颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺系统及存储介质与流程

1.本技术涉及颅内穿刺技术领域，特别是涉及一种颅内穿刺方法、颅内穿刺装置、颅内穿刺系统及存储介质。


背景技术：

2.脑出血(intracerebral hemorrhage ich)是死亡率和发病率都很高的疾病。目前清除颅内血肿的治疗手段主要有保守治疗、去颅骨瓣血肿清除术、小骨窗血肿清除术和颅内血肿微创穿刺引流技术(mipd)。
3.现存的导航系统有光学手术导航系统、电磁手术导航系统、机械手术导航系统等。然而大多数导航系统存在操作复杂、对使用环境要求过高、制造成本昂贵等局限性。
4.目前，颅内穿刺血肿引流是避免开颅的微创手术，可很好的治疗脑出血。然而常规的颅内血肿穿刺手术中，为了提高精准度，医生往往需要结合多个关键因素并固定患者的头颅，然后将手术针头根据引导穿刺路径精准插入。然而患者往往无法长时间保持一种姿势，使得导航路线发生错位，这导致在穿刺手术中的插入不够准确。


技术实现要素：

5.本技术实施例的第一方面提供了颅内穿刺方法，该方法包括：获取头部姿态信息、头部扫描图像以及穿刺针姿态信息；利用头部姿态信息和头部扫描图像，确定穿刺路径姿态信息，其中，头部姿态信息的地坐标的基准面与头部扫描图像的横截面在同一水平面上；基于穿刺路径姿态信息和穿刺针姿态信息，实时显示穿刺路径和穿刺针。
6.本技术实施例的第二方面提供了一种颅内穿刺装置，该颅内穿刺装置包括：处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实现本技术实施例第一方面提供的方法。
7.本技术实施例的第三方面提供了一种颅内穿刺系统，该颅内穿刺系统包括：第一传感器，被配置为固定于头部，用于采集头部位姿信息；扫描设备，用于获取头部扫描图像；第二传感器，被配置为固定于穿刺针，用于采集穿刺针位姿信息；颅内穿刺装置，连接第一传感器、扫描设备以及第二传感器，用于执行本技术实施例第一方面提供的方法。
8.本技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序能够被处理器执行时实现本技术实施例第一方面提供的方法。
9.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术针对目前颅内穿刺的导航方法，通过设计头部姿态信息的地坐标的基准面与头部扫描图像的横截面始终在同一水平面上，使头部姿态以及头部扫描图像之间的联系紧密相关，无需对患者头颅进行固定，能够对颅内穿刺进行导航优化，从而提供精准的穿刺路径姿态信息和穿刺针姿态信息，并实时显示穿刺路径和穿刺针。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
11.图1是本技术颅内穿刺方法的系统框架图；
12.图2是本技术颅内穿刺方法第一实施例的流程示意图；
13.图3是图2中步骤s12一具体实施例的流程示意图；
14.图4是图3中步骤s21一具体实施例的流程示意图；
15.图5是图3中步骤s22一具体实施例的流程示意图；
16.图6是本技术患者佩戴固定第一惯性测量单元的结构示意图；
17.图7是本技术利用预设软件计算穿刺路径与参照面夹角的结构示意图；
18.图8是本技术颅内穿刺路径在地坐标中三轴欧拉角的计算方式说明示意图；
19.图9是图3中步骤s23一具体实施例的流程示意图；
20.图10是本技术携带第二惯性测量单元的穿刺针装置示意图；
21.图11是本技术的颅内穿刺装置一实施例的示意框图；
22.图12是本技术的计算机可读存储介质一实施例的示意框图；
具体实施方式
23.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
