CN212281548U

CN212281548U - 一种定位设备

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Publication number: CN212281548U
Application number: CN202020151840.9U
Authority: CN
Inventors: 赵天力; 罗衡; 肖锦涛; 胡世军; 柯建源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-02-04

Abstract

本实用新型涉及手术定位技术领域，特别是涉及一种定位设备。所述设备包括：超声单元，包括第一探头，所述第一探头上设有多个第一定位装置；穿刺针单元，包括穿刺针，所述穿刺针上设有多个第二定位装置；处理及显示单元，分别与所述超声单元、各所述第一定位装置及各所述第二定位装置通信连接。本实用新型提供的定位设备在超声探头上引入多个第一定位装置和在穿刺针上引入多个第二定位装置，可以向虚拟坐标系统提供超声探头以及穿刺针的位置信息。并为穿刺最佳规划路径的获得提供了转换基础。

Description

一种定位设备

技术领域

本实用新型涉及手术定位技术领域，特别是涉及一种定位设备。

背景技术

随着医疗科技的高度发展，介入技术已经成为继药物治疗和外科手术之后的第三种有效临床治疗手段。介入路径是成功实施治疗的关键。理想的介入路径应该距离病变近，便于操控器械，同时创伤小。为了便于控制出血，经股静脉和股动脉是结构性心脏病的主要介入路径。但这种介入路径远离心脏，而且行程曲折，因此不利于心内介入的精确操作，同时也限制了介入治疗的适应症。近十年来，经心表路径心内介入技术已广泛应用于临床。由于介入距离心脏更近和超声引导下精准的可视化操作，此项技术不仅拓宽了手术的适应症，而且在某些疾病例如室间隔缺损治疗上取得了比传统介入方法更好的效果。因此，经心表路径应该是结构性心脏病最理想的介入通道。经心表路径实施介入治疗的方法有切开胸壁和经胸壁穿刺两种。无疑，经胸壁穿刺更具优势，不仅创伤更小，而且没有手术切口疤痕。但此项技术关键之处在于选择精准的穿刺位点和路径，确保一次性成功。若反复多次穿刺心脏，会导致因穿刺点出血而产生的心包填塞等严重并发症。为此，术前需要采用经胸超声规划穿刺路径。但在临床实际操作过程中，术者只能凭借个人经验在脑海里重构穿刺针的空间位置，在穿刺点及角度上，存在很大的错选率。因此，此项技术难以在临床上推广应用。如果想要实现经胸壁穿刺介入治疗，必须获得超声探头和穿刺针的位置信息，因此，一种高度精确的定位设备成为了迫切的需求。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种定位设备，用于向虚拟坐标系统提供超声探头和穿刺针的位置信息。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种定位设备，所述设备包括：

超声单元，包括第一探头，所述第一探头上设有多个第一定位装置；

穿刺针单元，包括穿刺针，所述穿刺针上设有多个第二定位装置；

处理及显示单元，分别与所述超声单元、各所述第一定位装置及各所述第二定位装置通信连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一探头上设有3个第一定位装置，3个所述第一定位装置位于同一水平面且与所述第一探头的中轴面重合，其中两个第一定位装置位于第一探头的同一横截面上，且3个所述第一定位装置呈直角三角形分布。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一探头上设有与第一探头相配合的探头卡扣件，所述探头卡扣件上设有用于安装第一定位装置的3个第一插孔，所述3个第一插孔位置与3个第一定位装置匹配。

在本实用新型的一些实施方式中，所述穿刺针上设有2个第二定位装置，所述第二定位装置分别设于穿刺针的中轴线上。

在本实用新型的一些实施方式中，所述穿刺针上设有与穿刺针配合的穿刺针卡扣件，所述穿刺针卡扣件上设有用于安装第二定位装置的2个第二插孔，所述2个第二插孔位置与2个第二定位装置匹配。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一定位装置选自传感器。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第二定位装置选自传感器。

在本实用新型的一些实施方式中，所述超声单元还包括第二探头，所述第二探头与所述处理及显示单元通信连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述超声单元选自带多个探头的超声机。

在本实用新型的一些实施方式中，所述处理及显示单元包括处理器和显示器，所述处理器与显示器通信连接，所述处理器分别与超声单元、各所述第一定位装置及各所述第二定位装置通信连接。

