[發明專利]一種三維圖像專用定位標尺、手術導航系統及其定位方法

在審

• 申請號: 202110112288.1
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112932667A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 周振宇;羅丹
• 申請（專利權）人: 南京逸動智能科技有限責任公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

本發明公開了一種三維圖像專用定位標尺，其能夠調整角度，其特征在于：它包括一標定器、一底座、一和底座配合旋轉部件、一標定器連接桿、一用于緊固底座和克氏針緊固螺釘一、一用于緊固底座和旋轉部件緊固螺釘二和一用于緊固標定器和標定器連接桿緊固螺釘三；所述標定器包括一端設計能夠與所述標定器連接桿連接，實現繞標定器連接桿旋轉任意角度，所述標定器面上設置不少于三個的標記點。所述標定器面上的各標記點的排布形狀具有各向異性。本發明還公開了一種手術導航系統及其定位方法。本發明的系統和方法可實現在手術規劃后任意移動機械臂，避開了機械臂的工作空間范圍小的缺點，確保一次成像就可以搞定手術目標位置的全部手術路徑。

技術領域

本發明涉及一種三維圖像專用標尺、手術導航系統及其如何使用專用定位標尺定位的方法，屬于手術定位技術領域。

背景技術

隨著近年來微創手術的普遍應用和對手術當中器械或者內植入物定位精度的要求不斷提高，基于醫學圖像引導的輔助定位或者手術導航系統有了很大的發展。該類系統的原理分成以下幾個步驟：首先要進行手術前的系統中各個坐標系之間的映射關系，也就是建立手術目標(病人)、CTCB機建立的三維醫學圖像和執行機構各自坐標系的映射關系，該步驟通常稱為系統坐標標定。接下來就是手術的規劃，也就是醫生根據CTCB機建立的三維醫學圖像模型上規劃出手術路徑。最后是手術實施部分，也就是將規劃的手術路徑通過手持手術引導器放置到手術路徑上或者控制機械臂等執行機構將引導器定位到手術路徑上，醫生通過引導器輔助來完成手術開刀或植入物的植入。

上述步驟中最為核心的就是系統坐標標定，其通常的含義是指手術導航系統中存在的各個坐標系之間的映射關系的建立，最終實現手術目標(一般是指病人)和執行機構的聯系，通過三維圖像中規劃的路徑最后由執行機構能定位到該路徑。具體的坐標系主要包括，患者坐標系、三維圖像坐標系、工具(輔助定位裝置)坐標系和執行機構坐標系。系統坐標標定的精度決定最后定位手術路徑的精度。

目前實現系統坐標標定的場景是提供一種三維圖像專用帶有標記點的標定器、標定器固定到機械臂上，在術前把標定器放到手術目標上方，通過CBCT機(錐形CT機)和手術目標一起掃描，在重建的三維圖像中就可以識別出標定器的標記點，通過空間算法可以計算出標定器和手術目標之間的映射關系，標定器和機器臂是固定到一起的，可以算出標定器和機器臂的映射關系，通過標定器就建立手術目標和機械臂之間的關系。也就是建立了手術目標和執行機構的關系。

上述場景，一旦建立了圖像坐標系和機械臂坐標系之間的關系以后，機械臂之后就不能移動，一旦規劃出現一個或者多個路徑機械臂無法運動到規劃路徑上，系統只能重新來一遍，增加了手術時間和對患者的多次X光的透視。

在建立標定器和機器臂之間的坐標映射關系，標定器和機器臂末端越靠近越能提高映射的精度，而實際使用中CTCB機主要是C型臂，為了防止和C型臂干涉，往往標定器和機器臂末端之間的連接距離比較大，不利于精度的進一步提高。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種新的三維手術定位標尺、手術定位系統和定位方法，實現了規劃和執行機構的低耦合和定位到手術路徑的高精度。在術前系統定位后，醫生規劃好手術路徑以后，執行機構依然可以移動到合適的位置固定后再繼續定位到手術路徑。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種可調角度的三維圖像專用定位標尺，包括一標定器、一底座、一和底座配合旋轉部件、一標定器連接桿、一用于緊固底座和克氏針緊固螺釘、一用于緊固底座和旋轉部件緊固螺釘和一用于緊固標定器和標定器連接桿緊固螺釘。

標定器包括一端設計可與連接桿連接，實現繞連接桿旋轉任意角度，標定器表面上設有不少于三個且不在一條直線上的標記點。標定器表面為可透X光的材料制成，標記點包括不透X光的球形部件和圓形貼片。

所述球形部件使用不透X光材料制成，可以在CT所生成的圖中清晰識別出來，所述圓形貼片由可透X光材料制成，圓形貼片表面可反射紅外光，可被光學跟蹤器識別位置。