[發(fā)明專利]手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中游離骨塊的實(shí)時示蹤方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410803802.6
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104434319A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李寅煒;范先群;莊艾;蘇蘊(yùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種定位示蹤顯示的功能方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)外科手術(shù)，外科醫(yī)生通過影像學(xué)資料，結(jié)合自身知識儲備和臨床經(jīng)驗(yàn)，分析手術(shù)區(qū)域內(nèi)各組織間的空間位置關(guān)系，然后憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手術(shù)，這種方式不易明確一些變異結(jié)構(gòu)的空間位置信息，定位精度低，手術(shù)的安全性和有效性不能得到保證。隨著工業(yè)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在手術(shù)過程中，通過配準(zhǔn)建立患者參考坐標(biāo)系和影像數(shù)據(jù)虛擬坐標(biāo)系之間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)術(shù)前設(shè)計，利用示蹤工具定位引導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)程，大大提高了手術(shù)的精確性和安全性，在顱頜面外科和眼眶外科中也得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有的計算機(jī)手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)定位和引導(dǎo)骨塊復(fù)位的過程需要采用示蹤工具全方位探查骨塊表面，從而間接獲得骨塊的空間位置和姿態(tài)；而且這種方式定位具有立體結(jié)構(gòu)的骨塊模型比較繁瑣，需要全方位的探查，才能獲得骨塊的確切位置，延長了手術(shù)的時間；另外，這種方法要求手術(shù)醫(yī)生有較強(qiáng)的立體想象能力，將探查得到的點(diǎn)集在腦海中擬合成立體的結(jié)構(gòu)，缺乏直觀的整體的顯示，僅根據(jù)探查得到的點(diǎn)集所形成的局部形狀，容易對骨塊整體的位置和姿態(tài)產(chǎn)生誤判，造成手術(shù)療效甚至是安全性的降低，是手術(shù)過程中的一大隱患。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中游離骨塊的實(shí)時示蹤方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何讓醫(yī)生在手術(shù)的過程中實(shí)時地在顯示器上觀察手術(shù)區(qū)域被移動的骨塊的三維位置和具體姿態(tài)，而不是依靠醫(yī)生依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的主觀判斷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中游離骨塊的實(shí)時示蹤方法，包括下列步驟：

在術(shù)前建立手術(shù)部位整體的影像坐標(biāo)系COS_image1和游離骨塊相關(guān)聯(lián)的影像坐標(biāo)系COS_image2；

在術(shù)中建立為導(dǎo)航使用的固定的參考坐標(biāo)系COS_reference,并將所述手術(shù)部位的實(shí)際坐標(biāo)系與所述影像坐標(biāo)系COS_image1配準(zhǔn)，獲得坐標(biāo)變換將所述游離骨塊的實(shí)際坐標(biāo)系與所述的影像坐標(biāo)系COS_image2配準(zhǔn)；

在所述游離骨塊未發(fā)生移動以前，采集所述游離骨塊上可以確定所述游離骨塊坐標(biāo)系的點(diǎn)或點(diǎn)集；

在所述游離骨塊發(fā)生移動以后，重復(fù)采集所述點(diǎn)或所述點(diǎn)集；

通過坐標(biāo)變化計算得出所述游離骨塊三維新位置和姿態(tài)；

在導(dǎo)航顯示器上顯示。

進(jìn)一步地，包括下列步驟：

在所述游離骨塊未發(fā)生位移的情況下，在所述游離骨塊上采集并標(biāo)記4個以上不在同一平面的標(biāo)志點(diǎn)，記錄所述標(biāo)志點(diǎn)在所述參考坐標(biāo)系COS_reference下的坐標(biāo)；

通過坐標(biāo)變換獲得所述標(biāo)志點(diǎn)在所述影像坐標(biāo)系COS_image1下的坐標(biāo)；

所述游離骨塊位姿未發(fā)生變化，因此所述COS_image1和所述COS_image2之間重合或變換已知，進(jìn)而獲得所述標(biāo)志點(diǎn)在所述COS_image2下的坐標(biāo)，確定所述COS_image2相對于標(biāo)志點(diǎn)的位姿變換；

當(dāng)所述游離骨塊發(fā)生位移后，再次依序采集這些標(biāo)志點(diǎn)，獲得所述標(biāo)志點(diǎn)此時在所述參考坐標(biāo)系COS_reference下的坐標(biāo)，再通過變換獲得所述標(biāo)志點(diǎn)此時在影像坐標(biāo)系COS_image1下的坐標(biāo)，結(jié)合之前確定的所述COS_image2相對于標(biāo)志點(diǎn)的位姿變換，獲得所述游離骨塊對應(yīng)的三維模型在所述影像坐標(biāo)系COS_image1下的位置和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)所述游離骨塊整體的直觀實(shí)時顯示。

進(jìn)一步地，包括下列步驟：

在所述游離骨塊未發(fā)生位移的情況下，在所述游離骨塊上掃描幾何特征面，并將所述幾何特征面的空間信息以初始點(diǎn)集的形式記錄在導(dǎo)航系統(tǒng)中，

通過坐標(biāo)變換進(jìn)一步獲得初始點(diǎn)集在所述影像坐標(biāo)系COS_image1下的坐標(biāo)；

所述游離骨塊位姿未發(fā)生變化，因此所述COS_image1和所述COS_image2之間重合或變換已知，最終得到所述初始點(diǎn)集在COS_image2下的坐標(biāo)；