CN110464461A - 一种基于mri引导的介入手术导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MRI引导的介入手术导航装置，包括成像线圈、坐标参照物、坐标系配准件、手术器械标记手柄、红外光学传感器、控制主机和MRI兼容显示器；成像线圈能圈在成像源外周并对成像源进行扫描；坐标参照物与成像线圈保持相对静止；坐标系配准件安装在成像线圈上；手术器械标记手柄用于安装介入手术器械；红外光学传感器用于识别坐标参照物、坐标系配准件和手术器械标记手柄；控制主机与成像线圈、红外光学传感器相连，使成像线圈获得的MRI图像与坐标参照物的空间坐标系配准；MRI兼容显示器与控制主机相连，用于实时提供反映介入手术器械在病人体内空间位置的图像。本发明提供的介入手术导航装置应用MRI成像技术，具备MRI的各种优点。

Description

一种基于MRI引导的介入手术导航装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种基于MRI引导的介入手术导航装置。

背景技术

目前的介入手术导航系统多采用红外光学导航方式，医生利用医学影像设备扫描得到的医学影像，对患者进行图像引导的手术治疗，手术过程中，通过到红外感光传感器，追踪安装有特制光学球的手术器械，从而在图像直观地得到手术器械实时的位置信息。

现有的医学影像设备多种多样，其中，MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)具有无辐射、检查参数多、软组织分辨率高、对比度好可显示任意切面图像等优点，正逐渐取代CT、超声等成为主流的医学影像工具。但是现有技术中并没有应用MRI对介入手术进行导航的装置。

综上所述，如何提供一种基于MRI引导的介入手术导航装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于MRI引导的介入手术导航装置，其应用MRI成像技术，具备MRI的各种优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于MRI引导的介入手术导航装置，包括：

成像线圈，所述成像线圈用于圈在成像源外周并扫描；

坐标参照物，所述坐标参照物用于与所述成像线圈保持相对静止；

坐标系配准件，所述坐标系配准件安装在所述成像线圈上；

手术器械标记手柄，所述手术器械标记手柄上用于安装介入手术器械，并由医生操作；

红外光学传感器，所述红外光学传感器用于识别所述坐标参照物、所述坐标系配准件和所述手术器械标记手柄；

控制主机，所述控制主机与所述成像线圈、所述红外光学传感器相连，用于使所述成像线圈获得的MRI图像与所述坐标参照物的空间坐标系配准；

MRI兼容显示器，与所述控制主机相连，用于实时提供反映所述介入手术器械在病人体内空间位置的图像。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述坐标参照物包括：

光学球支架；

光学球，所述光学球通过光学球座安装在所述光学球支架上。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述坐标系配准件包括：

安装部分，所述安装部分装配在所述成像线圈上；

光学标记部分，所述光学标记部分固定在所述安装部分；

MRI显影部分，所述MRI显影部分固定在所述安装部分，并且设有带密封盖的球形空腔。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述安装部分包括U型架和设置在所述U型架上的夹紧螺栓，所述U型架由其开口卡在所述成像线圈的边框上，所述夹紧螺栓锁紧并抵住所述边框。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述安装部分、所述光学标记部分和所述MRI显影部分三者为一体式结构。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述MRI显影部分位于所述成像线圈内部且在成像范围内；所述光学标记部分位于所述成像线圈外，并能被所述红外光学传感器捕捉到。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述手术器械标记手柄包括：

手持夹具体，所述手持夹具体上安装有光学球；

通过螺栓固定在所述手持夹具体上的夹紧座，所述夹紧座用于将介入手术器械夹紧在所述手持夹具体上。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述手持夹具体上安装有多个光学球，任意两个光学球之间的间距均大于50mm，且任意两个光学球之间的间距各不相同。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述手持夹具体上设有装配所述介入手术器械的针体槽。

优选的，上述介入手术导航装置中，所述控制主机连接有显示屏。

本发明提供一种基于MRI引导的介入手术导航装置，包括成像线圈、坐标参照物、坐标系配准件、手术器械标记手柄、红外光学传感器、控制主机和MRI兼容显示器；成像线圈用于圈在成像源外周并扫描；坐标参照物用于与成像线圈保持相对静止；坐标系配准件安装在成像线圈上；手术器械标记手柄用于安装介入手术器械，并由医生手持操作；红外光学传感器用于识别上述坐标参照物、坐标系配准件和手术器械标记手柄；控制主机与成像线圈、红外光学传感器相连，用于使成像线圈获得的MRI图像与坐标参照物的空间坐标系配准；MRI兼容显示器与控制主机相连，用于实时提供反映介入手术器械在病人体内空间位置的图像。上述红外光学传感器识别手术器械标记手柄，以实时跟踪手术器械标记手柄相对于成像源的相对位置；成像源即为患者身体。