24.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
25.还应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
26.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
27.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0028]
为了说明本技术的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明本技术第一方面提供一种颅内穿刺方法，为了更好地解释本技术提出的颅内穿刺方法，请参阅图1，图1是本技术颅内穿刺方法的系统框架图，系统至少包括：采集模块1、解算模块2、个人电脑(personal computer，pc)端3以及显示模块4。
[0029]
三个数据采集模块：可穿戴式惯性测量模块(inertial measurement unit，imu)10，电子计算机断层扫描(computer tomography，ct)影像采集模块20和手术针上的imu测量模块30，统称为数据采集模块，以下称为采集模块1。
[0030]
基于pc端3的数据处理模块：用于通过蓝牙串行端口接收和处理头部姿势，如图1所示，通过头部可穿戴imu10获得和相关的颅内数据，比如ct影像采集模块20，可以通过ct扫描获得。颅内穿刺路径的实时姿态(地坐标下的角度)是通过将两个数据源融合而得出的，以下可以称为“处理模块”，比如图中的解算模块2。
[0031]
数据可视化模块：将颅内穿刺路径实时姿态(地坐标下的角度)和手术探针实时姿态(地坐标下的角度)实时可视化，以提供给医生，辅助外科手术的进行，以下可以简称显示模块4。
[0032]
解算模块2：通过影像处理软件对前采模块b的ct扫描影像数据进行处理，根据患者颅内血肿块位置设计靶点，设计经颅穿刺路径范围，并且获得穿刺路径相对于ct扫描横截面的yaw、roll、pitch值。结合前采模块a的imu惯性传感单元的数据和前采模块b的ct扫描影像后处理经颅穿刺路径数据，根据位置关系计算，得出来基于imu惯性传感单元反馈下颅内穿刺路径的姿态信息。
[0033]
显示模块4：显示模块也可以设置pc端3中，用于接收数据模块输入的颅内穿刺路径的姿态数据和采集模块1输入的针头姿态信息，同步输出两者的姿态数据，以指引医生调整手术探针到符合穿刺路径姿态，完成穿刺动作。
[0034]
针对颅内穿刺方法的系统框架图，为了给手术医生提供精准的穿刺角度，本技术提出了一种颅内穿刺方法，以提供一种针对颅内血肿的导航方法。请参阅图2，图2是本技术颅内穿刺方法第一实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：
[0035]
s11：获取头部姿态信息、头部扫描图像以及穿刺针姿态信息；
[0036]
通常，本技术颅内穿刺方法系统设置有采集模块1，用于获取头部姿态信息、头部扫描图像以及穿刺针姿态信息，如图1所示，该采集模块1至少包括第一采集模块(例如前采模块a)、第二采集模块(例如前采模块b)以及第三采集模块(例如前采模块c)。
[0037]
其中，第一采集模块用于获取头部姿态信息，第二采集模块用于获取头部扫描图像，第三采集模块用于获取穿刺针姿态信息。当然，头部姿态信息、头部扫描图像以及穿刺针姿态信息也可以是在预先预存于pc端3的数据库中，通过解算模块2的调用而获得，此外，本领域技术人员还可以通过其他方式进行获取，此处不做限定。
[0038]
结合如图1所示，获取头部姿态信息、头部扫描图像以及穿刺针姿态信息，具体地可以包括：
[0039]
