CN113855239A - 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法 - Google Patents

一种血管介入手术中导丝导航系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113855239A
CN113855239A CN202111125535.8A CN202111125535A CN113855239A CN 113855239 A CN113855239 A CN 113855239A CN 202111125535 A CN202111125535 A CN 202111125535A CN 113855239 A CN113855239 A CN 113855239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
positioning sensor
space coordinate
guide wire
coordinate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111125535.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113855239B (zh
Inventor
陈垦
温铁祥
刘新
郑海荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd filed Critical Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd
Priority to CN202111125535.8A priority Critical patent/CN113855239B/zh
Publication of CN113855239A publication Critical patent/CN113855239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113855239B publication Critical patent/CN113855239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/504—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of blood vessels, e.g. by angiography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A61B6/5229—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data combining image data of a patient, e.g. combining a functional image with an anatomical image
    • A61B6/5247—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data combining image data of a patient, e.g. combining a functional image with an anatomical image combining images from an ionising-radiation diagnostic technique and a non-ionising radiation diagnostic technique, e.g. X-ray and ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0127—Magnetic means; Magnetic markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/09—Guide wires
    • A61M25/09041—Mechanisms for insertion of guide wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M2025/0166—Sensors, electrodes or the like for guiding the catheter to a target zone, e.g. image guided or magnetically guided
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/09—Guide wires
    • A61M2025/09175—Guide wires having specific characteristics at the distal tip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2210/00—Anatomical parts of the body
    • A61M2210/12—Blood circulatory system

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

