[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于顱頜面外科手術(shù)的定位方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210016002.0
• 申請(qǐng)日: 2012-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102551892A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王旭東;李彪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 王旭東;李彪
• 主分類(lèi)號(hào): A61B19/00
• 分類(lèi)號(hào): A61B19/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于顱頜面外科手術(shù)的定位方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)外科治療過(guò)程中，手術(shù)醫(yī)生根據(jù)患者術(shù)前的臨床檢查及影像資料制定手術(shù)計(jì)劃，在術(shù)中只能憑借手術(shù)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)及手術(shù)技巧來(lái)執(zhí)行手術(shù)計(jì)劃。這種方式對(duì)手術(shù)醫(yī)生的技巧要求高且準(zhǔn)確性較差，術(shù)中難以精確定為具體手術(shù)操作部位。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)外科模擬技術(shù)的發(fā)展，及對(duì)手術(shù)精確度的要求逐漸提高，導(dǎo)航外科技術(shù)得到了飛速的發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于外科各個(gè)領(lǐng)域。外科導(dǎo)航技術(shù)可以將術(shù)前手術(shù)計(jì)劃較準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為術(shù)中手術(shù)現(xiàn)實(shí)，從而指導(dǎo)手術(shù)醫(yī)生依照術(shù)前計(jì)劃執(zhí)行手術(shù)操作。常用的導(dǎo)航系統(tǒng)有：美國(guó)的Stryker導(dǎo)航系統(tǒng)、德國(guó)的Brainlab系統(tǒng)等。外科導(dǎo)航技術(shù)中關(guān)鍵的一個(gè)步驟就是將術(shù)中患者實(shí)際的軟硬組織與術(shù)前計(jì)劃中患者CT掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，使兩者在手術(shù)過(guò)程中同步一致。從而可以確定手術(shù)器械、具體操作部位等與患者實(shí)體的相對(duì)位置，提高手術(shù)精確性和安全性。

常用的外科導(dǎo)航系統(tǒng)配準(zhǔn)方式有點(diǎn)配準(zhǔn)與面配準(zhǔn)兩種方式：點(diǎn)配準(zhǔn)是指通過(guò)將患者實(shí)體的軟硬組織上的某些標(biāo)識(shí)點(diǎn)與患者虛擬圖像中相對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)航探針逐一關(guān)聯(lián)配準(zhǔn)；面配準(zhǔn)是指將患者實(shí)體的軟硬組織上的某一表面通過(guò)導(dǎo)航探針進(jìn)行識(shí)別，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)與患者虛擬圖像中相吻合的面進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)。但是這兩種方法都有術(shù)中操作繁瑣，配準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)，配準(zhǔn)精度欠佳及配準(zhǔn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)識(shí)別困難等缺陷。特別是在顱頜面領(lǐng)域，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)操作空間有限，這些就更增加了導(dǎo)航配準(zhǔn)的難度。有些導(dǎo)航系統(tǒng)為了提高配準(zhǔn)精度需要術(shù)前在患者體內(nèi)植入導(dǎo)航定位釘，增加了對(duì)患者的創(chuàng)傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于頭顱額面外科手術(shù)的定位方法，該方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有外科手術(shù)中導(dǎo)航定位配準(zhǔn)方式的不足，使整個(gè)導(dǎo)航定位過(guò)程更簡(jiǎn)單、更易用、更精確，同時(shí)該方法避免了常規(guī)導(dǎo)航中將手術(shù)前圖像與術(shù)中實(shí)體進(jìn)行實(shí)時(shí)配準(zhǔn)這一過(guò)程，而是采用空間矩陣變換的方法，對(duì)手術(shù)器械及頜骨骨塊進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤導(dǎo)航，使整個(gè)過(guò)程快速準(zhǔn)確。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于顱頜面外科手術(shù)的定位方法，包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)患者牙列石膏的模型，制作出咬合板參考示蹤器，該咬合板參考示蹤器由與牙列相匹配的咬合板和作為示蹤器使用的反光球陣列組成；

步驟二，將咬合板固定于患者的口腔內(nèi)，對(duì)患者進(jìn)行CT掃描，得到CT掃描圖像數(shù)據(jù)，對(duì)得到的CT掃描圖像數(shù)據(jù)通過(guò)CT圖像重建軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分割與重建，獲得患者顱頜面部軟硬組織和咬合板參考示蹤器的三角面網(wǎng)格模型，采用球面擬合方法得到咬合板參考示蹤器上反光球陣列的幾何結(jié)構(gòu)，并建立咬合板參考示蹤器在頭顱三維坐標(biāo)系中的空間變換矩陣M₁；

步驟三，在患者頭部安放固定標(biāo)準(zhǔn)參考架，通過(guò)導(dǎo)航定位儀讀取咬合板參考示蹤器在固定標(biāo)準(zhǔn)參考架的三維坐標(biāo)系中的變換矩陣M₂，求解固定標(biāo)準(zhǔn)參考架在頭顱三維坐標(biāo)系中的變換矩陣M，而后移除咬合板示蹤器，通過(guò)讀取任一工具反光球陣列相對(duì)于固定標(biāo)準(zhǔn)參考架的變換矩陣M′，求解工具反光球陣列在頭顱三維坐標(biāo)系中的變換矩陣M_f，根據(jù)矩陣M_f，進(jìn)行工具反光球陣列相對(duì)頭顱三維坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)追蹤導(dǎo)航，對(duì)代表手術(shù)工具使用的工具反光球陣列進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)顱頜面外科手術(shù)的實(shí)時(shí)跟蹤導(dǎo)航定位。

步驟二中，所述的球面擬合方法，是指根據(jù)咬合板上工具反光球陣列的CT掃描數(shù)據(jù)，重建陣列中的每個(gè)球的三角面網(wǎng)格模型，將單個(gè)球的三角面網(wǎng)格模型分割出來(lái)，用最小二乘法，迭代求解出求每個(gè)球面的球心坐標(biāo)及球面的半徑。

對(duì)于咬合板參考示蹤器不會(huì)干擾的某些顱頜面部手術(shù)，在術(shù)中可以直接使用導(dǎo)航定位讀取任一工具反光球陣列相對(duì)于咬合板參考示蹤器的變換矩陣T，求解該工具反光球陣列在頭顱坐標(biāo)系中的變換矩陣T_f，根據(jù)矩陣T_f，實(shí)現(xiàn)該工具反光球陣列相對(duì)于頭顱坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)追蹤導(dǎo)航，對(duì)該工具進(jìn)行準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)顱頜面外科手術(shù)的實(shí)時(shí)跟蹤導(dǎo)航和定位。

對(duì)于正頜手術(shù)，建立咬合板參考架在頭顱坐標(biāo)系中的空間變換矩陣M₁后，術(shù)中通過(guò)導(dǎo)航定位儀讀取咬合板參考架在固定標(biāo)準(zhǔn)參考架坐標(biāo)系中的變換矩陣M₂，求解變換矩陣M₂的逆矩陣N，根據(jù)矩陣M₁×N＝W，實(shí)現(xiàn)咬合板參考示蹤器相對(duì)于參考頭顱坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)追蹤，從而在術(shù)中直接定位追蹤頜骨骨塊空間位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)正頜手術(shù)的精確導(dǎo)航指導(dǎo)。

該定位方法中的矩陣變換步驟可作為在外科導(dǎo)航中的應(yīng)用。

本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：