基于第一传感器采集信息，建立第一位置关系，通过第一预设算法(比如madgwick算法)融合第一传感器的加速度计12、陀螺仪11、磁力计13，计算得到第一传感器的姿态角，以得到头部姿态信息。
[0040]
前采模块a：患者头颅装备可穿戴式的imu10，以使可穿戴装备上的imu10与患者头颅建立确定位置关系。imu10包含陀螺仪11、加速度计12以及磁力计13，由madgwick算法融合后可以在三个轴上提供欧拉角。可穿戴装备为两个自由度调节装置，旨在校准头戴imu10在病人头颅ct扫描横截面上。
[0041]
具体地，第一传感器的陀螺仪11和加速度计12并不是直接提供姿态角，加速度计
12提供三轴方向的加速度，陀螺仪11提供三轴方向的角速度，磁力计13提供三轴的磁力，姿态角是通过公式计算得到三个各自(加速度计12、陀螺仪11、磁力计13)获得出来三轴姿态角，具体采用何种公式在后文进行详细描述，然后madgwick算法对结果进一步融合和降噪，获得稳定准确的三轴姿态角。
[0042]
将扫描图像导入预设软件，得到头部扫描图像，其中预设软件可以是3dslicer，具体地可以将ct图像(dicom文件)导入到3dslicer软件中，以进行获取；而前采模块b：利用影像设备对脑出血患者的头颅进行ct切片扫描，获取患者的头颅影像数据。
[0043]
基于第二传感器采集信息，建立第二位置关系，通过第二预设算法(比如madgwick算法)融合第二传感器的加速度计31、陀螺仪32、磁力计33，计算得到第二传感器的姿态角，以得到穿刺针姿态信息。
[0044]
前采模块c：医生手术所用的穿刺针头导向器上装备imu惯性传感单元30，负责检测和记录针头的姿态信息。imu测量模块30同样包含陀螺仪31、加速度计32以及磁力计33，由madgwick算法融合后可以在三个轴上提供欧拉角。
[0045]
s12：利用头部姿态信息和头部扫描图像，确定穿刺路径姿态信息；
[0046]
基于采集模块1，可以知道，系统至少一共需要两个imu惯性传感单元，第一个imu(记作imua)安装在头部穿戴设备上，目的是与病人头部建立位置关系，从而通过相关计算反馈出病人颅内穿刺路径的实时姿态变化，从而获取实时的头部姿态信息。
[0047]
其中，为了控制成本，简单操作、可以实时定位以及使得患者头部可以移动，设置头部姿态信息的地坐标的基准面与头部扫描图像的横截面在同一水平面上，如此，医生利用头部姿态信息和头部扫描图像，可以迅速确定穿刺路径姿态信息，不必在患者头部移动时进行角度校准，也即无需花费时间进行角度换算，如此提升了穿刺路径的导航优化，从而提供精准的穿刺路径姿态信息。
[0048]
s13：基于穿刺路径姿态信息和穿刺针姿态信息，实时显示穿刺路径和穿刺针。
[0049]
通常，在常规的颅内血肿高精度穿刺手术中，医生需要通过ct影像确定穿刺路径，包括穿刺点、靶点、穿刺角度(相对于ct基准面的yaw，pitch，roll角度)，以及深度，然后将手术针头根据引导穿刺路径，精准插入。
[0050]
所以基于穿刺路径姿态信息和穿刺针姿态信息，实时显示穿刺路径和穿刺针尤为重要。具体地，可以通过上位机软件实时显示穿刺路径和穿刺针。
[0051]
因此，本技术针对目前颅内穿刺的导航方法，通过设计头部姿态信息的地坐标的基准面与头部扫描图像的横截面始终在同一水平面上，使头部姿态以及头部扫描图像之间的联系紧密相关，无需对患者头颅进行固定，能够对颅内穿刺进行导航优化，从而提供精准的穿刺路径姿态信息和穿刺针姿态信息，并实时显示穿刺路径和穿刺针，如此减小医生的手术操作误差。
[0052]
更进一步地，利用头部姿态信息和头部扫描图像，确定穿刺路径姿态信息，请参阅图3，图3是图2中步骤s12一具体实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：
[0053]
