样，操作人员就可以根据指示模块150指示的信息调整本体110的倾角姿态，使得本体110能够以准确入针角度刺入患者体内的病灶位置，提高穿刺入针角度的精度，保证穿刺手术的安全性。在机器人的机械臂进行自动调整的情况下，指示模块150的指示虽然不是必需的，但其存在可以让操作人员知悉实时的调整情况。可以理解的是，指示模块150可以设置在针柄112的尾端上，也可设置在辅助夹具170的尾端。也可以理解，该指示模块150可以设置在机器人上还可以设置在与机器人耦连的电脑上。
在一实施例中，指示模块150包括指示灯，指示灯基于处理器140的倾角偏差与方位控制其亮灭和/或亮度，以引导本体110调整倾角姿态。即，处理器140将倾角偏差与方位的调整信息转为控制指示灯的亮灭及亮度的控制信号，并通过通信模块130传输给指示灯，以引导本体110调整倾角姿态。可选地，指示灯包括多个LED指示灯151，多个LED指示灯151分别位于多个方位，并与通信模块130及处理器140传输连接，至少一个LED指示灯151的亮灭及亮度用于引导本体110的调整方位。当某一方向LED指示灯151亮时，表明本体110的尾部需要向该方向倾斜；当LED指示灯151灭时，表明本体110的实际倾角已经调整到规划倾角，此时，本体110的实际倾角与规划倾角相一致，同时还表示本体110在该方向不存在倾角偏差或者倾角偏差在预定阈值范围内。选择性地，LED指示灯151还可具有多个亮度等级，不同的亮度等级对应不同的调整角度，比如说，LED指示灯151亮度越高，医护人员应做越大角度的调整；若LED指示灯151亮度较低，医护人员只需略微调整LED指示灯151的倾角姿态即可。
示例的，LED指示灯151的数量为五个，其中一个LED指示灯151位于中间区域，另外四个LED指示灯151位于中间区域LED指示灯151的周侧，且四个LED指示灯151均匀分布，并分别对应四个方位，如前、后、左、右。当其中一个LED指示灯151亮时，医护人员将本体110的尾部向该LED指示灯151所在的方向倾斜；当该LED指示灯151灭且中间LED指示灯151闪烁时，表明本体110的实际倾角已经调整到规划倾角或者与规划倾角之差在预定阈值范围内。当本体110所在的方位不在四个方位时，此时，两个LED指示灯151同时亮，表明本体110的倾角姿态应向该两个LED指示灯151之间的方位调整。并且，在调整过程中，可以通过LED指示灯151的亮度指示主要向哪个方向倾斜，当其中一个LED指示灯151灭时，另一个LED指示灯151仍然亮，此时，只要向亮的LED指示灯151所在的方向运动即可。
在一实施例中，指示模块150可以为声音指示部件，基于处理器140的倾角偏差与方位，声音指示部件发出引导本体110调整倾角姿态的信息。即处理器140能够将倾角偏差与方位转化成声音指示信号，声音指示信号指示引导医护人员调整本体110的倾角姿态。示例的，声音指示部件可以包括扬声器，该声音指示信号可以通过语音播报的方式发出。
在其中一个实施例中，指示模块150包括显示部件，显示部件用于显示来自倾角检测模块120的倾角姿态以及来自处理器140或外界设备计算的倾角偏差与方位，以引导本体110调整倾角姿态。例如，通过外界设备200的外部显示器等方式指示引导医护人员调整本体110的倾角姿态。使用时，医护人员观察外部显示器上本体110的倾斜方向，即可实现本体110倾角姿态的调整。
当本发明的本体110配合手术机械臂使用时，穿刺手术的执行末端100安装于手术机械臂上，手术机械臂带动穿刺手术的执行末端100执行穿刺手术操作。手术机械臂带动穿刺手术的执行末端100运行时，处理器140或者机器人的控制单元可以根据其中的倾角偏差及需要调整的方位控制手术机械臂运动，进而使得手术机械臂带动穿刺手术的执行末端100运动以调整本体110的倾角姿态。此时，穿刺手术的执行末端100可以具有上述的指示模块150，也可以没有上述的指示模块150。
作为一种可实施方式，穿刺手术的执行末端100还包括可拆卸的储能部件160，储能部件160固定到本体上，并电连接到倾角检测模块120上，能够为倾角检测模块120供电。而且，储能部件160还能与通信模块130电连接，并为通信模块130供电。通过储能部件160保证倾角检测模块120、处理器140及通信模块130正常工作。可选地，储能部件160可以通过有线供电或无线供电的方式向倾角检测模块120、处理器140及通信模块130供电。示例的，可以通过电池供电或超级电容供电，也可通过线缆进行外部供电，还可采用纽扣电池或体积小容量较大的锂电池供电。
可以理解的是，本发明的穿刺手术的执行末端100可以配合医学成像设备使用。本发明的医学成像设备可以为计算机断层成像(Computed Tomography，简称：CT)设备、磁共振成像设备(Magnetic Resonance，简称：MR)、正电子发射断层成像设备、放射治疗设备、X-ray成像设备、单光子发射计算机断层成像设备、超声成像设备等中的一种或多种的组合。医学成像设备对患者300的病灶部位进行成像，以引导本体110进行穿刺手术操作，保证穿刺手术操作准确，提高安全性。