本发明提供一种血管介入手术中导丝导航系统及方法，该系统包括：C形臂X射线成像装置，用于生成患者病变部位血管的造影图像，并将造影图像发送至影像处理器；第一定位传感器，设置于C形臂X射线成像装置上；第二定位传感器，设置于导丝的端部；第三定位传感器，设置于C形臂X射线成像装置的平板探测器上；定位仪，定位仪用于获取第一定位传感器的第一空间坐标、第二定位传感器的第二空间坐标、第三定位传感器的第三空间坐标，并将第一空间坐标、第二空间坐标和第三空间坐标发送至影像处理器；影像处理器，用于完成导丝的导航。该方案可以减少进行X射线血管造影成像的频率，降低辐射损伤，提高介入手术效率。

Description

一种血管介入手术中导丝导航系统及方法
技术领域
本发明属于影像引导介入技术领域，特别涉及一种血管介入手术中导丝导航系统及方法。
背景技术
在血管介入手术中，X射线二维透视成像引导下的手术介入是目前最为广泛的解决方案。在手术过程中，需要医生经常性的对病人病灶部位血管进行成像，从而掌握执行介入的导丝等介入器械与血管之间的相对位置关系，确保介入器件能正确抵达病灶部位，并且避免介入器械损伤血管等关键解剖结构，以免造成并发症。X射线成像会对病人及医生造成辐射伤害；为了观察血管的解剖结构，往往需要多次、持续对病人施打造影剂；介入流程经常被X射线成像打断，手术耗时长，且严重依赖医生经验。
追踪导丝尖端的方法、系统及存储介质(专利申请号：CN201910402245.X，公开日：2019.9.27)提供了一种通过在X射线透视图像中提取特征点并根据特征点进行聚类，将每帧图像分割为多个包含导丝尖端候选者的目标区域，根据候选者在特定时间段内的运动幅度以及导丝尖端的特性从多个导丝尖端候选者中确定导丝尖端的导丝追踪方法。
一种医学影像中的导丝追踪方法、装置、设备及存储介质(专利申请号：CN201710885851.2，公开日：2020.12.25)提供了一种根据当前图像中导丝分布区域的导丝重心截取下一帧图像的导丝分布区域，在其中提取下一帧图像中导丝分布区域的导丝重心和导丝形态点集的循环方法。
导管/导丝跟踪方法、装置及扫描设备(专利申请号：CN202010182423.5，公开日：2020.7.24)提供了一种导管/导丝跟踪方法、装置及扫描设备，通过获取包含导丝/导管的端点的扫描图像，确定所述端点相对于预设的基准点的方向和距离，根据所述距离，得到扫描机架的移动距离，控制机架移动。
血管介入手术中介入器械端点实时定位系统、方法、装置(专利申请号：CN202011325869.5，公开日：2021.6.29)提出以深度学习的方法对X射线透视图像中介入器械端点进行实时定位。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种血管介入手术中导丝导航系统及方法。
为解决上述技术问题，本申请实施例通过以下方式实现的：
第一方面，本申请提供一种血管介入手术中导丝导航系统，该系统包括：
C形臂X射线成像装置，用于生成患者病变部位血管的造影图像，并将造影图像发送至影像处理器；
第一定位传感器，设置于C形臂X射线成像装置上；
第二定位传感器，设置于导丝的端部；
第三定位传感器，设置于C形臂X射线成像装置的平板探测器上；
定位仪，定位仪用于获取第一定位传感器的第一空间坐标、第二定位传感器的第二空间坐标、第三定位传感器的第三空间坐标，并将第一空间坐标、第二空间坐标和第三空间坐标发送至影像处理器；
影像处理器，用于根据造影图像、第一空间坐标、第二空间坐标及第三空间坐标完成导丝的导航。
在其中一个实施例中，C形臂X射线成像装置还包括X射线光源，第三定位传感器在X射线光源投向平板探测器的光路上。
在其中一个实施例中，第一定位传感器和第三定位传感器采用磁定位传感器或光学定位传感器。
在其中一个实施例中，第二定位传感器采用磁定位传感器。
在其中一个实施例中，磁定位传感器为无线磁定位传感器或有线磁定位传感器。
第二方面，本申请提供一种血管介入手术中导丝导航方法，采用第一方面的血管介入手术中导丝导航系统，该方法包括：
获取患者病变部位血管的影像图像；
实时获取导丝端部的第二定位传感器的第二空间坐标；
根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系；
根据导丝与血管的实时位置关系，引导导丝完成血管介入手术。
在其中一个实施例中，影像图像为采用C形臂X射线成像装置生成的造影图像；
根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系，包括：
将第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标；
将投影坐标的轨迹与造影图像进行叠加显示，确定导丝与血管的实时位置关系。
在其中一个实施例中，将第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标，包括：
获取C形臂X射线成像装置中X射线光源与第一定位传感器的相对位置坐标、第一定位传感器的第一空间坐标及X射线光源与平板探测器的距离；
根据第二空间坐标、相对位置坐标、第一空间坐标及距离，确定投影坐标。
在其中一个实施例中，影像图像为三维影像图像；
根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系，包括：
获取根据三维影像图像规划的手术路径；
将三维影像图像、手术路径与C形臂X射线成像装置的坐标系进行对准；
将第二空间坐标的轨迹与三维影像图像及手术路径进行叠加显示，确定导丝与血管的实时位置关系。
