CN215130034U - 三维可视化手术辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及三维可视化手术辅助系统，用于辅助临床手术的规划和实施，尤其是与非刚性实体的器官、组织等有关的手术规划和实施。它的组成包括：数据处理装置，所述数据处理装置与术中图像获取装置连接，并获取所述术中图像获取装置传输的数据信息；所述数据处理装置与手术导航系统连接，并获取所述手术导航系统传输的数据信息；所述数据处理装置连接输出装置，并向所述输出装置内传输数据信息；所述术中图像获取装置上安装有可以被所述手术导航系统识别的定位标件，并与所述手术导航系统建立连接。本实用新型可以将患者的三维医学影像与术中患者病灶区域配准重合，为手术提供辅助指导作用。

Description

三维可视化手术辅助系统

技术领域

本实用新型涉及三维可视化手术辅助系统，用于辅助临床手术的规划和实施，尤其是与非刚性实体的器官、组织等有关的手术规划和实施。

背景技术

三维医学影像在辅助临床手术中应用的越来越普遍，它是根据患者的CT或核磁序列图像进行三维重建后生成的3D模型文件，通过3D模型文件，为医生提供全方位，3D立体化的手术辅助功能。

但目前，三维医学影像在临床应用上，其功能的成熟应用仅停留在术前的手术规划，和与患者或医生交流病情时使用，并未将其所具备的可操作性、全面立体性和准确的术中引导性功能充分地应用在风险性相对较高的临床手术中，尤其是与肝、肾等非刚性实体器官、组织有关的微创手术，此类微创手术在实施的过程中，医生仅通过内窥镜所采集的病灶局部的内镜图像来判别患者术中情况，而内镜图像的视野有限，仅为病灶的局部情况，并不能让医生了解术中病灶的整体形态，包括重要血管或肿瘤的分布情况，致使医生在一些重要血管或组织的判别上存在视觉盲区，这种情况可能会引发其他术中并发症或导致病灶处置不彻底，给患者的生理和心理上，乃至经济上造成不可挽回的痛苦和损失。

因此，将患者的三维医学影像在临床手术中应用，特别是在微创手术中应用，使患者的三维医学影像与术中患者病灶区域配准重合，让医生透过患者的三维医学影像全方位地了解术中病灶情况，更有针对性地、精准地实施手术，从而降低手术风险，这是一个亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供三维可视化手术辅助系统，可以将患者的三维医学影像与术中患者病灶区域配准重合，为手术提供辅助指导作用。本实用新型是通过以下技术方案实现的：

三维可视化手术辅助系统，

其组成包括：

数据处理装置；

所述数据处理装置与术中图像获取装置连接，并获取所述术中图像获取装置传输的数据信息；

所述数据处理装置与手术导航系统连接，并获取所述手术导航系统传输的数据信息；

所述数据处理装置连接输出装置，并向所述输出装置内传输数据信息；

所述术中图像获取装置上安装有可以被所述手术导航系统识别的定位标件，并与所述手术导航系统建立连接。

进一步的，所述术中图像获取装置上安装至少包括4个共面的所述定位标件。

进一步的，任意两个相邻的所述定位标件之间的距离大于2cm。

进一步的，所述定位标件与所述术中图像获取装置为可拆卸连接。

进一步的，所述定位标件为直径大于1cm的球体。

进一步的，所述数据处理装置主要包括存储器和处理器；

所述输出装置主要包括存储器、处理器和显示器。

进一步的，所述输出装置至少为一台，

所述输出装置具有网络连接接口，

所述输出装置之间通过网络进行数据连接。

进一步的，所述输出装置具有语音信号输入模块和语音信号输出模块。

进一步的，所述输出装置具有视频信号输入模块和视频信号输出模块。

进一步的，所述输出装置包括计算机或具有增强现实功能或混合现实功能的智能头显设备或智能终端的一种或多种组合。

有益效果

1、本实用新型可以使患者的三维医学影像的位置与术中患者病灶区域精准匹配重合，为医生提供准确、全面、清晰的手术视野，便于医生在真实、复杂的手术环境下，通过查看患者病灶区域的三维模型，以及提前在患者病灶区域的三维模型上标注的标记点或手术规划方案，在病灶处切口比较小的情况下，一目了然的看到与CT或核磁影片对应的患者病灶区域的全部形态，使医生在术中可以避开重要的血管或组织，无死角的处理病灶区域，节约手术时间，提高手术的精准性，降低手术风险；

对于患者而言，本方法可以降低由于病灶处置不彻底，手术切口过大导致的术后感染，术中其他并发症等危险的发生风险和概率；从身体上、精神上和经济上未患者减轻痛苦，减少损失。

