[發明專利]基于CT配準結果的光學導航定位系統及其導航方法

有效

• 申請號: 201210454220.2
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102999902A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 蔡俊鋒;羅哲;王肅;趙強;顧立栩
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;A61B19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于CT配準結果的光學導航定位系統，其特征在于，包括：術前CT圖像導入模塊、圖像分割模塊、體表初始配準模塊、術前CT圖像與術中二維超聲圖像配準模塊和術中導航模塊，其中：術前CT圖像導入模塊接收術前影像學檢查獲得的DICOM格式圖像文件，生成術前影像包并分別輸出至圖像分割模塊和體表初始配準模塊，術前CT圖像與術中二維超聲圖像配準模塊分別與圖像分割模塊和體表初始配準模塊相連并接收帶有手術目標點的三維動態冠脈樹以及體表初始配準結果，術前CT圖像與術中二維超聲配準模塊輸出術前CT轉換矩陣至術中導航模塊，通過術中導航模塊輸出精確手術導航信息；

所述的術前影像包包括：目標區域內一個或若干個心動周期的若干幅DIOM格式的術前CT圖像以及根據DICOM數據重建得到的三維立體影像，其中：一個心動周期的術前CT圖像數據由若干個相位的術前圖像組成；

所述的帶有手術目標點的三維動態冠脈樹包括：由圖像分割模塊生成的動態心臟模型和血管樹模型。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的術前CT圖像導入模塊包括：DICOM圖像讀入單元和術前影像三維繪制單元，其中：DICOM圖像讀入單元將術前影像學檢查獲得的心臟一個心動周期的一系列DICOM格式圖像文件導入解析出DICOM數據并傳輸至術前影像三維繪制單元，術前影像三維繪制單元根據DICOM數據重建成三維立體影像并合并為術前影像包并分別輸出至圖像分割模塊和體表初始配準模塊。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的圖像分割模塊包括：心臟分割單元和血管樹分割單元，其中：心臟分割單元對術前影像包中一個心動周期內的心臟術前CT圖像基于臨床經驗逐幀進行手動分割，并根據獲得的心臟術前CT圖像分割結果重建得到動態心臟模型；血管樹分割單元對術前影像包中一個心動周期內的血管樹術前CT圖像基于臨床經驗逐幀進行手動分割，并根據獲得的血管樹術前CT圖像分割結果重建獲得血管樹模型并與動態心臟模型一并作為帶有手術目標點的三維動態冠脈樹輸出至術前CT圖像與術中二維超聲圖像配準模塊。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的體表初始配準模塊包括：配準標記點選擇單元和轉換矩陣計算單元，其中：配準標記點選擇單元選擇設置于手術對象體表上的配準標記點，并獲得其在術前CT圖像數據在圖像坐標系坐標以及空間坐標，轉換矩陣計算單元根據圖像坐標系坐標以及空間坐標，利用剛體配準算法實現這兩個坐標之間的配準，即實現圖像空間與手術對象空間的配準，并利用這兩組坐標計算出初始轉換矩陣作為體表初始配準結果，輸出至術前CT圖像與術中二維超聲圖像配準模塊。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的術前CT圖像與術中二維超聲圖像配準模塊包括：術中二維超聲圖像讀入單元、二維超聲圖像與術前CT圖像配準單元和心電圖讀入單元，其中：二維超聲圖像與術前CT圖像配準單元接收術中超聲圖像讀入單元采集的二維超聲輸入圖像和心電圖讀入單元采集的當前心臟跳動相位，通過輸入心電圖信號將帶有手術目標點的三維動態冠脈樹中對應的若干個相位與當前心臟跳動相位進行匹配，計算出兩者之間的術前CT圖像轉換矩陣并輸出至術中導航模塊，其中每一組術前CT轉換矩陣對應一種當前心臟跳動相位與帶有手術目標點的三維動態冠脈樹中對應相位。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的術中導航模塊包括：轉換矩陣選擇單元和導航顯示單元，其中：轉換矩陣選擇單元根據當前心臟跳動相位選擇術前CT轉換矩陣中對應的一組轉換矩陣，并將所得的一組轉換矩陣輸出至導航顯示單元，通過導航顯示單元計算出當前虛擬器械與實際目標點之間的距離以及相對位置關系并進行視頻顯示，從而引導手術精確完成。