s21：对头部扫描图像进行处理，得到穿刺路径以及穿刺路径对应头部扫描图像横截面的欧拉角；
[0054]
医学上将头颅分为矢状面、冠状面和横截面三个基本平面。ct扫描即扫描头颅的横截面。将ct图像(dicom文件)导入到3dslicer软件中，通过ct图像医生根据经验，在
3dslicer软件获取医生输入的处理经验值，则对头部扫描图像进行处理，设计经颅穿刺路径以及穿刺路径对应头部扫描图像横截面的欧拉角。
[0055]
具体地，如何计算穿刺路径对应头部扫描图像横截面的欧拉角，在后文给出3dslicer软件计算穿刺路径与参照面夹角的示例图时进行详细描述。
[0056]
s22：根据穿刺路径、欧拉角以及头部扫描图像的横截面，确定穿刺路径在地坐标中的理论轴角度；
[0057]
由于穿刺路径实际上是一个取穿刺路径范围的一路径，所以实际上穿刺路径有很多条，这里取其中一条穿刺路径进行示例的代表性阐述，如此为实现穿刺方法提高穿刺方法的可实现性。
[0058]
欧拉角，实际上就是物体绕坐标系三个坐标轴(x，y，z轴)的旋转角度。一般来讲，欧拉角可分为两种情况：1，静态：即绕世界坐标系三个轴的旋转，由于物体旋转过程中坐标轴保持静止，所以称为静态。2，动态：即绕物体坐标系三个轴的旋转，由于物体旋转过程中坐标轴随着物体做相同的转动，所以称为动态。其旋转角度的大小值通常可以用yaw(与y轴的偏航)，pitch(与x轴的俯仰)，roll(与z轴的翻滚)角度值来表示。
[0059]
头部扫描图像的横截面，从上文图2中的步骤s12可知，为了便于患者头颅的移动，设计为与头部姿态信息的地坐标的基准面相同，而在校准的过程中手术针的三轴角度实际上是与穿刺路径的三轴角度是相等的，所以可以根据穿刺路径、欧拉角以及头部扫描图像的横截面，确定穿刺路径在地坐标中的理论轴角度。
[0060]
s23：利用头部姿态信息和理论轴角度，确定穿刺路径姿态信息。
[0061]
将头部姿态信息进行实时显示，医生可实时观测到血肿的实时显示状态以及通过相关计算反馈出病人颅内穿刺路径的实时姿态变化。
[0062]
而在校准的过程中手术针的三轴角度实际上是与穿刺路径的三轴角度是相等的，因此，计算得到的理论轴角度，实际上是确定手术操作中插入的角度，并且因为穿刺路径已确定，所以可以确定穿刺路径姿态信息。
[0063]
更进一步地，对头部扫描图像进行处理，得到穿刺路径，请参阅图4，图4是图3中步骤s21一具体实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：
[0064]
s31：通过影像处理软件对头部扫描图像进行处理，得到颅内血肿块位置；
[0065]
颅内血肿，由于创伤等原因，当脑内的或者脑组织和颅骨之间的血管破裂之后，血液集聚于脑内或者脑与颅骨之间，并对脑组织产生压迫时，颅内血肿(intracranial hematomas)因而形成。
[0066]
颅内血肿的体积大小，直接决定了采用何种手术措施，比如，如果是血肿量不超过30ml，可以通过保守治疗，应用消肿、脱水以及止血、营养脑神经的药物。如果血肿量比较大，超过30ml，会因为压迫脑组织、脑干而出现脑疝，这首先需要通过手术来清除血肿，术后可以再按照方法进行治疗。
[0067]
因此在获取头部扫描图像后，可以通过影像处理软件对头部进行扫描图像进行处理，具体地，可以根据三维立体定向的基本原理，来确定颅内血肿的位置、大小以及形状等详细信息。
[0068]
s32：根据颅内血肿块位置设计靶点以及颅表穿刺点；
[0069]
通过对颅内血肿块位置、大小以及形状等详细信息的确认，可以通过预设的公式
计算出血肿量的体积，其中比如预设的公式可以采用多田氏公式。
[0070]
根据颅内血肿块位置进行靶点设计以及颅表穿刺点设计，具体地，首先要确定血肿穿刺平面，原则上选择既是血肿的最大层面，又是血肿中心的层面作为穿刺层面。
