[發明專利]一種手術導航系統及其使用方法

有效

• 申請號: 202210272624.3
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114587592B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 竇玉婷;劉文博;張文露;曠雅唯
• 申請（專利權）人: 華科精準（北京）醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理有限公司 11756
• 代理人: 孟姣

本發明實施例公開一種手術導航系統；包括定位追蹤模塊，醫學成像設備，標定組件，和主機，該系統可以使用部分定位球進行粗注冊，然后基于粗注冊，再使用更多的定位球進行精注冊，完成二維圖像到三維空間的注冊，簡化了計算，提高了效率，適用于多種環境。

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，具體而言，涉及一種手術導航系統和一種注冊方法。

背景技術

手術導航系統的蓬勃發展，對于神經外科、骨科等手術方法起到了良好的輔助作用，改進了手術法，微創手術減少了對病患造成的傷害，縮短了手術時間，減輕了醫師的工作量。

在手術導航系統輔助的手術中，將醫學影像空間坐標系和現實空間坐標系建立對應關系，從而將醫生在影像空間計劃的手術路徑映射到現實空間中的方法稱為注冊，注冊是手術導航的關鍵步驟，注冊的精準與否直接關系到導航定位的精度，同時，病人注冊流程中操作的便捷程度也直接影響了手術的整體耗時。

與脊柱相關的手術需要術前和術中的配準，為了降低輻射劑量，通常直接使用椎骨的2D圖像來完成與三維空間的注冊，但是由于脊柱受到人體呼吸運動影響，持續的不斷發生微小位移，以及脊椎骨的復雜結構在CT或X光影像中受分辨率和清晰度、以及識別錯誤等影響，注冊的精度受到影響，繼而影響手術導航的精度，此外，該方法計算復雜，難度大，耗時較長。

發明內容

為解決以上問題中的全部或部分，本申請提供了一種手術導航系統，包括：定位追蹤模塊，醫學成像設備，標定組件，和主機；

所述標定組件包括定位模塊，所述定位模塊設置有m個定位球，所述定位球能夠在醫學成像設備中成像，m為大于6的自然數；

所述主機中含有計算機設備，所述計算機設備加載有可以執行以下注冊方法的程序：

獲得所述定位模塊上所述m個定位球在世界坐標系中的坐標；

接收利用醫學成像設備分別在第一位置和第二位置采集的第一二維圖像和第二二維圖像，所述第一二維圖像和第二二維圖像均包含所述定位模塊；

在所述第一二維圖像中使用第一套環圈定n個定位球，n為大于5的自然數，且n小于m，然后在第二二維圖像中使用第二套環圈定相應的定位球，利用所述套環進行第一次注冊，得到第一轉換關系，完成粗注冊；

根據所述第一轉換關系，基于k個定位球在所述三維空間中的坐標，k為大于n且小于等于m的自然數，計算得到所述第一二維圖像和第二二維圖像中所述k個定位球的理論圓心，并分別標示以所述理論圓心為中心的第三套環，并在所述第一二維圖像和第二二維圖像中自動獲得所述k個定位球的模板(mask)，根據模板在所述第一二維圖像和第二二維圖像中重新提取所述k個定位球的圓心，然后使用所述k個定位球的圓心進行第二次注冊，得到第二轉換關系，完成精注冊；

利用所述第一二維圖像、所述第二二維圖像和所述第二轉換關系，通過三角法，構建出以醫學成像設備的第一位置或者第二位置為基坐標的三維坐標系，利用所述三維坐標系與所述世界坐標系進行注冊。

進一步地，標定組件在獲得二維圖像期間保持空間位置不變，優選地，在所述注冊方法進行期間保持空間位置不變。

保持標定組件空間位置不變的方法可以為將標定組件與患者脊柱棘突固定連接；或者使用繃帶等將患者固定，讓后將標定組件連接繃帶；采集二維圖像期間保持標定組件相對于患者的空間位置不變。

醫學成像設備可以是CT、C臂、O臂、X光機等；定位球包含不透過X射線的材料，例如可以是鋼珠。

定位追蹤模塊可以使用現有各種裝置，例如光學追蹤模塊或電磁追蹤模塊，進一步地光學追蹤模塊可以使用可見光或紅外光進行追蹤，例如使用NDI紅外追蹤裝置等。

使用套環(即第一套環和第二套環)進行第一次注冊，可以使用套環的圓心或者從套環中提取小球的模板進行。