CN113907883A - 一种耳侧颅底外科3d可视化手术导航系统及方法 - Google Patents

一种耳侧颅底外科3d可视化手术导航系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统及方法，其中耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，包括：图像获取装置，用于获取病人手术前的病变区的二维扫描图像；三维扫描仪，用于获取病人手术前的病变所处部位的外形轮廓数据；处理装置，其与所述图像获取装置所述三维扫描仪通讯连接，根据所述二维扫描图像和所述外形轮廓数据分别构建三维立体模型和外形轮廓模型，并将所述三维立体模型与所述外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型，根据外形轮廓数据构建外形轮廓模型，使得外形轮廓模型更贴近于真人，有利于提高手术导航的精确性，医生通过术前三维组合模型可直观地获取病变的位置、大小、性质等相关信息，从而便于医生确定手术的方案。

Description

一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统及方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统及方法。
背景技术
目前耳科医生在进行耳-侧颅底外科手术之前，针对不同疾病的患者需要在术前完善CT、MRI等相关影像学检查，从而对病变的性质、大小、部位能够得到一个初步的判断，有利于医生在术前确定手术的方案,包括手术径路的选择、切口大小及角度的设计、病变切除范围的把控，但由于目前CT、MRI等影像学检查获得的图像是二维的，同时由于存在检查设备与患者配合度等多方面影响因素，得到的图像并非完美，不可能完全通过影像学资料对患者的病变作出诊断。耳-侧颅底外科处于多学科交叉领域，涉及颅内众多重要的血管、神经、脏器，对于一些复杂的中耳、内耳疾病以及侧颅底肿瘤等，有时候仅仅通过术前的CT、MRI无法作出精准判断，需要在术中通过肉眼对病变部位进行确认，这对医生的年资及手术经验有较高的要求。
目前虽有手术导航系统的存在，以神经外科领域应用较为广泛，但限于现有手术导航的精度，在耳-侧颅底外科手术中的应用几乎没有。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
第一方面，本发明提供一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，包括，图像获取装置，用于获取病人手术前的病变区的二维扫描图像；三维扫描仪，用于获取病人手术前的病变所处部位的外形轮廓数据；处理装置，其与图像获取装置和三维扫描仪通讯连接，根据二维扫描图像和外形轮廓数据分别构建三维立体模型和外形轮廓模型，并将三维立体模型与外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型。
根据本发明实施例提供的一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，至少具有如下有益效果：在术前，患者普遍需要先做CT或MRI等相关影像学检查从而获取病变的位置、大小、性质等相关信息，即通过图像获取装置获取病人手术前的病变区的二维扫描图像，处理装置根据二维扫描图像构建三维立体模型，以便医生获取病变的信息，并通过三维扫描仪扫描病人手术前的病变所处部位的外形轮廓数据，并根据外形轮廓数据构建外形轮廓模型，使得外形轮廓模型更贴近于真人，有利于提高手术导航的精确性，处理装置并将三维立体模型与外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型，医生通过术前三维组合模型可直观地获知病变位于人体的何处，以及病变的位置、大小、性质等信息，从而便于医生确定手术的方案，包括手术径路的选择、切口大小及角度的设计、病变切除范围的把控，便于手术的有序进行，缩短手术时间，降低手术风险，降低手术难度对医生年资经验的限制，帮助年轻医生迅速成长。
根据本发明的一些实施例，本发明还包括空间定位装置，空间定位装置包括超声成像系统，用于实时获取病人手术中的病变区的超声图像，超声成像系统与处理装置通讯连接，处理装置根据超声图像的数据构建三维超声模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括超声成像系统，超声成像系统用于实时获取病人手术中的病变区的超声图像，处理装置根据超声图像的数据构建三维超声模型，通过三维超声模型与术前三维组合模型比对、叠加可实现术中手术进程的可视化，并实现实时成像，动态的为医生呈现病变以及邻近重要血管、神经、脏器的解剖结构，从而辅助医生快速、安全地完成手术。
