[發明專利]一種骨科手術導航系統及導航方法

有效

• 申請號: 201310124955.3
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN103211655A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 費樹培;謝耀欽
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

1.一種骨科手術導航系統，包括射線裝置和圖形工作站，所述射線裝置用于術前拍攝患者手術部位骨骼的二維圖像，所述圖形工作站用于軟件的運行，其特征在于，還包括：

三維運動捕捉系統：用于捕捉手術空間范圍內患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維運動信息；

導航軟件：運行于圖形工作站上，用于分別對患者術前拍攝的手術部位骨骼的二維圖像及患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維運動信息進行三維重建，將重建后的兩種三維圖像在同一坐標系下進行配準融合得到三維導航圖像；

智能眼鏡系統：用于實時顯示導航軟件返回的三維導航圖像。

2.根據權利要求1所述的骨科手術導航系統，其特征在于，所述射線裝置為C型臂，所述三維運動捕捉系統包括至少兩個攝像頭，所述攝像頭與圖形工作站連接，所述攝像頭對患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡進行捕捉，所述攝像頭采用雙目立體視覺技術根據捕捉到的圖像計算出患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維運動信息。

3.根據權利要求1或2所述的骨科手術導航系統，其特征在于，所述三維運動捕捉系統通過可伸縮的金屬桿固定在所述射線裝置的射線接收端，并沿著射線裝置與射線方向上下運動，并通過調節三維運動捕捉系統距離患者手術部位皮膚表面的距離將醫生操作手術器械的范圍置于三維運動捕捉系統的捕捉范圍內，同時建立定位坐標系與世界坐標系之間的變換矩陣，其中，所述世界坐標系是手術前以射線裝置導軌圓心為中心，用射線裝置對患者手術部位進行拍片得到的病人三維圖像的坐標系，所述定位坐標系以三維運動捕捉系統中心為原點，三個坐標軸方向分別與世界坐標系的坐標軸方向平行。

4.根據權利要求3所述的骨科手術導航系統，其特征在于，所述導航軟件通過射線裝置拍攝的二維圖像重建出患者手術部位骨骼的三維圖像，將三維運動捕捉系統捕捉到的三維運動信息進行三維重建，得到三維運動捕捉系統捕捉范圍內患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維圖像；并將重建出來的患者手術部位骨骼的三維圖像與患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維圖像進行配準，根據定位坐標系與世界坐標系之間的變換矩陣，在同一坐標系下將兩種三維圖像進行融合，得到實時的反映手術過程中患者手術部位骨骼與手術器械位置關系的三維導航圖像。

5.根據權利要求4所述的骨科手術導航系統，其特征在于，所述智能眼鏡系統包括可透視型智能眼鏡、至少兩個攝像頭及紅外測距系統，所述攝像頭分別放置在可透視型智能眼鏡的兩側，所述紅外測距系統位于可透視型智能眼鏡的中間，所述攝像頭采用雙目立體視覺技術計算出此刻可透視型智能眼鏡在定位坐標系中的三維坐標信息，通過無線網絡將坐標信息傳送至導航軟件。

6.根據權利要求4所述的骨科手術導航系統，其特征在于，所述導航軟件根據定位坐標系與世界坐標系之間的變換矩陣，計算出此刻可透視型智能眼鏡在世界坐標系中的坐標，根據該坐標計算出此刻可透視型智能眼鏡中應該顯示的三維導航圖像，并通過無線網絡將計算得到的三維導航圖像傳送至智能眼鏡系統進行顯示；所述三維導航圖像包括在此角度下患者手術部位的骨骼圖像以及手術器械進入患者身體內部的虛擬三維圖像。

7.一種骨科手術導航系統的導航方法，其特征在于，包括：

步驟a：通過射線裝置拍攝患者術前手術部位骨骼的二維圖像；

步驟b：通過三維運動捕捉系統捕捉患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維運動信息；

步驟c：通過導航軟件對患者手術部位骨骼的二維圖像及患者手術部位和手術器械的形狀、位置和/或運動軌跡的三維運動信息分別進行三維重建，并將重建后的三維圖像在同一坐標系下進行配準融合得到三維導航圖像；

步驟d：通過智能眼鏡系統實時顯示三維導航圖像。

8.根據權利要求7所述的骨科手術導航系統的導航方法，其特征在于，在所述步驟a中，所述射線裝置為C型臂，所述步驟b還包括：調節三維運動捕捉系統距離患者手術部位皮膚表面的距離，將醫生操作手術器械的范圍置于三維運動捕捉系統的捕捉范圍內，同時建立定位坐標系與世界坐標系之間的變換矩陣，其中，所述世界坐標系是手術前以C型臂導軌圓心為中心，用C型臂對患者手術部位進行拍片得到的病人三維圖像的坐標系，所述定位坐標系以三維運動捕捉系統中心為原點，三個坐標軸方向分別與世界坐標系的坐標軸方向平行。