本发明提供的介入手术导航装置应用MRI成像技术，具备MRI的各种优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于MRI引导的介入手术导航装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的手术器械标记手柄的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种手术器械标记手柄的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的坐标系配准件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的坐标系配准件中MRI显影部分的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种坐标系配准件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的坐标参照物的结构示意图；

其中，图1-图7中：

坐标参照物1；成像线圈2；手术器械标记手柄3；MRI兼容显示器4；坐标系配准件5；红外光学传感器6；光学球7、17、23、36；光学球座8、18、24、35；光学球支架34；手持夹具体9、16；夹紧座10、14；锁紧螺栓11、13；介入手术器械12、15；手柄19；MRI显影部分20；球形空腔21；密封盖22；光学标记部分25；安装部分26；夹紧螺栓27；U型架28。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种基于MRI引导的介入手术导航装置，其应用MRI成像技术，具备MRI的各种优点。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图7，本发明实施例提供一种基于MRI引导的介入手术导航装置，包括成像线圈2、坐标参照物1、坐标系配准件5、手术器械标记手柄3、红外光学传感器6、控制主机和MRI兼容显示器4；成像线圈2用于圈在成像源外周并扫描；坐标参照物1用于与成像线圈2保持相对静止；坐标系配准件5安装在成像线圈2上；手术器械标记手柄3用于安装介入手术器械，并由医生手持操作；红外光学传感器6用于识别上述坐标参照物1、坐标系配准件5和手术器械标记手柄3；控制主机与成像线圈2、红外光学传感器6相连，用于使成像线圈2获得的MRI图像与坐标参照物1的空间坐标系配准；MRI兼容显示器4与控制主机相连，用于实时提供反映介入手术器械在病人体内空间位置的图像。上述红外光学传感器6识别手术器械标记手柄3，以实时跟踪手术器械标记手柄3相对于成像源的相对位置；成像源即为患者身体。

本发明实施例提供的介入手术导航装置应用MRI成像技术，具备MRI的各种优点。

请参阅图7，上述实施例提供的介入手术导航装置中，坐标参照物1包括光学球支架34和光学球36，光学球36通过光学球座35安装在光学球支架34上。光学球支架34呈十字形，光学球36的个数为4个并分布在十字形的光学球支架34的四个顶角处，相应的，光学球支架34上设有用于装配光学球座35的螺纹孔。

如上实施例提供的介入手术导航装置中，坐标系配准件5包括安装部分26、光学标记部分25和MRI显影部分20，请参阅图4-6；安装部分26装配在成像线圈2上；光学标记部分25固定在安装部分26；MRI显影部分20固定在安装部分26，并且MRI显影部分20设有带密封盖22的球形空腔21，球形空腔21用于注入MRI显影溶液。

安装部分26包括一个U型架28以及设置在U型架28上的夹紧螺栓27，U型架28由其开口卡在成像线圈2的边框上，夹紧螺栓27在U型架28锁紧并抵住上述边框。

光学标记部分25包括光学球支架25、光学球23以及光学球座24，光学球支架25上有多个用于装配不同光学球座24的螺纹孔，其中，任意两个螺纹孔之间的间距大于50mm，且任意两个螺纹孔之间的间距各不相同，以满足红外光学传感器6的识别分辨率要求；光学球23安装在光学球座24上，光学球座24安装在上述螺纹孔处。

MRI显影部分20设计有7个球形空腔21和7个相应的密封盖22，球形空腔21用来注入MRI显影溶液，并用密封盖22将球形空腔21密封住，且在密封盖22外边用密封胶水永久密封，使MRI显影溶液不会流失。

如上坐标系配准件5中，安装部分26、光学标记部分25和MRI显影部分20刚性连接并形成一体式结构，减小安装误差，减小光学球23和MRI显影部分20的球形空腔21相对位置误差。具体的，安装部分26与MRI显影成像部分20刚性连接，MRI显影部分20与光学标记部分25刚性连接，这样安装部分26安装到成像线圈22上应用时，U型架28形变不会影响光学球23与MRI显影部分20中球形腔21的相对位置变化，这对于控制主机实现图像配准尤为重要。

