CN117503333B - 穿刺手术导航定位系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种微波消融设备及穿刺手术导航定位系统，涉及医疗器械技术领域，设备包括微波消融针，所述微波消融针远端的尖端适于发射微波消融能量；套筒，所述微波消融针适于穿设在所述套筒内且所述套筒能够相对所述微波消融针旋转，所述套筒远端一侧开设有允许微波消融能量通过的发射窗；追踪器，固定在所述套筒上，所述追踪器设置为能够被相机识别定位。通过相机识别追踪器上的光学标记物，进而识别发射窗的朝向，可以辅助实现对肿瘤实体部分的定向消融，通过调整发射窗的朝向，可以逐步将肿瘤实体进行消融，无需使消融范围完全覆盖肿瘤实体，避免肿瘤实体周围的正常组织受到热凝损伤，降低了并发症和手术风险。

Description

穿刺手术导航定位系统

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种穿刺手术导航定位系统。

背景技术

微波消融针，也称为微波消融导管，是一种用于医学治疗的设备，它被广泛应用于肿瘤治疗领域，特别是在肝癌和肺癌等恶性肿瘤的消融治疗中。

微波消融针通过在肿瘤内部释放高频微波能量，通过产生高温来破坏并消融异常组织。通过导管将针头准确地引导至肿瘤组织中，可以最大限度地保护周围健康组织的完整性。目前微波消融针的消融范围为近球形或椭球形，但实体肿瘤为不规则体，为了使得消融范围完全覆盖实体肿瘤，则需要设定较大能量和时间，使得椭球形消融区覆盖到肿瘤最大边界，而这样就容易造成部分正常组织被包裹在椭球形的消融范围内，造成这部分正常组织受到不必要的热凝损伤，增加了并发症和手术风险。

发明内容

本申请的目的在于提供一种穿刺手术导航定位系统，旨在解决相关技术中微波消融针为了使消融范围完全覆盖肿瘤，需要设定较大能量和时间，使椭球形消融区覆盖到肿瘤最大边界，而造成正常组织受到不必要的热凝损伤，增加了并发症和手术风险的问题。

本申请的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本申请的实践而习得。

根据本申请的第一方面，提供一种微波消融设备，包括：微波消融针，所述微波消融针远端的尖端适于发射微波消融能量；

套筒，所述微波消融针适于穿设在所述套筒内且所述套筒能够相对所述微波消融针转动，所述套筒远端一侧开设有允许微波消融能量通过的发射窗；

追踪器，固定在所述套筒上，所述追踪器包括能够被相机识别位置的至少三个光学标记物，且两两光学标记物的间距均不相同；

所述至少三个光学标记物中至少部分所述光学标记物在所述相机坐标系下的空间位置设置为能够用于确定所述发射窗的朝向。

在本申请的一种示例性实施例中，所述至少三个光学标记物包括由其中两个所述光学标记物形成的第一设定组，所述第一设定组中两个光学标记物的连线与与所述发射窗的朝向一致。

在本申请的一种示例性实施例中，所述至少三个光学标记物包括由其中三个所述光学标记物形成的第一设定组，所述第一设定组中三个光学标记物所形成的平面的法线与所述发射窗的朝向一致。

在本申请的一种示例性实施例中，所述追踪器包括由其中两个所述光学标记物形成的第二设定组，所述第二设定组的两个所述光学标记物的连线与所述套筒的轴线方向相同，且所述发射窗位于该连线所处的直线上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述微波消融针的所述尖端发射的所述微波消融能量以扇形形状从所述发射窗出射。

在本申请的一种示例性实施例中，所述发射窗为在所述套筒上沿其轴线方向开设的缝隙，所述缝隙的中心线位于与所述套筒轴线方向相同的两光学标记物之间的连线所处的直线上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述缝隙的中心位置与套筒尖端之间的距离不大于8mm。

在本申请的一种示例性实施例中，所述光学标记物为光学标记物，所述相机为光学相机。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括有手柄，所述微波消融针的近端连接在手柄上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述追踪器设置在套筒上靠近手柄的位置。

