一種基于c臂x射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，它主要將信息通過監(jiān)視器傳遞到工作站，由工作站將傳感信號傳給跟蹤器，將控制命令傳遞給導(dǎo)航工具，將手術(shù)決斷與人機(jī)接口相連。由于系統(tǒng)采用基于C臂圖像，從經(jīng)濟(jì)角度來考慮的話，將會節(jié)省很多經(jīng)費(fèi)，而且由于不使用CT等，患者的住院費(fèi)用也可以減少，因此它是非常經(jīng)濟(jì)的。
【專利說明】
一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]外科技術(shù)趨向于微創(chuàng)化，即使手術(shù)的創(chuàng)傷盡可能減小到最低限度，以期獲得更加理想的療效。手術(shù)導(dǎo)航指的是在手術(shù)過程中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將術(shù)前或術(shù)中病人影像數(shù)據(jù)、實(shí)際手術(shù)過程中病人的病變體位以及手術(shù)工具所在的坐標(biāo)系統(tǒng)一起來，根據(jù)實(shí)際手術(shù)的需要對手術(shù)工具及其周圍的組織作出相應(yīng)的顯示，對手術(shù)進(jìn)行實(shí)時地導(dǎo)航。手術(shù)導(dǎo)航被認(rèn)為是微創(chuàng)外科技術(shù)的重要組成部分之一。手術(shù)導(dǎo)航改變了傳統(tǒng)醫(yī)療外科的許多概念，在提高病灶定位精度，減少手術(shù)損傷，執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)，提高手術(shù)成功率等方面都有極佳的效果，己經(jīng)在神經(jīng)外科、矯形外科、泌尿外科和腹腔鏡外科等手術(shù)臨床中得到成功應(yīng)用。我國雖然也開展了關(guān)節(jié)鏡、椎間盤鏡、髓內(nèi)釘、經(jīng)動(靜)脈導(dǎo)管介入療法等外科微創(chuàng)手術(shù)，但這些手術(shù)都是在手術(shù)視覺下，由醫(yī)生通過對手術(shù)空間的坐標(biāo)和視覺坐標(biāo)進(jìn)行不斷地配準(zhǔn)，糾正手術(shù)動作，在狹小的手術(shù)空間里，完成手術(shù)定位和微小創(chuàng)傷的復(fù)雜手術(shù)。其特點(diǎn)是在手術(shù)視野下確定手術(shù)對象和手術(shù)器械的坐標(biāo)相對關(guān)系，依靠人的手眼協(xié)調(diào)完成手術(shù)。由于外科微創(chuàng)手術(shù)很多是在不顯露或沒有充分顯露手術(shù)部位的環(huán)境中進(jìn)行的，醫(yī)生的手術(shù)視野受到了限制，往往是憑經(jīng)驗(yàn)和X光圖像的信息來重構(gòu)手術(shù)部位的組織結(jié)構(gòu)的。雖然手術(shù)導(dǎo)航自上世紀(jì)90年代才逐漸發(fā)展起來，但它無疑將成為未來幾十年手術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的重要研究方向，必將在微創(chuàng)外科領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了使微創(chuàng)手術(shù)有更進(jìn)一步發(fā)展，本發(fā)明提供一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是這樣構(gòu)成的:主要將信息通過監(jiān)視器傳遞到工作站，由工作站將傳感信號傳給跟蹤器，將控制命令傳遞給導(dǎo)航工具，將手術(shù)決斷與人機(jī)接口相連。需要將術(shù)前的醫(yī)學(xué)影像與術(shù)中的患部進(jìn)行配準(zhǔn)。運(yùn)用雙目視覺空間定位器。
[0005]本發(fā)明的功能在于，引用C臂，提高手術(shù)導(dǎo)航準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):從經(jīng)濟(jì)角度來考慮的話，將會節(jié)省很多經(jīng)費(fèi)，而且由于不使用CT等，患者的住院費(fèi)用也可以減少，因此它是非常經(jīng)濟(jì)的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為手術(shù)導(dǎo)航的組成結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
[0009]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)主要有四個部分組成:手術(shù)導(dǎo)航工具(instrument)、空間定位器(Oocaiizer)、顯示器(monitor)和圖像處理工作站。術(shù)前對患者患部拍攝斷層掃描圖像CT或做MRJ圖像,得到患部的醫(yī)學(xué)影像。將這些影像資料傳遞給計(jì)算機(jī)，醫(yī)生可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行術(shù)前診斷與手術(shù)計(jì)劃。在手術(shù)室，空間定位裝置不斷地將術(shù)中的患者部位和手術(shù)器械通過其上的標(biāo)志點(diǎn)測量出來，經(jīng)過相應(yīng)的空間變換，與配準(zhǔn)過的醫(yī)學(xué)影像圖像融合在一起，從而可以在顯示器上看出手術(shù)器械的位置是否與術(shù)前計(jì)劃的相一致。這種方法需要將術(shù)前的醫(yī)學(xué)影像與術(shù)中的患部進(jìn)行配準(zhǔn)。由于患部和定位器的可移動性，加之配準(zhǔn)算法本身的缺陷，所以很難達(dá)到很高的精度，不過對于一般的手術(shù)來說，其精度己經(jīng)足以滿足需要了。但是，如果出現(xiàn)較大的位置變化時，系統(tǒng)必須進(jìn)行重新配準(zhǔn)，這就給使用者造成很大的困難，不知道何時需要重新配準(zhǔn)，而何時不需要，造成誤操作現(xiàn)象。特別還需要醫(yī)生來操作，使醫(yī)生不能專心于手術(shù)而分心于導(dǎo)航設(shè)備的操作。
[0010]基于C臂X光手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)從系統(tǒng)概念圖上我們可以看出，新系統(tǒng)主要是利用C型臂作為術(shù)前醫(yī)學(xué)資料的獲取工具，盡管僅僅就這一點(diǎn)點(diǎn)差別，但是它將使系統(tǒng)除了能很好的達(dá)到手術(shù)導(dǎo)航的目的之外，還具有如下一些優(yōu)點(diǎn):(1)由于系統(tǒng)采用基于C臂圖像，從經(jīng)濟(jì)角度來考慮的話，將會節(jié)省很多經(jīng)費(fèi)，而且由于不使用CT等，患者的住院費(fèi)用也可以減少，因此它是非常經(jīng)濟(jì)的；(2)目前國內(nèi)醫(yī)院里，不論大、中型醫(yī)院，還是小型醫(yī)院，幾乎都有C型臂，而CT或者M(jìn)衛(wèi)I這種大型設(shè)備，只有大型醫(yī)院和個別中型醫(yī)院才具備，因此，只有基于C臂的計(jì)算機(jī)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)才能盡快得到普及使用；(3)普遍認(rèn)為CT的輻射量要大于C型臂的輻射量；(4)利用CT或MRI進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航時，術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像與術(shù)中場景配準(zhǔn)算法復(fù)雜，占用機(jī)時要長，而基于C臂的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)相對問題要簡單一些，占用機(jī)時自然也就短一些。當(dāng)然，由于C臂圖像是平面圖像，因此在診斷和術(shù)前計(jì)劃方面與基于CT或MRI的系統(tǒng)相比，肯定存在著一定的不足。但總體來講，基于C臂的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是一個非常具有應(yīng)用前景的系統(tǒng)。在C臂上，安裝圖像校正裝置，或者在術(shù)前對C臂的光學(xué)鏡頭進(jìn)行標(biāo)定，在C臂頭部安裝上帶有標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志物。在術(shù)前進(jìn)行患部檢查診斷時，攝像機(jī)同時獲取了 C臂相對于患部的空間位置關(guān)系，將術(shù)前的醫(yī)學(xué)圖像和患部、C臂的位置全部傳給計(jì)算機(jī)。根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像，醫(yī)生可以在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行術(shù)前的手術(shù)計(jì)劃。術(shù)中攝像機(jī)不斷地將患部和手術(shù)器械的空間位置通過其上的標(biāo)志點(diǎn)傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過一系列的計(jì)算變換，將其統(tǒng)一到術(shù)前的醫(yī)學(xué)圖像坐標(biāo)中，可以從不同的側(cè)面觀察手術(shù)器械相對于患部的位置，就像機(jī)械中直接在三視圖上進(jìn)行加工制造一樣，使手術(shù)達(dá)到準(zhǔn)確、快速的目的。
[0011]利用兩個或多個攝像機(jī)可以獲取空間點(diǎn)位置的原理，我們制作了雙目視覺空間定位器。并對攝像機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定，從而可以較為準(zhǔn)確地獲取空間任意點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在實(shí)際中，為了迅速、準(zhǔn)確地獲取某個物體在空間的位置和方向，設(shè)計(jì)了具有四個標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志物，將其安裝在被測物體上，測得三個以上的標(biāo)志點(diǎn)位置，即可計(jì)算出該物體的空間位置及方向。為此，在C臂上安裝了標(biāo)志物，同時將另一標(biāo)志物近似于剛性地連接在患部。拍攝X光片時，同時也獲得了患部和C臂不同方位圖像之間的位置關(guān)系。手術(shù)中，移去C型臂，不斷地獲取手術(shù)器械和術(shù)中患部的位置，計(jì)算機(jī)在獲取這些數(shù)據(jù)后經(jīng)過相應(yīng)的矩陣變換，使術(shù)中的手術(shù)器械和患部位置一起變換到術(shù)前的C臂圖像坐標(biāo)下。術(shù)中醫(yī)生所控制的手術(shù)器械也正確地顯示在術(shù)前的圖像中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于C臂X射線影像的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，主要將信息通過監(jiān)視器傳遞到工作站，由工作站將傳感信號傳給跟蹤器，將控制命令傳遞給導(dǎo)航工具，將手術(shù)決斷與人機(jī)接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，需要將術(shù)前的醫(yī)學(xué)影像與術(shù)中的患部進(jìn)行配準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，運(yùn)用雙目視覺空間定位器。
【文檔編號】A61B19/00GK104173106SQ201310197452
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】李稱鑫, 劉雁飛, 張丹丹 申請人:天津市天堰醫(yī)教科技開發(fā)有限公司