在其中一个实施例中，影像图像为经过实时呼吸门控信号进行呼吸补偿后的影像图像。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案无需从X射线透视图像的灰度信息中提取特征，进而获取导丝的位置，因此在介入手术过程中，无需全程对病人进行X射线透视成像，能极大的减少病人和医生所受的辐射伤害，并且具有更好的精度和稳定性，提高了手术效率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的血管介入手术中导丝导航系统的结构示意图；
图2为本申请提供的第一定位传感器的安装示意图；
图3为本申请提供的第三定位传感器的安装示意图；
图4为本申请提供的血管介入手术中导丝导航系统标定示意图；
图5为本申请提供的血管介入手术中导丝导航方法的流程示意图；
图6为本申请提供的坐标系定义图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
在不背离本申请的范围或精神的情况下，可对本申请说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本申请的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本申请中的“份”如无特别说明，均按质量份计。
相关技术中，仅可以由透视图像中提取介入器械的位置信息，均没有提供介入器械和血管及关键解剖结构间实时相对位置关系。
基于上述方法的缺陷，本申请实施例提出一种血管介入手术中导丝导航系统及方法，可以通过定位仪与C形臂X射线成像装置结合，实现对导丝的实时位置进行定位，并与C形臂X射线成像装置生成的造影图像及术前三维影像图像手术规划路径融合显示，可以减少进行X射线血管造影成像的频率，降低辐射损伤，提高介入手术效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
参照图1-4，其示出了适用于本申请实施例提供的血管介入手术中导丝导航系统的结构示意图。
如图1-4所示，血管介入手术中导丝导航系统，可以包括：
C形臂X射线成像装置10，用于生成患者病变部位血管的造影图像，并将造影图像发送至影像处理器；
第一定位传感器20，设置于C形臂X射线成像装置10上；
第二定位传感器30，设置于导丝70的端部；
第三定位传感器40，设置于C形臂X射线成像装置10的平板探测器11上；
定位仪50，定位仪50用于获取第一定位传感器20的第一空间坐标、第二定位传感器30的第二空间坐标、第三定位传感器40的第三空间坐标，并将第一空间坐标、第二空间坐标和第三空间坐标发送至影像处理器60；
影像处理器60，用于根据造影图像、第一空间坐标、第二空间坐标及第三空间坐标完成导丝70的导航。
具体的，第一定位传感器20可以设置C形臂X射线成像装置10的合适位置，如图2所示，第一定位传感器20设置于C形臂X射线成像装置10的中部。第一定位传感器20可以通过C形臂固定具13固定于C形臂X射线成像装置10上。
如图3所示，第三定位传感器40通过平板固定具41固定于平板探测器11上。可以理解的，平板固定具41可以为可拆卸的。示例性的，平板固定具41可以是十字活动支架结构，可拆卸的固定于平板探测器11上。可选的，C形臂X射线成像装置10还包括X射线光源12，第三定位传感器40在X射线光源12投向平板探测器11的光路上。第三定位传感器40水平置于平板探测器11表面，其单位法向量朝向C形臂X射线成像装置10的旋转中心方向，如图4所示。
可选的，第一定位传感器20和第三定位传感器40采用磁定位传感器或光学定位传感器。
可选的，第二定位传感器30采用磁定位传感器。
可选的，磁定位传感器为无线磁定位传感器或有线磁定位传感器。
可以理解的，若定位传感器为磁定位传感器时，对应的定位仪为磁定位仪，若定位传感器为光学定位传感器时，对应的定位仪为光学定位仪。还可以理解的，若第一定位传感器20和第三定位传感器40至少有一个采用光学定位传感器，第二定位传感器30采用磁定位传感器，可以对应设置磁定位仪和光学定位仪。下述实施例中三个定位传感器均采用磁定位仪、对应的定位仪采用磁定位仪为例。
参照图5，其示出了根据本申请一个实施例描述的血管介入手术中导丝导航方法的流程示意图。本实施例提供的血管介入手术中导丝导航方法可以采用上述实施例提供的血管介入手术中导丝导航系统实施。
如图5所示，血管介入手术中导丝导航方法，可以包括：
S510、获取患者病变部位血管的影像图像；
S520、实时获取导丝端部的第二定位传感器的第二空间坐标；
S530、根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系；
S540、根据导丝与血管的实时位置关系，引导导丝完成血管介入手术。
具体的，患者病变部位血管的影像图像可以包括二维影像图像及三维影像图像，其中二维影像图像可以为对患者血管注射造影剂，于时刻T(设置该时刻为导航起始时刻t0)采用C形臂X射线成像装置进行二维透视成像生成的造影图像，三维影像图像可以为术前高分辨率影像图像，例如螺旋CT生成的影像图像、磁共振成像的影像图像、及其他合适应用场景需求的成像模态等。
影像处理器接收磁定位仪获取的第二定位传感器在时刻t＝ti(ti>T,i>＝1)的实时的第二空间坐标(xi,yi,zi)。
本实施例可以无需从X射线透视图像的灰度信息中提取特征，进而获取导丝的位置，因此在介入手术过程中，无需全程对病人进行X射线透视成像，能极大的减少病人和医生所受的辐射伤害，并且具有更好的精度和稳定性，提高了手术效率。
在一个实施例中，影像图像为采用C形臂X射线成像装置生成的造影图像；
根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系，可以包括：