根据本申请的第二方面，提供一种穿刺手术导航定位系统，包括：上述第一方面提供的相机；

上述的微波消融设备；

计算终端；所述穿刺手术导航定位系统用于执行以下导航定位适形消融方法：

获取追踪器在相机坐标系下的第一空间位置；

根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算位置转换数据；

根据第一设定组的光学标记物的第二空间位置、在追踪器坐标系下的发射窗中间空间位置计算在追踪器坐标系下的发射窗方向向量；

根据所述在追踪器坐标系下的发射窗方向向量、位置转换数据计算在相机坐标系下的发射窗方向向量；

利用如下公式根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算转换数据，转换数据包括旋转矩阵和位移向量。

,

其中，、/>、/>表示在相机坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，R表示旋转矩阵，/>、/>、/>表示在追踪器坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，T表示平移向量。

本申请示例性实施例可以具有以下部分或全部有益效果：

在本申请示例实施方式所提供的微波消融设备，通过将微波消融针穿设在套筒内，并在套筒远端一侧开设允许消融能量通过的发射窗，微波消融针远端的尖端发射出的微波消融能量通过套筒上的发射窗至肿瘤实体位置处，操作人员通过转动套筒改变发射窗的朝向，可以实现对肿瘤实体部分的定向消融，通过调整发射窗的朝向，可以逐步将肿瘤实体进行消融，无需使消融范围完全覆盖肿瘤实体，避免肿瘤实体周围的正常组织受到热凝损伤，降低了并发症和手术风险。同时，在套筒上固定有追踪器，追踪器为能够被相机进行识别定位，由于套筒的远端已插入至人体内部，发射窗的朝向并不能直观看到，需要通过相机识别追踪器，追踪器中至少部分光学标记物在相机坐标系下的空间位置能够用于确定发射窗的朝向，通过这部分光学标记物在相机坐标系下的空间位置，便能够确认发射窗的朝向，以便于操作人员控制套筒旋转以调整发射窗的朝向，从而实现对不规则体的实体肿瘤的适形消融。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1示出了本申请实施例中一种微波消融设备的示意图；

图2示出了图1中A处放大示意图；

图3示出了本申请实施例中导航定位适形消融方法的流程示意图。

附图标记说明：

1、相机；2、手柄；3、追踪器；4、光学标记物；5、套筒；51、发射窗；6、微波消融针。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

实施例1

本申请的一个实施例，提供了一种微波消融设备，如图1和图2所示，包括微波消融针6和套筒5，微波消融针6的远端的尖端可以发射微波消融能量，微波消融针6可以穿设在套筒5内，并且套筒5能够相对微波消融针6旋转，在套筒5远端的一侧开设有允许微波消融能量通过发射窗51，微波消融针6的尖端（针尖）与发射窗51的位置相对应，微波消融针6远端发射出的微波消融能量通过发射窗51发出，发射窗51的朝向可以通过旋转套筒5进行改变；在套筒5上设有追踪器3，追踪器3可以被相机1识别定位，追踪器3包括能够被相机1识别位置的至少三个光学标记物4，两两光学标记物的间距均不相同，并且至少三个光学标记物4中的至少部分光学标记物4在所述相机1坐标系下的空间位置设置为能够用于确定发射窗51的朝向，使得通过相机1可以识别追踪器3中光学标记物4的位置，进而识别套筒5上发射窗51的朝向，使得操作人员可以根据肿瘤实体的形状进行定向消融，无需将椭球形消融区覆盖到最大肿瘤边界，避免对肿瘤实体周围的正常组织受到热凝损伤，降低了并发症和手术风险。同时在套筒5上固定有追踪器3，追踪器3为能够被相机1进行识别定位，由于套筒5的远端已插入至人体内部，通过相机1识别追踪器3，可帮助操作人员识别发射窗51的朝向，以便于操作人员控制套筒5旋转以调整发射窗51的朝向。对于套筒5旋转的控制，可以是操作人员的手动控制，也可以是通过计算机实现的自动控制。

具体地，光学标记物4可以是反光小球等被动反光部件，也可以是LED光学标记物4等可以主动发光的部件，相机可以是红外导航相机等部件；光学标记物通过被相机1识别，达到标记套筒5上发射窗51的位置及角度的作用。

在本实施例中，至少三个光学标记物4包括由其中两个光学标记物4形成的第一设定组，第一设定组的两个光学标记物的连线与发射窗51朝向一致。由于这两个光学标记物的位置可以被相机识别，两个光学标记物的连线可以确定一个方向向量，通过将这两个光学标记物的连线与发射窗51的朝向设置为一致的，这样，相机就可以根据这两个光学标记物连线的方向向量来确定发射窗51的方向向量，也就是发射窗51的朝向。

