[發明專利]一種輔助骨科手術的手術導航系統及導航方法

在審

• 申請號: 201710426364.X
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107088091A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 許杰;林英杰
• 申請（專利權）人: 廣州技一特電子科技有限公司;許杰
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B90/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本發明涉及計算機輔助導航系統領域，尤其涉及一種輔助骨科手術的手術導航系統及導航方法。

背景技術

計算機輔助導航系統已成為現代外科技術的重要組成部分，幫助術者更精確、更安全地進行多種復雜手術，在骨科各個方面具有許多不可替代的優越性。因其精確性、安全性、低輻射等特點使其在臨床實踐中逐漸得到廣泛應用。可用于引導醫生進行手術訓練、制定手術計劃、實時導航手術器械和減少病人創傷。在人工關節置換領域，計算機輔助，使截骨更準確，假體安裝更精確，術后力線恢復更接近生理狀態。

目前我國的大多數手術導航市場被國外設備占據，國產設備難以抗衡，導航設備普遍價格昂貴，因此難以得到廣泛的普及，進而導致導航手術開展率不高。我國手術導航市場潛力巨大，自主研制國產手術導航設備具有重大的意義。

盡管計算機導航有很好的優勢，但是其仍然存在著如下問題：

1.硬件設備龐大，占用手術室空間；

2.因設備體積所限，不能臨臺設置，在使用過程中易出現視野遮擋，而不能實現導航；

3.設備安裝及術中注冊費時；

4.設備價格昂貴。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種輔助骨科手術的手術導航系統及導航方法，本發明在關節置換術中具有精準導航、體積小巧、可近臺安置，避免術中視野遮擋而造成的監測中斷，安裝便捷，注冊快速簡易的優點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種輔助骨科手術的手術導航系統，所述手術導航系統包括手術導航工具、位置跟蹤儀、導航系統顯示屏和工作站，其特征在于，還包括空間監測鏡頭和圖像處理模塊，所述空間監測鏡頭包括陀螺儀模組、廣角不畸變鏡頭和單個高速紅外相機，所述單個高速紅外相機用于捕捉三維空間骨骼位置的變化，實現空間定位，所述陀螺儀模組用于標定患者的標準體位，實現角度定位；所述圖像處理模塊用于對患者手術前的二維影像資料、患者手術部位肢體運動的軌跡和手術器械運動軌跡的三維運動信息進行三維重建。

進一步地，所述手術導航工具通過發射或反射光信號來確定手術工具的位置，所述位置跟蹤儀用于接收光電信號，監測及追蹤手術器械的位置，所述導航系統顯示屏能夠在術中實時反映手術器械的位置及患者的影像數據，所述工作站將虛擬坐標系與實際坐標系通過計算匹配。

優選地，所述導航系統采用光學定位系統，所述光學定位系統通過可見光或紅外光范圍內對標志點進行識別，實現空間定位。

進一步地，所述相機為針孔攝像機模型，一幅視圖是通過透視變換將三維空間中的點投影到圖像平面。

本發明還提出了一種輔助骨科手術的手術導航方法，其特征在于，包括：

步驟一：將患者影像學資料導入電腦所述導航系統的上位機軟件，進行術前虛擬影像重構，并在虛擬界面中進行術前計劃設定；

步驟二：于病人肢體上安裝與骨骼剛性構造的基底平臺，將所述空間監測鏡頭安裝在基底平臺上；

步驟三：安裝骨骼標定器，通過監測骨性標志及關節活動軌跡，所述導航系統獲得骨性標志位置及基本軸線；

步驟四：予以手術野暴露，通過導針對骨骼標志點的標定，形成空間點云，采用三維配準算法，建立實體骨骼與虛擬影像的對應；

步驟五：對虛擬影像的觀察而獲知實體骨骼的空間位置，進行截骨及假體的置入；

步驟六：通過記錄關節活動軌跡，所述導航系統計算獲得的參數與假體置入前情況的對比，評估解剖數據的恢復過程；

步驟七：通過所述導針對假體位置的標定，再次驗證假體的位置；

進一步地，所述步驟一中，所述影像學資料包括X線和CT，所述虛擬影像重構是指對所述影像學資料的二維圖像重建出患者手術部位骨骼的三維圖像，所述術前計劃設定包括計算股骨機械軸和旋轉中心。

優選地，所述步驟三中，所述骨骼標定器包括固定導針，所述步驟五中，通過安裝工具進行假體的置入，所述安裝工具包括定位球模組和磁吸。

實施本發明實施例，具有如下有益效果：

1.導航設備體積明顯縮小，本發明采用景深攝像頭取代原雙攝像頭來捕捉三維空間的骨骼位置變化，原雙目攝像頭間需一定的空間布局，導致所占空間較大，不便于設備體積的縮小；

2.導航設備近臺置放，避免術中影像捕捉路徑的遮擋，因設備小巧，可直接安裝在手術野附近，對術者的站位影像小，操作空間更廣闊；