CN118236128A - 一种激光雷达导航的介入手术装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光雷达导航的介入手术装置，包括：超声探测组件，用于获取诊断部位超声数据；介入工具；激光雷达组件，于获取激光探测数据；显示设备；信息处理系统，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像，根据所述激光探测数据生成所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像，并显示在所述显示设备上。通过本申请提供的激光雷达导航的介入手术装置，能够实时在显示设备中显示出的诊断部位图像与介入工具的图像的相对位置图像，从而方便手术操作者操作，以准确操作介入工具伸入至待治疗部位，以便施以治疗。同时避免了现有电磁导航带来的发射器影响手术操作者准确操作、接收器影响手术操作者视野、易受电磁干扰等问题。

Description

一种激光雷达导航的介入手术装置

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种激光雷达导航的介入手术装置。

背景技术

介入治疗是利用现代高科技手段进行的一种微创性治疗，就是在医学影像设备的引导下，将特制的导管，导丝等精密器械，引入人体，对体内病态进行诊断和局部治疗。

如，在介入治疗中，一般需要手术操作者操作穿刺针伸入至待治疗部位(如肿瘤部位)，并通过穿刺针的中空通道施以治疗(如注射药物/激光治疗)。为了准确将穿刺针伸入至待治疗部位且防止穿刺针误刺其他组织，一般需要手术操作者同时操作超声检测设备，以生成相应的超声平面解剖图，并时刻保持穿刺针位于该超声平面解剖图内。但是，穿刺针是六自由度运动的，很容易完全不在该超声平面解剖图上，或与该超声平面解剖图呈一定角度而在超声平面解剖图中仅能显示出一个点，这导致手术操作者很难判断准确判断穿刺针位置，难于进行介入治疗，且存在误刺其他组织的风险。

目前，如COMPASS公司等，已经提供了通过电磁导航来显示穿刺针与超声平面解剖图相对位置的装置。但是，通过电磁导航极易受电磁干扰，甚至开关手术室设备、电线的缠绕均能严重影响该装置的正常运行，增加手术风险；同时，该装置需要在被探测物体(如穿刺针等)上安装体积较大的发射器，从而影响手术操作者准确操作，另外，其接收器也很大，且需要近距离探测，导致接收器阻挡手术操作者视野，从而对手术操作带来诸多不便。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种激光雷达导航的介入手术装置。本申请技术方案如下：

1、一种激光雷达导航的介入手术装置，其特征在于，包括：

超声探测组件，用于获取诊断部位超声数据；

介入工具；

激光雷达组件，用于获取激光探测数据；

显示设备；

信息处理系统，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像，根据所述激光探测数据生成所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像，并显示在所述显示设备上。

2、如项1所述的装置，所述介入工具为一个或两个以上的穿刺针。

3、如项1所述的装置，所述激光雷达组件包括一个激光雷达或两个以上位于不同位置的激光雷达。

4、如项1所述的装置，所述诊断部位图像为超声平面解剖图。

5、如项1所述的装置，所述超声探测组件和/或所述介入工具上设置有特征部。

6、如项5所述的装置，所述特征部为非对称的图案或非对称的立体结构。

7、如项5所述的装置，所述特征部设置在所述超声探测组件和/或所述介入工具的尾部。

8、如项1所述的装置，所述信息处理系统包括：超声成像模块，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像；位置姿态模块，其根据所述激光探测数据得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态；融合模块，其根据所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态融合得到所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像；输出模块，其将所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像输出至所述显示设备。

9、如项8所述的装置，所述位置姿态模块包括：点云提取单元，其根据所述激光探测数据得到点云；特征匹配单元，其根据所述点云来匹配所述超声探测组件和所述介入工具的特征得到匹配数据；位置姿态单元，其根据所述匹配数据，得到所述超声探测组件的位置姿态和所述介入工具的位置姿态，并根据所述超声探测组件的位置姿态得到所述诊断部位图像的位置姿态，根据所述介入工具的位置姿态得到所述介入工具的图像的位置姿态。

