CN110916770B - 医用穿刺针形状标定采集装置 - Google Patents

Abstract

医用穿刺针形状标定采集装置，属于穿刺针形状标定领域。解决了现有技术中没有对穿刺针标定模型中所需数据进行采集的装置的问题。本发明包括校准夹板、角度传感器和手轮；校准夹板内夹持有标定穿刺针的针头，通过旋转手轮，从而使手轮带动待标定穿刺针转动，通过角度传感器可以准确地采集到受力方向相对初始方向转过的角度，通过标定穿刺针的内针内的布拉格光栅的光纤测得布拉格光栅的当前中心波长，从而获得布拉格光栅的中心波长偏移量；从而为构建待标定穿刺针的穿刺针标定模型提供数据基础。本发明主要用于形变的穿刺针进行数据采集。

Description

医用穿刺针形状标定采集装置

技术领域

本发明属于穿刺针形状标定领域。

背景技术

经皮穿刺手术在医疗领域有着极为广泛的应用，包括引流、三叉神经热凝、射频消融、肿瘤活检和放射性粒子植入等手术。部分手术对穿刺针刺入后产生的偏差并不敏感，但是诸如肿瘤活检，三叉神经热凝和放射性粒子植入等手术则对偏差较为敏感，但是目前的医疗影像技术难以实现对穿刺针的高精度实时跟踪，导致手术效果由于穿刺针刺入后产生的偏差而影响治疗效果甚至造成医疗事故。

为了解决上述问题，提出一种具有形状检测能力的穿刺针，其基本原理是在现有穿刺针的内针表面加工出三个呈120°分布的槽，将刻有多个布拉格光栅的光纤粘贴到槽内，当穿刺针受外力弯曲后导致同一位置的三个布拉格光栅的波长发生不同程度的前移或者后移，通过一定的计算方法就可以计算出穿刺针变形后的形状，但是由于光纤粘贴和机械加工引入的误差，导致理论计算模型通常难以适用，因此，集成有布拉格光栅的穿刺针必须经过标定才能准确地计算出变形后的形状，而构建穿刺针标定模型在构建构成中所用的基础数据包括形变大小和形变方向，而同时采集形变大小和形变方向的装置，在现有技术中没有相关记载，故，亟需提供一种可对形变大小和形变方向进行采集的装置，为后续构建穿刺针标定模型中所使用的校准算法提供源数据。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中没有对穿刺针标定模型中所需数据进行采集的装置的问题，本发明提供了一种医用穿刺针形状标定采集装置。

医用穿刺针形状标定采集装置，包括校准夹板、角度传感器和手轮；

校准夹板包括上夹板和下夹板，二者通过定位销固定连接，上夹板和下夹板的夹持面均设有N个在长度方向上弯曲程度不同的槽体；

上夹板上的N个槽体分别与下夹板上的N个槽体相对设置，上夹板上的每个槽体与其所对应的下夹板上的槽体，二者在长度方向上弯曲程度相同，且二者合围成长度方向上弯曲的圆筒形空腔；

圆筒形空腔用于嵌放待标定穿刺针的针头，使待标定穿刺针的针头形状跟随其所在的圆筒形空腔的形状而变化；

待标定穿刺针的针尾设置在角度传感器的内部空腔内；

角度传感器固定在校准夹板的侧壁上，手轮位于角度传感器外部，待标定穿刺针的针尾固定端固定在手轮上；

通过旋转手轮，从而使手轮带动待标定穿刺针转动，角度传感器用于采集待标定穿刺针的旋转角度；

待标定穿刺针的内针内粘贴有3个刻有布拉格光栅的光纤，且3个刻有布拉格光栅的光纤沿待标定穿刺针的内针周向均匀分布；

刻有布拉格光栅的光纤，用于对待标定穿刺针的中心波长进行采集。

优选的是，还包括外针固定套、胀套和内针固定套，三者均位于角度传感器内；

外针固定套套在待标定穿刺针的外针针尾上，且外针固定套夹固在角度传感器和待标定穿刺针的外针针尾之间，用于对待标定穿刺针的外针针尾进行固定；

胀套用于对外针针尾与内针针尾之间的交接处进行绑定，胀套挤压在角度传感器与待标定穿刺针的针尾之间；

内针固定套套在待标定穿刺针的内针针尾上；

手轮通过内针固定套与待标定穿刺针的内针针尾固定连接；

外针针尾和内针针尾构成待标定穿刺针的针尾。

优选的是，还包括光纤解调仪和上位机；

光纤解调仪，用于对刻有布拉格光栅的光纤输出的光信号进行解调，并将解调后的信号发送至上位机；

上位机，还用于接收角度传感器输出的角度信号。

优选的是，还包括连接板；

待标定穿刺针通过连接板固定在在校准夹板的侧壁上。

本发明带来的有益效果是，本发明可以方便地采集校准算法所需的用于校准变形方向和变形大小的原始数据，为构建待标定穿刺针的穿刺针标定模型提供数据基础，本发明所述的医用穿刺针形状标定采集装置，结构简单、精度可靠、操作方便。