根据本发明的一些实施例，空间定位装置还包括光学定位装置、参考架和探针；探针前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像；处理装置分别与光学定位装置、参考架和探针通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集，处理装置根据三维光学图像构建三维光学模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括光学定位装置、参考架和探针，探针的前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，光学定位装置和超声成像系统通过探针的设置，从而生成超声图像和光学图像，处理装置可根据三维光学图像构建三维光学模型，三维光学模型可较好地为医生提供器官组织的表面信息，从而辅助医生完成手术；参考架和探针的设置有利于实现光学定位装置和超声成像系统的配准，有利于提高手术导航的精确度，有利于帮助医生绕开一些重要血管、神经，按照既定的手术路径完成手术。
根据本发明的一些实施例，处理装置将光学定位装置与超声成像系统进行配准，并根据配准结果选取三维超声模型或三维光学模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
处理装置将光学定位装置与超声成像系统进行配准，并根据配准结果选取三维超声模型或三维光学模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型，并通过多次获取三维光学模型和三维超声模型实现术中融合模型的动态变化，医生可直观地观察术中融合模型来判断如何继续进行手术，有利于提高手术的成功率,降低手术风险。
根据本发明的一些实施例，本发明还包括显示装置，用于显示术前三维组合模型和术中融合模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括显示装置，用于显示术前三维组合模型和术中融合模型，以便医生直观地获知病变的位置、大小、性质等信息，以辅助医生完成手术。
根据本发明的一些实施例，图像获取装置为电子计算机X射线断层扫描装置或核磁共振成像扫描装置。
图像获取装置为电子计算机X射线断层扫描装置或核磁共振成像扫描装置，即CT和MRI的扫描装置，符合大部分医院的设备情况，有利于增加该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统的适用性。
第二方面，本发明提供一种手术导航方法，应用于如第一方面任意一项的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，包括如下步骤：
获取二维扫描图像，并根据二维扫描图像构建三维立体模型；
获取外形轮廓数据，并根据外形轮廓数据构建外形轮廓模型；
将三维立体模型与外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型。
根据本发明实施例提供的一种手术导航方法，至少具有如下有益效果：处理装置可获取来自图像获取装置的二维扫描图像，并根据该二维扫描图像构建病变的三维立体模型，医生可多个角度旋转、观察该三维立体模型，从而了解病变的位置、大小、性质等相关信息；处理装置获取来自三维扫描仪的病变所处部位的外形轮廓数据，并根据该外形轮廓数据构建外形轮廓模型，从而使得该外形轮廓模型更贴近于真人的轮廓，以便提高手术导航的精度；处理装置可将三维立体模型与外形轮廓模型进行映射叠加形成术前三维组合模型，以便医生直观地了解病变所处人体的位置，从而确定手术的方案，包括手术径路的选择、切口大小及角度的设计、病变切除范围的把控，以辅助医生完成手术，降低此类可视化较低的手术对医生的年资经验的限制，帮助年轻医生迅速成长。
根据本发明的一些实施例，还包括探针、超声成像系统和光学定位装置，探针前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像，超声成像系统和光学定位装置均与探针连接，处理装置分别与超声成像系统和光学定位装置通讯连接；手术导航方法还包括如下步骤：
获取病人术中的病变区的二维超声回波信号，并根据二维超声回波信号构建三维超声模型；
获取病人术中的病变区的三维光学图像，并根据三维光学图像构建三维光学模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括超声成像系统和光学定位装置，处理装置可根据超声成像系统的二维超声回波信号构建三维超声模型，以及根据三维光学图像构建三维光学模型，三维超声模型可较好地为医生呈现术中病变以及邻近重要血管、神经、脏器的解剖结构，三维光学模型较为精确地显示术中器官组织的表面信息，以供医生参考进行手术，医生可根据自身的需求，调取三维光学模型或三维超声模型使用，有利于提高手术导航的精确度。
根据本发明的一些实施例，还包括参考架，处理装置与参考架和探针通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集；手术导航方法还包括如下步骤：
将光学定位装置与超声成像系统进行配准；
根据配准结果选取三维超声模型或三维光学模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统包括参考架和探针，通过探针和参考架构建的坐标系，从而实现光学定位装置与超声成像系统进行配准，从而选取其中有效、较为精确的一个，与术前三维组合模型融合形成术中融合模型，通过获取多个三维光学模型和三维超声模型可实现术中融合模型的动态变化，以便于医生了解手术的进程，辅助医生按照既定的手术方案完成手术。
根据本发明的一些实施例，将光学定位装置与超声成像系统进行配准；手术导航方法还包括如下步骤：
分别根据光学定位装置构建第一坐标系，根据超声成像系统构建第二坐标系；