10、如项8所述的装置，所述融合模块包括：三维构建单元，其在三维坐标显示所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态。

11、如项10所述的装置，所述融合模块还包括：运动预测单元，其根据多个所述介入工具的位置姿态判断所述介入工具的运动轨迹，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。

12、如项10所述的装置，所述融合模块还包括：相对位置判断单元，其根据所述介入工具的图像的位置姿态和所述诊断部位图像的位置姿态判断所述介入工具是否在所述诊断部位图像所在平面，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。

通过本申请提供的激光雷达导航的介入手术装置，能够实时在显示设备中显示出的诊断部位图像与介入工具的图像的相对位置图像，从而方便手术操作者操作介入工具位于可视的诊断部位，以准确操作介入工具伸入至待治疗部位(如肿瘤部位)，以便施以治疗(如注射药物/激光治疗)。同时避免了现有电磁导航带来的发射器影响手术操作者准确操作、接收器影响手术操作者视野、易受电磁干扰等问题。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

图1：一个实施方式中激光雷达导航的介入手术装置的结构示意图；

图2：一个实施方式中激光雷达导航的介入手术装置的连接示意图；

图3：一个实施方式中诊断部位图像与介入工具的图像的相对位置图像示意图。

图4：一个实施方式中信息处理系统的结构示意图；

图5：一个实施方式中位置姿态模块的结构示意图；

图6：一个实施方式中融合模块的结构示意图。

附图标记说明：

1、激光雷达组件；2、超声手柄；3、穿刺针；4、显示器；5、超声平面解剖图；6、特征部。

具体实施方式

本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。

在一个实施例中，如图1～图3所示，提供了一种激光雷达导航的介入手术装置，包括：

超声探测组件，用于获取诊断部位超声数据；

介入工具；

激光雷达组件，用于获取激光探测数据；

显示设备(可列举如图1中的显示器4等)；

信息处理系统，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像，根据所述激光探测数据生成所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像，并显示在所述显示设备上。

关于超声探测组件，本申请没有特别限制，只要可以进行发射超声波并接收反射的超声波，以用于显示诊断部位即可。例如可以使用现有超声检测设备中的超声手柄(如图1中的超声手柄2)等。

关于介入工具，即介入手术工具，具体如穿刺针(如图1中的穿刺针3)。更具体地，所述介入工具为一个或两个以上的穿刺针。

关于激光雷达组件1，激光雷达组件发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，从而便于获取所述超声探测组件和所述介入工具的参数(如位置、姿态等)。具体地，激光雷达组件可以包括一个激光雷达，也可以包括两个以上不同位置的激光雷达来进行相互校准，以增加探测的准确性。关于激光雷达，可以使用现有的激光雷达，在此不再赘述。

另外，本领域技术人员知晓，超声探测到的诊断部位与所述超声探测组件的位置姿态相关，如可以通过移动和/或转动所述超声探测组件(如图1中超声手柄2)而得到相应诊断部位的诊断部位超声数据。因此，根据所述超声探测组件(或其部分结构，如部分轮廓)的位置姿态而得到诊断部位超声数据的位置姿态，并进一步得到诊断部位对应的诊断部位图像(如图3中的超声平面解剖图5)的位置姿态。

关于信息处理系统，其可以基于现有的硬件实现。如基于现有的超声检测设备中所用到的处理模块(如计算机等)，从而能够在现有的超声检测设备的显示设备(显示器)在显示超声部位图像的同时，显示诊断部位图像与所述介入工具图像的相对位置图像。当然，也可以基于单独的现有的微处理组件，具体如现有的微型计算机，其具体可以包括微处理器、内存等部件。由于微型计算机等为现有技术，在此不再赘述。

则，如图1～图2所示，超声探测组件能够探测得到诊断部位超声数据，激光雷达组件1能够获取包括超声探测组件、介入工具在内的激光探测数据(如位置、姿态等)，从而将诊断部位超声数据与激光探测数据输入信息处理系统进行处理。根据诊断部位超声数据得到诊断部位图像，根据激光探测数据探测到的介入工具(或其部分结构，如部分轮廓)相关数据得到介入工具的位置姿态，并且根据激光探测数据探测到的超声探测组件(或其部分结构，如部分轮廓)的相关数据得到与超声探测组件位置相关的诊断部位图像的位置姿态，从而进一步得到诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像(如图3所示)。