本发明的穿刺手术的执行末端100通过倾角检测模块120实时检测本体110的倾角姿态，可以通过多种方式与操作者互动，确保穿刺操作过程中的进针角度比较精确；倾角检测模块120具有自主测量的特点，不需要其他笨重的辅助工具，自身即可对其倾角姿态进行测量；倾角检测模块120还具有实时性的特点，能够连续实时的对本体110的倾角姿态进行测定。穿刺手术的执行末端100还可以支持导航，倾角姿态可以配合外界设备200的导航软件进行实时导航；当进针角度发生偏离时，可以触发图形或者语音等形式对操作者予以提示。本发明的穿刺手术的执行末端100还具有低成本、高可用性的特点，倾角检测模块120以及通信模块130的成本可以做到非常小的芯片内，价格低廉，使用简便。
本发明还提供一种穿刺手术系统，该穿刺手术系统能够执行穿刺手术。穿刺手术系统包括本体110、倾角检测模块120及比较模块。本体110用于执行穿刺手术。倾角检测模块120固定到本体110上，用于实时检测本体110的倾角姿态。比较模块能够将倾角检测模块120检测的倾角姿态转化为实际倾角后与规划的倾角姿态进行对比。需要说明的是，本实施例中，本体110及倾角检测模块120的结构、工作方式等均与上述实施例中完全相同，在此不一一赘述。
比较模块与外界设备200及倾角检测模块120传输连接，倾角检测模块120可以将本体110的倾角姿态传输给比较模块，外界设备200为上述实施例中的外界设备200，外界设备200可以将本体110的规划倾角传输给比较模块，通过比较模块比较倾角检测模块120检测倾角姿态的实际倾角与规划倾角，以判断本体110的倾角姿态是否存在偏差。比较模块对比实际倾角与本体110的规划倾角并计算倾角偏差与方位，外部调节部件控制本体110根据倾角偏差与方位调整本体110的倾角姿态。可以理解的是，比较模块可以基于本体110倾角姿态的数据和姿态模型估计出本体110的实际倾角；当然，外界设备200基于本体110倾角姿态的数据和姿态模型也可以估计出本体110的实际倾角，再传输到比较模块上。根据上述倾角偏差与调整方位调整本体110的倾角姿态，使得本体110的实际倾角与规划倾角相一致，这样本体110能够以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
在一个实施例中，穿刺手术系统还包括指示模块，其基于比较模块的比较结果指示实时检测的倾角姿态与规划的倾角姿态之间的偏差。可以理解的是，本实施例中的指示模块与上述实施例中的指示模块150的结构及工作方式相同，只是本实施例的指示模块是基于比较模块的比较结果来指示本体110的运动的，在此不对指示模块进行赘述。
在一个实施例中，穿刺手术系统还包括调节组件，其基于比较模块的比较结果调节本体110的倾角姿态。调节组件可以根据比较模块比较后得到倾角偏差及方位调节本体110的倾角姿态，使本体110能够以准确的入针角度刺入患者体内的病灶位置。较佳地，调节组件包括手术机器人的机械臂，其中，机械臂与本体110是可操作地连接的。
在一个实施例中，穿刺手术系统还包括储能部件，储能部件至少与倾角检测模块120电连接。本实施例中的储能部件与上述实施例中的储能部件160完全相同，在此不一一赘述。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被配置为执行下述步骤：
检测用于穿刺手术的执行末端100的本体110的倾角姿态；
将倾角姿态转化成实际倾角。
将实时倾角姿态与规划倾角进行对比；
基于对比结果，调整本体以使其实际倾角符合规划倾角。
由倾角检测模块120实时检测本体110的倾角姿态后，将该倾角姿态转化成实际倾角。可以通过比较模块、处理器140或外界设备200等将本体110倾角姿态的数据通过姿态模型估计本体110的实际倾角。对比规划倾角与实际倾角，判断本体110当前的实际倾角是否正确，如果不正确并随之计算倾角偏差以及需要调整的方位，根据上述倾角偏差与调整方位调整本体110的倾角姿态，使得本体110的实际倾角与规划倾角相一致，这样本体110能够以准确的入针角度、精确的入针深度伸入到病灶部位，保证穿刺手术的安全性。
在一个实施例中，计算机程序还执行下述步骤：
提示倾角姿态和/或实际倾角与规划倾角对比的倾角偏差与方位。
可以通过显示模块实时显示本体110的倾角姿态，方便医护人员确定本体110在患者体内的位置。而且，显示模块还可显示实际倾角与规划倾角对比的倾角偏差与方位，方便医护人员根据该倾角偏差与方位调整本体110的倾角姿态。也可以通过指示模块150为本体110的倾角姿态调整提供引导信息，保证本体的实际倾角与规划倾角相一致。
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的记载范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种穿刺手术的执行末端，其特征在于，包括：
