阅读说明：本技术 一种肿瘤穿刺实时模拟装置及方法 (Tumor puncture real-time simulation device and method ) 是由 程玉峰 孟祥伟 王建波 李玮 韩毅 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种肿瘤穿刺实时模拟装置及方法。其中,一种肿瘤穿刺实时模拟装置,包括四个金属点,这四个金属点设置在患者身上任意位置；穿刺针,其末端及与末端预设距离处均设置有RFID射频标签；CT扫描设备,其用于对患者进行CT扫描,确定患者的肿瘤位置,基于CT扫描图像中四个金属点的位置信息,产生患者的空间坐标,且通过CT图像确定穿刺的穿刺路径信息并将穿刺路径所在平面的CT图像送入显示设备显示；RFID标签阅读器,其用于读取穿刺针上的两个RFID射频标签实时位置,并实时显示在穿刺路径所在平面的CT图像中。(The invention provides a real-time tumor puncture simulation device and method. The tumor puncture real-time simulation device comprises four metal points, wherein the four metal points are arranged at any positions on a patient; the tail end of the puncture needle and a position which is a preset distance away from the tail end are both provided with RFID radio frequency tags; the CT scanning device is used for carrying out CT scanning on a patient, determining the tumor position of the patient, generating the space coordinate of the patient based on the position information of four metal points in a CT scanning image, determining puncture path information of puncture through the CT image and sending the CT image of a plane where the puncture path is located to the display device for display; and the RFID tag reader is used for reading the real-time positions of the two RFID radio frequency tags on the puncture needle and displaying the real-time positions in the CT image of the plane where the puncture path is located.)

一种肿瘤穿刺实时模拟装置及方法

技术领域

本发明属于肿瘤穿刺模拟领域，尤其涉及一种肿瘤穿刺实时模拟装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前医院中穿刺过程主要还是由医生依据CT图像或者超声图像，凭借经验进行完成，这种方法穿刺结果的优劣主要取决于医生的经验，经验不足的医生和精神状态不好的医生穿刺结果可能就会偏差，并且由于穿刺结果的偏差，在穿刺过程中需要病人多次进行CT扫描，增加了病人接受辐射的剂量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的提供一种肿瘤穿刺实时模拟装置及方法，其能够实现穿刺过程的实时模拟。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种肿瘤穿刺实时模拟装置，包括：

四个金属点，这四个金属点设置在患者身上任意位置；

穿刺针，其末端及与末端预设距离处均设置有RFID射频标签；

CT扫描设备，其用于对患者进行CT扫描，确定患者的肿瘤位置，基于CT扫描图像中四个金属点的位置信息，产生患者的空间坐标，且通过CT图像确定穿刺的穿刺路径信息并将穿刺路径所在平面的CT图像送入显示设备显示；

RFID标签阅读器，其用于读取穿刺针上的两个RFID射频标签实时位置，并实时显示在穿刺路径所在平面的CT图像中。

本发明的第二方面提供一种肿瘤穿刺实时模拟方法，其包括：

在患者身上任意位置设置四个金属点；

在穿刺针的末端及与末端预设距离处均设置RFID射频标签；

利用CT扫描设备对患者进行CT扫描，确定患者的肿瘤位置，基于CT扫描图像中四个金属点的位置信息，产生患者的空间坐标，且通过CT图像确定穿刺的穿刺路径信息并将穿刺路径所在平面的CT图像送入显示设备显示；

采用RFID标签阅读器读取穿刺针上的两个RFID射频标签实时位置，并实时显示在穿刺路径所在平面的CT图像中。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在使用CT进行路径规划和肿瘤位置的确定之后，使用RFID标签对肿瘤穿刺针的位置实现实时的获取，并且将肿瘤信息、穿刺路径信息和穿刺针位置信息在显示设备上显示出来，引导医生完成穿刺过程，这种方法将穿刺过程实现实时可视化。

(2)本发明对穿刺过程实时显示，免去了传统穿刺过程中多次CT扫描调整穿刺位置的问题，减少了穿刺患者CT扫描次数，减少了辐射照射剂量。

(3)本发明简化了穿刺过程，提高了穿刺效率和穿刺成功率，解决了现在穿刺过程复杂，手术时间长等问题，也提高了穿刺患者的就医体验。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为公开实施例的RFID射频标签工作原理图；

图2为公开实施例的穿刺针设置示意图；

图3为公开实施例的RFID射频标签定位流程图；

图4为公开实施例的显示器显示信息示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例的一种肿瘤穿刺实时模拟装置，包括：

