[发明专利]一种复合光学导航穿刺定位针及针尖位姿检测方法

说明书

本发明属于医疗器械技术领域，公开了一种复合光学导航的穿刺定位针及针尖位姿检测方法，包括内针管和外针管，内针管套设在外针管内与外针管同轴设置，内针管顶端为针尖，末端为针尾，外针管外部具有光学导航标记架，外部光学导航相机通过光学导航标记架获取基准位置，内针管内部具有多芯光纤，多芯光纤连接至外部光纤形变传感控制系统，光纤形变传感控制系统根据基准位置和多芯光纤反馈的信号计算内针管的弯曲曲率和方向，进而计算出针尖的位姿。本发明利用光纤形变传感器的形变信息拟合针杆的形变，从而根据光学导航标记架的基准位置推算出针尖的实际位置，测量位置更精确，且不受磁场干扰。结构简单，应用性强。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种复合光学导航穿刺定位针及针尖位姿检测方法。

背景技术

现有的一种穿刺定位针由外针管，外针座，和外针管同轴的内针管和内针座组成。在刺入人体病灶部位时需要定位针尖所在位置，以实时反馈穿刺病灶的精确性，在穿刺定位针准确到达病灶部位后拔出内针管再将活检针插入外针管进行取样。现有的穿刺活检针定位导航大多采用单一的光学导航或者电磁导航。其中，光学导航的实现方式是通过在穿刺活检针末端设置若干个光学跟踪球，通过光学导航相机跟踪这些光学跟踪球位置，进而获取活检针末端在空间中位置信息，进而根据活检针生产时尖端到末端的结构信息推算出尖端在空间中位置信息，这种方式是在穿刺活检针杆没有形变的理想状态下推算出来的，而穿刺活检针进入人体组织后往往会发生形变，因而根据穿刺活检针末端位置推算出来的理想尖端位置不准确。而电磁导航虽然可以直接将电磁传感器集成到穿刺活检针外管尖端，直接获取穿刺活检针尖端位置信息，测量结果准确，但是电磁导航的工作范围相对光学导航较小，容易受附近磁场和金属影响导致使用受限。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合光学导航穿刺定位针及针尖位姿检测方法，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种复合光学导航穿刺定位针及针尖位姿检测方法的具体技术方案如下：

一种复合光学导航的穿刺定位针，包括针杆，针杆包括内针管和外针管，所述内针管和外针管内部中空，所述内针管套设在外针管内与外针管同轴设置，所述内针管顶端为针尖，末端为针尾，所述外针管外部具有光学导航标记架，外部光学导航相机通过光学导航标记架获取针杆基准位置，内针管和外针管一同穿刺进入病灶部位，所述内针管内部具有多芯光纤，所述多芯光纤连接至外部光纤形变传感控制系统，所述光纤形变传感控制系统根据光纤形变传感器反馈的信号计算内针管的弯曲曲率和方向，进而可以根据光学导航标记架的基准位置计算出针尖的位姿。

进一步的，所述内针管内的多芯光纤与内针管相对固定设置。

进一步的，所述多芯光纤从内针管的针尖到针尾贯穿整根内针管，并由内针管的针尾引出通过光纤冷接头连接至外部光纤形变传感控制系统，所述内针管的针尖到针尾部分多芯光纤设置有多个布拉格光栅组成的光纤形变传感器，所述光纤形变传感控制系统根据多个布拉格光栅反射的不同波长计算内针管的弯曲曲率和方向信息。

进一步的，所述内针针尾开始到光纤形变传感控制系统的多芯光纤为无布拉格光栅的无形变传感能力的多芯光纤。

进一步的，所述外针管针尾的外壁上具有安装位标记，光学导航标记架夹持固定在外针管针尾的外壁上的安装位标记处，所述安装位标记对准内针管针尾最后一个布拉格光栅。

进一步的，所述光学导航标记架上设有至少3个可以反光的光学导航标记。

进一步的，所述外针管末端与中空的外针座的一端固定连接，所述外针座的另一端具有内螺纹，所述内针管末端与中空的内针座固定连接，所述内针座具有与外针座的内螺纹配合的外螺纹，所述内针管穿入外针座进入外针管内部，与外针管同轴设置，所述内针管末端的内针座与外针管的外针座螺纹固定连接；所述内针座内具有固定卡环，所述固定卡环用于固定多芯光纤。