本实用新型达到了以下有益效果：

本实用新型提供的定位设备在超声探头上引入多个第一定位装置和在穿刺针上引入多个第二定位装置，将以往单一的超声定位导航予以了极大的丰富，并将所有位置信息予以数字化解析，所有磁场中的位置信息通过第一定位装置和第二定位装置均可转化为三维坐标系。可以向虚拟坐标系统提供超声探头以及穿刺针的位置信息。并为穿刺最佳规划路径的获得提供了转换基础。第二探头可以为穿刺过程提供实时监测和评估，进一步确保了心内介入操作的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的定位设备示意图。

图2为本实用新型第一探头的结构示意图。

图3为本实用新型超声探头卡扣结构示意图。

图4为本实用新型穿刺针及穿刺针卡扣件结构示意图。

图中元件标号

1 超声单元

11 第一探头

12 第二探头

2 穿刺针单元

3 处理及显示单元

4 第一定位装置

5 第二定位装置

6 探头卡扣件

7 穿刺针卡扣件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种定位设备。所述设备包括：超声单元1、穿刺针单元2、处理及显示单元3。所述超声单元1包括第一探头11，所述第一探头11上如图2所示，设有多个第一定位装置4；所述穿刺针单元2包括穿刺针，所述穿刺针上如图4所示，设有用于多个第二定位装置5；所述处理及显示单元3分别与超声单元1、各所述第一定位装置4及各所述第二定位装置5通信连接。所述第一探头11与处理及显示单元3通信连接。

在所述超声单元1中，超声单元1可以是带多个探头的超声机。第一探头11用于提供病灶处的超声切面，所述第一探头11为经胸心脏超声探头。所述第一探头11可采用现有常规的超声探头，例如飞利浦的EPIQ7C。使用时，将第一探头11在人体的肋间隙扫查病灶处，例如室间隔缺损，进而获得病灶处的超声切面，通常情况下，当病灶处出现在超声切面上时则为病灶处的超声切面。

所述第一探头11上设有用于提供第一探头11坐标信息的多个第一定位装置4。所述第一探头11的坐标信息包括第一探头11上位若干位置点的坐标信息。所述位置点应选择便于确定第一探头11中轴线的位置点。在一具体实施例中，如图2所示，所述第一探头11上设有3个第一定位装置4，3个所述第一定位装置4位于同一水平面且与所述第一探头11的中轴面重合，其中两个第一定位装置4位于第一探头11的同一横截面上，所述横截面是垂直中轴面的截面，且3个所述第一定位装置4呈直角三角形分布。该设置是为了通过各第一定位装置4进一步确定第一探头11的中轴线。所述第一定位装置4选自传感器。通常情况下，传感器与磁源和磁定位仪配套使用，传感器与磁定位仪通信连接，磁源与磁定位仪通信连接。使用时，磁源设于手术台附近。在一具体实施例中，可以采用加拿大NDI公司的3DGuidancetrakSTAR仪器，所述3DGuidance trakSTAR仪器包括本申请使用的传感器、磁源和磁定位仪。进一步地，为了第一探头11和第一定位装置4的安装稳定性，在所述第一探头11上设有与第一探头11相配合的探头卡扣件6，所述探头卡扣件6如图3所示，其上设有用于安装第一定位装置4的3个第一插孔，3个第一插孔位置与传感器Q₁、Q₂和Q₃匹配。由3个传感器Q₁、Q₂和Q₃，可以获取并记录下此时传感器Q₁、Q₂和Q₃的坐标信息，作为第一探头11的坐标信息。由于三个传感器是设在第一探头11的多个位置点上，即可以知道第一探头11的坐标信息。

所述超声单元1还包括用于监测整个穿刺过程的第二探头12。所述第二探头12与所述处理及显示单元3通信连接，可将第二探头12扫描到的图像信息在处理及显示单元3中显示。所述第二探头12为经食道超声，所述第二探头12可采用现有常规的超声探头，例如，所述超声探头可以是飞利浦的X7-2T。第二探头12可以为穿刺过程提供实时监测和评估，进一步确保了心内介入操作的安全性。