[0071]
再者是确定靶点，对于球形或椭圆形血肿，靶点的选择在血肿穿刺平面的中心位置，当血肿较大时，也可酌情在中心位置稍微偏后0.5～1.0cm处作为穿刺靶点，如此更有利于血肿清除。比如出血量超过80ml时，作为颅内大血肿，可以选择两个穿刺靶点，采用双针穿刺，选择血肿穿刺平面的前、后位上，也可以酌情选择在上、下两个不同穿刺平面上、二穿刺针距离通常大于2cm比较适宜。
[0072]
然后是确定颅表穿刺点，一是避开皮颞浅动脉主干、静脉窦，如矢装窦左、右旁开2cm和横窦上、下2cm内不能选作穿刺点、侧裂血管和脑重要功能区、如运动区等；二是在血肿穿刺平面上，头表穿刺点距离颅内血肿外侧沿最近处；三是硬膜外及硬膜下血肿穿刺点应选择在血肿宽径最厚的中心位上。当然设计靶点以及颅表穿刺点，针对不同的血肿数量、大小等，还可以有其他的方式，比如穿刺点通常根据医生的经验来确定，比如血肿的三分之一处，距离头顶小于10cm处，具体根据需要进行选择，此处不做限制。
[0073]
s33：利用靶点以及颅表穿刺点，确定穿刺路径。
[0074]
利用靶点以及颅表穿刺点，可以确定靶点以及颅表穿刺点之间的直线距离，但因为两则之间设有其他组织，所以选择穿刺路径需要进行避开额窦及中线位置，管状峰前2cm之前的位置，其穿刺路径最好与血肿长轴吻合。
[0075]
更进一步地，根据穿刺路径、欧拉角以及头部扫描图像的横截面，确定穿刺路径在地坐标中的理论轴角度，请参阅图5
‑
8，图5是图3中步骤s22一具体实施例的流程示意图；图6是本技术患者佩戴固定第一惯性测量单元的结构示意图；图7是本技术利用预设软件计算穿刺路径与参照面夹角的结构示意图；图8是本技术颅内穿刺路径在地坐标中三轴欧拉角的计算方式说明示意图；具体包括以下步骤：
[0076]
s41：以靶点为坐标原点建立地坐标，地坐标的基准面与头部扫描图像的横截面在同一水平面上；
[0077]
为了更为方便穿刺针角度的插入，建立以靶点为坐标原点的地坐标，如此，可以便于颅内穿刺路径在地坐标中三轴欧拉角的角度进行转换和计算。
[0078]
通常，为获取颅内血肿块位置的精确靶点以及精确颅表穿刺点，患者的头颅必须固定不变，以保障穿刺路径的正确，如图6所示可见imu10被患者戴于头上，地坐标的基准面为患者两耳所确定的两点与鼻子上方一点一共三个点所组成的平面作为基准面。
[0079]
本技术实施例为使患者头部更为舒适，设计地坐标的基准面s2与头部扫描图像的横截面s1在同一水平面上，使得使头部姿态以及头部扫描图像之间的联系紧密相关，无需对患者头颅进行固定，能够对颅内穿刺进行导航优化，从而提供精准的穿刺路径姿态信息。
[0080]
更进一步地，利用头部姿态信息和理论轴角度，确定穿刺路径姿态信息，请参阅图9，图9是图3中步骤s23一具体实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：
[0081]
s51：利用头部姿态信息，采用预设软件重建头颅的三维模型；
[0082]
因为第一个imu(记作imua)安装在头部穿戴设备上，所以可以采集到头部姿态信息，通过预设软件，可以重建头颅的三维模型。
[0083]
具体地，比如在matlab r2016a版本下运行，里面包含头颅的ct图像，运行结果可
以显示出头颅的立体图像以及三视图，当然本领域相关技术人员还可以使用3dslicer软件对头颅的ct图像进行重建，显示出头颅的立体图像以及三视图，此处根据需求去进行选择，具体不做限定。
[0084]
s52：根据三维模型对头颅进行实时显示；
[0085]
第一个imu(记作imua)安装在头部穿戴设备上，目的是与病人头部建立位置关系，从而通过相关计算反馈出病人颅内穿刺路径的实时姿态变化，并且通过三维模型可以对头颅进行实时显示。
[0086]
s53：通过头颅的颅表穿刺点以及理论轴角度，确定穿刺路径姿态信息。
