CN219048814U - 手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种手术导航系统。所述手术导航系统包括成像设备、控制器和辅助注册板；所述成像设备与所述控制器通信连接；所述辅助注册板固设于患者的身上或身旁且所述辅助注册板处于所述成像设备的成像视野内；所述成像设备用于在术中对患者进行扫描以得到所述患者的术中三维图像；所述控制器用于接收所述术中三维图像并输出空间注册结果。该手术导航系统不需要术前的三维扫描结果，在术中对患者进行三维成像，辅助注册板在成像设备的成像视野内，基于术中三维图像进行配准以进行空间注册，避免了术前影像转换到术中进行空间定位带来的误差和患者呼吸等因素的影响，减少了患者的就医程序，提高了空间注册的精确性和效率，提高了用户的体验。

Description

手术导航系统

技术领域

本实用新型涉及手术导航技术领域，特别涉及一种手术导航系统。

背景技术

手术导航是指在术前利用医学影像设备和计算机图形学的方法，对患者多模式的图像进行三维重建和可视化处理，获得三维模型，制定合理、定量的手术计划，开展术前模拟；在术中通过注册配准操作，把三维模型与患者的实际体位、空间中手术器械的实时位置统一在一个坐标系下，利用三维定位系统，对手术器械在空间中的位置实时采集并显示，以对病人进行导航手术治疗。把患者在空间中的实际位置和三维模型中的虚拟位置进行精确配准的过程，在导航手术中被称为注册。注册是整个导航手术中至关重要的部分，只有完成了实际病人空间和虚拟三维模型之间的精确注册，才能保证实际的手术器械能够精确到达设定的病灶部位。

现有的注册方法主要可以分为两种：一种是基于解剖学结构特征的注册方法，通过在影像和患者身上成对选取解剖学特征点进行注册配准，并计算空间变换关系。总体说来该方法精度不高，需要花费大量时间对不十分明确的解剖学特征点进行选取和测试。另一种是基于外部特征的注册方法，通过在患者身上(皮肤或骨骼表面)固定特定的标记物，标记物在所有模态图像中都能清晰可视和精确检测，利用这些成对的标记物，计算空间变换关系。

现有的第一种方法采用解剖学结构特征进行实际位置与术前三维影像上的位置配准，因为解剖学特征一般不具备明确的位置点，通常为区域特征，在实际选点操作过程中会花费大量时间进行解剖特征位置选择(浪费时间)和精度不高。

现有的第二种方法采用患者身上固定标记物的方法，这种方法可以规避第一种方法中的解剖学位置特征不明确的缺点，但是这种方法基于在术前影像中标记使用，转换到术中进行空间定位的时候，也存在很大的误差隐患，如患者转移过程中的运动误差，术前影像数据采集和术中患者手术时的体位差异等；而且采用患者身体表面固定标记物的方法，容易出现由于患者呼吸影响注册精度和影响手术精度，从而导致手术导航精度不高的缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中术前影像转换到术中进行空间定位导致空间注册误差较大且容易受到患者呼吸等因素的影响的缺陷，提供一种手术导航系统。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供一种手术导航系统，所述手术导航系统包括成像设备、控制器和辅助注册板；所述成像设备与所述控制器通信连接；

所述辅助注册板固设于患者的身上或身旁且所述辅助注册板处于所述成像设备的成像视野内；

所述成像设备用于在术中对患者进行扫描以得到所述患者的术中三维图像；

所述控制器用于接收所述术中三维图像并输出空间注册结果。

较佳地，所述辅助注册板包括设于所述辅助注册板的同一表面的若干定位点；

所述控制器具体用于接收包括所述定位点的术中三维图像并输出点配准结果以进行空间注册。

较佳地，所述手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的术中红外图像和在点配准过程中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的点配准红外图像，所述患者身上设有红外标记板，所述红外标记板处于所述红外摄像设备的拍摄视野内；所述红外摄像设备与所述控制器通信连接；

所述控制器具体还用于接收包括所述红外标记板的术中红外图像和包括所述红外标记板的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。

较佳地，所述辅助注册板固设于所述患者的身上，所述辅助注册板还包括设于所述同一表面的若干红外定位点；

所述手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对所述患者进行拍摄以得到所述患者的术中红外图像和在点配准过程中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的点配准红外图像，所述辅助注册板处于所述红外摄像设备的拍摄视野内；所述红外摄像设备与所述控制器通信连接；

所述控制器具体还用于接收包括所述辅助注册板的术中红外图像和包括所述辅助注册板的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。

较佳地，所述辅助注册板包括沿长度方向的前部、中部和后部；

所述中部分别与所述前部和后部以预设角度连接；

所述前部、所述中部和所述后部的表面分别设有以不共线不共面的方式排列的若干定位点和若干红外定位点。

较佳地，所述辅助注册板的与设有定位点的表面垂直的沿长度方向的侧面设有若干凹陷，以进行方位辨别。

较佳地，所述定位点为尖头状金属定位物。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型提供的手术导航系统不需要术前的三维扫描结果，在术中对患者进行三维成像，通过确保在成像过程中，辅助注册板在成像设备的成像视野内，进而基于包括辅助注册板的术中三维图像进行配准以进行空间注册，避免了术前影像转换到术中进行空间定位带来的误差和患者呼吸等因素的影响，且减少了患者的就医程序，极大提高了空间注册的精确性和效率，提高了用户的使用体验。