在所述穿刺针单元2中包括穿刺针，所述穿刺针上设有用于提供穿刺针的坐标信息的多个第二定位装置5。所述穿刺针的坐标信息包括穿刺针上若干个位置点的坐标信息。所述位置点应选择便于确定穿刺针中轴线的位置点。在一具体实施例中，如图4所示，所述穿刺针上设有2个第二定位装置5，所述第二定位装置5分别设于穿刺针的中轴线上，2个第二定位装置5设于穿刺针中轴线的不同位置，该设置是为了通过第二定位装置5进一步确定穿刺针的中轴线。所述第二定位装置5选自传感器。通常情况下，传感器与磁源和磁定位仪配套使用，磁源和传感器分别与磁定位仪通信连接，使用时，磁源设于手术台附近。在一具体实施例中，可以采用加拿大NDI公司的3DGuidance trakSTAR仪器，所述3DGuidancetrakSTAR仪器包括本申请使用的传感器、磁源和磁定位仪。进一步地，为了穿刺针和第二定位装置5的安装稳定性，所述穿刺针上设有与穿刺针配合的穿刺针卡扣件7，所述穿刺针卡扣件7如图4所示，其上设有用于安装第二定位装置5的2个第二插孔，2个第二插孔位置与传感器B1和B2匹配。上述可知，由2个传感器B1和B2，可以获取并记录下此时B1和B2的坐标信息，作为穿刺针的坐标信息。由于2个传感器B1和B2是设在穿刺针的多个位置点上，即可以知道穿刺针的坐标信息。

所述处理及显示单元3包括处理器及显示器，所述处理器可以是服务器，还可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。所述处理器与显示器通信连接。所述处理器分别与超声单元1、各所述第一定位装置4及各所述第二定位装置5通信连接。所述处理器与显示器通信连接，用于显示。更具体的，所述处理器与第一探头11和第二探头12通信连接。

本实用新型提供的是定位设备的硬件框架。在具体使用时，将设有第一定位装置4的第一探头11在患者病灶处扫查，向处理器提供病灶处的超声切面，同时向处理器提供第一探头11的坐标信息；使用者使用穿刺针穿刺时，第二定位装置5可向处理器提供的穿刺针的坐标信息，显示器显示虚拟坐标系统中穿刺规划路径与穿刺针的实时位置，辅助使用者判断穿刺针行进路径是否与规划路径相符。在优选的实施方式中，第二探头12可以为穿刺过程提供实时监测和评估，进一步确保了心内介入操作的安全性。

根据处理单元获得的超声切面图像、第一探头各定位装置坐标信息及位置关系、穿刺针各定位装置的坐标信息及位置关系，使用者可获得第一探头中轴线及穿刺针中轴线的坐标信息，并进一步通过矩阵转换获得虚拟坐标系统中第一探头中轴线在病灶处的超声切面上的位置坐标信息以及虚拟穿刺针中轴线的坐标信息，所述第一探头中轴线在病灶处的超声切面上的位置即可作为规划路径。

在获得第一探头中轴线及穿刺针中轴线的坐标信息后，可采用下列转换公式Ι计算第一探头中轴线在病灶处的超声切面上的位置坐标信息、虚拟穿刺针中轴线的坐标信息：

所述转换公式Ι为：

(x′，y′，x′，1)＝T(x，y，z，1)^T

其中，(x′，y′，z′)^T转换后的坐标信息，(x，y，z)^T为转换前的坐标信息；

T＝T₄T₃T₂T₁，T为虚拟第一探头中轴面到其在虚拟超声切面的投影平面的变换矩阵。

Q＇₁＝T₃T₂T₁Q₁；

其中，P₁、P₂、P₃为病灶处的虚拟超声切面F₁上的三个不共线取样点，Q₁、Q₂、Q₃为虚拟第一探头中轴面F₂上的三个不共线的点，

代表各点的坐标；虚拟超声切面F₁是通过第一探头11扫查病灶处获得的病灶处超声切面在虚拟的坐标系统中显示的虚拟切面。虚拟第一探头中轴面F₂是第一探头11扫查病灶获得病灶处超声切面时，在虚拟坐标系统中显示的虚拟第一探头中轴面。虚拟第一探头中轴面可依据第一探头11上的传感器获得。上述公式是在所述虚拟的坐标系统中，以病灶处超声切面的扇形切面顶点作为坐标系原点。具体的，虚拟超声切面F₁为扇形切面，此时真实情况下的第一探头11顶点与胸壁接触的位置在虚拟坐标系统中显示即为病灶处超声切面的扇形切面顶点。