通过参考架分别采集光学定位装置和超声成像系统的第三坐标系和第四坐标系，以及分别采集光学定位装置和超声成像系统的第一实时坐标转换数据和第二实时坐标转换数据；
通过探针分别采集光学定位装置和超声成像系统的第五坐标系和第六坐标系，以及分别采集光学定位装置和超声成像系统中的第三实时坐标转换数据和第四实时坐标转换数据；
根据第一坐标系、第三坐标系、第五坐标系、第一实时坐标转换数据和第三实时坐标转换数据计算探针在光学定位装置下的第一偏移量；
根据第二坐标系、第四坐标系、第六坐标系、第二实时坐标转换数据和第四实时坐标转换数据计算探针在超声成像系统下的第二偏移量；
比对第一偏移量与第二偏移量。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统通过分别获取光学定位装置和超声成像系统的坐标系，通过探针和参考架获取的坐标系和实时坐标转换数据，可计算探针分别位于光学定位装置和超声成像系统下的第一偏移量和第二偏移量，通过比对第一偏移量与第二偏移量，从而选取有效、较为精确的三维光学模型或三维超声模型与在先的术前三维组合模型结合，从而形成术中融合模型，有利于提高手术导航的精确性，减小由于偏差导致的手术创伤。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例提供的手术导航方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的手术导航方法的具体流程图；
图3为本发明实施例提供的手术导航方法的具体流程图；
图4为本发明实施例提供的手术导航方法的具体流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。另外，全文中出现的和/或，表示三个并列方案，例如，A和/或B表示A满足的方案、B满足的方案或者A和B同时满足的方案。
本发明的描述中，如有含有多个并列特征的短句，其中的定语所限定的是最接近的一个特征，例如：设置在A上的B、C、与D连接的E，所表示的是B设置在A上，E与D连接，对C并不构成限定；但对于表示特征之间关系的定语，如“间隔设置”、“环形排布”等，不属于此类。定语前带有“均”字的，则表示是对该短句中所有特征的限定，如均设置在A上的B、C、D，则表示B、C和D均设置在A上。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图4对本发明的实施例作出说明。
实施例一，本发明实施例提供了一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，包括：图像获取装置、三维扫描仪和处理装置。
其中，图像获取装置为电子计算机X射线断层扫描装置(CT)和核磁共振成像扫描装置(MRI)，采用CT和MRI的扫描装置，符合大部分医院的设备情况，有利于增加该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统的适用性。
三维扫描仪用于获取病人手术前的病变处部位的外形轮廓数据，在术前，医护人员可先对病人所需进行手术的部位进行扫描，如对头部、胸腔等进行扫描，从而获取对应部位的外形轮廓数据。
处理装置与图像获取装置通讯连接，根据扫描病变区的二维扫描图像构建三维立体模型，具体的，可通过建模软件从而实现三维立体模型的构建，如3D slicer，3D slicer可适用于BMP、JPG、DICOM等各类文件转换以及建模需求，满足各类医院的成像格式，适用性较强。医生通过构建的三维立体模型可直观地获知病变的位置、大小、性质等相关信息，并可通过旋转三维立体模型，从而多个角度观察病变。
处理装置与三维扫描仪通讯连接，处理装置根据外形轮廓数据构建外形轮廓模型，通过用三维扫描仪扫描人体的方式去构建外形轮廓模型，可使得外形轮廓模型更贴合于病人自身，有利于提高该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统的精确度。
处理装置将三维立体模型与外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型，以便医生直观地了解病变所处位置与人体轮廓的相对位置关系，有利于辅助医生确定病变的位置、大小、性质等信息，进而制定手术的方案，包括手术径路的选择、切口大小及角度的设计、病变切除范围的把控，有利于避免手术视野差而需要医生根据经验来进行操作的问题出现，降低手术风险，增加手术的成功率。
进一步优选地，该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括空间定位装置，空间定位装置包括超声成像系统，超声成像系统可实时获取病人手术中的病变区的超声图像，处理装置与超声成像系统通讯连接，处理装置可根据获取的超声图像的数据构建三维超声模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统可采用术中3D超声融合术前CT/MRI的导航技术能为医生呈现病变以及邻近重要血管、神经、脏器的解剖结构，以便医生在手术中较为直观地了解手术的进行状况，以及判断如何按照既定的手术方案完成手术。
