CN2748042Y - 脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统 - Google Patents

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CN2748042Y CNU2004201077036U CN200420107703U CN2748042Y CN 2748042 Y CN2748042 Y CN 2748042Y CN U2004201077036 U CNU2004201077036 U CN U2004201077036U CN 200420107703 U CN200420107703 U CN 200420107703U CN 2748042 Y CN2748042 Y CN 2748042Y
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苏颖颖
常兆华
马和武
薛卫
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Abstract

一种脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，包括有影像工作站、磁场发生器、工具控制器、工具连接器、器官位置追踪器及手术导航工具，所述影像工作站与工具控制器相连，其上设有视频输出接口及视频输入接口，所述视频输出接口可与显示器、录音机等视频输出设备相连，视频输入接口可连接视频输出设备如内窥镜、呼吸机等，将视频输出设备的影像和导航影像并列显示，磁场发生器连接于工具控制器及影像工作站上，该器官位置追踪器安装于脏器上，并与上述工具连接器相连以在术中追踪脏器的位置，该手术工具上安装有电磁感应器，且电磁感应器与工具连接器相连。本装置可以对胸腹腔的脏器进行手术，而不会因为呼吸运动影响手术效果定位的精确度。

Description

脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统
技术领域
本实用新型有关一种计算机辅助导航系统，尤其是有关一种脏器冷冻介入计算机辅助导航系统。
背景技术
毋庸置疑，微创已成为外科手术的发展方向和必然趋势，而计算机辅助外科技术是微创外科的重要组成部分。计算机技术的迅速发展促进了可视化技术的飞速进步，各种影像数据被直接应用于治疗过程中，出现了影像导航外科这一崭新的领域。影像导航技术将物理学、电子技术、计算机技术、材料科学与精细加工等多种高新技术应用于外科手术，是在传统外科基础上的巨大进步。经过十几年的发展，手术导航系统已由神经外科开始发展为在脊柱以及全身外科手术上的广泛应用，极大的促进了微创外科手术的发展，成为外科手术发展的必然趋势。在国外，计算机辅助外科技术已成为外科医生必须掌握的基本技能，导航系统也成为手术室的常规设备。目前在我国手术导航技术的应用也已悄然起步，它的引入为脑外、骨外、耳鼻喉、整形外科等提供了更广泛的空间，使外科手术更精确、更安全。术中动态的显示手术器械位于病人解剖结构中的具体位置，并可显示术野中不可见的解剖结构、病灶位置等信息，从而指导术者在术中的操作，还能使医生处理一些不可见病变，并避开手术入路中的重要血管神经结构，从而确保准确定位和手术的安全性。
导航技术改变了传统的外科手术模式，是传统手术理念的进步，无论给医生还是病人都带来极大的益处：缩短手术时间；事先确定手术路线，模拟手术进行，使手术创口减至最小；减少失血量；减少并发症的发生；缩短住院时间；降低手术成本；扩大了手术治疗的范围，提高常规手术治疗的精确度，更为重要的是，还使得医生能够尝试进行一些以前无法操作的手术病例。
手术导航系统的基本原理和全球跟踪定位系统GPS的原理大致相同。GPS跟踪地面目标如交通工具的位置并将交通工具的位置在地图上表示出来，而手术导航系统是在手术过程中跟踪手术工具的位置，并将手术工具的位置在病人术前的影像上表示出来，使医生能够直观的在病人断层影像和三维重建影像上观察到手术器械的位置，改变了传统手术中将病人胶片放在远离手术床的灯箱上显示的模式。
目前手术导航系统有两种追踪定位模式，一种是光学系统，一种是电磁系统。光学系统是利用红外线进行追踪定位，利用一个红外线摄像机发射和接收红外线，手术工具上安装红外线发射光电二极管或可反射红外线的小球，摄像机通过接收手术工具上发射(主动工具，带有电源连接线)或反射(被动工具，不带连接线)的红外线判断手术工具的具体位置。电磁系统是利用一个电磁波发生器在手术区域内产生一定大小的电磁场，手术工具上安装有电磁波感应器，系统通过接收电磁波感应器的信号判断手术工具的具体位置。红外线追踪定位要求摄像机和手术工具之间无遮挡，一旦摄像机和手术工具之间存在障碍物，摄像机不能接收到来自手术工具的红外线，导航即中断。因此，光学系统只能跟踪为刚体的手术工具，这是因为按照光学导航的原理每个手术工具须至少安装3个光源才能被追踪，而导航系统需要确定和提供给医生的是手术工具头端的位置，得到红外线光源的位置后，通过红外线光源和手术工具头端之间的几何形状计算出手术工具头端的位置。而电磁系统则不存在光线遮挡问题，对手术工具的刚度也无要求，只要将电磁感应器安装于手术工具头端即可。
