CN116262072A - 电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置，装置功能包括：在待导航的手术区域中构建电磁场；在电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息；通过第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示；其中，第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中固定点的定位信息，第二靶标安装在操作器械的工作部位，用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。从而能够实时精准地避开深部肿瘤和大血管，保证正确的手术切面和足够的肿瘤切缘，提高手术的效率和精准性。
Description
技术领域
本发明涉及手术导航技术领域，尤其涉及一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统。
背景技术
在实体器官手术中的实时导航过程中，如何确定外科医生使用的能量切割器械在器官实质内(如肝内)的实时位置是需要重点关注的问题。目前在术中利用的工具只有超声，利用超声可以标识肿瘤以及重要管道结构在脏器表面的投射点，但是这种表面的标识只是浅表定位，往往切入后切面太靠近深部肿瘤，且切入后，由于气体的充填，导致进一步超声检查精准度下降。因此并不能实时精准地引导外科医生按照术前制定的切除路径实施脏器实质的离断，而且离断面的偏离，将会导致肿瘤切缘不足，甚至切破肿瘤或损伤大管道等不良事件。
此外，对于在初步测试的手术导航技术如荧光染色、虚拟现实等，是从视觉画面角度进行导航，导航画面模式影响对解剖结构的辨识，需要切换到普通模式才能清楚辨析术野的微小血管及组织层次，来回切换画面模式会降低外科的手术效率。由此，如何在手术导航中实现精准的跟踪定位是亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置及系统，能够实时精准地避开深部肿瘤和大血管，保证正确的手术切面和足够的肿瘤切缘，提高手术的效率和精准性。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法，所述方法包括：在待导航的手术区域中构建体外电磁场；在所述体外电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息；通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示；其中，所述第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，所述第二靶标用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，所述第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。
在一些实施方式中，通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示，包括：通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成三角定位数据；其中，通过所述第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长；通过三角定位数据的两条边长确定所述第三靶标的实时夹角信息；根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。
在一些实施方式中，其特征在于，三角定位的手术导航路径中：三角定位为直角三角；以第一靶标为初始切面起点，以第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的其中一条边长为半径，和第三靶标的实时夹角信息形成的锥形体为切割的手术导航路径。
在一些实施方式中，所述方法还包括：响应于坡度调整指令，调整所述第一靶标的实时位置信息。
根据本发明的第二个方面，提供了一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统，所述系统包括：体外电磁发射装置，用于在待导航的手术区域中构建体外电磁场；体内电磁接收装置，用于在所述体外电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息；体外计算显示装置，用于通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示；其中，所述第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，所述第二靶标用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，所述第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。
在一些实施方式中，体外计算显示装置实现为包括：通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成三角定位数据；其中，通过所述第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长；通过三角定位数据的两条边长确定所述第三靶标的实时夹角信息；根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。
在一些实施方式中，三角定位的手术导航路径中：三角定位为直角三角；以第一靶标为初始切面起点，以第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的其中一条边长为半径，和第三靶标的实时夹角信息形成的锥形体为切割的手术导航路径。
在一些实施方式中，体内电磁接收装置，还响应于坡度调整指令，调整所述第一靶标的实时位置信息。
根据本发明的第三个方面，提供了电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置，所述装置包括：存储有可执行程序代码的存储器；与所述存储器耦合的处理器；所述处理器执行如上述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如上述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
实施本发明能够通过定制化的三种靶标，实时的规划出手术路径，正确引导医生在手术中的切入角度、切入起点、切入路径，从而避免了因切面的偏离导致的肿瘤或其他病灶切缘不足或者切破肿瘤或其他病灶及损伤大血管等不良事件，有效地实现实时定位下的精准切除手术，提高手术的效率和精准性。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法的流程示意图；
图2为本发明实施例公开的一种应用在肝脏的肿瘤手术导航路径的确定示意图；
图3为本发明实施例公开的在肝脏的肿瘤手术导航路径示意图；
图4为本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统的示意图；
图5为本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置示意图。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，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。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
本发明实施例公开了一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统，能够通过定制化的三种靶标，实时的规划出手术路径，正确引导医生在手术中的切入角度、切入起点、切入路径，从而避免了因切面的偏离导致的肿瘤或其他病灶切缘不足或者切破肿瘤或其他病灶及损伤大血管等不良事件，有效地实现实时定位下的精准切除手术，提高手术的效率和精准性。