将第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标；
将投影坐标的轨迹与造影图像进行叠加显示，确定导丝与血管的实时位置关系。
可选的，将第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标，可以包括：
获取C形臂X射线成像装置中X射线光源与第一定位传感器的相对位置坐标、第一定位传感器的第一空间坐标及X射线光源与平板探测器的距离；
根据第二空间坐标、相对位置坐标、第一空间坐标及距离，确定投影坐标。
具体的，在血管介入手术前，可以先对系统设定及坐标系标定。其中坐标系定义如图6所示。
由磁定位仪获取第一定位传感器S0第一空间坐标(xC,yC,zC)，第三定位传感器Sp的第三空间坐标(xP,yP,zP)，第三定位传感器Sp单位法向量Nsp＝(xN,yN,zN)，及如图4所示的由C形臂X射线成像装置设计提供的参数板源距DSD，及第三定位传感器Sp距离平板探测器表面的距离d。
以下式计算得到光源关于第一定位传感器S0的相对位置坐标(xs,ys,zs)：
Figure BDA0003277275110000071
血管介入手术中需先对导航系统进行初始化，安装有第一定位传感器S0的C形臂固定具与C形臂X射线成像装置间的相互位置关系不变，由磁定位仪获取固定于C形臂X射线成像装置上指定位置的第一定位传感器S0的空间坐标(xo,yo,zo)。
在血管介入手术中实时追踪导丝在造影图像中的轨迹。造影图像是二维图像，因此，可以将第二定位传感器的第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中的投影坐标(ui,vi)：
Figure BDA0003277275110000072
对造影图像通过实时呼吸门控信号进行呼吸补偿。可以理解的，呼吸补偿方法可以为：通过统计方法得到二维透视图像(即二维投影图像)与呼吸门控信号之间的对应关系的数学模型，根据实时呼吸门控信号计算出实时二维图像变形场，对血管造影图像进行弹性形变补偿；还可以为：通过深度学习的方法训练得到二维透视图像与呼吸门控信号之间对应关系的深度学习模型，根据实时呼吸门控信号预测弹性形变补偿后的实时二维透视图像等，这里不做限制。
将由t＝t0时刻起至t＝ti时刻的第二定位传感器S1的投影坐标轨迹与呼吸补偿后的造影图像进行叠加显示，并进行可视化，即可确定导丝与血管的实时位置关系，医生通过观察导丝与血管等解剖结构之间的实时位置关系，在其引导下完成导丝介入手术操作。
本实施例中，不仅能获取导丝的实时位置，还能将其显示在造影图像中，能实时获取导丝与血管及关键解剖结构间的相对位置关系。
在一个实施例中，影像图像为三维影像图像；
根据第二空间坐标与影像图像，确定导丝与血管的实时位置关系，包括：
获取根据三维影像图像规划的手术路径；
将三维影像图像、手术路径与C形臂X射线成像装置的坐标系进行对准；
将第二空间坐标的轨迹与三维影像图像及手术路径进行叠加显示，确定导丝与血管的实时位置关系。
具体的，该实施例为介入手术中导丝在术前获取的三维影像图像中的实时追踪。术前获取患者病变部位血管的高分辨率三维影像图像并进行手术路径规划。由于需要确定术前三维影像图像与C形臂X射线成像装置之间的相互位置关系，因此需采用定位传感器或通过3D/2D图像配准方法，将术前三维影像图像及规划的手术路径与C形臂X射线成像装置的坐标系进行对准，即在C形臂X射线成像装置的坐标系中显示术前三维影像图像及规划的手术路径。可以理解的，对三维影像图像及手术规划路径也可以通过实时呼吸门控信号进行呼吸补偿。具体的，将进行弹性形变补偿后的实时二维透视图像与术前三维影像图像进行配准，获得术前三维影像图像的实时形变场，对术前三维影像图像及手术规划路径进行弹性形变补偿。
可以理解的，中术前高分辨率三维影像图像与C形臂X射线成像装置的对准方法可以采用：基于图像灰度信息的配准方法，基于图像标志点的配准方法，在体表特征点放置标志物/传感器的定位方法等，这里对此不做限制。
将由t＝t0时刻起至t＝ti时刻的第二定位传感器S1的第二空间坐标轨迹与呼吸补偿后的三维影像图像及规划的手术路径进行叠加显示，即可确定导丝与血管的实时位置关系，医生通过观察导丝与血管等解剖结构之间的实时位置关系，在其引导下完成导丝介入手术操作。
可以理解的，根据医生对介入手术进程的判断，在有需要时可以重复更新病变部位血管造影图像及后续步骤。
可以理解的，根据医生对介入手术进程的判断，还可能需要改变C形臂X射线成像装置的位置和/或姿态等，此时需要重新对导航系统进行初始化、重新获取患者病变部位血管的造影图像及后续步骤。
本实施例中，不仅能获取导丝的实时位置，还能将其显示在术前高分辨率三维影像图像及手术规划路径中，能实时获取导丝与血管及关键解剖结构间的相对位置关系。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (10)

1.一种血管介入手术中导丝导航系统，其特征在于，所述系统包括：
C形臂X射线成像装置，用于生成患者病变部位血管的造影图像，并将所述造影图像发送至影像处理器；
第一定位传感器，设置于所述C形臂X射线成像装置上；
第二定位传感器，设置于所述导丝的端部；
第三定位传感器，设置于所述C形臂X射线成像装置的平板探测器上；
定位仪，所述定位仪用于获取所述第一定位传感器的第一空间坐标、所述第二定位传感器的第二空间坐标、所述第三定位传感器的第三空间坐标，并将所述第一空间坐标、所述第二空间坐标和所述第三空间坐标发送至所述影像处理器；