对于相机如何通过上述的第一设定组的空间位置来识别所述发射窗的朝向，在本具体实施方式的实施例2中有详细介绍，此处不再赘述。

作为上述第一设定组的一种可替换实施方式，第一设定组由三个光学标记物4形成，三个光学标记物4形成的平面的法线与发射窗51的朝向一致。由于这三个光学标记物的位置可以被相机识别，三个光学标记物可以确定一个平面，通过将该平面的法线的方向与发射窗51的朝向设置为一致的，这样，相机就可以根据这三个光学标记物形成的平面的法线方向来确定发射窗51的方向向量，也就是发射窗51的朝向。

为了实现微波消融设备的适形消融控制，相机还需要识别套筒远端的发射窗的位置，在本实施例中，追踪器3还包括由其中两个光学标记物4形成的第二设定组，第二设定组的两个光学标记物4的连线与套筒5的轴线方向相同，并且发射窗51位于该连线所处的直线上。由于第二设定组的两个光学标记物的连线与套筒的轴线方向相同，且光学标记物与套筒5的发射窗的距离尺寸是可以提前测量的，因此当相机能够识别第二设定组的光学标记物的位置时，也就能通过已知的距离尺寸来确定发射窗5在相机坐标系下的位置。

对于相机如何通过所述第二设定组的空间位置来识别所述发射窗在相机坐标系下的位置，在本具体实施方式的实施例2中有详细介绍，此处不再赘述。

在一种追踪器的具体实施方式中，追踪器3具有三个光学标记物4，其中一个光学标记物4为公共光学标记物，与另外两个光学标记物4分别形成第一设定组和第二设定组，并且公共光学标记物与另外两个光学标记物之间分别形成第一设定组和第二设定组。

在另一种追踪器的具体实施方式中，追踪器3包括至少四个光学标记，此时，第一设定组和第二设定组中的光学标记物可以不共点，四个光学标记物4形成的空间结构可以形成两个不共点的连线，一个用于指示发射窗51的朝向，另一个则与套筒5的轴线方向相同，并且发射窗51位于该连线所处的直线上。

作为可替换的实施方式，追踪器3包括4个光学标记物4时也可以存在公共光学标记物，如4个光学标记物4分别位于直角坐标系中零点及三条射线上，零点与其中一个射线上的光学标记物4之间的连线与套筒5的轴线方向相同。4个光学标记物4形成类似直角坐标系的空间结构，通过相机1可以识别出发射窗51的朝向及转动角度。

在本实施例中，微波消融针6的尖端发射的微波消融能量以扇形形状从发射窗51出射，以便于对发射窗51朝向的肿瘤实体部分进行消融处理。

在本实施例中，套筒5插入人体，通过人体组织可以实现对套筒5的固定，微波消融针6活动嵌套在套筒5内，以实现套筒5相对微波消融针6进行转动，微波消融针6插入至套筒5内后，操作人员可以旋转套筒5以调整发射窗51的朝向，实现后续肿瘤实体的定向消融。

在本实施例中，发射窗51为在套筒5上沿其轴线方向开设的缝隙，缝隙的中心线位于与套筒5轴线方向相同的两光学标记物4之间的连线所处的直线上。由于微波消融针6及套筒5的直径都比较细，套筒5的直径在2mm左右，故在套筒5上开设缝隙即可使微波消融能量完成发射，对缝隙的形状不作具体限制，可以是矩形、椭圆形等。

在本实施例中，缝隙的中心位置与套筒5尖端之间的距离不大于8mm，即发射窗51的中心位置与套筒5尖端之间的距离不大于8mm。微波消融针6远端的尖端用于发射微波消融能量，可以更好地匹配发射窗51与微波消融针6发射微波消融能量的部分之间的位置，避免缝隙与微波消融针6尖端之间的距离过大，使发射窗51错过微波消融针6用于发射微波消融能量的部位。

在本实施例中，还包括有手柄2，微波消融针6的近端连接在手柄2上，并且追踪器3设置在套筒5上靠近手柄2的位置，可以避免套筒5插入人体中时追踪器3与人体产生干涉。

实施例2

本申请的一个实施例，提供了一种穿刺手术导航定位系统，包括相机1、计算终端及实施例1中的微波消融设备，如图3所示，穿刺手术导航定位系统用于执行以下导航定位适形消融方法：