说明书附图

图1为医用穿刺针形状标定采集装置的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2中A-A部分的局部剖视图；

图4为校准夹板的分解图；

图5为待标定穿刺针的内针的结构示意图；

图6为待标定穿刺针的外针的结构示意图；

图7为装配完成后的待标定穿刺针的整体结构示意图。

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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1至图3、图5至图7说明本实施方式，本实施方式所述的医用穿刺针形状标定采集装置，包括校准夹板1、角度传感器2和手轮3；

校准夹板1包括上夹板1-1和下夹板1-2，二者通过定位销固定连接，上夹板1-1和下夹板1-2的夹持面均设有N个在长度方向上弯曲程度不同的槽体1-3；

上夹板1-1上的N个槽体1-3分别与下夹板1-2上的N个槽体1-3相对设置，上夹板1-1上的每个槽体1-3与其所对应的下夹板1-2上的槽体1-3，二者在长度方向上弯曲程度相同，且二者合围成长度方向上弯曲的圆筒形空腔1-4；

圆筒形空腔1-4用于嵌放待标定穿刺针4的针头4-1，使待标定穿刺针4的针头4-1形状跟随其所在的圆筒形空腔1-4的形状而变化；

待标定穿刺针4的针尾4-2设置在角度传感器2的内部空腔2-1内；

角度传感器2固定在校准夹板1的侧壁上，手轮3位于角度传感器2外部，待标定穿刺针4的针尾固定端固定在手轮3上；

通过旋转手轮3，从而使手轮3带动待标定穿刺针4转动，角度传感器2用于采集待标定穿刺针4的旋转角度；

待标定穿刺针4的内针内粘贴有3个刻有布拉格光栅的光纤，且3个刻有布拉格光栅的光纤沿待标定穿刺针4的内针周向均匀分布；

刻有布拉格光栅的光纤，用于对待标定穿刺针4的中心波长进行采集。

本实施方式中，待标定穿刺针4为现有技术中的穿刺针，其包括内针和外针，内针插入外针内，从而构成穿刺针。

本发明在具体应用时，带动待标定穿刺针4在任意一个槽体1-3内旋转可以模拟穿刺针受到来自不同方向的外力产生的变形，通过旋转手轮3，从而使手轮3带动待标定穿刺针4转动，通过角度传感器2可以准确地采集到受力方向相对初始方向转过的角度，通过布拉格光栅的光纤测得布拉格光栅的当前中心波长，从而获得布拉格光栅的中心波长偏移量；更换槽体1-3，再将待标定穿刺针4的针头4-1嵌放在另一个槽体1-3内旋转，通过角度传感器2可以准确地知道受力方向相对初始方向转过的角度，及通过布拉格光栅的光纤测得布拉格光栅的当前中心波长，从而获得布拉格光栅的中心波长偏移量；不断的更换槽体1-3进行上述操作，直至历遍所有槽体1-3，由此，可得到多组准确的相互对应的变形大小，变形方向和布拉格光栅的波长偏移，为校准算法提供源数据。

具体应用时，需不断的改变角度传感器2的安装位置，使其安装位置与所对应的槽体1-3相对应。

本发明可以方便地采集校准算法所需的用于校准变形方向和变形大小的原始数据，为构建待标定穿刺针4的穿刺针标定模型提供数据基础，本发明所述的医用穿刺针形状标定采集装置，结构简单，精度可靠。

参见图1至图3、图5至图7说明本优选实施方式，本优选的实施方式为，所述的医用穿刺针形状标定采集装置，还包括外针固定套5、胀套6和内针固定套7，三者均位于角度传感器2内；

外针固定套5套在待标定穿刺针4的外针针尾4-2-1上，且外针固定套5夹固在角度传感器2和待标定穿刺针4的外针针尾4-2-1之间，用于对待标定穿刺针4的外针针尾4-2-1进行固定；

