[发明专利]微创手术导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种医疗设备技术领域的系统，具体是一种微创手术导航系统。

背景技术

采用X射线透视扫描辅助定位设备，明确手术器械确定的相对位置，提高精确度。然而其本身所固有的缺点却不容忽视，即辐射产生的副作用；其次，应用X射线透视系统辅助定位只能观察到单平面视图，当需要在多平面视图上观察器械的位置时，需要不断重复调节C型臂位置进行扫描定位，造成X射线透视扫描作业中断。

手术导航设备可使用术前的计算机断层扫描或核磁共振获得的影像进行导航，在脑、心脏领域中有较大应用，由于术中情况和术前影像差异较大，现有的导航方法获得的精度有待于进一步提高。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200410093829.7，名称为：一种显微外科用微机械手，该设备在内窥镜导引下，由外科医生控制手术机器人完成各种手术操作，手术机器人的机械臂所夹持的手术器械以及患者需要进行手术操作的部位，都必须以“真实”成像或者直视的方式，以帮助实时地通过手术机器人控制手术器械，完成各种操作。中国专利申请号200610011868.7，名称为：一种导航系统引导下的外科手术机器人系统，该系统沿着计划的手术途径，对患者进行手术，采用由两个红外摄像机组成的光学导航系统，并在手术器械上固定若干红外标志点，根据手术器械上的红外标志点在摄像机上成像的位置差异确定标志点在空间的位置，从而确定手术器械的位置，不足之处在于，由于心跳、呼吸等原因造成的术中目标区域和术前根据CT所规划的差异巨大，而该技术无法根据上述差异实现对手术病灶进行实时跟踪及判定，使得术前规划的信息可用度极低，手术的精确性绝大部分依靠医师经验而非客观数据。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种微创手术导航系统，采用机器视觉和三维立体定位技术对手术器械进行定位和导航，克服现有微创技术中静态CT信息与动态内部脏器位置不匹配的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：心脏肋骨重建模块、参考模块、微创创口规划模块、手术器械干涉检验模块、空间定位测量模块和机器视觉导航模块，其中：心脏肋骨重建模块的输出端连接微创创口规划模块并输出内脏三维模型，参考模块连接微创创口规划模块并输出手术器械三维模型，手术器械干涉检验模块连接微创创口规划模块传输手术创口位置坐标和手术器械模型，并进行术前手术器械运动模拟，微创创口规划模块连接空间定位测量模块以传输术前技术要求信息，空间定位测量模块连接机器视觉导航模块以传输胸腔内窥镜及手术器械的位置和姿态数据，并计算出实时术中导航信息。

所述的心脏肋骨重建模块包括：二值化处理单元、图像分割单元和重建单元，其中：二值化处理单元将内脏的计算机断层扫描图像进行二值化处理后输出至图像分割单元，图像分割单元将分割后的肋骨和心脏的二值化断层扫描图像传输至重建单元，重建单元将二值化的断层扫描图像重建出内脏三维模型并输出至微创创口规划模块。

所述的二值化是指：将计算机断层扫描后获得的灰度信息的图像，根据选定的阈值，把大于阈值的像素灰度设为极大值，把小于这个值的像素灰度设为极小值。

所述的参考模块包括：手术操作规则库、手术器械信息库和运动规律库，其中：参考模块将手术操作规则库和运动规律库中的手术准则以及手术器械信息库中的手术器械三维模型输出至微创创口规划模块用于筛选创口位置。

所述的微创创口规划模块包括：创口交互选择人机界面单元和创口规划单元，其中：创口交互选择人机界面单元连接创口规划单元以接受并显示可行的手术创口位置坐标和手术器械三维模型，创口规划单元连接手术器械干涉检验模块以发出待判定的手术创口位置坐标和手术器械三维模型。

所述的手术器械干涉检验模块接受若干组来自微创创口规划模块的待判定的手术创口位置坐标和手术器械模型，根据手术准则和手术器械三维模型模拟手术中器械的运动并模拟仿真计算手术器械之间的最小距离，当最小距离小于预先设定的阈值时返回微创创口规划模块重新进行筛选，当最小距离大于阈值时则输出可行的手术创口位置坐标和手术器械三维模型。

所述的空间定位测量模块包括：三维定位单元和配准单元，其中：三维定位单元与微创创口规划模块相连接以接受内脏三维模型、手术创口位置坐标和手术器械模型，三维定位单元另外与机器视觉导航模块连接并将胸腔内窥镜及手术器械的位置和姿态数据输出至配准单元，配准单元根据实时接收的胸腔内窥镜及手术器械的位置和姿态数据，参考内脏三维模型进行偏移量拟合计算，获得实时术中导航信息。