S101，获取追踪器在相机坐标系下的第一空间位置。

本实施例中，以红外导航相机为例，以红外导航相机的中心位置作为原点，建立相机坐标系，红外导航相机主动向光学标记物方向发射红外线，光学标记物在接收到红外线后将发生反射，红外导航相机将检测光学标记物反射的红外线以获取光学标记物在相机坐标系下的空间位置坐标。光学标记物具有至少三个。

S102，根据第一空间位置和多个光学标记物在追踪器3坐标系下的第二空间位置计算位置转换数据。

本实施例中，由于微波消融设备的光学标记物固定安装在套筒5上靠近手柄的位置处，且套筒5上的发射窗51位置也是固定的，因此光学标记物与套筒的发射窗的距离是可以提前测量的，即两者之间的距离为已知的。将至少三个光学标记物组成的追踪器3的中心为原点建立坐标系，可以根据追踪器3的原点位置计算出各个光学标记物在追踪器3坐标系下的空间位置，即第二空间位置，换言之，在执行步骤S102前，追踪器3坐标系下各个光学标记物的空间位置坐标为已知的。根据步骤S101获取的预设数量的光学标记物在相机坐标系下的第一空间位置和上述各个光学标记物在追踪器3坐标系下的第二空间位置来计算两个坐标系的转换数据。

在上文和下文的描述中，第一空间位置表示在相机坐标系下的空间位置，第二空间位置表示在追踪器坐标系下的空间位置。

S103，根据第一设定组的光学标记物的第二空间位置计算在追踪器3坐标系下的发射窗51方向向量，具体包括：

根据多个不共线的光学标记物中各组光学标记物的间距确定第一设定组的光学标记物；

根据第一设定组的光学标记物的第二空间位置确定追踪器坐标系下的发射窗方向向量。

本实施例中，以四个光学标记物为例，将四个光学标记物平均分为两组，由于四个光学标记物在设置时是按一定准则排布的，两两光学标记物之间的距离是不同的，在获取相机坐标系下各自的坐标后，计算出每两个光学标记物之间的距离，根据距离区分出光学标记物所属的设定组，在本实施例中，第一设定组的两个光学标记物之间的连线的方向与发射窗51的朝向相同，第二设定组的两个光学标记物之间的连线的方向与套筒5的轴向方向相同。

在另一些实施例中，第一设定组与第二设定组中可以存在一个公用的光学标记物，即，其中一个光学标记物与另外两个光学标记物分别形成第一设定组和第二设定组。

S104，根据在追踪器3坐标系下的发射窗51方向向量、位置转换数据计算在相机坐标系下的发射窗51方向向量。

本实施例中，利用追踪器坐标系和相机坐标系之间的转换关系，计算得到发射窗51方向向量。

本申请利用追踪器3坐标系和相机坐标系之间的转换关系，计算得到相机坐标系下发射窗51方向向量可以在相机坐标系中准确地计算发射窗51的方向，这有助于更精确地确定发射窗51在相机视野中的位置和方向，实现了在相机下实时检测微波消融针的发射窗位置与喷射方向，能够精确地进行微波消融能量发射的定向控制。

优选实施例中，S102：利用如下公式根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算转换数据，转换数据包括旋转矩阵和位移向量：

,

其中，、/>、/>表示在相机坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，/>表示旋转矩阵，/>、/>、/>表示在追踪器坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，/>表示平移向量。

本实施例中，两个坐标系之间，可以通过一个旋转加平移的过程把一个坐标系的坐标转换到另一个坐标系，通常用一个旋转矩阵R和平移向量T来描述，其中，R是正交矩阵，因此，以三个光学标记物为例，将三个光学标记物在追踪器坐标系和相机坐标系的坐标代入上式即可解出旋转矩阵R和平移向量T。通过计算两个坐标系之间的转换数据，可以实现不同坐标系之间的数据转换和坐标系配准。