进一步优选地，空间定位装置还包括光学定位装置、参考架和探针，探针的前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像，光学定位装置和超声成像系统分别与探针连接，从而可根据探针回传的二维超声成像信息和三维光学图像形成超声图像和光学图像。
处理装置与光学定位装置通讯连接，处理装置根据获取的三维光学图像的数据构建三维光学模型。该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还可采用光学融合术前CT/MRI的导航技术能够为医生提供术中器官组织的表面信息，以辅助医生完成手术。
进一步优选地，处理装置分别与探针和参考架通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集，具体的，特征采集包括在光学定位装置和超声成像系统下的坐标系，以及通过参考架和探针去采集光学定位装置和超声成像系统的坐标系以及实时坐标转换数据，从而有利于去对光学定位装置和超声成像系统的图像进行配准，从而选取其中较为精确、有效的一个与术前三维组合模型融合成为术中融合模型，并通过构建多个三维超声模型和三维光学模型从而实现术中融合模型的动态变化，医生可直接地观察术中融合模型从而判断如何继续进行手术，有利于降低手术风险，提高手术的成功率。
在本发明其他一些实施例中，处理装置可获取来自三维光学模型的器官组织的表面信息的数据以及三维超声模型的病变以及邻近重要血管、神经、脏器的解剖结构等相关信息，并将这两种数据叠加至术前三维组合模型中，从而形成术中融合模型，使得术中融合模型更为精确和贴合人体实际情况，以提高耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统的精确性，有利于辅助医生完成手术。
进一步优选地，该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括显示装置，用于显示术前三维组合模型和术中融合模型，以便医生直观地观察病变的位置、手术的进程等，以辅助医生完成手术。
实施例二，参见图1，本发明实施例还提供了一种手术导航方法，应用于实施例一的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，该手术导航方法包括但不限于如下步骤：
S110获取二维扫描图像，并根据二维扫描图像构建三维立体模型；
S120获取外形轮廓数据，并根据外形轮廓数据构建外形轮廓模型；
S130将三维立体模型与外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型。
处理装置可获取来自图像获取装置的二维扫描图像，并根据该二维扫描图像构建病变的三维立体模型，医生可多个角度旋转、观察该三维立体模型，从而了解病变的信息；处理装置获取来自三维扫描仪的病变所处部位的外形轮廓数据，并根据该外形轮廓数据构建外形轮廓模型，从而使得该外形轮廓模型更贴近于真人的轮廓，以便提高手术导航的精度；处理装置可将三维立体模型与外形轮廓模型进行映射叠加形成术前三维组合模型，通过术前三维组合模型医生可直观地了解病变所处人体的位置，从而确定病变的位置、大小、性质等信息，从而便于医生确定手术的方案，包括手术径路的选择、切口大小及角度的设计、病变切除范围的把控，以辅助医生完成手术，降低此类可视化较低的手术对医生的年资经验限制，帮助年轻医生迅速成长。
参见图2，进一步优选地，该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括探针、超声成像系统和光学定位装置，探针前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像，超声成像系统和光学定位装置均与探针连接，处理装置分别与超声成像系统和光学定位装置通讯连接；手术导航方法还包括但不限于如下步骤：
S210获取病人术中的病变区的二维超声回波信号，并根据二维超声回波信号构建三维超声模型；
S220获取病人术中的病变区的三维光学图像，并根据三维光学图像构建三维光学模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括超声成像系统和光学定位装置，处理装置可根据超声成像系统的二维超声回波信号构建三维超声模型，以及根据光学定位装置的三维光学图像构建三维光学模型，三维超声模型可为医生提供病变以及邻近重要血管、神经、脏器的解剖结构等相关信息，三维光学模型较为精确地显示术中器官组织的表面信息，以供医生参考进行手术，医生可根据自身的需求，调取三维光学模型或三维超声模型使用，有利于提高手术导航的精确性。
参见图3，进一步优选地，该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统还包括参考架，处理装置与参考架和探针通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集；手术导航方法还包括但不限于如下步骤：
S310将光学定位装置与超声成像系统进行配准；
S320根据配准结果选取三维超声模型或三维光学模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统包括参考架和探针，用于病变区及周边器官的特征采集数据，采集包括在光学定位装置和超声成像系统下的坐标系，以及通过参考架和探针去采集光学定位装置和超声成像系统的坐标系以及实时坐标转换数据，从而将光学定位装置与超声成像系统进行配准，从而选取其中有效、较为准确的一个，与术前三维组合模型融合形成术中融合模型，通过获取多个三维光学模型和三维超声模型可是实现术中融合模型的动态变化，以便于医生观察手术的进程，辅助医生按照既定的手术方案完成手术。