四个金属点，这四个金属点设置在患者身上任意位置；

穿刺针，其末端及与末端预设距离处均设置有RFID射频标签，如图2所示；其中，RFID射频标签的工作原理如图1所示；

CT扫描设备，其用于对患者进行CT扫描，确定患者的肿瘤位置，基于CT扫描图像中四个金属点的位置信息，产生患者的空间坐标，且通过CT图像确定穿刺的穿刺路径信息并将穿刺路径所在平面的CT图像送入显示设备显示；

RFID标签阅读器，其用于读取穿刺针上的两个RFID射频标签实时位置，并实时显示在穿刺路径所在平面的CT图像中。

在具体实施中，根据CT扫描设备对患者进行CT扫描，确定患者的肿瘤位置的过程为：根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被***位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变，进而确定出肿瘤位置。

在具体实施中，所述肿瘤穿刺实时模拟装置设置在一个封闭空间内，封闭空间内设置有病床，患者躺在病床上。

其中，RFID标签阅读器的数量设置为九个，其中，位于病床正上方的封闭空间顶部设置四个RFID标签阅读器，与封闭空间顶部的四个RFID标签阅读器相对的封闭空间底部也设置有四个RFID标签阅读器，最后一个RFID标签阅读器设置在封闭空间中心位置。

九个RFID标签阅读器用于读取RFID射频标签的位置信息，按照RFID射频标签所在位置距离RFID标签阅读器的距离为半径，RFID标签阅读器位置为圆心做球，之后对各个球的相交体个数进行统计，当相交体个数小于等于两个上则认为识读失败，则对RFID标签信息进行重新的识读；当相交体的个数大于两个时，选择四个信号强度最好的球体所产生的四个相交体，进行RFID射频标签位置信息读取，如图3所示。

具体地，RFID标签阅读器读取RFID射频标签位置信息的过程为：

求出所选择的四个相交体的重心坐标，并以距离标签最近的RFID标签阅读器为基准RFID标签阅读器，对重心坐标进行排序，之后进行相应的加权计算，记录所得坐标值，即为RFID射频标签位置。

例如：h₁、h₂、h₃、h₄分别表示四个相交体的重心坐标的权值；d₁、d₂、d₃、d₄分别表示四个相交体的重心坐标离基准RFID标签阅读器的距离。

在具体实施中，对所求的四个坐标值进行均值处理，得到的坐标即认为是RFID标签坐标值。之后，按照病床上放置的RFID标签的位置和CT坐标系下金属片的位置将所有的坐标系统一到CT坐标系中，并将RFID标签的坐标位置统一到该坐标系中。

例如：当上述穿刺针在按要求放置阅读器的房间内出现时，九个阅读器会读出与待测标签之间的距离，九个阅读器以自身为原点，距离为半径做球，球体会出现相交的情况，此时选择信号强度较高的四个相交体，并计算相交体的重心，之后进行排序和加权处理，权值如上述。依据不同的阅读器多次计算坐标位置，最后求均值，得到所求坐标，做后将坐标统一到CT坐标中，两个点的坐标确定穿刺针的方向，距离n确定针尖位置，由此完成对穿刺针的定位。

根据穿刺针上放置的两个RFID标签可以确定穿刺针在空间中所在位置的直线，再根据穿刺针针尖里射频标签的距离n，就可以求得穿刺针针尖在CT坐标系下的位置。

将穿刺针上射频标签的坐标和穿刺针针尖的坐标送入显示设备中，并在同个空间坐标系下的穿刺路线所在平面上标记出来，实时显示在穿刺病床旁的显示设备的屏幕上，就可以实时的显示肿瘤穿刺的过程。

在穿刺病床旁的显示设备上，实时显示穿刺针针尖的坐标参数，并且设置阈值k，当穿刺针针尖位置距规划进针路线的距离大于k时，在显示屏幕上提示报警信息。

在另一实施例中，在显示设备的显示屏的其他位置上，显示患者姓名、年龄、疾病信息等相关信息，并在显示屏上显示肿瘤在CT坐标系中的坐标信息，如图4所示。

本实施例在使用CT进行路径规划和肿瘤位置的确定之后，使用RFID标签对肿瘤穿刺针的位置实现实时的获取，并且将肿瘤信息、穿刺路径信息和穿刺针位置信息在显示设备上显示出来，引导医生完成穿刺过程，这种方法将穿刺过程实现实时可视化。