优选实施例中，S103：利用如下公式计算在相机坐标系下的发射窗方向向量：

,

其中，（/>）表示在相机坐标系下的发射窗方向向量，/>（）表示在追踪器坐标系下的发射窗方向向量。

本实施例中，直线上的一点可以用一个坐标（x,y,z）来表示，而直线的方向可以用一个单位方向向量表示，形式上也是一个坐标(a,b,c)，表示原点到此点的向量，因此，在追踪器坐标系下发射窗方向向量可以表示为（/>），在相机坐标系下的发射窗方向向量可以表示为/>（/>），同理，在追踪器坐标系下套筒轴线方向向量可以表示为/>（/>），在相机坐标系下的套筒轴线方向向量可以表示为/>（。由于发射窗方向的方向向量也可以通过坐标转换关系得到，则对于相机坐标系下发射窗口的方向也有上述关系，根据已知的旋转矩阵R和平移向量T将追踪器坐标系下的发射窗方向向量转换到相机坐标系下。在一个实施例中，在计算在相机坐标系下的发射窗方向向量后，还包括：

根据在追踪器坐标系下的套筒尖端空间位置、发射窗中心空间位置、位置转换数据计算在相机坐标系下的套筒尖端空间位置、发射窗中心空间位置。根据发射窗中心空间位置的坐标和套筒尖端空间位置的坐标可以得到套筒尖端与发射窗中间位置之间的距离，发射窗中间位置与套筒尖端之间的距离设计为不小于8mm，以便微波消融针插入套筒内时微波消融针尖端与发射窗相对应，进而使微波消融针尖端发出的微波消融能量能够从发射窗出射，避免微波消融针尖端的位置与发射窗的位置不对应导致微波消融能量无法正常出射。

此外，由于插入套筒的消融针在进入人体内后，不能了解其具体位置，在已知追踪器坐标系下的套筒尖端空间位置和发射窗中心空间位置时，根据转换数据将套筒尖端和发射窗中心坐标转换到相机坐标系下，以提供给操作者消融针和发射窗的具体位置，从而实现精确消融。

利用如下公式根据在追踪器坐标系下的套筒消融针尖端空间位置、发射窗中心空间位置、位置转换数据计算在相机坐标系下的套筒尖端空间位置、发射窗中心空间位置：

,

,

其中，、/>、/>表示在相机坐标系下的套筒尖端的空间位置坐标，/>、/>、/>表示在追踪器坐标系下的套筒尖端的空间位置坐标，/>、/>、/>表示在相机坐标系下的发射窗中心的空间位置坐标，/>、/>、/>表示在相机坐标系下的发射窗中心的空间位置坐标。

本实施例通过转换公式和已知的旋转矩阵R、平移向量T将套筒尖端和发射窗中心坐标转换到相机坐标系下，以提供给操作者消融针和发射窗的具体位置，从而实现精确消融。

在一个实施例中，在计算在相机坐标系下的发射窗方向向量后，还包括：

根据第二设定组的光学标记物的第二空间位置计算在追踪器坐标系下的套筒轴线方向向量。

利用如下公式计算在相机坐标系下的套筒轴线方向向量：

,

其中，（/>表示在相机坐标系下的套筒轴线方向向量，/>（）表示在追踪器坐标系下的套筒轴线方向向量。

本实施例通过计算相机坐标系下的套筒轴线方向向量，以便于操作者清楚了了解进入人体的套筒的刺入角度，以实现精准消融。

在另一实施例中，根据在追踪器坐标系下的发射窗方向向量、位置转换数据计算在相机坐标系下的发射窗方向向量后，还包括：

获取在相机坐标系下的病灶区域中心空间位置；

根据病灶区域中心空间位置计算在相机坐标系下的发射窗目标方向向量；

根据发射窗目标方向向量控制套筒旋转。

本实施例中，根据拍摄CT图像中的病灶区域，获取在相机坐标系下的病灶区域中心的坐标，根据病灶区域中心的坐标重新确定消融方向，即发射窗目标方向，根据三个以上的光学标记物确定发射窗所在平面，然后根据发射窗所在平面的法向量和发射窗目标方向向量即可算出套筒的旋转角度，操作者可根据发射窗目标方向和旋转角度旋转套筒，以使发射窗口正对病灶，能够精准地进行微波消融能量发射的定向控制，从而实现了消融区域对实体肿瘤的适形覆盖。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未申请的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (7)

