CN107432766A - 一种精准微创手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精准微创手术导航系统，包括穿刺设备、控制计算机及导航装置，所述穿刺设备具有穿刺针以及驱动穿刺针运动的X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机，所述控制计算机上用于制定穿刺路径，其上安装有分析控制系统，所述分析控制系统包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元、测量单元及穿刺路径计算单元，所述导航装置包括微处理器及感应单元，所述感应单元用于监测因呼吸引起的结节运动参数，所述微处理器与所述控制计算机进行通信，用于接收穿刺路径信息，所述微处理器连接所述感应单元，并接收感应单元测得的结节运动参数，所述微处理器对所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机进行控制。

Description

一种精准微创手术导航系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种精准微创手术导航系统。

背景技术

肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，全球肺癌的发病率和死亡率均呈上升态势，尤其在发展中国家。我国肺癌发病率每年增长26.9％，肺癌已成为我国首位恶性肿瘤死亡原因。肺癌的治疗效果与癌症发现时的分期密切相关。胸外科临床研究显示通过肺楔形切除或肺段切除等微创手术治疗AIS、MIA，5年生存率接近100％；即使是I期肺癌，手术治疗后10年生存率也可达90％以上。因此突破目前肺癌治疗瓶颈的重心，又重新回归到对肺癌的早期诊断、早期治疗。

随着医疗技术的发展，微创诊断和治疗在临床中得到越来越广泛的应用，如经皮肺穿刺活检术、肺小结节术前穿刺定位、肺肿瘤介入治疗(消融、粒子植入)等。目前，超声成像是进行穿刺引导时应用最广泛的术中实时成像手段，在实际穿刺过程中，为了保证准确的刺中目标，通常要对人体进行多次CT扫描，患者和医务人员反复接受辐射。另外，穿刺的进针点、进针角度、进针深度都是医生根据CT扫描图像结合个人经验来规划的，穿刺效果过于依赖于医生经验，穿刺准确度难以得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精准微创手术导航系统，其能够自动计算出穿刺路径，并结合传感器检测对穿刺针进行导航，确保了穿刺的准确度，另外无需对人体进行反复多次CT扫描，减少了患者和医务人员所接受的辐射。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种精准微创手术导航系统，包括穿刺设备、控制计算机及导航装置，其中：

所述穿刺设备具有穿刺针、X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机驱动穿刺针运动；

所述控制计算机上用于对所述导航装置进行控制，其上安装有分析控制系统，所述分析控制系统包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元、测量单元及穿刺路径计算单元，所述CT数据导入单元用于导入CT图像，所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤，所述三维建模单元用于建立肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤的三维模型，并融合成肺组织3D器官模型，所述测量单元用于测量结节所处的位置，所述穿刺路径计算单元用于根据结节所处的位置计算出穿刺路径信息；

所述导航装置包括微处理器及感应单元，所述感应单元用于监测因呼吸引起的结节运动参数，所述微处理器与所述控制计算机进行通信，用于接收穿刺路径信息，所述微处理器连接所述感应单元，并接收感应单元测得的结节运动参数，所述微处理器对所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机进行控制。

优选地，所述感应单元包括集成于一体的陀螺仪、加速度计及磁力计，所述陀螺仪用于测定结节随肺组织器官的摆动角度，所述加速度计用于测定结节的位移量，所述磁力计用于测定结节随肺组织器官的摆动方向。

优选地，所述导航装置还包括摄像头和显示器，所述摄像头用于拍摄穿刺过程，所述显示器用于实时显示穿刺过程。

优选地，所述CT图像分割单元还包括分段模块，所述分段模块用于根据血管对肺组织器官进行分段，所述三维建模单元对各个段的肺组织器官分别进行三维建模，所述测量单元还包括结节投影模块，所述结节投影模块用于制作肺结节的扩展模型，所述扩展模型为肺结节向肺表面的延伸，从而在所述肺组织3D模型的表面可观察到肺结节的扩展模型。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

本发明能够自动计算出穿刺路径，并结合传感器检测对穿刺针进行导航，确保了穿刺的准确度，另外无需对人体进行反复多次CT扫描，减少了患者和医务人员所接受的辐射。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参考图1所示，本发明公开了一种精准微创手术导航系统，包括穿刺设备1、控制计算机2及导航装置3，其中：

