[發明專利]輔助外科手術的術中導航方法和導航系統

在審

• 申請號: 201410166557.2
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN104146767A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 薛青
• 申請（專利權）人: 薛青
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，特別是涉及一種輔助外科手術的術中導航方法。此外，本發明還涉及一種術中導航系統。?

背景技術

在常見的外科手術中，脊柱、關節等骨科手術及腦外科手術由于精度要求高、操作復雜、術后并發癥嚴重等原因，導致手術難度大、失敗率高。流行病學資料表明，目前我國每年至少有100萬到150萬骨關節病患者、150萬到200萬脊柱病患者、30萬到40萬例的腦外科患者需要進行手術治療。導航系統在手術過程中給醫生提供可視性信息，進行器械導航和監控，可以大大提高手術的成功率。在對手術進行導航的過程中，實際手術中器械操作還是由醫生完成，因此這種導航系統僅起到輔助作用，屬于被動式的圖像引導手術。?

手術導航系統的基本原理是：將術前獲得的患者病體的資料經過數據處理后形成三維模型，在手術時先對病體和所述三維模型進行配準，在術中利用導航定位儀跟蹤手術器械的位置，向醫生提供在所述三維模型中的虛擬手術器械在三維模型中的可視化信息，指導醫生來完成具體的手術操作。?

傳統的基于C型臂透視圖像導航技術存在術中注冊時間長、配準精度低、圖像質量差、術中輻射損傷大等缺點；除此之外，早期通過事先植入導航標記物的二次手術導航方法會給病人造成很大的痛苦，同時增加了感染的幾率，目前已被逐漸取代。目前普遍采用的CT圖像導航系統利用紅外技術進行多點配準和術中跟蹤，其中最具有代表性的是Stryker手術導航系統。但這種導航系統和方法對多點配準的精度要求很高，大大增加了醫生在手術中的操作難度。在臨床手術中，醫生普遍反映在利用這種導航系統進行多點配準時，受操作誤差與多點配準方法影響，配準精度很不理想，且多點配準數據的信息量十分有限，不但存在導航系統誤判從而導致手術完全失敗的可能性，而且?導航系統對多點配準的校驗失敗率高，醫生往往需要反復進行手動多點配準，延長了手術時間，增加了手術風險。?

因此，如何提高手術導航技術的成熟度和可靠性，提高配準精度和配準效率，是本領域技術人員目前迫切需要解決的關鍵性技術問題。?

發明內容

本發明的目的是提供一種輔助外科手術的術中導航方法，該導航方法可以有效地提高術中導航的準確率和可靠性，縮短配準時間，從而提高手術的質量和成功率。本發明的另一目的是提供一種輔助外科手術的術中導航系統，該系統可高效準確地完成手術導航。?

為實現上述發明目的，本發明提供一種輔助外科手術的術中導航方法，包括以下步驟：?

A、術前掃描，獲取待手術部位的三維數據并重建為三維模型，并在所述三維模型上確定預配準區域和所述預配準區域內的第一配準點組；?

B、在病體上固定連接第一坐標系參考標記，利用結構光掃描儀掃描所述病體和所述第一坐標系參考標記，將掃描結果形成三維圖像輸送給控制器，并撤走結構光掃描儀；利用導航定位儀掃描帶有第二坐標系參考標記的手術器械，對其進行空間坐標位置的標定；?

C、用所述手術器械在所述病體上尋找第二配準點組，利用導航定位儀掃描后將所述第二配準點組的特征點與所述第一配準點組的特征點進行一一粗配準，并將粗配準結果輸送給所述控制器；?

D、控制器根據所述粗配準結果將所述三維圖像與所述預配準區域精配準，確定所述病體和所述三維模型之間的精確空間位置映射關系；?

E、利用導航掃描儀同時掃描記錄第一坐標系參考標記和第二坐標系參考標記，跟蹤所述第一坐標系參考標記和所述第二坐標系參考標記的精確位置，并在與所述控制器連接的顯示器上顯示所述手術器械所對應的虛擬手術器械在三維模型中的相對位置及相互關系，實現術中導航。?

優選地，所述術前掃描為CT或核磁共振。?

優選地，所述第一坐標系參考標記和第二坐標系參考標記均由被動反光材料制作。?

優選地，所述第一坐標系參考標記和所述第二坐標系參考標記均為固定在支架上的球狀或平面標記。?

本發明還提供一種輔助外科手術的術中導航系統，包括：?

三維模型圖像，由醫學影像儀獲取待手術部位的三維數據并重建后得到，包括預配準區域和設于所述預配準區域的第一配準點組；?

第一坐標系參考標記，固定連接于病體上，用于確定所述病體與第一坐標系的相對位置數據；?

第二坐標系參考標記，固定連接于手術器械上，用于確定所述手術器械與所述第二坐標系的相對位置數據，所述手術器械在所述病體上選取第二配準點組的特征點，并與所述第一配準點組的特征點一一粗配準；?