1.一种穿刺手术导航定位系统，其特征在于，包括：相机、计算终端以及微波消融设备，所述微波消融设备，包括：微波消融针（6），所述微波消融针（6）远端的尖端适于发射微波消融能量；套筒（5），所述微波消融针（6）适于穿设在所述套筒（5）内且所述套筒（5）能够相对所述微波消融针（6）旋转，所述套筒（5）远端一侧开设有允许微波消融能量通过的发射窗（51）；追踪器（3），固定在所述套筒（5）上，所述追踪器（3）包括能够被相机（1）识别位置的至少三个光学标记物（4），且两两光学标记物（4）的间距均不相同；所述至少三个光学标记物（4）中至少部分所述光学标记物（4）在所述相机（1）坐标系下的空间位置设置为能够用于确定所述发射窗（51）的朝向；所述至少三个光学标记物（4）包括由其中两个所述光学标记物（4）形成的第一设定组，所述第一设定组的两个所述光学标记物（4）的连线与所述发射窗（51）的朝向一致；所述追踪器（3）包括由其中两个所述光学标记物（4）形成的第二设定组，所述第二设定组的两个所述光学标记物（4）的连线与所述套筒（5）的轴线方向相同，且所述发射窗（51）位于该连线所处的直线上；

所述穿刺手术导航定位系统用于执行以下导航定位适形消融方法：

获取追踪器在相机坐标系下的第一空间位置；

根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算位置转换数据；

根据第一设定组的光学标记物的第二空间位置计算在追踪器坐标系下的发射窗方向向量；

根据所述在追踪器坐标系下的发射窗方向向量、位置转换数据计算在相机坐标系下的发射窗方向向量；

利用如下公式根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算转换数据，转换数据包括旋转矩阵和位移向量：

,

其中，、/>、/>表示在相机坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，R表示旋转矩阵，、/>、/>表示在追踪器坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，T表示平移向量。

2.一种穿刺手术导航定位系统，其特征在于，包括：相机、计算终端以及微波消融设备，所述微波消融设备，包括：微波消融针（6），所述微波消融针（6）远端的尖端适于发射微波消融能量；套筒（5），所述微波消融针（6）适于穿设在所述套筒（5）内且所述套筒（5）能够相对所述微波消融针（6）旋转，所述套筒（5）远端一侧开设有允许微波消融能量通过的发射窗（51）；追踪器（3），固定在所述套筒（5）上，所述追踪器（3）包括能够被相机（1）识别位置的至少三个光学标记物（4），且两两光学标记物（4）的间距均不相同；所述至少三个光学标记物（4）中至少部分所述光学标记物（4）在所述相机（1）坐标系下的空间位置设置为能够用于确定所述发射窗（51）的朝向；所述至少三个光学标记物（4）包括由其中三个所述光学标记物（4）形成的第一设定组，所述第一设定组中三个所述光学标记物（4）所形成的平面的法线与所述发射窗（51）的朝向一致；所述追踪器（3）包括由其中两个所述光学标记物（4）形成的第二设定组，所述第二设定组的两个所述光学标记物（4）的连线与所述套筒（5）的轴线方向相同，且所述发射窗（51）位于该连线所处的直线上；

所述穿刺手术导航定位系统用于执行以下导航定位适形消融方法：

获取追踪器在相机坐标系下的第一空间位置；

根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算位置转换数据；

根据第一设定组的光学标记物的第二空间位置计算在追踪器坐标系下的发射窗方向向量；

根据所述在追踪器坐标系下的发射窗方向向量、位置转换数据计算在相机坐标系下的发射窗方向向量；

利用如下公式根据所述第一空间位置和多个光学标记物在追踪器坐标系下的第二空间位置计算转换数据，转换数据包括旋转矩阵和位移向量：

,

其中，、/>、/>表示在相机坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，R表示旋转矩阵，、/>、/>表示在追踪器坐标系下的光学标记物的空间位置坐标，T表示平移向量。

3.根据权利要求1或2所述的穿刺手术导航定位系统，其特征在于，所述发射窗（51）为在所述套筒（5）上沿其轴线方向开设的缝隙。

4.根据权利要求3所述的穿刺手术导航定位系统，其特征在于，所述缝隙的中心位置与套筒（5）尖端之间的距离不大于8mm。

5.根据权利要求1或2所述的穿刺手术导航定位系统，其特征在于，所述微波消融针（6）活动嵌套在所述套筒（5）内。

6.根据权利要求1或2所述的穿刺手术导航定位系统，其特征在于，还包括有手柄（2），所述微波消融针（6）的近端连接在手柄（2）上。

7.根据权利要求6所述的穿刺手术导航定位系统，其特征在于，所述追踪器（3）设置在套筒（5）上靠近手柄（2）的位置。