对于脏器等腹部介入手术，由于存在呼吸运动，手术过程中脏器的位置随着呼吸运动而存在着位置变化，如何在手术过程中监测到脏器的位置变化至关重要，因为医生需要知道的是手术工具和脏器之间的相对位置，只有在监测到脏器位置变化，才能将手术工具相对于脏器的正确位置在病人影像上显示出来。由于介入微创手术中无法在脏器上安装红外线光源，因此本发明设计了一种采用电磁追踪系统追踪脏器位置变化的方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以在受呼吸运动影响位置的胸腹腔内进行微创手术的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，也可应用于腹部其他介入手术。
本实用新型的目的是这样实现的：一种脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：包括有影像工作站、磁场发生器、工具控制器、工具连接器、器官位置追踪器及手术导航工具，所述影像工作站与工具控制器相连，其上设有视频输出接口及视频输入接口，所述视频输出接口可与视频输出设备相连，可在术中输出显示及记录手术过程，视频输入接口可连接视频输出设备，将视频输出设备的影像和导航影像并列显示，便于医生判断，磁场发生器连接于工具控制器及影像工作站上，以在手术区域内产生均匀电磁场，该器官位置追踪器安装于脏器上，并与上述工具连接器相连以在术中追踪脏器的位置，该手术工具上安装有电磁感应器，且电磁感应器与工具连接器相连，这样可以在术中追踪手术工具的位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：由于在脏器上安装了器官位置跟踪器，所以即使在经常会因呼吸运动而改变位置的胸腹的手术中也可以追踪脏器的实时位置，从而准确地在脏器上进行手术定位肿瘤。
附图说明
图1是本实用新型的第一实施例的结构示意图。
图2是使用本实用新型的第一实施例中对肝脏进行手术的脏器冷冻介入计算机辅助导航系统进行手术的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
请参阅图1所示，本实用新型的脏器冷冻介入计算机辅助导航系统包括有影像工作站1、磁场发生器2、工具控制器3、工具连接器39、器官位置追踪器4及手术工具5。上述影像工作站与工具控制器3相连，其上设有视频输出接口31及视频输入接口33，所述视频输出接口31可与视频输出设备相连，视频输出设备可以为监视器351或录像机，上述影像工作站1上还连接有打印机353及MODEM355等。图像输入接口33连接有图像输入设备，从而将脑室镜、呼吸机等的影像输入到导航系统，将导航影像和其他设备影像并列显示、便于判断。CD光盘设备371、MO磁光盘设备373或数据磁带设备375，用于将病人影像传输到导航系统。磁场发生器2连接于工具控制器3及影像工作站1上，可以在手术区域内产生均匀电磁场。该器官位置追踪器4安装于脏器上，并通过工具连接器39与上述工具控制器3相连，以在术中追踪脏器的位置。上述手术工具5上安装有电磁感应器，且电磁感应器通过手术工具5及工具连接器39与工具控制器3相连，可以在术中追踪手术工具的位置。所述影像工作站1上还连接有网络接口11，可以自网络上输入所需手术的脏器的影像，并且影像工作站1上还连接有鼠标13及键盘15，可以对影像工作站1进行操作。上述工具连接器39上进一步连接有控制脚踏6。
请参阅图2所示，其显示在手术中的具体操作过程。首先在病人肋骨上粘贴标志贴至少4枚。标志贴应在CT和MRI上清晰显影。然后经皮穿刺，在肝静脉内放置一个电磁追踪器，用于在术中追踪定位肝脏的位置。扫描病人影像，CT、MRI、PET均可，采用无间隔扫描。将系统按图一所示联机，然后开机。运行装设于影像工作站1中的导航软件。将病人影像输入到系统。可通过网络接口11、CD机371、MO机373或磁带机374传输病人数据，数据的形式为CT、MRI、PET等均可。接着进行病人轴状位、矢状位、冠状位图像重建，根据扫描的断层图像重建另外两个断层的图像。然后完成手术器官(在本实施例中为肝脏)的三维重建，如肝脏、心脏、肿瘤等，三维模型可进行切割显示。进行肿瘤的三维重建，还可计算肿瘤体积等。及重建血管网三维模型。由医生制定手术计划，并将手术计划路线存储于影像工作站1中。手术计划连接肿瘤靶点和工具入路点，是工具从病人表皮开始一直到手术靶点的路线。手术计划采用最安全路线，避开重要的血管及神经结构。如有多只手术工具如肿瘤冷冻手术中需使用多冷刀治疗时，则合理分配工具位置，使工具进入的路线和位置达到最优化，如形成的冰球尽量覆盖肿瘤，造成肿瘤最大程度坏死，但尽量少的伤害到正常组织。然后进行注册配准，即将实际病人手术空间和病人术前的影像空间放在一个坐标系中形成一一对应得关系，其具体步骤为：在病人影像上选中某标志点，然后再在病人身上点取该标志点，这样就建立了影像和实际病人上的标志点的一一对应关系。这些标志点就作为将病人影像和手术空间相联系得坐标系。最后实施术中导航，由于手术工具5上预安装了电磁感应器，磁场发生器2在手术区预附近产生一个电磁场，导航系统通过接收工具5上电磁感应器发射的信号，判断工具的位置，由于实际手术空间和病人影像是放在同一坐标系中的一一对应的关系(注册配准)，系统可将手术工具5的位置在病人术前的影像上实时更新显示。医生通过观察显示屏看到手术工具5的位置，工具是否在手术路线上，距靶点的距离，周围有无重要血管、神经等。通过上述设置可以有效完成对肝脏的手术，并且不需要考虑呼吸运动对于肝脏位置的影响。