穿刺设备1具有穿刺针11、X轴伺服电机12、Y轴伺服电机13及Z轴伺服电机4，X轴伺服电机12、Y轴伺服电机13及Z轴伺服电机4驱动穿刺针11运动。

控制计算机2上用于对导航装置3进行控制，其上安装有分析控制系统。分析控制系统包括CT数据导入单元21、CT图像分割单元22、三维建模单元23、测量单元24及穿刺路径计算单元25，其中：

CT数据导入单元21用于导入CT图像。

CT图像分割单元22用于在CT图像上分割出肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤，CT图像分割单元22包括分段模块，分段模块用于根据血管对肺组织器官进行分段。

三维建模单元23用于建立各段肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤的三维模型，并融合成肺组织3D器官模型。

测量单元24用于测量结节所处的位置。测量单元24还包括结节投影模块，结节投影模块用于制作肺结节的扩展模型，扩展模型为肺结节向肺表面的延伸，从而在肺组织3D模型的表面可观察到肺结节的扩展模型。

穿刺路径计算单元25用于根据结节所处的位置计算出穿刺路径信息。

导航装置3包括感应单元31、微处理器32、摄像头33及显示器34，其中：

感应单元31用于监测因呼吸引起的结节运动参数，感应单元31包括集成于一体的陀螺仪、加速度计及磁力计，陀螺仪用于测定结节随肺组织器官的摆动角度，加速度计用于测定结节的位移量，磁力计用于测定结节随肺组织器官的摆动方向。

微处理器32与控制计算机2进行通信，用于接收穿刺路径信息，微处理器32连接感应单元31，并接收感应单元31测得的结节运动参数，微处理器32对X轴伺服电机12、Y轴伺服电机13及Z轴伺服电机4进行控制。

摄像头33用于拍摄穿刺过程，显示器34用于实时显示穿刺过程。

本发明的穿刺导航系统除了用于肺部穿刺，也可以用于脊柱穿刺、腰间盘穿刺、颅内穿刺等临床场景。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种精准微创手术导航系统，其特征在于，包括穿刺设备、控制计算机及导航装置，其中：

所述穿刺设备具有穿刺针、X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机驱动穿刺针运动；

所述控制计算机上用于对所述导航装置进行控制，其上安装有分析控制系统，所述分析控制系统包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元、测量单元及穿刺路径计算单元，所述CT数据导入单元用于导入CT图像，所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤，所述三维建模单元用于建立肺组织器官、结节、血管、硬组织及皮肤的三维模型，并融合成肺组织3D器官模型，所述测量单元用于测量结节所处的位置，所述穿刺路径计算单元用于根据结节所处的位置计算出穿刺路径信息；

所述导航装置包括微处理器及感应单元，所述感应单元用于监测因呼吸引起的结节运动参数，所述微处理器与所述控制计算机进行通信，用于接收穿刺路径信息，所述微处理器连接所述感应单元，并接收感应单元测得的结节运动参数，所述微处理器对所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机及Z轴伺服电机进行控制。

2.如权利要求1的一种精准微创手术导航系统，其特征在于：所述感应单元包括集成于一体的陀螺仪、加速度计及磁力计，所述陀螺仪用于测定结节随肺组织器官的摆动角度，所述加速度计用于测定结节的位移量，所述磁力计用于测定结节随肺组织器官的摆动方向。

3.如权利要求1或2的一种精准微创手术导航系统，其特征在于：所述导航装置还包括摄像头和显示器，所述摄像头用于拍摄穿刺过程，所述显示器用于实时显示穿刺过程。

4.如权利要求3的一种精准微创手术导航系统，其特征在于：所述CT图像分割单元还包括分段模块，所述分段模块用于根据血管对肺组织器官进行分段，所述三维建模单元对各个段的肺组织器官分别进行三维建模，所述测量单元还包括结节投影模块，所述结节投影模块用于制作肺结节的扩展模型，所述扩展模型为肺结节向肺表面的延伸，从而在所述肺组织3D模型的表面可观察到肺结节的扩展模型。