请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法的流程示意图。其中，该电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法可以应用在微创或开放的手术导航系统，对于该方法的应用场景本发明实施例不做限制。如图1所示，该电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法可以包括以下操作：
101、在待导航的手术区域中构建体外电磁场。
首先，由于本发明主要是电磁跟踪辅助三角定位，所以需要先在体外的手术区域对应位置形成体外电磁场。在普遍的电磁跟踪领域中，已初步运用于骨科、颌面、耳鼻喉等科室的手术，在这些手术过程中，靶目标及其周围组织在手术过程中很少出现位移，有利于电磁场调整基准，但在肝脏等软器官的手术中，体内肝脏肿瘤切除过程中，脏器常会出现整体或部分的同向或反向位移，导致上述电磁跟踪系统失去基准定位，无法完成导航。由此，在本发明的实施例中并不将电磁跟踪作为主要辅助生成手术导航路径的手段，而且将电磁测量作为辅助手段，从而不仅能将电磁跟踪运用在骨科等硬骨骼领域，还包括脏器等软组织领域。
在体外形成电磁场时，可以在磁场中设置一个基准点，该体外电磁场能够将整个待导航的手术区域框置其中，从而在手术区域内形成3D坐标系。
102、在体外电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息。
为了便于利用磁场实现辅助测量，会预置三个定制化的靶标，即第一靶标、第二靶标和第三靶标。其中，第一靶标用于确定待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，可以理解为是一种基点定位靶标，能够固定在待手术的器官或病灶上，作为初始切入点。第二靶标用于确定待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，可以理解为是一种操作跟踪靶标，能够识别出操作器械如手术超声刀、超声吸引装置CUSA等能量器械表面，便于随时确定器械的切入点。第三靶标用于确定待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息，可以理解为是一种位置探测靶标，能够通过所确定的夹角信息获取出切割的角度信息。
103、通过第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示。
在获取到第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息后，就能够计算出最终的手术导航路径供医生参考。具体地：首先通过第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成直角三角定位数据，其中，通过第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长，再通过三角定位数据的两条边长确定第三靶标的实时夹角信息，利用勾股定理和三角sin公式就能够根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。
为了便于清晰的说明本实施例的实现过程，请参考图2，为一种应用在肝脏的肿瘤手术导航路径的确定示意图。
如图2所示，在肝脏器官上，以如图所示的探测靶标a为中心存在一待切除的肿瘤。首先将基点靶标即第一靶标定位在b点，可见，b点的位置并不确定，可以环绕a点的四周进行布置，从而便于医生选择切入点。c点为根据跟踪操作器械的实时移动位置信息如图所示的操作靶标即第二靶标的实时位置信息实时变化的点，由此，三个点确定了一个直角的三角定位框。
对于ab可以用L1表示其方向，对于bc可以用L2表示其方向，通过L1和L2能够指示目标测量点，即由L1测量ab的位置信息，由L2测量bc的位置信息，第二靶标跟踪操作器械如超声刀等器械在L2方向上移动，从而确定实时的bc的边长长度信息，而这一长度信息能够表示出实时的肝切面深度。
进一步的，由两条边长L1和L2所形成的夹角α能够在切肝的间隙计算测量，具体实现为：将第三靶标即位置探测靶标放置在切除面最深点c’点，如图2所示，该c’点为切除过程中，L2的即时测量点，如图路径中该直角的定位框的斜边交叉点处，此时的c’点是可以根据将第二靶标即操作跟踪靶标放置在a点，这样形成实时的三角定位数据ab、ac’、bc’代入下述计算公式计算出实时的角度α。
Cosα＝(bc’^2+ab^2-ac’^2)/2ab*bc’
这时，就可以将这三组数据ab、ac’和bc’及实时的角度α实时显示在体外的数据屏上，帮助主刀医生调整肝切面的坡度，比如医生此时所观测到的实时的角度α比术前预先设置的小，那么就移动手术机器的位置或切入点的位置即改变第一靶标的位置，再由第一靶标、第二靶标和第三靶标重新根据移动后的三角定位框进行计算，直至使其达到术前预先设计的角度α。
由此，在具有了实时的角度α和bc的位置信息，就可以确保按照术前的三角定位规划切到理想的c点，即c’到达c，从而保证按术前规划的路径切除肿瘤，完成精准肝肿瘤切除手术。
具体地，如图3所示，为在肝脏的肿瘤手术导航路径示意图，在初始第一靶标所确定的B点所切开的面作为初始切面，以确定的C点为圆锥的中心，以以第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定的BC为圆锥的半径，一周展开这个圆锥形的“碗”弧形切面，从而实现以肿瘤为中心的锥形体的整块切除。
请参阅图4，图4为本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统示意图。如图4所示，该电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统可以包括：
体外电磁发射装置1、体内电磁接收装置2和体外计算显示装置3。
体外电磁发射装置1用于在待导航的手术区域中构建体外电磁场。体内电磁接收装置2用于在体外电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息。体外计算显示装置3用于通过第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示。其中，第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，第二靶标用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。
具体地，体外电磁发射装置1可以实现为具有电磁发射功能，在体外形成电磁场时，可以在磁场中设置一个基准点，该体外电磁场能够将整个待导航的手术区域框置其中，从而在手术区域内形成3D坐标系。
具体地，体内电磁接收装置2中，为了便于利用磁场实现辅助测量，会预置三个定制化的靶标，即第一靶标、第二靶标和第三靶标。其中，第一靶标用于确定待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，可以理解为是一种基点定位靶标，能够固定在待手术的器官或病灶上，作为初始切入点。第二靶标用于确定待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，可以理解为是一种操作跟踪靶标，能够识别出操作器械如手术超声刀、超声吸引装置CUSA等能量器械表面，便于随时确定器械的切入点。第三靶标用于确定待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息，可以理解为是一种位置探测靶标，能够通过所确定的夹角信息获取出切割的角度信息。