通过上述方案，能够通过实时的诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像，实时反应出介入工具与超声探测组件探测到的诊断部位的相对位置，从而可以方便手术操作者操作介入工具位于可视的诊断部位，以准确操作介入工具伸入至待治疗部位(如肿瘤部位)，以便施以治疗(如注射药物/激光治疗)。同时避免了现有电磁导航带来的发射器影响手术操作者准确操作、接收器影响手术操作者视野、易受电磁干扰等问题。

在一个实施方式中，如图1所示，所述超声探测组件和/或所述介入工具上设置有特征部6。

通过设置特征部，即使手术操作者用手握住部分超声探测组件、部分介入工具，或者部分介入工具已伸入体内，依然能够通过特征部对应的激光探测数据以及根据所述特征部与所述超声探测组件和介入工具的相对位置，匹配识别出整个超声探测组件和介入工具及其位置、姿态。由于激光雷达探测的精度较高，因此，特征部可以设置的非常小，从而完全不会影响手术操作者操作。

具体地，所述特征部设置为非对称的图案或非对称的立体结构，从而通过特征部的不同姿态直接反应出超声探测组件和所述介入工具的不同姿态。

尤其是可以将所述特征部6设置在所述超声探测组件和/或所述介入工具的尾部(即图1中所显示的超声探测组件、所述介入工具的上部)，此时，手术操作者操作所述超声探测组件和/或所述介入工具时，始终不会遮挡住特征部，从而使得特征部能够实时被激光雷达组件探测到，以实时反应超声探测组件、所述介入工具的位置、姿态。

在一个实施方式中，如图4所示，所述信息处理系统包括：

超声成像模块，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像；

位置姿态模块，其根据所述激光探测数据得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态；

融合模块，其根据所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态融合得到所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像；

输出模块，其将所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像输出至所述显示设备。

本实施方式给出了一种模块化的信息处理系统的方案，其中，超声探测组件获取的诊断部位超声数据进入超声成像模块，以生成诊断部位相对应的诊断部位图像；激光雷达组件获取激光探测数据进入位置姿态模块，以得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态；所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态进入所述融合模块从而得到二者的相对位置图像，最后通过输出模块输出至显示设备。

在一个实施方式中，如图5所示，所述位置姿态模块包括：

点云提取单元，其根据所述激光探测数据得到点云；

特征匹配单元，其根据所述点云来匹配所述超声探测组件和所述介入工具的特征；

位置姿态单元，其根据所述匹配数据，得到所述超声探测组件的位置姿态和所述介入工具的位置姿态，并根据所述超声探测组件的位置姿态得到所述诊断部位图像的位置姿态，根据所述介入工具的位置姿态得到所述介入工具的图像的位置姿态。

在信息处理系统预存有所述超声探测组件和所述介入工具的特征(如图像等，尤其使三维图像)。

则，激光雷达组件获取激光探测数据进入点云提取单元得到对应的点云，具体可以通过现有技术实现，在此不再赘述。

所述点云进入特征匹配单元，以使所述点云与预存储的所述超声探测组件和所述介入工具的特征(如图像等，尤其使三维图像)进行匹配，从而能够得出超声探测组件的位置姿态和所述介入工具的位置姿态。点云本身反应了所探测结构(如构件的整体，或者该构件的特征部)的位置、姿态，经过匹配后，能够进一步得到所匹配的超声探测组件和介入工具的位置、姿态。

并进一步地，根据超声探测组件和介入工具的位置、姿态分别相应得出所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态。

通过上述方案，可以根据激光探测数据准确匹配得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态。

在一个实施方式中，如图6所示，所述融合模块包括：

三维构建单元，其在三维坐标显示所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态。

在位置姿态模块分别得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态后，可以将二者构建在同一三维坐标体系内，从而可以在三维空间内体现二者的相对位置。

