CN112057139A - 基于混合现实技术的手术定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于混合现实技术的手术定位系统，包括混合现实设备、追踪设备和穿刺引流设备，穿刺引流设备包括：支架臂固定器、第一追踪器、第二追踪器和辅助配准装置，支架臂固定器包括支架臂安装固定孔和穿刺引流针套管；第一追踪器设置于支架臂固定器上；第二追踪器设置于穿刺引流针套管的入口之前；辅助配准装置设置于支架臂固定器上，并处于第一追踪器的正下方，以及可在支架臂固定器上上下移动，其中，穿刺引流针套管的出口在辅助配准装置的移动路径上。本发明能够提高混合现实场景下穿刺定位的精确度，从而能够大大提高手术的智能化与方便性，适用性较广。

Description

基于混合现实技术的手术定位系统
技术领域
本发明涉及医用设备技术领域，具体涉及一种基于混合现实技术的手术定位系统。
背景技术
在医疗实践中，经常需要对实质性器官或组织内病变实施穿刺引流，如血肿或脓肿，因为组织不可透视，临床上一般会使用一些辅助手段来提高穿刺精度，常见的辅助手段有：1.根据影像学资料及体表标志估计穿刺方向和深度，优点是方便简单，缺点是因为术前和术中的基线差异，经常出现穿刺点漂移的情况。2.术中B超定位，优点是实时引导，精度可靠，缺点是需要套无菌套，操作复杂易污染，且B超探头体积较大，在颅骨钻孔或腹腔镜下操作空间受限。3.三维导航系统，精确可靠，缺点是需要术前佩戴框架，CT或MR扫描并规划，对设备及人员要求高，收费昂贵。
混合现实技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。在医疗领域，混合现实技术展现的是空间三维影像，在手术中具有更高的应用价值。越来越多的穿刺引流手术引入了混合现实技术。基于混合现实技术的三维导航系统提高了手术引导的直观性。然而目前结合混合现实技术的导航定位精度还有待进一步提高。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于混合现实技术的手术定位系统，能够提高混合现实场景下穿刺定位的精确度，从而能够大大提高手术的智能化与方便性，适用性较广。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于混合现实技术的手术定位系统，包括混合现实设备、追踪设备和穿刺引流设备，其中，所述穿刺引流设备包括：支架臂固定器，所述支架臂固定器包括支架臂安装固定孔和穿刺引流针套管，其中，所述支架臂安装固定孔用于将所述支架臂固定器安装固定于手术定位架的支架臂上，所述穿刺引流针套管用于使穿刺引流针穿过并约束所述穿刺引流针沿长度方向移动，以便实施穿刺引流术；第一追踪器，所述第一追踪器设置于所述支架臂固定器上；第二追踪器，所述第二追踪器设置于所述穿刺引流针套管的入口之前；辅助配准装置，所述辅助配准装置设置于所述支架臂固定器上，并处于所述第一追踪器的正下方，以及可在所述支架臂固定器上上下移动，其中，所述穿刺引流针套管的出口在所述辅助配准装置的移动路径上，其中，所述追踪设备通过所述第一追踪器实现与所述混合现实设备的坐标系归一化，并在所述辅助配准装置处于所述穿刺引流针套管的出口位置时，通过所述辅助配准装置和所述第二追踪器实现对所述穿刺引流针针头的标定，以及在完成对所述穿刺引流针针头的标定后、所述辅助配准装置未处于所述穿刺引流针套管的出口位置时，通过所述第二追踪器实现对所述穿刺引流针针头的实时追踪。
所述第一追踪器、所述第二追踪器和所述穿刺引流针针头初始坐标的坐标轴平行。
所述支架臂固定器包括第一部分和第二部分，其中，所述穿刺引流针套管处于所述第一部分，所述支架臂安装固定孔处于所述第二部分。
所述第一部分为无菌区。
所述支架臂固定器上具有上限位位置和下限位位置，所述辅助配准装置在所述上限位位置与所述下限位位置之间移动。
所述上限位位置为所述穿刺引流针套管的出口位置，所述下限位位置位于所述上限位位置下方预设距离处。
本发明的有益效果：
本发明的基于混合现实技术的手术定位系统，通过设置两个追踪器和辅助配准设备，其中一个追踪器用于实现追踪设备与混合现实设备的坐标系归一化，另一个追踪器用于结合辅助配准设备实现对穿刺引流针针头的标定，并用于实现对穿刺引流针针头的实时追踪，由此，能够提高混合现实场景下穿刺定位的精确度，从而能够大大提高手术的智能化与方便性，适用性较广。
附图说明
图1为本发明一个实施例的基于混合现实技术的手术定位系统的应用场景示意图；
图2为本发明一个实施例的穿刺引流设备一个视角的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的穿刺引流设备另一个视角的结构示意图；
