[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

技術領域

本發明屬于醫療器械技術領域，尤其涉及一種骨科手術導航系統及導航方法。

背景技術

在傳統的骨科手術中，骨科醫生通常憑借人體的骨骼解剖特點、術前患者的影像學資料和術中患者的X線透視圖像進行定位，但是，由于解剖標志的缺乏等因素，往往會導致術中的定位出現大的偏差，給手術的進行造成較大障礙，即便骨科醫生的實踐經驗非常豐富，也不能從根本上改變術中定位精度較差的問題。而對于一般經驗的骨科醫生，這個問題會愈加嚴重，因為如果定位不準確，很可能會導致手術失敗，甚至會對患者產生二次傷害。因此，如何避開錯綜復雜的神經、血管，讓骨科醫生能夠更精確、更安全地進行多種復雜手術就成為了一個亟待解決的臨床問題。

為了解決這一臨床問題，現有技術出現了計算機輔助骨科手術技術，即骨科計算機輔助導航技術，該技術基于術中圖像，采用相應定位手段對手術部位和術中的手術器械進行精確的實時跟蹤、顯示和引導，從而使骨科醫生能夠根據導航圖像開展手術。該導航技術的工作原理為：在患者的手術部位附近和手術器械上安裝能夠發出信號的裝置，通常采用紅外線作為發射源、CCD相機為接收器，利用發出的信號對患者的骨骼位置和手術器械的位置以及運動軌跡進行跟蹤，同時將這些信息通過顯示器展示給醫生；在術中進行患者手術部位的X線透視，并將透視圖像與得到的患者骨骼位置和手術器械位置圖像進行合成，從而得到醫生進行手術采用的導航圖像。采用骨科計算機輔助導航技術后，醫生在手術中首先在患者手術部位附近和手術器械上安裝示蹤器，然后拍攝患者手術部位的透視圖像，此時，在導航軟件上就能看到手術器械進入患者身體內部的虛擬圖像，這樣就能在導航顯示器上實時觀看手術器械與患者手術部位的位置關系，并可以根據導航系統制定的手術規劃完成整個手術。目前的導航系統一般由以下幾個部分組成：

患者示蹤器：安裝于患者手術部位附近，可以指示跟蹤患者手術部位的位置；

導航手術工具：可以發射或反射光信號；

手術工具示蹤器：跟蹤手術器械的位置和運動軌跡；

顯視器：用于顯示患者手術部位和手術器械的位置；

C型臂：用于術前的拍片和術中的透視；

圖形工作站：完成整個系統軟件部分的工作。

相比于傳統的骨科手術，骨科計算機輔助導航技術雖然能夠在一定程度上輔助醫生進行多種復雜的骨科手術，但也存在著一些問題：

一、骨科醫生的操作是在三維空間中完成的，這就要求導航系統能夠提供一個三維空間圖像，但現有的導航系統仍然停留在二維圖像的顯示上，無法匹配出真實的三維手術操作環境，由于二維的導航圖像不夠具體化，醫生無法從任意角度看到患者手術部位的骨骼圖像和手術器械進入患者身體內部具體位置的虛擬圖像，不利于提高手術的高效性和安全性。

二、整個導航圖像通過二維顯示器進行顯示，醫生不得不雙眼緊盯著顯示器，而不能看到正在操作的手術器械，這不僅會加重醫生的手術負擔，也會增加額外的手術風險；同時，由于醫生的視線必須在患者手術部位與導航顯示器上來回切換，這將降低手術的效率，延長手術時間（目前采用骨科計算機輔助導航的骨科手術比傳統的骨科手術用時更長）。

三、導航圖像為二維圖像，但是手術操作卻是三維的，從三維到二維的轉換會存在著真實圖像信息以及運動坐標信息的丟失；雖然為了增加導航圖像的真實性，采用了多幅不同視角的透視圖像共同輔助定位過程，讓醫生能夠從多個視角觀看手術器械的運動信息，但是畢竟還是二維圖像，仍然存在位置信息和坐標信息的丟失。

四、現有的導航系統在設計上無法解決真正的臨床需求，即在手術過程中無法讓醫生直接看到患者手術部位骨骼的圖像以及手術器械進入患者身體的虛擬圖像，不能真正讓醫生更安全、更高效的完成整個手術過程。

同時，現有的導航系統在設計上存在以下不足：首先，定位復雜，需要在術前進行患者手術部位位置的標定，每一件手術器械也必須是特制的，才能被定位系統識別；其次，導航系統操作復雜，在一定程度上增加了手術的負擔；并且該導航系統價格昂貴，一般醫院無法承受。

發明內容

本發明提供了一種骨科手術導航系統及導航方法，旨在解決現有的骨科計算機輔助導航技術無法匹配出真實的三維手術空間圖像，不利于提高手術的高效性和安全性，以及醫生的視線必須在患者手術部位與顯示器之間來回切換，降低了手術效率且存在操作復雜的技術問題。

本發明提供的技術方案為：一種骨科手術導航系統，包括：

射線裝置：用于術前拍攝患者手術部位骨骼的二維圖像；

圖形工作站：用于軟件的運行；