坐标系配准件5使用3D打印增材制造，结构紧凑，一体化设计安装使用方便。光学标记部分25中光学球23位置和数量根据算法可以改变，满足位置上间距要求和数量上大于等于3个的设置均在本专利保护范围内。MRI显影部分20中球形空腔21的位置、数量的改变也在本专利保护范围内。

MRI显影部分20位于成像线圈2内部且在成像范围内；光学标记部分25位于成像线圈2外，并能被红外光学传感器6捕捉到。请参阅图5，球形空腔21和密封盖22接触的地方设计一定的拔模斜度，一来便于安装，二来增大接触面积，增强密封效果。安装部分26和光学标记部分25可以在构型上做出如图6所示的改变，适用于成像范围远离线圈边框的情况，这种情况下，MRI显影部分20位于线圈2内部成像范围内，与光学标记部分25的距离增大。

手术器械标记手柄3包括手持夹具体和夹紧座，手持夹具体上安装有光学球；夹紧座通过螺栓固定在手持夹具体上，夹紧座用于将介入手术器械夹紧在手持夹具体上。手持夹具体上安装有多个光学球，任意两个光学球之间的间距均大于50mm，且任意两个光学求之间的间距各不相同，以满足红外光学传感器6的识别分辨率要求。为了方便装配介入手术器械，手持夹具体上还可设置用于装配上述介入手术器械的针体槽。

如上实施例提供的介入手术导航装置中，手术器械标记手柄3将光学标记、手柄、介入手术器械(如穿刺针等)融为一体，结构紧凑。下面介绍两种手术器械标记手柄3的具体结构：

实施例1

请参阅图2，手术器械标记手柄3包括一个手持夹具体9、一个夹紧座10、两个锁紧螺栓11、四个光学球7，以及四个光学球座8。手持夹具体9设计为一个四脚支架型的夹具体，并设计有方便医生手持的弧形凹槽，四脚支架端部设置四个螺纹孔用于装配光学球座8；四个螺纹孔中每两个的间距大于50mm，且间距各不相同，以满足红外光学传感器6识别分辨率要求。手持夹具体9的中部设置有针体槽，用于将各种介入手术器械12放置其中，并保持介入手术器械12的针体方向与手持夹具体9的前端面垂直。针体槽两侧分别设置有一个与锁紧螺栓11配合的螺纹透孔，夹紧座10中间设置有凸起的部分，夹紧座10有两个通孔，两个锁紧螺栓11分别穿过一个通孔后与一个上述螺纹透孔装配，实现将介入手术针体12夹紧在手持夹具体9上。每个光学球7分别通过一个光学球座8连接在手持夹具体9的螺纹孔处。手持夹具体9、夹紧座10、锁紧螺栓11均由尼龙材料或者其他如树脂，PEEK(polyetheretherketone，聚醚醚酮)，合成材料等完全无磁性且不导电的材料制成。光学球7和光学球座8也磁兼容。光学球7还可设置在其它位置，只要满足间距要求即可。光学球7的数量还可设置为大于等于3的其它数值，本实施例不做限定。

实施例2

如图3所示，另一种手术器械标记手柄3包括一个手持夹具体16、一个夹紧座14、两个锁紧螺栓13、三个光学球17，以及三个光学球座18。该手术器械标记手柄3适用于介入手术器械15本身具有较大的手柄19(如消融针等)，仅需要为该介入手术器械15设计一个光学标记工具的情况下。手持夹具体16由光学球部分与夹具部分组成，两部分之间刚性连接为一体。光学球部分上设有三个用于装配光学球座18的螺纹孔，三个螺纹孔之间每两个间距大于50mm，且间距各不相同。夹具部分设置有针体槽，用于将各种介入手术器械15放置其中，并保持针体方向与手持夹具体前端面垂直。手持夹具体16与夹紧座14通过两个锁紧螺栓13固定在介入手术器械15上。每个光学球17分别通过一个光学球座18连接在上述手持夹具体16的螺纹孔上。手持夹具体16，夹紧座14，锁紧螺栓13分别由尼龙材料或者其他如树脂，PEEK，合成材料等完全无磁性且不导电的材料制成。光学球17和光学球座18也磁兼容。该方案中，光学球17还可设置为放置在其他位置，只要满足间距要求即可。光学球17数量还可设置为4个、5个、6个等，本实施例不做限定。