Claims (7)

1.一种脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：包括有影像工作站、磁场发生器、工具控制器、工具连接器、器官位置追踪器及手术导航工具，所述影像工作站与工具控制器相连，其上设有视频输出接口及视频输入接口，所述视频输出接口可与视频输出设备相连，可在术中输出显示及记录手术过程，视频输入接口可连接视频输出设备，将视频输出设备的影像和导航影像并列显示，便于医生判断，磁场发生器连接于工具控制器及影像工作站上，以在手术区域内产生均匀电磁场，该器官位置追踪器安装于脏器上，并与上述工具连接器相连以在术中追踪脏器的位置，该手术工具上安装有电磁感应器，且电磁感应器与工具连接器相连，这样可以在术中追踪手术工具的位置。
2.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述影像工作站上连接有鼠标或和键盘。
3.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述图像输入设备为CD光盘设备、MO磁光盘设备或数据磁带设备。
4.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述工具控制器上进一步连接一控制脚踏。
5.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述影像工作站上连接有打印机，便于将影像打印出来。
6.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述影像工作站上连接网络接口，便于通过医院局域网络传输病人影像数据。
7.如权利要求1所述的脏器冷冻介入手术计算机辅助导航系统，其特征在于：所述影像工作站上安装modem，可将系统连接到网络上，便于实现远程诊断。
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