本实施例对穿刺过程实时显示，免去了传统穿刺过程中多次CT扫描调整穿刺位置的问题，减少了穿刺患者CT扫描次数，减少了辐射照射剂量。

本实施例简化了穿刺过程，提高了穿刺效率和穿刺成功率，解决了现在穿刺过程复杂，手术时间长等问题，也提高了穿刺患者的就医体验。

实施例2

本实施例的一种肿瘤穿刺实时模拟方法，其包括：

在患者身上任意位置设置四个金属点；

在穿刺针的末端及与末端预设距离处均设置RFID射频标签；

利用CT扫描设备对患者进行CT扫描，确定患者的肿瘤位置，基于CT扫描图像中四个金属点的位置信息，产生患者的空间坐标，且通过CT图像确定穿刺的穿刺路径信息并将穿刺路径所在平面的CT图像送入显示设备显示；

采用RFID标签阅读器读取穿刺针上的两个RFID射频标签实时位置，并实时显示在穿刺路径所在平面的CT图像中。

其中，肿瘤穿刺实时模拟装置设置在一个封闭空间内，封闭空间内设置有病床，患者躺在病床上。

在病床正上方的封闭空间顶部设置四个RFID标签阅读器，与封闭空间顶部的四个RFID标签阅读器相对的封闭空间底部设置四个RFID标签阅读器，封闭空间中心位置也设置一个RFID标签阅读器设置。

九个RFID标签阅读器用于读取RFID射频标签的位置信息，按照RFID射频标签所在位置距离RFID标签阅读器的距离为半径，RFID标签阅读器位置为圆心做球，之后对各个球的相交体个数进行统计，当相交体个数小于等于两个上则认为识读失败，则对RFID标签信息进行重新的识读；当相交体的个数大于两个时，选择四个信号强度最好的球体所产生的四个相交体，进行RFID射频标签位置信息读取，如图3所示。

具体地，RFID标签阅读器读取RFID射频标签位置信息的过程为：

求出所选择的四个相交体的重心坐标，并以距离标签最近的RFID标签阅读器为基准RFID标签阅读器，对重心坐标进行排序，之后进行相应的加权计算，记录所得坐标值，即为RFID射频标签位置。

例如：h₁、h₂、h₃、h₄分别表示四个相交体的重心坐标的权值；d₁、d₂、d₃、d₄分别表示四个相交体的重心坐标离基准RFID标签阅读器的距离。

在具体实施中，对所求的四个坐标值进行均值处理，得到的坐标即认为是RFID标签坐标值。之后，按照病床上放置的RFID标签的位置和CT坐标系下金属片的位置将所有的坐标系统一到CT坐标系中，并将RFID标签的坐标位置统一到该坐标系中。

例如：当上述穿刺针在按要求放置阅读器的房间内出现时，九个阅读器会读出与待测标签之间的距离，九个阅读器以自身为原点，距离为半径做球，球体会出现相交的情况，此时选择信号强度较高的四个相交体，并计算相交体的重心，之后进行排序和加权处理，权值如上述。依据不同的阅读器多次计算坐标位置，最后求均值，得到所求坐标，做后将坐标统一到CT坐标中，两个点的坐标确定穿刺针的方向，距离n确定针尖位置，由此完成对穿刺针的定位。

根据穿刺针上放置的两个RFID标签可以确定穿刺针在空间中所在位置的直线，再根据穿刺针针尖里射频标签的距离n，就可以求得穿刺针针尖在CT坐标系下的位置。

将穿刺针上射频标签的坐标和穿刺针针尖的坐标送入显示设备中，并在同个空间坐标系下的穿刺路线所在平面上标记出来，实时显示在穿刺病床旁的显示设备的屏幕上，就可以实时的显示肿瘤穿刺的过程。

在穿刺病床旁的显示设备上，实时显示穿刺针针尖的坐标参数，并且设置阈值k，当穿刺针针尖位置距规划进针路线的距离大于k时，在显示屏幕上提示报警信息。

在另一实施例中，在显示设备的显示屏的其他位置上，显示患者姓名、年龄、疾病信息等相关信息，并在显示屏上显示肿瘤在CT坐标系中的坐标信息，如图4所示。

本实施例对穿刺过程实时显示，免去了传统穿刺过程中多次CT扫描调整穿刺位置的问题，减少了穿刺患者CT扫描次数，减少了辐射照射剂量。

本实施例简化了穿刺过程，提高了穿刺效率和穿刺成功率，解决了现在穿刺过程复杂，手术时间长等问题，也提高了穿刺患者的就医体验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。