在一个实施方式中，如图6所示，所述融合模块还包括：

运动预测单元，其根据一个或两个以上的所述介入工具的图像的位置姿态判断所述介入工具的图像的运动轨迹，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。

如图3中，可以以虚线显示出介入工具(穿刺针3)相应的所述介入工具的图像的运动轨迹，从而辅助手术操作者准确操作介入工具至待治疗部位。

在一个实施方式中，如图6所示，所述融合模块还包括：

相对位置判断单元，其根据所述介入工具的图像的位置姿态和所述诊断部位图像的位置姿态判断所述介入工具的图像是否在所述诊断部位图像所在平面，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。

如图3所示，虽然是在三维空间中显示相对位置图像。但是依然是介入工具(穿刺针3)的图像与超声平面解剖图5(一个平面)的相对位置，因此，手术操作者较难于准确判断介入工具的图像是否位于超声平面解剖图5内。通过本实施方式的相对位置判断单元，可以体现出介入工具的图像是否在所述诊断部位图像所在平面。具体如，可以以介入工具的图像的颜色予以体现，如介入工具的图像在超声平面解剖图5的平面内，则显示绿色，否则显示红色。如果同时包括运动预测单元时，可以以介入工具的图像及其运动轨迹来体现(如通过上述带颜色的虚线)介入工具的图像是否在超声平面解剖图5的平面内。

通过本申请提供的激光雷达导航的介入手术装置，能够实时在显示设备中显示出的诊断部位图像与介入工具的图像的相对位置图像，从而方便手术操作者操作介入工具位于可视的诊断部位，以准确操作介入工具伸入至待治疗部位(如肿瘤部位)，以便施以治疗(如注射药物/激光治疗)。同时避免了现有电磁导航带来的发射器影响手术操作者准确操作、接收器影响手术操作者视野、易受电磁干扰等问题。

尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。

Claims (12)

1.一种激光雷达导航的介入手术装置，其特征在于，包括：

超声探测组件，用于获取诊断部位超声数据；

介入工具；

激光雷达组件，用于获取激光探测数据；

显示设备；

信息处理系统，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像，根据所述激光探测数据生成所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像，并显示在所述显示设备上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述介入工具为一个或两个以上的穿刺针。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述激光雷达组件包括一个激光雷达或两个以上位于不同位置的激光雷达。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述诊断部位图像为超声平面解剖图。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述超声探测组件和/或所述介入工具上设置有特征部。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述特征部为非对称的图案或非对称的立体结构。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述特征部设置在所述超声探测组件和/或所述介入工具的尾部。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述信息处理系统包括：

超声成像模块，其根据所述诊断部位超声数据生成诊断部位图像；

位置姿态模块，其根据所述激光探测数据得到所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态；

融合模块，其根据所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态融合得到所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像；

输出模块，其将所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像输出至所述显示设备。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述位置姿态模块包括：

点云提取单元，其根据所述激光探测数据得到点云；

特征匹配单元，其根据所述点云来匹配所述超声探测组件和所述介入工具的特征得到匹配数据；

位置姿态单元，其根据所述匹配数据，得到所述超声探测组件的位置姿态和所述介入工具的位置姿态，并根据所述超声探测组件的位置姿态得到所述诊断部位图像的位置姿态，根据所述介入工具的位置姿态得到所述介入工具的图像的位置姿态。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述融合模块包括：

三维构建单元，其在三维坐标显示所述诊断部位图像的位置姿态和所述介入工具的图像的位置姿态。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述融合模块还包括：

运动预测单元，其根据多个所述介入工具的位置姿态判断所述介入工具的运动轨迹，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述融合模块还包括：

相对位置判断单元，其根据所述介入工具的图像的位置姿态和所述诊断部位图像的位置姿态判断所述介入工具是否在所述诊断部位图像所在平面，并体现在所述诊断部位图像与所述介入工具的图像的相对位置图像。