参见图4，进一步优选地，具体的，将光学定位装置与超声成像系统进行配准；手术导航方法还包括但不限于如下步骤：
S410分别根据光学定位装置构建第一坐标系，记作COSA，根据超声成像系统构建第二坐标系,记作COSB；
S420通过参考架分别采集光学定位装置的第三坐标系和超声成像系统的第四坐标系，第三坐标系记作COSRA,第四坐标系记作COSRB，以及分别采集光学定位装置的第一实时坐标转换数据和超声成像系统的第二实时坐标转换数据,第一实时坐标转换数据记作
Figure BDA0003275555180000131
第二实时坐标转换数据记作
Figure BDA0003275555180000132
第三坐标系和第四坐标系分别为光学定位装置和超声成像系统相对参考系的坐标系。
S430通过探针分别采集光学定位装置的第五坐标系和超声成像系统的第六坐标系,第五坐标系记作COSPA,第六坐标系记作COSPB，以及分别采集光学定位装置的第三实时坐标转换数据和超声成像系统的第四实时坐标转换数据,第三实时坐标转换数据记作
Figure BDA0003275555180000133
第四实时坐标转换数据记作
Figure BDA0003275555180000134
并将参考架采集并建立的坐标系记作COSR,将探针采集并建立的坐标系记作COSP。第五坐标系和第六坐标系分别为光学定位装置和超声成像系统相对探针的坐标系。
S440根据第一坐标系、第三坐标系、第五坐标系、第一实时坐标转换数据和第三实时坐标转换数据计算探针在光学定位装置下的第一偏移量；
S450根据第二坐标系、第四坐标系、第六坐标系、第二实时坐标转换数据和第四实时坐标转换数据计算探针在超声成像系统下的第二偏移量；
采集的坐标系以及实时坐标转换数据后，进行探针的实时坐标
Figure BDA0003275555180000135
与
Figure BDA0003275555180000136
的计算,探针在COSRA中的实时坐标
Figure BDA0003275555180000137
探针在COSRB中的实时坐标
Figure BDA0003275555180000138
其中
Figure BDA0003275555180000139
和
Figure BDA00032755551800001310
分别表示探针在光学定位装置的坐标系下和超声成像系统的坐标系下的第一偏移量和第二偏移量。
S460比对第一偏移量与第二偏移量。
由于参考架的COSRA与COSRB之间的相对关系是固定的，即光学定位装置与超声成像系统的坐标系的坐标变化值
Figure BDA0003275555180000141
是固定的，临床模拟中，确保两种导航模型均可被识别，使用探针在患者模型上取n个点，n大于等于3且不共线，根据公式
Figure BDA0003275555180000142
其中，i可取1、2、3、4至n，可得到
Figure BDA0003275555180000143
Figure BDA0003275555180000144
作为一个常数可在以后术中导航过程中是实现超声成像系统和光学定位装置坐标的坐标变换。
通过上述公式可获得第一偏移量与第二偏移量的比值关系，进而比对第一偏移量和第二偏移量，如当第一偏移量与第二偏移量的比值大于或等于1时，则光学定位装置的偏移量较大或两者偏移量相等，若第一偏移量与第二偏移量的比值小于1，则光学定位装置的偏移量较小。
若第一偏移量与第二偏移量的比值大于或等于1，则超声成像系统有效，则采用第四坐标系的坐标变换与术前三维组合模型进行可视化处理，形成术中融合模型。即选用三维超声模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
若第一偏移量与第二偏移量的比值小于1，则超声成像系统无效，则采用第三坐标系的坐标转化为第四坐标系，再与术前三维组合模型进行可视化处理，形成术中融合模型。即选用三维光学模型与术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
具体的，处理装置可将三维超声模型与术前三维组合模型叠加形成术中三维超声融合模型，通过多次获取术中三维超声融合模型的方式，以及与在先的术前三维组合模型对比的方式，可便于医生开拓手术视野，通过直观地观察模型，以达到避开重要的血管、神经以完成手术的效果，从而可降低此类手术对于医生年资经验的限制，降低手术的风险，提高手术的成功率。
具体的，处理装置可将三维光学模型与术前三维组合模型叠加形成术中三维光学融合模型，通过多次获取术中三维光学融合模型的方式，以及与在先的术前三维组合模型对比的方式，可便于医生开拓手术视野，通过直观地观察模型，以达到避开重要的血管、神经以完成手术的效果，从而可降低此类手术对于医生年资经验的限制，降低手术的风险。术中融合模型包括三维光学融合模型和三维超声融合模型。
该耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统通过分别获取光学定位装置和超声成像系统的坐标系，通过探针和参考架获取的坐标系和实时坐标转换数据，可计算探针在光学定位装置和超声成像系统下的第一偏移量和第二偏移量，通过比对第一偏移量与第二偏移量，从而选取有效、较为精确的三维光学模型或三维超声模型与在先的术前三维组合模型结合，从而形成术中融合模型，有利于提高手术导航的精确性，减小由于偏差导致的手术创伤。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出各种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本发明创造权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于,包括:
图像获取装置，用于获取病人手术前的病变区的二维扫描图像；
三维扫描仪，用于获取病人手术前的病变所处部位的外形轮廓数据；
处理装置，其与所述图像获取装置和所述三维扫描仪通讯连接，根据所述二维扫描图像和所述外形轮廓数据分别构建三维立体模型和外形轮廓模型，并将所述三维立体模型与所述外形轮廓模型叠加形成术前三维组合模型。
2.根据权利要求1所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于,还包括空间定位装置，所述空间定位装置包括超声成像系统，用于实时获取病人手术中的病变区的超声图像，所述超声成像系统与所述处理装置通讯连接，所述处理装置根据所述超声图像的数据构建三维超声模型。
3.根据权利要求2所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于,所述空间定位装置还包括光学定位装置、参考架和探针；所述探针前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像；所述处理装置分别与所述光学定位装置、所述参考架和所述探针通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集，所述处理装置根据三维光学图像构建三维光学模型。
4.根据权利要求3所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于，所述处理装置将所述光学定位装置与所述超声成像系统进行配准，并根据配准结果选取所述三维超声模型或所述三维光学模型与所述术前三维组合模型融合形成术中融合模型。
5.根据权利要求4任意一项所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于,还包括显示装置，用于显示所述术前三维组合模型和所述术中融合模型。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，其特征在于,所述图像获取装置为电子计算机X射线断层扫描装置或核磁共振成像扫描装置。
7.一种手术导航方法，其特征在于,应用于如权利要求1-6任意一项所述的耳侧颅底外科3D可视化手术导航系统，包括如下步骤：
获取所述二维扫描图像，并根据所述二维扫描图像构建所述三维立体模型；
获取所述外形轮廓数据，并根据所述外形轮廓数据构建所述外形轮廓模型；
将所述三维立体模型与所述外形轮廓模型叠加形成所述术前三维组合模型。
8.根据权利要求7所述的手术导航方法，其特征在于,还包括探针、超声成像系统和光学定位装置，所述探针前端设有二维超声成像装置和双通道光学成像装置，用于获取器官组织的二维超声回波信号和三维光学图像，所述超声成像系统和所述光学定位装置均与所述探针连接，所述处理装置分别与所述超声成像系统和所述光学定位装置通讯连接；所述手术导航方法还包括如下步骤：
获取病人术中的病变区的所述二维超声回波信号，并根据所述二维超声回波信号构建所述三维超声模型；
获取病人术中的病变区的所述三维光学图像，并根据所述三维光学图像构建所述三维光学模型。
9.根据权利要求8所述的手术导航方法，其特征在于,还包括参考架，所述处理装置分别与所述参考架和所述探针通讯连接，用于对术中病变区及周边器官组织进行特征采集；所述手术导航方法还包括如下步骤：
将所述光学定位装置与所述超声成像系统进行配准；
根据配准结果选取所述三维超声模型或所述三维光学模型与所述术前三维组合模型融合形成所述术中融合模型。
10.根据权利要求9所述的手术导航方法，其特征在于,将所述光学定位装置与所述超声成像系统进行配准，还包括如下步骤：
分别根据所述光学定位装置构建第一坐标系，根据所述超声成像系统构建第二坐标系；
通过所述参考架分别采集所述光学定位装置和所述超声成像系统的第三坐标系和第四坐标系，以及分别采集所述光学定位装置和所述超声成像系统的第一实时坐标转换数据和第二实时坐标转换数据；
通过探针分别采集所述光学定位装置和所述超声成像系统的第五坐标系和第六坐标系，以及分别采集所述光学定位装置和所述超声成像系统中的第三实时坐标转换数据和第四实时坐标转换数据；
根据所述第一坐标系、所述第三坐标系、所述第五坐标系、所述第一实时坐标转换数据和所述第三实时坐标转换数据计算所述探针在所述光学定位装置下的第一偏移量；
根据所述第二坐标系、所述第四坐标系、所述第六坐标系、所述第二实时坐标转换数据和所述第四实时坐标转换数据计算所述探针在所述超声成像系统下的第二偏移量；
比对所述第一偏移量与所述第二偏移量。
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