2、医生可以在术中观看患者的三维医学影像的同时，进行实时的语音交流和视频画面共享（这里的视频画面共享即为输出装置中显示画面的共享），实现可以即时交流，以主刀视角即时共享手术情况的远程手术指导和远程术中会诊。

附图说明

附图1为本实用新型各结构组成的连接示意图。

附图2为本实用新型的工作流程图。

附图3为本实用新型的术中图像获取装置的结构示意图。

附图4为本实用新型术中图像获取装置的局部示意图。

附图5为本实用新型最优实施例的结构组成图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

实施例一

参照附图1和附图2说明本实施例，附图1提供了本实施例中各结构组成的连接示意图，附图2提供了本实用新型的工作流程图；

三维可视化手术辅助系统，其组成包括：

数据处理装置；

所述数据处理装置与术中图像获取装置连接，并获取所述术中图像获取装置传输的数据信息；

所述数据处理装置与手术导航系统连接，并获取所述手术导航系统传输的数据信息；

所述数据处理装置连接输出装置，并向所述输出装置内传输数据信息；

所述术中图像获取装置上安装有可以被所述手术导航系统识别的定位标件，并与所述手术导航系统建立连接；

结合附图2说明本实用新型的工作流程：

步骤S1：

所述数据处理装置获取根据患者的CT或核磁图像进行三维重建后的图像，该图像即为患者的CT或核磁图像的三维医学影像；

步骤S2：

使用前，对所述术中图像获取装置和所述手术导航系统的坐标系进行标定，使所述术中图像获取装置获取的图像的坐标可以被换算为所述手术导航系统所识别的空间坐标；

本实用新型采用的坐标系标定方法包括但不局限于棋盘格标定法；

本实施例中的术中图像获取装置为微创手术常用的内窥镜；

所述内窥镜上安装有所述手术导航系统可以识别的定位标件，使所述内窥镜所获取的患者术中病灶图像具有空间位置坐标；

使用前，先采用棋盘格标定法对所述内窥镜和所述手术导航系统的坐标系进行标定，使所述内窥镜与所述手术导航系统建立坐标关联，标定过程如下：

在棋盘格的角点处放置所述手术导航系统可以识别的定位标件，利用手术导航系统采集棋盘格中可识别的定位标件，并记录所述定位标件的坐标；

使用所述内窥镜识别棋盘格角点处的定位标件，并记录角点的坐标；

变换所述定位标件在棋盘格中的位置和放置角度，重复20次上述两个步骤；

利用上述三个过程所记录的坐标，计算内窥镜到所述手术导航系统的转换矩阵，完成内窥镜和手术导航系统的标定；

所述数据处理装置获取所述手术导航系统实时传输的患者术中病灶图像的位置坐标；

步骤S3：

术中，所述内窥镜对患者病灶处进行图像扫描，并将图像信息发送给所述数据处理装置，所述数据处理装置获取所述内窥镜实时传输的患者病灶的图像；

所述数据处理装置对获取的术中病灶图像的位置坐标和术中患者实时的病灶图像进行数据处理，得到包含实时位置坐标的患者术中病灶的三维图像；

步骤S4：

在所述数据处理装置内对获取的所述患者的CT或核磁图像的三维医学影像与所述包含实时位置坐标的患者术中病灶的三维图像进行配准处理，并输出患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的数据信息；

步骤S5：

所述输出装置获取步骤S4中输出的患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的数据信息，对所述数据信息进行数据处理，得到患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的图像，并在所述输出装置中显示。

实施例二

结合附图3和附图4详细说明本实施例。

根据实施例一所述的三维可视化手术辅助系统，所述术中图像获取装置上安装至少包括4个共面的所述定位标件；

本实施例中所述术中图像获取装置以内窥镜为例；

附图3中，1为所述内窥镜的图像获取端；

2为所述内窥镜的手柄端；

3为所述定位标件；

4为连接件；

所述定位标件3通过连接件4与所述内窥镜的手柄端2连接；

所述连接件4与所述内窥镜的手柄端2采用可拆卸连接；

所述连接件4与所述定位标件4为可拆卸连接；

所述内窥镜的图像获取端1用来获取患者术中病灶图像；

附图4示出所述定位标件3与所述连接件4的结构位置示意图；

附图4中，所述定位标件3包含四个球体，这四个球体通过所述连接件处于共面状态；

为了更好的适合医生的使用需求，并同时满足手术导航系统的定位功能，进一步的，所述连接件4与所述内窥镜的手柄端2可以采用转动连接方式连接，使连接件4可以处在所述内窥镜的手柄端2的任意位置。