[0087]
第二个imu(记作imub)安装在针头装置上，负责检测记录针头的三轴姿态变化。为了计算imu旋转过程中的欧拉角变化，我们定义imu的三轴旋转矩阵为，如式(1)、(2)以及式(3)：
[0088][0089][0090][0091]
其中，θ为横滚角roll，即绕imu的x轴旋转角度；为俯仰角pitch，即绕imu的y轴旋转角度；ψ为航向角yaw，即绕imu的z轴旋转角度。imu在第n+1个时刻的姿态角度为θ，ψ，含义是imu坐标系从n时刻的初始位置，经过绕z旋转角度ψ，绕y旋转角度绕x旋转角度θ，得到了最终的姿态。
[0092]
将上述式(1)、(2)以及式(3)三个旋转矩阵以z
‑
y
‑
x转动顺序进行连乘，得到可以表示一次欧拉转动的旋转矩阵c，也被称之为方向余弦矩阵(direction cosine matrix，dcm)。我们将此定义为从参考系(m系)旋转到自身坐标系(b系)，用表示
[0093][0094]
加速度计测量元件自身的加速度，用表示，则在imu转动过程中，加速度计解算姿态角表达如式(5)：
[0095][0096]
通过解方程式(5)可得，
[0097][0098]
陀螺仪(gyroscope)用表示，第n+1时刻的三轴姿态角即：θ+δθ，ψ+δψ，其中姿态角度的变化量δθ，δψ可以通过角速度与采用时间周期积分，即则陀螺仪解算姿态角表达如式(7)：
[0099][0100]
求逆转矩阵可得：
[0101][0102]
磁力计(magnetometer)在自身坐标系(b系)下用表示，磁地理坐标系(m系)下用m
m
表示。由b系到m系坐标系转换，有关系如下：
[0103][0104]
其中为从b系转换到m系的方向余弦矩阵：
[0105][0106]
当b系与m系重合时，
[0107]
将由加速度计求得的横滚角(roll)和俯仰角(pitch)代入方向余弦矩阵，可求得：
[0108][0109]
得磁力计的偏航角为：
[0110][0111]
s42：获取第一传感器的第一轴角度；
[0112]
通过图7中的3dslicer软件，在一具体实施例中，将穿刺路径对于三个参照面的夹角的计算结果分别为23.6、14.3、62.0并测量出颅表穿刺点距离血肿靶点距离42.4mm。
[0113]
其中图8中下半部分的横线是一个平面为横截面，图8中下半部分的竖线是另一个平面为矢状面，穿刺路径与该两个面的夹角为我们所需要获取的角度信息，也即第一周角度。
[0114]
具体地，从图8中可知，头戴式的imua的坐标中，其中x
a
为imua的x轴角度，y
a
为imua的y轴角度，这里x
a
以及y
a
作为第一传感器的第一轴角度。
[0115]
s43：根据穿刺路径、欧拉角以及基准面，基于第一轴角度，计算穿刺路径对应颅表穿刺点的理论第二轴角度以及理论第三轴角度。
[0116]
从图8中可知，靶点o以及颅表穿刺点a之间的直线距离为oa，根据穿刺路径、靶点o的欧拉角以及基准面s2，基于第一轴角度，计算穿刺路径对应颅表穿刺点的理论第二轴角度以及理论第三轴角度，也即穿刺针的插入角度，如表达式(14)以及表达式(15)。
[0117]
x
b
＝x
a
‑
(90
°‑
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0118][0119]
穿刺点的z轴角度不用计算，而是在后续手术穿刺的校准过程中，保证针的x轴角度＝x
b
，y轴角度＝y
b
，z轴角度＝z
a
，此时的针的三轴角度＝穿刺路径的三轴角度。至此，本技术实施例完成颅内穿刺路径的姿态解算，因此，本技术实施例的有益效果有以下三方面：
[0120]
1.通过匹配穿刺针的穿刺与颅内穿刺路径在地坐标下欧拉角度达成一致，来实施手术穿刺。
[0121]