具体地，体外计算显示装置3在获取到第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息后，就能够计算出最终的手术导航路径供医生参考。具体地：首先通过第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成直角三角定位数据，其中，通过第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长，再通过三角定位数据的两条边长确定第三靶标的实时夹角信息，利用勾股定理和三角sin公式就能够根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。对于该装置的具体实现方式可以参照上述的步骤103的说明，在此不进行赘述。
请参阅图5，图5是本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置的示意图。如图5所示，该装置可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器501；
与存储器501耦合的处理器502；
处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码，用于执行所描述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行所描述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
本发明实施例公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，且该计算机程序可操作来使计算机执行所描述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
以上所描述的实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法，其特征在于，所述方法包括：
在待导航的手术区域中构建电磁场；
在所述电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息；
通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示；
其中，所述第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，所述第二靶标用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，所述第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。
2.根据权利要求1所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法，其特征在于，通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示，包括：
通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成三角定位数据；
其中，通过所述第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长；
通过三角定位数据的两条边长确定所述第三靶标的实时夹角信息；
根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。
3.根据权利要求2所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法，其特征在于，三角定位的手术导航路径中：
三角定位为直角三角定位；
以第一靶标为初始切面起点，以第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的其中一条边长为半径，和第三靶标的实时夹角信息形成的锥形体为切割的手术导航路径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于坡度调整指令，调整所述第一靶标的实时位置信息。
5.一种电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统，其特征在于，所述系统包括：
体外电磁发射装置，用于在待导航的手术区域中构建体外电磁场；
体内电磁接收装置，用于在所述体外电磁场中，确定预置的第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息；
体外计算显示装置，用于通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息计算生成三角定位的手术导航路径输出显示；
其中，所述第一靶标用于确定所述待导航的手术区域中实时固定点的定位信息，所述第二靶标用于确定所述待导航的手术区域中操作器械的实时移动位置信息，所述第三靶标用于确定所述待导航的手术区域中三角定位的实时夹角信息。
6.根据权利要求5所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统，其特征在于，体外计算显示装置实现为包括：
通过所述第一靶标的实时位置信息、第二靶标的实时位置信息和第三靶标的实时位置信息形成三角定位数据；
其中，通过所述第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的两条边长；
通过三角定位数据的两条边长确定所述第三靶标的实时夹角信息；
根据三角定位数据的两条边长和第三靶标的实时夹角信息生成三角定位的手术导航路径输出显示。
7.根据权利要求6所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统，其特征在于，三角定位的手术导航路径中：
三角定位为直角三角定位；
以第一靶标为初始切面起点，以第一靶标的实时位置信息和第二靶标的实时位置信息确定三角定位数据的其中一条边长为半径，和第三靶标的实时夹角信息形成的锥形体为切割的手术导航路径。
8.根据权利要求5-7任一项所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航系统，其特征在于，
体内电磁接收装置，还响应于坡度调整指令，调整所述第一靶标的实时位置信息。
9.电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航装置，其特征在于，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器执行如权利要求1-4任一项所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求1-4任一项所述的电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法。
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| CN202310123736.7A CN116262072A (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统 |
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| CN202310123736.7A CN116262072A (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 电磁跟踪辅助三角定位的实时手术导航方法及系统 |
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| CN116262072A true CN116262072A (zh) | 2023-06-16 |
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2023
- 2023-02-14 CN CN202310123736.7A patent/CN116262072A/zh active Pending
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