为虚拟超声切面F₁的单位法向量，

为虚拟第一探头中轴面F₂的单位法向量。

基于上述公式，可经转换公式Ι获得虚拟坐标系统中第一探头中轴线在病灶处的超声切面上的位置坐标信息。同样利用转换公式I，可以由穿刺针上的传感器提供的穿刺针中轴线的坐标信息获得虚拟穿刺针中轴线的坐标信息。

基于上述转换公式，在获得虚拟穿刺针中轴线的坐标信息过程中，一坐标信息仅能对应唯一的转换坐标信息。

同理，穿刺针中轴线在虚拟坐标系统中只存在唯一的直线，其坐标经转换公式Ι转换后能对应规划路径，只有当穿刺针的中轴线与该直线在空间上重合时，其对应的虚拟穿刺针中轴线才能与规划路径重合，当穿刺针的中轴线与该直线在空间上不重合时，其对应的虚拟穿刺针中轴线不会与规划路径重合。

除上述方法外，也可采用现有技术中其他常规的实现坐标矩阵转换的方法获得虚拟坐标系统中第一探头中轴线在病灶处的超声切面上的位置坐标信息、虚拟穿刺针中轴线的坐标信息。

本领域技术人员均了解，如上所述的计算过程，均可以利用现有技术中的计算机、集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或现有的软件模块来实现。

在优选实施方式中，所述处理器作为集成电路，可以作为软件的载体，将上述计算公式转化为计算机程序程序模块，加载在集成电路上，方便使用者使用。

综上所述，本实用新型提供的定位设备在超声探头上引入多个第一定位装置和在穿刺针上引入多个第二定位装置，将以往单一的超声定位导航予以了极大的丰富，并将所有位置信息予以数字化解析，所有磁场中的位置信息通过第一定位装置和第二定位装置均可转化为三维坐标系。可以向虚拟坐标系统提供超声探头以及穿刺针的位置信息。并为穿刺最佳规划路径的获得提供了转换基础。第二探头可以为穿刺过程提供实时监测和评估，进一步确保了心内介入操作的安全性。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种定位设备，其特征在于，所述设备包括：

超声单元(1)，包括第一探头(11)，所述第一探头(11)上设有多个第一定位装置(4)；

穿刺针单元(2)，包括穿刺针，所述穿刺针上设有多个第二定位装置(5)；

处理及显示单元(3)，分别与所述超声单元(1)、各所述第一定位装置(4)及各所述第二定位装置(5)通信连接。

2.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第一探头(11)上设有3个第一定位装置(4)，3个所述第一定位装置(4)位于同一水平面且与所述第一探头(11)的中轴面重合，其中两个第一定位装置(4)位于第一探头(11)的同一横截面上，且3个所述第一定位装置(4)呈直角三角形分布。

3.如权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述第一探头(11)上设有与第一探头(11)相配合的探头卡扣件(6)，所述探头卡扣件(6)上设有用于安装第一定位装置(4)的3个第一插孔，所述3个第一插孔位置与3个第一定位装置(4)匹配。

4.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述穿刺针上设有2个第二定位装置(5)，所述第二定位装置(5)分别设于穿刺针的中轴线上。

5.如权利要求4所述的定位设备，其特征在于，所述穿刺针上设有与穿刺针配合的穿刺针卡扣件(7)，所述穿刺针卡扣件(7)上设有用于安装第二定位装置(5)的2个第二插孔，所述2个第二插孔位置与2个第二定位装置(5)匹配。

6.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第一定位装置(4)选自传感器。

7.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第二定位装置(5)选自传感器。

8.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述超声单元(1)还包括第二探头(12)，所述第二探头(12)与所述处理及显示单元(3)通信连接。

9.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述超声单元(1)选自带多个探头的超声机。

10.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述处理及显示单元(3)包括处理器和显示器，所述处理器与显示器通信连接，所述处理器分别与超声单元(1)、各所述第一定位装置(4)及各所述第二定位装置(5)通信连接。