附图说明

图1为本实用新型本实施例1中的手术导航系统的结构示意图。

图2为本实用新型本实施例1中的用于静止解剖结构的手术导航系统的示意图。

图3为本实用新型本实施例2中的辅助注册板的第一结构示意图。

图4为本实用新型本实施例2中的辅助注册板的侧视图。

图5为本实用新型本实施例2中的用于非静止解剖结构的手术导航系统的第一示意图。

图6为本实用新型本实施例2中的用于非静止解剖结构的手术导航系统的第二示意图。

图7为本实用新型本实施例2中的辅助注册板的第二结构示意图。

图8为本实用新型本实施例2中的用于非静止解剖结构的手术导航系统的第三示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

请参考图1，其为本实施例中的手术导航系统的结果示意图。具体的，如图1所示，所述手术导航系统包括成像设备1、控制器2和辅助注册板3；成像设备1与控制器2通信连接。

辅助注册板3固设于患者的身上或身旁且辅助注册板3处于成像设备1的成像视野内；如图2所示，在一种可选的实施方式中，在静止解剖结构的空间注册过程中，患者躺在手术床上，辅助注册板可以与手术床等固定结构连接，且位于成像设备1的三维成像视野(虚线框)内。

成像设备1用于在术中对患者进行扫描以得到患者的术中三维图像；控制器2用于接收术中三维图像并输出空间注册结果。具体地，控制器2用于基于辅助注册板3的空间位姿和术中三维图像中辅助注册板3的图像位姿进行空间注册。

现有的手术导航系统的空间注册方法是基于术前的患者CT扫描图像中解剖学结构特征的图像位置与术中暴露出解剖学结构特征的实际位置进行配准以进行空间注册。为了兼容现有的术前CT扫描图像与术中配准的导航方式，将以术中CT扫描图像替代术前CT扫描图像，并使用现有的点配准方式。

本实施例提供的手术导航系统不需要术前的CT扫描，在术中对患者进行三维成像，通过确保在成像过程中，辅助注册板在成像设备的成像视野内，进而基于辅助注册板的空间位姿和术中三维图像中辅助注册板的图像位姿进行配准以进行空间注册，避免了术前影像转换到术中进行空间定位带来的误差和患者呼吸等因素的影响，且减少了患者的就医程序，极大提高了空间注册的精确性和效率，提高了用户的使用体验。

实施例2

本实施例的手术导航的手术导航系统对实施例3的进一步改进，具体地：

在一种可选的实施方式中，辅助注册板3包括设于辅助注册板3的同一表面的若干定位点5；控制器2具体用于接收包括定位点5的术中三维图像并输出点配准结果以进行空间注册。具体地，控制器2具体用于基于辅助注册板3的若干定位点5的空间位置和术中三维图像中的相对应的定位点5的图像位置进行点配准以进行空间注册。

如图3和图4所示，在一种可选的实施方式中，辅助注册板3包括沿长度方向的前部、中部和后部；中部分别与前部和后部以预设角度连接；前部、中部和后部的表面分别设有以不共线不共面的方式排列的若干定位点5。具体地，辅助注册板3的前部、中部和后部的表面设有12个定位点5，这些定位点5不共面，也不共线，典型的辅助注册板3的尺寸为长度190mm，高度30mm，定位点5的尺寸为直径3mm，下沉2mm。辅助注册板上的定位点5一般需要在三维空间中尽量分散分布，但考虑如果辅助注册板太大，会较多的占用三维扫描的成像视野，所以若干定位点5被设计成以不共面也不共线的排列方式进行分布。

在一种可选的实施方式中，定位点5为尖头状金属定位物。每个金属定位物为尖头状，便于注册过程中的精度定位。

在一种可选的实施方式中，辅助注册板3的与设有定位点5的表面垂直的沿长度方向的侧面设有若干凹陷6，以进行方位辨别。侧面的凹陷6便于在CT图像中辨别方位，快速寻找到相对应的金属定位点5位置。

在一种可选的实施方式中，手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对患者进行拍摄得到的患者的术中红外图像和在点配准过程中对患者进行拍摄得到的患者的点配准红外图像，患者身上设有红外标记板8，红外标记板8处于红外摄像设备的拍摄视野内；红外摄像设备与控制器2通信连接。

具体地，在非静止解剖结构的空间注册过程中，如图5所示，患者躺在手术床上，辅助注册板3固定在手术床等稳定物体上，或者，如图6所示，患者躺在手术床上，辅助注册板3设置在患者的身体上，并且辅助注册板3位于三维成像视野(虚线框)内，患者身体上固定额外的带有红外反光结构的红外标记板8，用于运动检测。优选地，由于金属物会产生金属伪影，影响患者身体结构的三维成像，红外标记板8不在三维成像视野内。术中进行三维扫描，该过程中可以采用呼吸控制或者暂停呼吸方式，使患者的身体减少运动，获得患者解剖结构和辅助注册板3的三维影像，红外摄像设备同时记录患者身上的红外标记板8的空间位置；在进行点配准注册的过程中，每次进行位置测量时红外摄像设备同时需要记录患者身上的红外标记板8的空间位置。