影像处理器，用于根据所述造影图像、所述第一空间坐标、所述第二空间坐标及所述第三空间坐标完成所述导丝的导航。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述C形臂X射线成像装置还包括X射线光源，所述第三定位传感器在所述X射线光源投向所述平板探测器的光路上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一定位传感器和所述第三定位传感器采用磁定位传感器或光学定位传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二定位传感器采用磁定位传感器。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述磁定位传感器为无线磁定位传感器或有线磁定位传感器。
6.一种血管介入手术中导丝导航方法，采用权利要求1-5任一项所述的血管介入手术中导丝导航系统，其特征在于，所述方法包括：
获取患者病变部位血管的影像图像；
实时获取导丝端部的第二定位传感器的第二空间坐标；
根据所述第二空间坐标与所述影像图像，确定所述导丝与血管的实时位置关系；
根据所述导丝与血管的实时位置关系，引导所述导丝完成血管介入手术。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述影像图像为采用C形臂X射线成像装置生成的造影图像；
所述根据所述第二空间坐标与所述影像图像，确定所述导丝与血管的实时位置关系，包括：
将所述第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标；
将所述投影坐标的轨迹与所述造影图像进行叠加显示，确定所述导丝与血管的实时位置关系。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述第二空间坐标转换为在平板探测器坐标系中投影坐标，包括：
获取C形臂X射线成像装置中X射线光源与第一定位传感器的相对位置坐标、所述第一定位传感器的第一空间坐标及所述X射线光源与平板探测器的距离；
根据所述第二空间坐标、所述相对位置坐标、所述第一空间坐标及所述距离，确定所述投影坐标。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述影像图像为三维影像图像；
所述根据所述第二空间坐标与所述影像图像，确定所述导丝与血管的实时位置关系，包括：
获取根据所述三维影像图像规划的手术路径；
将所述三维影像图像、所述手术路径与所述C形臂X射线成像装置的坐标系进行对准；
将所述第二空间坐标的轨迹与所述三维影像图像及所述手术路径进行叠加显示，确定所述导丝与血管的实时位置关系。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述影像图像为经过实时呼吸门控信号进行呼吸补偿后的影像图像。
CN202111125535.8A 2021-09-24 2021-09-24 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法 Active CN113855239B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111125535.8A CN113855239B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111125535.8A CN113855239B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113855239A true CN113855239A (zh) 2021-12-31
CN113855239B CN113855239B (zh) 2023-10-20

Family

ID=78994148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111125535.8A Active CN113855239B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113855239B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115429431A (zh) * 2022-11-07 2022-12-06 中南大学 一种可定位介入导丝尖端的轨迹追踪装置
WO2024016471A1 (zh) * 2022-07-22 2024-01-25 北京唯迈医疗设备有限公司 一种介入手术机器人系统、控制方法和介质
WO2024098804A1 (zh) * 2022-11-07 2024-05-16 中南大学 一种内镜导航系统

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1550221A (zh) * 2003-05-20 2004-12-01 用手术中图像在手术前三维图像中进行无标记引导的方法
US20060058647A1 (en) * 1999-05-18 2006-03-16 Mediguide Ltd. Method and system for delivering a medical device to a selected position within a lumen
CN1925787A (zh) * 2004-02-18 2007-03-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定导管在脉管系统中位置的设备和方法
