一种介入布针适配装置及控制方法与流程

本发明属于医疗器械，尤其涉及一种介入布针适配装置及控制方法。

背景技术：

1、目前肿瘤介入治疗比如射频、微波消融、粒子植入和纳米刀消融都需要穿刺导航，穿刺导航单个针道穿刺的两个关键因素是入针点和入针角度，徒手穿刺很难精准把握入针点和入针角度。另外粒子植入和纳米刀治疗在单针道穿刺精准基础上往往还需要近距离平行布针，平行布针一般需要导航规划软件来做相应的布针规划，制定穿刺通路阵列，使得放射粒子或者电场能均匀覆盖病灶，布针规划完成之后需要通过具体的装置来实现该布针规划。传统的做法是术前导航规划软件实现平行布针规划，之后将平行布针规划通过3d打印平行针道导板或者适配已有的平行针道导板来实现，针道导板是具有固定穿刺通道的通道阵列，这类介入布针适配装置因为穿刺通道相对固定，灵活性和实时性偏低，当术中需要根据实际情况调整针道时，这种布针装置就无法满足要求。 且由于多个平行针道距离较近，采用一般的机械臂前端夹持器来做平行布针引导，存在前端夹持器体积过大和前面穿刺完成的穿刺针干涉的危险。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种介入布针适配装置及控制方法，以解决上述的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种介入布针适配装置及控制方法的具体技术方案如下：

3、一种介入布针适配装置，包括基站和夹持器，所述基站捆绑在患者治疗部位附近并与外部导航规划系统通信连接，所述夹持器用于夹持穿刺针，所述基站内安装有拉绳位移传感器，所述夹持器通过拉绳位移传感器的拉绳与基站相连，所述基站上具有显示屏，所述基站根据拉绳位移传感器的拉伸长度确定夹持器的位置，所述显示屏显示导航规划系统规划的目标入针点位姿和夹持器的夹持通道的实际位姿关系，使用者根据显示屏显示的目标入针点和夹持器的夹持通道的实际位姿偏差调整夹持器的位姿至与目标入针点吻合。

4、进一步的，所述拉绳位移传感器至少具有3个，且至少3个拉绳位移传感器的位置不共线，所述基站上具拉绳接口，用于引出拉绳，所述拉绳接口与拉绳位移传感器的数量和位置对应，所述拉绳位移传感器设置在基站内侧紧贴拉绳接口的位置。

5、进一步的，所述夹持器内具有倾角控制单元，所述倾角控制单元与基站通信连接，所述倾角控制单元用于实时检测夹持器的倾斜角度，并上传角度数据至基站。

6、进一步的，所述基站上具有至少3个显影标记物，用于通过外部导航规划系统识别显影标记物位置进而确定基站在影像采集器坐标系中的位置。

7、进一步的，所述拉绳位移传感器和显影标记物不设于同一个影像断层，即拉绳位移传感器所在的平面和显影标记物所在平面不共面。

8、进一步的，所述基站内具有控制电路，包括主控制器、ad转换电路、主机通信接口、显示屏通信接口、无线通信模块和电池管理电路，所述拉绳位移传感器与ad转换电路电连接，所述ad转换电路、主机通信接口、显示屏通信接口、无线通信模块、电池管理电路与主控制器电连接；

9、所述主机通信接口用于连接外部导航规划系统，所述外部导航规划系统用于进行软件布针规划，获得布针导航规划信息，并将信息通过主机通信接口传递到基站；

10、所述显示屏通信接口与基站上的显示屏电连接，所述主控制器通过显示屏显示导航规划系统规划的目标入针点位姿和夹持器的夹持通道的实际位姿关系；

11、所述无线通信模块用于与夹持器建立无线通信连接，获取夹持器的倾斜角度信息；

12、所述主控制器用于获取导航规划系统的布针规划信息、拉绳位移传感器拉绳拉伸长度信息、夹持器倾斜角度信息，并将各信息进行计算处理后，得到导航规划系统规划的目标入针点位姿和夹持器的夹持通道的位姿偏差，并通过显示屏进行显示；

13、所述电池管理电路为电池或电源接口，用于为基站提供所需电源。

14、进一步的，所述夹持器包括夹持部件和拉绳固定部件，所述夹持部件为一端开口的具有弹性的夹持结构，开口处具有能够夹持穿刺针的夹持通道，两根手指捏住夹持部件将穿刺针夹紧在通道内，松开手指将穿刺针脱离；所述拉绳固定部件与夹持部件远离开口的一端固定连接，所述拉绳固定部件上具有一个拉绳固定点，多根拉绳固定在同一点上，所述拉绳固定部件内具有倾角控制单元。

15、进一步的，所述拉绳固定部件一侧设置有凸轮手柄，所述凸轮手柄通过转轴与拉绳固定部件轴连接，所述凸轮手柄的凸轮凸起于拉绳固定部件内侧，当向上掰动凸轮手柄时，凸轮的凸起部与夹持部件卡紧，将拉绳固定部件与夹持部件固定，当向下掰动凸轮手柄时，凸轮的凸起部与夹持部件脱离接触，完成拉绳固定部件与夹持部件的快速拆卸。

16、进一步的，所述夹持部件底部与皮肤接触的部位具有固定垫，所述固定垫底部具有防滑纹路，所述固定垫用于增加和皮肤的摩擦力。

17、本发明还公开了一种介入布针适配装置的位姿控制方法，包括如下步骤：

18、步骤1：设拉绳位移传感器位置的三个点坐标分别为，三根拉绳长度分别为a,b,c，三根直线的交点，即与拉绳固定部件的固定点坐标为，建立如下基站坐标系，以点作为原点，所在平面为xy平面，其中，作为x轴，则x轴单位向量为，取垂直x轴的分量为，作为y轴，则y轴单位向量为，最后，根据x轴y轴单位向量的叉乘，获得z轴单位向量；

19、步骤2：求出点在各个轴上的投影位置，即得到交点的坐标，具体步骤为：

20、步骤2.1：在三角形中，已知所有边长，设 ，则，根据余弦定理得到：，得出：；

21、步骤2.2：设在x、y轴的分量的模分别为,，则，设在y轴的投影点为，则长度；在三角形中,边长未知，设长度为l，设，根据余弦定理得到：，其中即为在x轴上的投影，因此，代入上式得到：；在三角形中，设，则，根据余弦定理得到：，得出：；

22、步骤2.3：最后根据、，计算出，；

23、步骤3：建立夹持器坐标系h，其原点在，再通过倾角控制单元获知该坐标系的姿态，从而获得该坐标系h到基站坐标的转换矩阵，由于夹持器结构是固定，通过事先标定，获得穿刺通道在夹持器坐标中的位置，即在坐标系h中，穿刺通道经过穿刺点, 通道向量为，因此得到在基站坐标系下，穿刺点为，穿刺通道为；

24、步骤4：据显影标记物计算出基站坐标系到影像采集器坐标系的转换矩阵，因此计算在医学影像空间下的穿刺点，穿刺向量，从而实时计算出医学影像下的穿刺路径。

25、本发明的一种介入布针适配装置及控制方法具有以下优点：本发明的介入布针适配装置设置了基站，获取导航布针规划并将布针点通过显示屏进行显示，通过拉绳位移传感器将基站和夹持器连接，通过夹持器内的倾角控制单元和每根拉绳伸长的长度定位夹持器的通道位姿，从而获得夹持器通道的实际位姿并同时显示在显示屏上。由于介入布针适配装置中体积较大的结构如拉绳传感器等布置在基站上，前端夹持器只保留必要的夹持功能，其内嵌的倾角控制单元电路单元体积也很小，因此夹持器的体积可以做的很小，这样在多针平行布针时不容易和前面已经布好的穿刺针干涉，很有灵活性优势。通过观察显示屏就可以直观获取导航规划系统规划的目标入针点和夹持器的实际位置偏差，手动调整夹持器的位置直到与目标入针点吻合。本发明的布针装置能够手动调整，方便快速，具有灵活性强，准确度高的优点，带有显示屏的基站设置在人体病灶附近，方便穿刺时观察实际通道与入针点的偏差，提高了穿刺效率。