控制器2具体还用于接收包括红外标记板8的术中红外图像和包括红外标记板8的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。具体地，控制器2具体用于基于术中红外图像中的红外标记板8和点配准红外图像中的红外标记板8的相对位置进行运动补偿以更新点配准结果；具体地，在点配准注册过程中，如果红外摄像设备观测到术中红外图像中的红外标记板8和点配准红外图像中的红外标记8的相对位置发生变化，需要进行相应的运动补偿，即更新点配准的位置。

在另一种可选的实施方式中，辅助注册板3固设于患者的身上，辅助注册板3还包括设于同一表面的若干红外定位点7；如图7所示，在辅助注册板3的同一表面增加了红外反光结构的红外定位点7，这些红外反光结构可以为红外反光面，也可以为红外反光球。

手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对患者进行拍摄以得到患者的术中红外图像和在点配准过程中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的点配准红外图像，辅助注册板3处于红外摄像设备的拍摄视野内；红外摄像设备与控制器2通信连接。

具体地，如图8所示，在非静止解剖结构的空间注册过程中，患者躺在手术床上，带有红外反光结构的辅助注册板3固定设置在患者的身体上，位于三维成像视野(虚线框)内。术中进行三维扫描，该过程中可以采用呼吸控制或者暂停呼吸方式，使患者的身体减少运动，获得患者解剖结构和辅助注册板的三维影像，红外摄像设备同时记录辅助注册板的红外定位点7的空间位置；在进行点配准注册的过程中，每次进行位置测量时红外摄像设备同时需要记录患者身上的辅助注册板3的红外定位点7的空间位置。

控制器2具体还用于接收包括辅助注册板3的术中红外图像和包括辅助注册板3的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。具体地，控制器2具体用于基于术中红外图像中的红外定位点7和点配准红外图像中的红外定位点7的相对位置进行运动补偿以更新点配准结果。在点配准注册过程中，如果红外摄像设备观测到术中红外图像中的辅助注册板的红外定位点7和点配准红外图像中的辅助注册板的红外定位点7的相对位置发生变化，需要进行相应的运动补偿，即更新点配准的位置。

本实施例提供的手术导航系统不需要术前的CT扫描，在术中对患者进行三维成像，通过确保在成像过程中，辅助注册板在成像设备的成像视野内，辅助注册板的同一表面设有以不共线不共面的方式排列的若干定位点，进而基于辅助注册板的若干定位点的空间位置和术中三维图像中的相对应的定位点的图像位置进行点配准以进行空间注册，避免了术前影像转换到术中进行空间定位带来的误差和患者呼吸等因素的影响；在辅助注册板的同一表面增加了红外反光结构的红外定位点，用于运动检测；且减少了患者的就医程序，极大提高了空间注册的精确性和效率，提高了用户的使用体验。

Claims (7)

1.一种手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统包括成像设备、控制器和辅助注册板；所述成像设备与所述控制器通信连接；

所述辅助注册板固设于患者的身上或身旁且所述辅助注册板处于所述成像设备的成像视野内；

所述成像设备用于在术中对患者进行扫描以得到所述患者的术中三维图像；

所述控制器用于接收所述术中三维图像并输出空间注册结果。

2.如权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，所述辅助注册板包括设于所述辅助注册板的同一表面的若干定位点；

所述控制器具体用于接收包括所述定位点的术中三维图像并输出点配准结果以进行空间注册。

3.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的术中红外图像和在点配准过程中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的点配准红外图像，所述患者身上设有红外标记板，所述红外标记板处于所述红外摄像设备的拍摄视野内；所述红外摄像设备与所述控制器通信连接；

所述控制器具体还用于接收包括所述红外标记板的术中红外图像和包括所述红外标记板的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。

4.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述辅助注册板固设于所述患者的身上，所述辅助注册板还包括设于所述同一表面的若干红外定位点；

所述手术导航系统还包括：

红外摄像设备，用于在术中对所述患者进行拍摄以得到所述患者的术中红外图像和在点配准过程中对所述患者进行拍摄得到的所述患者的点配准红外图像，所述辅助注册板处于所述红外摄像设备的拍摄视野内；所述红外摄像设备与所述控制器通信连接；

所述控制器具体还用于接收包括所述辅助注册板的术中红外图像和包括所述辅助注册板的点配准红外图像并输出更新后的点配准结果。

5.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述辅助注册板包括沿长度方向的前部、中部和后部；

所述中部分别与所述前部和后部以预设角度连接；

所述前部、所述中部和所述后部的表面分别设有以不共线不共面的方式排列的若干定位点和若干红外定位点。

6.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述辅助注册板的与设有定位点的表面垂直的沿长度方向的侧面设有若干凹陷，以进行方位辨别。

7.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述定位点为尖头状金属定位物。

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