胀套6用于对外针针尾4-2-1与内针针尾4-2-2之间的交接处进行绑定，胀套6挤压在角度传感器2与待标定穿刺针4的针尾之间；

内针固定套7套在待标定穿刺针4的内针针尾4-2-2上；

手轮3通过内针固定套7与待标定穿刺针4的内针针尾4-2-2固定连接；

外针针尾4-2-1和内针针尾4-2-2构成待标定穿刺针4的针尾4-2。

本实施方式中，给出了待标定穿刺针4的针尾4-2的固定方式，该种方式可以将外针针尾4-2-1与内针针尾4-2-2之间的交接处紧密的绑定在一起，使得待标定穿刺针4的整体结构紧凑、稳固，可平稳的对待标定穿刺针4进行旋转。

参见图1至图7说明本优选实施方式，本优选的实施方式为，所述的医用穿刺针形状标定采集装置，还包括光纤解调仪8和上位机9；

光纤解调仪8，用于对刻有布拉格光栅的光纤输出的光信号进行解调，并将解调后的信号发送至上位机9；

上位机9，还用于接收角度传感器2输出的角度信号。

参见图1至图7说明本优选实施方式，本优选的实施方式为，所述的医用穿刺针形状标定采集装置，还包括连接板10，待标定穿刺针4通过连接板10固定在在校准夹板1的侧壁上。

本实施方式中，可通过改变连接板10的安装位置，实现角度传感器2与相应槽体1-3的匹配。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (3)

1.医用穿刺针形状标定采集装置，其特征在于，包括校准夹板（1）、角度传感器（2）和手轮（3）；还包括光纤解调仪（8）和上位机（9）；

校准夹板（1）包括上夹板（1-1）和下夹板（1-2），二者通过定位销固定连接，上夹板（1-1）和下夹板（1-2）的夹持面均设有N个在长度方向上弯曲程度不同的槽体（1-3）；

上夹板（1-1）上的N个槽体（1-3）分别与下夹板（1-2）上的N个槽体（1-3）相对设置，上夹板（1-1）上的每个槽体（1-3）与其所对应的下夹板（1-2）上的槽体（1-3），二者在长度方向上弯曲程度相同，且二者合围成长度方向上弯曲的圆筒形空腔（1-4）；

圆筒形空腔（1-4）用于嵌放待标定穿刺针（4）的针头（4-1），使待标定穿刺针（4）的针头（4-1）形状跟随其所在的圆筒形空腔（1-4）的形状而变化；

待标定穿刺针（4）的针尾（4-2）设置在角度传感器（2）的内部空腔（2-1）内；

角度传感器（2）固定在校准夹板（1）的侧壁上，手轮（3）位于角度传感器（2）外部，待标定穿刺针（4）的针尾固定端固定在手轮（3）上；

通过旋转手轮（3），从而使手轮（3）带动待标定穿刺针（4）转动，角度传感器（2）用于采集待标定穿刺针（4）的旋转角度；

待标定穿刺针（4）的内针内粘贴有3个刻有布拉格光栅的光纤，且3个刻有布拉格光栅的光纤沿待标定穿刺针（4）的内针周向均匀分布；

刻有布拉格光栅的光纤，用于对待标定穿刺针（4）的中心波长进行采集；

光纤解调仪（8），用于对刻有布拉格光栅的光纤输出的光信号进行解调，并将解调后的信号发送至上位机（9）；

上位机（9），还用于接收角度传感器（2）输出的角度信号。

2.根据权利要求1所述的医用穿刺针形状标定采集装置，其特征在于，还包括外针固定套（5）、胀套（6）和内针固定套（7），三者均位于角度传感器（2）内；

外针固定套（5）套在待标定穿刺针（4）的外针针尾（4-2-1）上，且外针固定套（5）夹固在角度传感器（2）和待标定穿刺针（4）的外针针尾（4-2-1）之间，用于对待标定穿刺针（4）的外针针尾（4-2-1）进行固定；

胀套（6）用于对外针针尾（4-2-1）与内针针尾（4-2-2）之间的交接处进行绑定，胀套（6）挤压在角度传感器（2）与待标定穿刺针（4）的针尾之间；

内针固定套（7）套在待标定穿刺针（4）的内针针尾（4-2-2）上；

手轮（3）通过内针固定套（7）与待标定穿刺针（4）的内针针尾（4-2-2）固定连接；

外针针尾（4-2-1）和内针针尾（4-2-2）构成待标定穿刺针（4）的针尾（4-2）。

3.根据权利要求1所述的医用穿刺针形状标定采集装置，其特征在于，还包括连接板（10）；

待标定穿刺针（4）通过连接板（10）固定在校准夹板（1）的侧壁上。

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