CN1929788A (zh) * 2004-03-10 2007-03-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于治疗性栓塞的导管、装置和方法
US20070197905A1 (en) * 2003-05-21 2007-08-23 Holger Timinger Apparatus and method for navigating a catheter
CN101237813A (zh) * 2005-08-05 2008-08-06 皇家飞利浦电子股份有限公司 导管导航系统
CN201353203Y (zh) * 2009-02-09 2009-12-02 李晴航 计算机辅助手术术中定位系统
DE102008032508A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten sowie zugehöriges Verfahren
US20100198346A1 (en) * 2000-01-19 2010-08-05 Keogh James R Method for Guiding a Medical Device
CN102949240A (zh) * 2011-08-26 2013-03-06 高欣 一种影像导航肺部介入手术系统
CN103040525A (zh) * 2012-12-27 2013-04-17 深圳先进技术研究院 一种多模医学影像手术导航方法及系统
CN103298514A (zh) * 2010-12-29 2013-09-11 圣犹达医疗用品电生理部门有限公司 具有位置传感器的医疗装置导丝
CN107205780A (zh) * 2015-02-13 2017-09-26 圣犹达医疗用品国际控股有限公司 基于跟踪的3d模型增强
US20170319156A1 (en) * 2016-05-03 2017-11-09 Daegu Gyeongbuk Institute Of Science And Technology Navigation system for vascular intervention and method for generating virtual x-ray image
CN110113987A (zh) * 2016-11-16 2019-08-09 阿维格公司 用于显示实时导管位置的方法、系统和设备

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060058647A1 (en) * 1999-05-18 2006-03-16 Mediguide Ltd. Method and system for delivering a medical device to a selected position within a lumen
US20100198346A1 (en) * 2000-01-19 2010-08-05 Keogh James R Method for Guiding a Medical Device
CN1550221A (zh) * 2003-05-20 2004-12-01 用手术中图像在手术前三维图像中进行无标记引导的方法
US20070197905A1 (en) * 2003-05-21 2007-08-23 Holger Timinger Apparatus and method for navigating a catheter
CN1925787A (zh) * 2004-02-18 2007-03-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定导管在脉管系统中位置的设备和方法
CN1929788A (zh) * 2004-03-10 2007-03-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于治疗性栓塞的导管、装置和方法
CN101237813A (zh) * 2005-08-05 2008-08-06 皇家飞利浦电子股份有限公司 导管导航系统
DE102008032508A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten sowie zugehöriges Verfahren
CN201353203Y (zh) * 2009-02-09 2009-12-02 李晴航 计算机辅助手术术中定位系统
CN103298514A (zh) * 2010-12-29 2013-09-11 圣犹达医疗用品电生理部门有限公司 具有位置传感器的医疗装置导丝
CN102949240A (zh) * 2011-08-26 2013-03-06 高欣 一种影像导航肺部介入手术系统
CN103040525A (zh) * 2012-12-27 2013-04-17 深圳先进技术研究院 一种多模医学影像手术导航方法及系统
CN107205780A (zh) * 2015-02-13 2017-09-26 圣犹达医疗用品国际控股有限公司 基于跟踪的3d模型增强
US20170319156A1 (en) * 2016-05-03 2017-11-09 Daegu Gyeongbuk Institute Of Science And Technology Navigation system for vascular intervention and method for generating virtual x-ray image
