[發明專利]微創手術導航系統

無效

• 申請號: 200910045399.4
• 申請日: 2009-01-15
• 公開（公告）號: CN101474075A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 趙強;徐榕;蔡俊鋒;陳安清;薛春芳
• 申請（專利權）人: 復旦大學附屬中山醫院;上海交通大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種醫療設備技術領域的系統，具體是一種微創手術導航系統。

背景技術

采用X射線透視掃描輔助定位設備，明確手術器械確定的相對位置，提高精確度。然而其本身所固有的缺點卻不容忽視，即輻射產生的副作用；其次，應用X射線透視系統輔助定位只能觀察到單平面視圖，當需要在多平面視圖上觀察器械的位置時，需要不斷重復調節C型臂位置進行掃描定位，造成X射線透視掃描作業中斷。

手術導航設備可使用術前的計算機斷層掃描或核磁共振獲得的影像進行導航，在腦、心臟領域中有較大應用，由于術中情況和術前影像差異較大，現有的導航方法獲得的精度有待于進一步提高。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號200410093829.7，名稱為：一種顯微外科用微機械手，該設備在內窺鏡導引下，由外科醫生控制手術機器人完成各種手術操作，手術機器人的機械臂所夾持的手術器械以及患者需要進行手術操作的部位，都必須以“真實”成像或者直視的方式，以幫助實時地通過手術機器人控制手術器械，完成各種操作。中國專利申請號200610011868.7，名稱為：一種導航系統引導下的外科手術機器人系統，該系統沿著計劃的手術途徑，對患者進行手術，采用由兩個紅外攝像機組成的光學導航系統，并在手術器械上固定若干紅外標志點，根據手術器械上的紅外標志點在攝像機上成像的位置差異確定標志點在空間的位置，從而確定手術器械的位置，不足之處在于，由于心跳、呼吸等原因造成的術中目標區域和術前根據CT所規劃的差異巨大，而該技術無法根據上述差異實現對手術病灶進行實時跟蹤及判定，使得術前規劃的信息可用度極低，手術的精確性絕大部分依靠醫師經驗而非客觀數據。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種微創手術導航系統，采用機器視覺和三維立體定位技術對手術器械進行定位和導航，克服現有微創技術中靜態CT信息與動態內部臟器位置不匹配的缺陷。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：心臟肋骨重建模塊、參考模塊、微創創口規劃模塊、手術器械干涉檢驗模塊、空間定位測量模塊和機器視覺導航模塊，其中：心臟肋骨重建模塊的輸出端連接微創創口規劃模塊并輸出內臟三維模型，參考模塊連接微創創口規劃模塊并輸出手術器械三維模型，手術器械干涉檢驗模塊連接微創創口規劃模塊傳輸手術創口位置坐標和手術器械模型，并進行術前手術器械運動模擬，微創創口規劃模塊連接空間定位測量模塊以傳輸術前技術要求信息，空間定位測量模塊連接機器視覺導航模塊以傳輸胸腔內窺鏡及手術器械的位置和姿態數據，并計算出實時術中導航信息。

所述的心臟肋骨重建模塊包括：二值化處理單元、圖像分割單元和重建單元，其中：二值化處理單元將內臟的計算機斷層掃描圖像進行二值化處理后輸出至圖像分割單元，圖像分割單元將分割后的肋骨和心臟的二值化斷層掃描圖像傳輸至重建單元，重建單元將二值化的斷層掃描圖像重建出內臟三維模型并輸出至微創創口規劃模塊。

所述的二值化是指：將計算機斷層掃描后獲得的灰度信息的圖像，根據選定的閾值，把大于閾值的像素灰度設為極大值，把小于這個值的像素灰度設為極小值。

所述的參考模塊包括：手術操作規則庫、手術器械信息庫和運動規律庫，其中：參考模塊將手術操作規則庫和運動規律庫中的手術準則以及手術器械信息庫中的手術器械三維模型輸出至微創創口規劃模塊用于篩選創口位置。

所述的微創創口規劃模塊包括：創口交互選擇人機界面單元和創口規劃單元，其中：創口交互選擇人機界面單元連接創口規劃單元以接受并顯示可行的手術創口位置坐標和手術器械三維模型，創口規劃單元連接手術器械干涉檢驗模塊以發出待判定的手術創口位置坐標和手術器械三維模型。

所述的手術器械干涉檢驗模塊接受若干組來自微創創口規劃模塊的待判定的手術創口位置坐標和手術器械模型，根據手術準則和手術器械三維模型模擬手術中器械的運動并模擬仿真計算手術器械之間的最小距離，當最小距離小于預先設定的閾值時返回微創創口規劃模塊重新進行篩選，當最小距離大于閾值時則輸出可行的手術創口位置坐標和手術器械三維模型。

所述的空間定位測量模塊包括：三維定位單元和配準單元，其中：三維定位單元與微創創口規劃模塊相連接以接受內臟三維模型、手術創口位置坐標和手術器械模型，三維定位單元另外與機器視覺導航模塊連接并將胸腔內窺鏡及手術器械的位置和姿態數據輸出至配準單元，配準單元根據實時接收的胸腔內窺鏡及手術器械的位置和姿態數據，參考內臟三維模型進行偏移量擬合計算，獲得實時術中導航信息。