本体；以及
倾角检测模块，固定到所述本体上，用于实时检测所述本体的倾角姿态。
2.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，所述执行末端为穿刺针，所述本体包括针体以及与所述针体固定的针柄。
3.根据权利要求2所述的执行末端，其特征在于，所述穿刺针为活检针、射频消融针、微波消融针或穿刺引流针。
4.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，所述倾角检测模块包括用于检测倾角姿态的传感器，其中，所述传感器包括加速度传感器、压力传感器、磁强计、陀螺仪、编码器和/或压力传感器。
5.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，所述倾角检测模块包括用于检测倾角姿态的传感器，其中，所述传感器包括三轴加速度传感器，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴加速度传感器，或三轴陀螺仪，或第一方向、第二方向和第三方向上的单轴陀螺仪，其中所述第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。
6.根据权利要求4或5所述的执行末端，其特征在于，还包括处理器，其基于来自所述传感器的信息来计算所述本体的实际倾角。
7.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，还包括显示模块，其连接到所述本体上，用于显示实时测得的所述本体的倾角姿态。
8.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，还包括通信模块，其连接到所述本体上，用于所述倾角检测模块与外界通信。
9.根据权利要求1所述的执行末端，其特征在于，还包括可拆卸的储能部件，其固定到所述本体上，并且电连接到所述倾角检测模块。
10.根据权利要求8所述的执行末端，其特征在于，还包括指示模块，其基于所述通信模块从所述外界接收的规划倾角与实际倾角的对比信息，发出调整所述本体的倾角姿态的提示信息。
11.一种穿刺手术系统，其特征在于，包括：
本体，其用于执行穿刺手术；
倾角检测模块，固定到所述本体上，用于实时检测所述本体的倾角姿态；
以及
比较模块，将所述倾角检测模块检测的倾角姿态转化为实际倾角后与规划倾角进行对比。
12.根据权利要求11所述的穿刺手术系统，其特征在于，还包括指示模块，其基于所述比较模块的比较结果指示所述实际倾角与所述规划倾角之间的偏差。
13.根据权利要求11或12所述的穿刺手术系统，其特征在于，还包括调节组件，其基于所述比较模块的比较结果调节所述本体的倾角姿态。
14.根据权利要求13所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述调节组件包括手术机器人的机械臂，其中，所述机械臂与所述本体是可操作地连接的。
15.根据权利要求12所述的穿刺手术系统，所述指示模块包括显示部件，所述显示部件用于显示来自所述倾角检测模块的倾角姿态以及所述实际倾角与所述规划倾角之间的偏差，以引导所述本体调整倾角姿态。
16.根据权利要求15所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述指示模块包括指示灯，所述指示灯基于所述比较模块的比较结果控制其亮灭和/或亮度，以引导所述本体调整倾角姿态。
17.根据权利要求16所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述指示模块包括声音指示部件，基于所述比较模块的比较结果，所述声音指示部件发出引导所述本体调整倾角姿态的信息。
18.根据权利要求11所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述穿刺手术系统还包括储能部件，所述储能部件至少与所述倾角检测模块电连接。
19.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被配置为执行下述步骤：
检测用于穿刺手术的执行末端的本体的倾角姿态；
将所述倾角姿态转化为实际倾角；
将所述实际倾角与规划倾角进行对比；
基于对比结果，调整所述本体以使所述实际倾角符合所述规划倾角。
20.根据权利要求19所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序还执行下述步骤：
提示所述实际倾角和/或所述实际倾角与所述规划倾角对比的倾角偏差与方位。
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