CN110113987A (zh) * 2016-11-16 2019-08-09 阿维格公司 用于显示实时导管位置的方法、系统和设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016471A1 (zh) * 2022-07-22 2024-01-25 北京唯迈医疗设备有限公司 一种介入手术机器人系统、控制方法和介质
CN115429431A (zh) * 2022-11-07 2022-12-06 中南大学 一种可定位介入导丝尖端的轨迹追踪装置
WO2024098804A1 (zh) * 2022-11-07 2024-05-16 中南大学 一种内镜导航系统
WO2024098808A1 (zh) * 2022-11-07 2024-05-16 中南大学 一种可定位介入导丝尖端的轨迹追踪装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113855239B (zh) 2023-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11896414B2 (en) System and method for pose estimation of an imaging device and for determining the location of a medical device with respect to a target
JP6876065B2 (ja) 放射線照射を低減された手術中の３次元視覚化
US9265468B2 (en) Fluoroscopy-based surgical device tracking method
JP5662638B2 (ja) 副鼻洞形成術ナビゲーションのためのフルオロスコープと計算機式断層写真法との位置揃えのシステム及び利用方法
JP6511050B2 (ja) イメージング装置を追跡装置と位置合わせする位置合わせシステム、イメージングシステム、介入システム、位置合わせ方法、イメージングシステムの作動方法、位置合わせコンピュータプログラム、及びイメージングコンピュータプログラム
US11510735B2 (en) System for navigating a surgical instrument
US8781630B2 (en) Imaging platform to provide integrated navigation capabilities for surgical guidance
JP4340345B2 (ja) フレームレス定位手術装置
US8509511B2 (en) Image processing apparatus and X-ray diagnostic apparatus
US8244064B2 (en) Method for registering and merging medical image data
US10290098B2 (en) System for real-time organ segmentation and tool navigation during tool insertion in interventional therapy and method of operation thereof
CN113855239B (zh) 一种血管介入手术中导丝导航系统及方法
US20060004284A1 (en) Method and system for generating three-dimensional model of part of a body from fluoroscopy image data and specific landmarks
WO2019195926A1 (en) Systems and methods for performing intraoperative guidance
US11547868B2 (en) System for real-time organ segmentation and tool navigation during tool insertion in interventional therapy and method of operation thereof
CN110025379A (zh) 一种超声图像与ct图像融合实时导航系统及方法
CN114727847A (zh) 用于计算坐标系变换的系统和方法
KR20240021747A (ko) 초음파 안내식 바늘 배치를 위한 의료용 로봇
WO2007066096A2 (en) Interventional device location method and apparatus
JP2019505271A (ja) 投影データセットの提供
CN114159160B (zh) 手术导航方法、装置、电子设备、存储介质
KR20240021745A (ko) 경피적 개입의 시간 실시간 안내를 위한 초음파 프로브가 장착된 로봇
CN113543714A (zh) 用于规划椎弓根螺钉固定的系统和方法
CN118234422A (zh) 用于经皮手术期间的配准和跟踪的方法和装置
Wieben Image-guided surgery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant