[發明專利]非介入式微創手術導航系統

有效

• 申請號: 201310444482.5
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103479431A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王建軍;朱青松;樊建平;岳冰心;謝耀欽
• 申請（專利權）人: 中國科學院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: 沈祖鋒;郝明琴

【技術領域】

本發明屬于醫療器械技術領域，特別涉及一種非介入式微創手術導航系統。

【背景技術】

人體是一個實時變動的彈性體，各個臟器及病灶會產生實時位移，在臨床上醫生需要手術導航系統實時呈現手術中的相關信息。計算機輔助手術系統是20世紀90年代初在歐美發達國家首先進入臨床應用的為外科醫生提供手術導航的先進醫療設備，手術導航系統將病人術前或術中影像數據和手術床上病人解剖結構準確對應，手術中跟蹤手術器械并將手術器械的位置在病人影像上以虛擬探針的形式實時更新顯示，使醫生對手術器械相對病人解剖結構的位置一目了然，使外科手術更快速、更精確、更安全。

目前臨床上使用手術導航系統主要有兩種：一種是僅依靠術前的CT、MRI影像進行術中的導航，這類手術導航系統存在的問題是很難實時的跟蹤和反映具有彈性的人體組織或器官，術前的醫學影像數據與術中實際情況無法完全匹配。另一種是將術前的靜態CT、MRI影像與術中的實時醫學影像(X光或超聲成像)進行配準、融合后，再進行圖像引導的手術導航。術中人體組織或器官會在呼吸過程中產生實時的位移和形變，病灶也會產生實時位移和形變，使用動態配準時會面臨超大的計算量，信息不能實時獲取，從而影響手術導航系統的精確性。第一種單純使用術前靜態CT和MRI數據，不能反應體內臟器的運動，可能產生錯誤信息；第二種使用C型臂等輔助定位設備，術中進行成像與術前數據進行配準，這種方法存在著X射線輻射的副作用，對醫生和患者都有很大影響，而且在需要多平面視圖觀察器械位置時，醫生需要反復調節C型臂位置進行掃描定位，造成手術的等待中斷，且由于配準時計算量比較大，一般計算機很難實現實時配準顯示。

手術導航的難點主要有兩個：一個是提供人體在手術時不同時刻的器官位置數據，要實時準確地從術前數據中提取到當前狀態的有效數據；第二個是系統實時性要好，體現在系統要能實現人體定位和手術器械定位，并根據建模信息進行相應的圖像顯示，實時便捷地顯現給手術醫生。

專利申請200410053055.5公開了一種手術導航方法，其使用待手術區的基準定位標志統一建模，然后通過手術器械定位與基準定位標志的位置變化，構建器械、病灶一體的數字模型，并基于此模型提供手術導航。但是將病灶的運動簡化為基準定位標志的運動，并依此進行病灶的導航，因為病灶并不固連在基準定位標志上，所以必然存在較大的定位誤差。

專利200910045399.4公開了一種微創手術導航系統，其利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，克服了現有微創技術中靜態CT信息與動態臟器位置不匹配的缺陷。其中提到使用內窺鏡為主體的機器視覺導航模塊，使用內窺鏡追蹤目標區信息，從而獲取相應的信息。但是，以內窺鏡為主體的機器視覺模塊對手術進行介入式導航，需要在病人身體上打開介入創口，不符合目前微創手術對病人產生最小傷害的初衷，且其對手術器官活動的影響是未知的；在需要內窺鏡在自然腔道內引導的手術中，將會破壞相應器官的原始形狀，導致與建模初始信息存在差別從而產生誤差；最重要的是，內窺鏡等介入式設備會影響手術的施展空間，甚至可能會干擾到醫生的正常手術。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種非介入式微創手術導航系統。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種非介入式微創手術導航系統，包括術前數據模塊、術中數據模塊、定位模塊和導航模塊，所述術前數據模塊分別與術中數據模塊、導航模塊連接，定位模塊與導航模塊連接。

所述術前數據模塊包括依次連接的3D數據庫、文件查找表和輸入輸出模塊。術前數據模塊的主要功能是負責重建4D?CT，在一個呼吸周期內的每隔0.1s重建出一個相應時刻的3D數據，并根據成像時刻進行3D數據庫存檔，文件查找表是根據術中數據模塊提供的記錄時刻來定位要提取文件在3D數據庫的位置。輸入輸出模塊可用來進行數據的錄入在請求提取數據查找完畢后提供文件輸出功能。

所述術中數據模塊包括依次連接的定位器陣列、追蹤器、位姿編碼模塊和位姿查找表；位姿查找表與所述文件查找表連接。術中數據模塊的主要功能是追蹤器追蹤定位器陣列狀態，由位姿編碼模塊生成編碼，使用此編碼根據位姿查找表查找定位器陣列此時的狀態編碼所對應的術前記錄時刻。位姿查找表中預先存放的是與動態CT掃描同步進行的定位器陣列狀態連續追蹤所生成的編碼序列，其每個編碼對應著的記錄時刻與造影時刻是一致的(這里需要所有的系統時間系統要是完全同步的)。

所述定位器陣列優選為含有至少3個位姿定位器的陣列；

所述位姿定位器優選為貼片式體外定位器；