图4为本发明一个实施例的穿刺引流设备中的坐标示意图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明实施例的基于混合现实技术的手术定位系统包括混合现实设备100、追踪设备200和穿刺引流设备300。其中，如图2和图3所示，穿刺引流设备300包括支架臂固定器1、第一追踪器2、第二追踪器3和辅助配准装置4，支架臂固定器1包括支架臂安装固定孔5和穿刺引流针套管6，其中，支架臂安装固定孔5用于将支架臂固定器1安装固定于手术定位架的支架臂上，穿刺引流针套管6用于使穿刺引流针7穿过并约束穿刺引流针7沿长度方向移动，以便实施穿刺引流术；第一追踪器2设置于支架臂固定器1上；第二追踪器3设置于穿刺引流针套管6的入口之前；辅助配准装置4设置于支架臂固定器1上，并处于第一追踪器2的正下方，以及可在支架臂固定器1上上下移动，其中，穿刺引流针套管6的出口在辅助配准装置4的移动路径上，也就是说，辅助配准装置4可移动至穿刺引流针套管6的出口处，并可移动至其他位置处以空出穿刺引流针套管6的出口。
追踪设备200通过第一追踪器2实现与混合现实设备100的坐标系归一化，并在辅助配准装置4处于穿刺引流针套管6的出口位置时，通过辅助配准装置4和第二追踪器3实现对穿刺引流针7针头的标定，以及在完成对穿刺引流针7针头的标定后、辅助配准装置4未处于穿刺引流针套管6的出口位置时，通过第二追踪器3实现对穿刺引流针7针头的实时追踪。
在本发明的一个实施例中，在实施穿刺引流术之前，可先确定第一追踪器2、第二追踪器3和穿刺引流针7针头的初始位置，即第一追踪器2、第二追踪器3和穿刺引流针7针头的初始坐标，其中，各坐标均以追踪设备200所在位置为坐标原点。如图4所示，第一追踪器2和第二追踪器3的初始坐标分别为(xm1，ym1，zm1)、(xm2，ym2，zm2)，穿刺引流针7针头初始可位于第二追踪器3处，追踪设备200可根据第一追踪器2和第二追踪器3的初始坐标计算出第一追踪器2与第二追踪器3在z轴方向上的距离D，结合穿刺距离，得到穿刺引流针7针头的目标坐标(xt，yt，zt)。
在本发明的一个实施例中，支架臂固定器1包括第一部分和第二部分，其中，穿刺引流针套管6处于第一部分，支架臂安装固定孔5处于第二部分，其中，第一部分为无菌区。通过将穿刺引流针套管6和支架臂安装固定孔5分设于两个部分，便于对穿刺引流针套管6所在部分进行消毒，使得支架臂安装固定孔5所在部分不接触患处，实现无菌区和污染区的分离。
在本发明的一个实施例中，支架臂固定器1上具有上限位位置和下限位位置，辅助配准装置4被限制在上限位位置与下限位位置之间移动。在本发明的一个具体实施例中，参照图3，上限位位置a为穿刺引流针套管6的出口位置，下限位位置b位于上限位位置下方预设距离d处。其中，在上、下限位位置实现限位的方式包括但不限于设置限位块。
本发明实施例的基于混合现实技术的手术定位系统的使用步骤如下：
S1，将支架臂固定器通过支架臂安装固定孔安装到手术定位架上。
S2，将第一追踪器和第二追踪器安装到支架臂固定器上相应位置。
S3，通过第一追踪器实现混合现实设备与追踪设备的坐标系归一化。例如，可将坐标均统一到混合现实设备的坐标系中。
S4，通过第二追踪器和辅助配准装置完成对穿刺引流针针头的标定后，空出穿刺引流的通道。其中，在标定时可通过手动或自动控制的方式将辅助配准装置上移至穿刺引流针套管的出口位置时，然后通过获取第一追踪器正下方的辅助配准装置当前的位置和第二追踪器当前的位置，来确定第二追踪器与穿刺引流针套管出口的相对位置关系，从而便于后续通过追踪第二追踪器来追踪穿刺引流针针头。在完成标定后，可通过手动或自动控制的方式将辅助配准装置下移，空出穿刺引流的通道。
S5，将穿刺引流针插入空出的通道中，通过追踪第二追踪器实时追踪穿刺引流针针头的位置。利用混合现实设备，能够在混合现实场景下得到穿刺引流针针头的精确定位，结合可观察到的穿刺引流通道和穿刺目标点，完成混合现实场景下精确的手术引导工作。
根据本发明实施例的基于混合现实技术的手术定位系统，通过设置两个追踪器和辅助配准设备，其中一个追踪器用于实现追踪设备与混合现实设备的坐标系归一化，另一个追踪器用于结合辅助配准设备实现对穿刺引流针针头的标定，并用于实现对穿刺引流针针头的实时追踪，由此，能够提高混合现实场景下穿刺定位的精确度，从而能够大大提高手术的智能化与方便性，适用性较广。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，包括混合现实设备、追踪设备和穿刺引流设备，
其中，所述穿刺引流设备包括：
支架臂固定器，所述支架臂固定器包括支架臂安装固定孔和穿刺引流针套管，其中，所述支架臂安装固定孔用于将所述支架臂固定器安装固定于手术定位架的支架臂上，所述穿刺引流针套管用于使穿刺引流针穿过并约束所述穿刺引流针沿长度方向移动，以便实施穿刺引流术；
第一追踪器，所述第一追踪器设置于所述支架臂固定器上；
第二追踪器，所述第二追踪器设置于所述穿刺引流针套管的入口之前；
辅助配准装置，所述辅助配准装置设置于所述支架臂固定器上，并处于所述第一追踪器的正下方，以及可在所述支架臂固定器上上下移动，其中，所述穿刺引流针套管的出口在所述辅助配准装置的移动路径上，
其中，所述追踪设备通过所述第一追踪器实现与所述混合现实设备的坐标系归一化，并在所述辅助配准装置处于所述穿刺引流针套管的出口位置时，通过所述辅助配准装置和所述第二追踪器实现对所述穿刺引流针针头的标定，以及在完成对所述穿刺引流针针头的标定后、所述辅助配准装置未处于所述穿刺引流针套管的出口位置时，通过所述第二追踪器实现对所述穿刺引流针针头的实时追踪。
2.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，所述第一追踪器、所述第二追踪器和所述穿刺引流针针头初始坐标的坐标轴平行。