2.方法应用imu与头颅ct扫描横截面建立确定关系，从而实现imu间接测量颅内穿刺路径的实时地坐标欧拉角度。此为一种ct图像信息和imu姿态信息的数据融合方法。
[0122]
3.提出了一种新的辅助颅内血肿穿刺手术的导航方法。
[0123]
本技术实施例还提供一种颅内穿刺系统，请参阅图10，图10是本技术携带第二惯性测量单元的穿刺针装置示意图，该颅内穿刺系统包括：
[0124]
第一传感器，被配置为固定于头部，用于采集头部位姿信息；
[0125]
扫描设备，用于获取头部扫描图像；
[0126]
第二传感器，被配置为固定于穿刺针用于采集穿刺针位姿信息；
[0127]
颅内穿刺装置，连接第一传感器、扫描设备以及第二传感器，用于执行本技术实施例第一方面提供的方法。
[0128]
针对颅内血肿穿刺引流手术所急需的导航系统，公开了一种融合头部可穿戴imu惯性传感元件(比如第一传感器)和ct影像数据的颅内血肿定位和穿刺路径导航方法。该系统相对于目前已有的光学导航系统、机械导航系统、电磁导航系统，能提供更精准的颅内穿刺路径导航，同时，具有操作更便捷、价格更低廉的优势，更高效快捷的辅助医生完成颅内血肿穿刺引流手术。
[0129]
在本技术血肿穿刺系统下，开展了两个imu协同的精度实验。实验方法是将应用于系统中的两个imu进行同水平面校准后，放置在同一块水平木板的两侧。然后每隔十分钟拿起木板进行移动，记录两块imu的姿态数据，一共进行五次移动动作，记为五组实验。然后用统计学方法分析两个imu之间的三轴角度误差。该实验目的是验证模拟一定手术时间内，应用于导航系统中的两块imu能否实时同步提供足够精准的姿态信息。实验结果证明两个imu协同作用三轴角度平均误差在1
°
之内。
[0130]
第二个实验进行了该方法导航下手术操作模拟实验，测量在模拟操作完成穿刺后穿刺路径和颅内穿刺路径之间的误差。实验结果满足医学误差要求。
[0131]
实现了在保证精度的情况下操作更加简单，限制条件更少，成本也大幅度降低，极大的提高了临床使用效率。相对于近期研究的同样基于imu的导航系统来说，该新方法实现了真正的用imu实时导航穿刺路径。
[0132]
进一步地，请参见图11，图11是本技术的颅内穿刺装置一实施例的示意框图。本技术实施例还提供一种颅内穿刺装置5，包括处理器51和存储器52，存储器52中存储有计算机程序521，处理器51用于执行计算机程序521以本技术实施例第一方面的处理方法，在此不再赘述。
[0133]
请参阅图12，图12是本技术的计算机可读存储介质一实施例的示意框图。如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可读存储介质60中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储装置中，包括若干指令(计算机程序61)用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储装置包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
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only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种介质以及具有上述存储介质的电脑、手机、笔记本电脑、平板电脑、相机等电子设备。
[0134]
关于计算机可读存储介质中的计算机程序的执行过程的阐述可以参照上述本技术颅内穿刺装置5的处理方法实施例中阐述，在此不再赘述。
[0135]
以上所述仅为本技术的部分实施例，并非因此限制本技术的保护范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。