如上实施例提供的介入手术导航装置中，计算机连接有MRI兼容显示器，用于显示基于MRI图像重建出来的病人身体结构图，以及手术器械的实时位置追踪。具体应用该介入手术导航装置进行手术的流程如下：

1)将坐标系配准件5安装在待扫描用的成像线圈2上，使坐标系配准件5的MRI显影部分20位于成像线圈2内部且在成像范围内，使坐标系配准件5的光学标记部分25位于成像线圈2外且能够用被红外光学传感器66捕捉到，然后对病人进行扫描得到MRI图像。

2)将得到的MRI图像导入控制主机，重建出3D图像。

3)计算机获得3D图像，包括扫描病人身体结构和坐标配准装件5中MRI显影部分20的球形显影结构，红外光学传感器6识别光学标记部分25、坐标参照物1，使控制主机实现所扫描的病人身体结构与坐标参照物1的空间坐标系配准，所扫描的病人身体结构相对于坐标参照物1的空间相对位置可知。

4)红外光学传感器6识别手术器械标记手柄3，使手术器械标记手柄3相对于坐标参照物1空间位置可知，从而实现手术器械标记手柄3相对于病人身体结构空间相对位置的实时追踪，并同时在MRI兼容显示器4中显示，提供给手术医生。

本实施例提供的介入手术导航装置能够实现基于MRI引导的介入手术导航系统的坐标配准、手术器械追踪等要求，该装置结构简易、紧凑，方便医生操作，有完美的适配性(如线圈适配性，手术器械适配性)，能够在狭小的磁共振环境空间下完成介入手术。该装置满足磁兼容性要求，且该装置可设计为一次性简易结构，成本低，手术过程中和手术器械作为耗材，满足无菌性要求。该介入手术导航装置定位精度高、定位速度快，操作方便，方便医生快速、准确、方便地完成手术，进而减少病人的痛苦，并且如上介入手术导航装置的结构调整灵活，可移植性强。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于MRI引导的介入手术导航装置，其特征在于，包括：

成像线圈，所述成像线圈用于圈在成像源外周并扫描；

坐标参照物，所述坐标参照物用于与所述成像线圈保持相对静止；

坐标系配准件，所述坐标系配准件安装在所述成像线圈上；

手术器械标记手柄，所述手术器械标记手柄上用于安装介入手术器械，并由医生操作；

红外光学传感器，所述红外光学传感器用于识别所述坐标参照物、所述坐标系配准件和所述手术器械标记手柄；

控制主机，所述控制主机与所述成像线圈、所述红外光学传感器相连，用于使所述成像线圈获得的MRI图像与所述坐标参照物的空间坐标系配准；

MRI兼容显示器，与所述控制主机相连，用于实时提供反映所述介入手术器械在病人体内空间位置的图像。

2.根据权利要求1所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述坐标参照物包括：

光学球支架；

光学球，所述光学球通过光学球座安装在所述光学球支架上。

3.根据权利要求1所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述坐标系配准件包括：

安装部分，所述安装部分装配在所述成像线圈上；

光学标记部分，所述光学标记部分固定在所述安装部分；

MRI显影部分，所述MRI显影部分固定在所述安装部分，并且设有带密封盖的球形空腔。

4.根据权利要求3所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述安装部分包括U型架和设置在所述U型架上的夹紧螺栓，所述U型架由其开口卡在所述成像线圈的边框上，所述夹紧螺栓锁紧并抵住所述边框。

5.根据权利要求3所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述安装部分、所述光学标记部分和所述MRI显影部分三者为一体式结构。

6.根据权利要求3所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述MRI显影部分位于所述成像线圈内部且在成像范围内；所述光学标记部分位于所述成像线圈外，并能被所述红外光学传感器捕捉到。

7.根据权利要求1所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述手术器械标记手柄包括：

手持夹具体，所述手持夹具体上安装有光学球；

通过螺栓固定在所述手持夹具体上的夹紧座，所述夹紧座用于将介入手术器械夹紧在所述手持夹具体上。

8.根据权利要求7所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述手持夹具体上安装有多个光学球，任意两个光学球之间的间距均大于50mm，且任意两个光学球之间的间距各不相同。

9.根据权利要求7所述的介入手术导航装置，其特征在于，所述手持夹具体上设有装配所述介入手术器械的针体槽。