3.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，所述支架臂固定器包括第一部分和第二部分，其中，所述穿刺引流针套管处于所述第一部分，所述支架臂安装固定孔处于所述第二部分。
4.根据权利要求3所述的基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，所述第一部分为无菌区。
5.根据权利要求1所述的基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，所述支架臂固定器上具有上限位位置和下限位位置，所述辅助配准装置在所述上限位位置与所述下限位位置之间移动。
6.根据权利要求5所述的基于混合现实技术的手术定位系统，其特征在于，所述上限位位置为所述穿刺引流针套管的出口位置，所述下限位位置位于所述上限位位置下方预设距离处。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113768631A (zh) * 2021-08-02 2021-12-10 武汉联影智融医疗科技有限公司 辅助定位装置、辅助定位方法及移动医疗系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806771A (zh) * 2006-01-26 2006-07-26 清华大学深圳研究生院 计算机辅助经皮肾穿刺取石术中的穿刺导航系统及方法
CN1903390A (zh) * 2005-07-29 2007-01-31 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 Mri引导的高强度聚焦超声治疗系统
US20160183767A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Integrated tracking system for inter-patient imaging
CN105787941A (zh) * 2016-03-01 2016-07-20 天津天堰科技股份有限公司 一种混合现实仿真系统的快速配准方法
CN108431736A (zh) * 2015-10-30 2018-08-21 奥斯坦多科技公司 用于身体上姿势接口以及投影显示的系统和方法
CN109350262A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 黑龙江拓盟科技有限公司 一种标记点辅助混合现实技术的肺结节穿刺定位技术
CN109410680A (zh) * 2018-11-19 2019-03-01 叶哲伟 一种基于混合现实的虚拟手术训练方法及系统
CN109758230A (zh) * 2019-02-26 2019-05-17 中国电子科技集团公司信息科学研究院 一种基于增强现实技术的神经外科手术导航方法和系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1903390A (zh) * 2005-07-29 2007-01-31 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 Mri引导的高强度聚焦超声治疗系统
CN1806771A (zh) * 2006-01-26 2006-07-26 清华大学深圳研究生院 计算机辅助经皮肾穿刺取石术中的穿刺导航系统及方法
US20160183767A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Integrated tracking system for inter-patient imaging
CN108431736A (zh) * 2015-10-30 2018-08-21 奥斯坦多科技公司 用于身体上姿势接口以及投影显示的系统和方法
CN105787941A (zh) * 2016-03-01 2016-07-20 天津天堰科技股份有限公司 一种混合现实仿真系统的快速配准方法
CN109410680A (zh) * 2018-11-19 2019-03-01 叶哲伟 一种基于混合现实的虚拟手术训练方法及系统
CN109350262A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 黑龙江拓盟科技有限公司 一种标记点辅助混合现实技术的肺结节穿刺定位技术
CN109758230A (zh) * 2019-02-26 2019-05-17 中国电子科技集团公司信息科学研究院 一种基于增强现实技术的神经外科手术导航方法和系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113768631A (zh) * 2021-08-02 2021-12-10 武汉联影智融医疗科技有限公司 辅助定位装置、辅助定位方法及移动医疗系统

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