实施例三

进一步的，任意两个相邻的所述定位标件之间的距离大于2cm，可以为3cm。

实施例四

进一步的，所述定位标件为直径大于1cm的球体，在手术使用环境中使用，所述球体直径小于5cm。

实施例五

附图5为本实用新型最优实施例的结构组成图，下面结合附图5说明本实施例。

所述输出装置主要包括存储器、处理器和显示器。

进一步的， 所述输出装置包括计算机或具有增强现实功能或混合现实功能的智能头显设备或智能终端的一种或多种组合。

所述智能终端包括但不局限于智能手机；

所述计算机包含但不局限于笔记本电脑、平板电脑；

所述具有增强现实功能或混合现实功能的智能头显设备包括混合现实眼镜或混合现实头盔或增强现实眼镜或增强现实头盔；

本实用新型的输出装置最优选择为混合现实眼镜，混合现实眼镜可以在同一界面内呈现出虚拟图像叠加在真实物体上的视觉效果，在本实用新型中应用，患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的图像可以同时显示在混合现实眼镜中，医生通过佩戴混合现实眼镜，直观地看到患者CT或核磁图像的三维医学影像，从而了解患者术中病灶的全部形态，拓展手术视野；

附图5中，5为数据处理装置；

6为术中图像获取装置；

7为手术导航系统；

8为混合现实眼镜；

所述数据处理装置5分别连接所述术中图像获取装置6，所述手术导航系统7和所述混合现实眼镜8；

所述手术导航系统7向所述数据处理装置5实时传输患者术中病灶图像的位置坐标；

所述术中图像获取装置6向所述数据处理装置5实时传输患者术中病灶的图像；

所述数据处理装置5向所述混合现实眼镜8传输患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的数据信息；

在所述混合现实眼镜8中对所述数据信息进行数据处理，得到患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的图像，并在所述混合现实眼镜8中显示。

实施例六

为了便于医生在术中交流患者手术情况，进一步的，所述输出装置至少为一台；

所述输出装置具有网络连接接口，

所述输出装置之间通过网络进行数据连接；

进一步的，所述输出装置具有语音信号输入模块和语音信号输出模块；

进一步的，所述输出装置具有视频信号输入模块和视频信号输出模块；

本实施例中的输出装置的最优选择为混合现实眼镜，医生佩戴混合现实眼镜，可以即时共享患者的CT或核磁图像的三维医学影像与患者术中病灶位置配准重合的图像，让即使是不在手术室内的医生也可以以第一视角看到患者的术中情况；同时佩戴混合现实眼镜的人还可以进行即时的语音通话，便于术中同手术室内的医生交流，更适合于专家不在手术现场进行的远程手术指导。

实施例七

进一步的，所述数据处理装置主要包括存储器和处理器；

所述处理器是本实用新型的控制中心；

所述存储器可用于存储所述计算机程序或者模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序或者模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现本实用新型的各种功能；

所述存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储任意数据，包括但不限于所述手术导航系统以及所述术中图像获取装置传输的数据；

所述手术导航系统为现有产品，其工作原理和使用方法在本实施例中不再赘述；

所述术中图像获取装置可以为术中常用的内窥镜设备或kinect深度相机；

使用前，先将所述术中图像获取装置与所述手术导航系统进行坐标系标定，确定所述术中图像获取装置获取数据的坐标在所述手术导航系统的空间坐标系下；

所述术中图像获取装置与所述手术导航系统进行坐标系标定的方法采用现有的标定方法即可，包括但不限于棋盘格标定法。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.三维可视化手术辅助系统，其特征在于，其组成包括：

数据处理装置；

所述数据处理装置与术中图像获取装置连接，并获取所述术中图像获取装置传输的数据信息；

所述数据处理装置与手术导航系统连接，并获取所述手术导航系统传输的数据信息；

所述数据处理装置连接输出装置，并向所述输出装置内传输数据信息；

所述术中图像获取装置上安装有可以被所述手术导航系统识别的定位标件，并与所述手术导航系统建立连接。

2.根据权利要求1所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述术中图像获取装置上安装至少包括4个共面的所述定位标件。

3.根据权利要求2所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

任意两个相邻的所述定位标件之间的距离大于2cm。

4.根据权利要求2所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述定位标件与所述术中图像获取装置为可拆卸连接。

5.根据权利要求2所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述定位标件为直径大于1cm的球体。

6.根据权利要求1所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述数据处理装置主要包括存储器和处理器；

所述输出装置主要包括存储器、处理器和显示器。

7.根据权利要求1所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述输出装置至少为一台，

所述输出装置具有网络连接接口，

所述输出装置之间通过网络进行数据连接。

8.根据权利要求7所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述输出装置具有语音信号输入模块和语音信号输出模块。

9.根据权利要求7所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述输出装置具有视频信号输入模块和视频信号输出模块。

10.根据权利要求6所述的三维可视化手术辅助系统，其特征在于：

所述输出装置包括计算机或具有增强现实功能或混合现实功能的智能头显设备或智能终端的一种或多种组合。

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