[发明专利]基于CT配准结果的光学导航定位系统及其导航方法

权利要求书

1.一种基于CT配准结果的光学导航定位系统，其特征在于，包括：术前CT图像导入模块、图像分割模块、体表初始配准模块、术前CT图像与术中二维超声图像配准模块和术中导航模块，其中：术前CT图像导入模块接收术前影像学检查获得的DICOM格式图像文件，生成术前影像包并分别输出至图像分割模块和体表初始配准模块，术前CT图像与术中二维超声图像配准模块分别与图像分割模块和体表初始配准模块相连并接收带有手术目标点的三维动态冠脉树以及体表初始配准结果，术前CT图像与术中二维超声配准模块输出术前CT转换矩阵至术中导航模块，通过术中导航模块输出精确手术导航信息；

所述的术前影像包包括：目标区域内一个或若干个心动周期的若干幅DIOM格式的术前CT图像以及根据DICOM数据重建得到的三维立体影像，其中：一个心动周期的术前CT图像数据由若干个相位的术前图像组成；

所述的带有手术目标点的三维动态冠脉树包括：由图像分割模块生成的动态心脏模型和血管树模型。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的术前CT图像导入模块包括：DICOM图像读入单元和术前影像三维绘制单元，其中：DICOM图像读入单元将术前影像学检查获得的心脏一个心动周期的一系列DICOM格式图像文件导入解析出DICOM数据并传输至术前影像三维绘制单元，术前影像三维绘制单元根据DICOM数据重建成三维立体影像并合并为术前影像包并分别输出至图像分割模块和体表初始配准模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的图像分割模块包括：心脏分割单元和血管树分割单元，其中：心脏分割单元对术前影像包中一个心动周期内的心脏术前CT图像基于临床经验逐帧进行手动分割，并根据获得的心脏术前CT图像分割结果重建得到动态心脏模型；血管树分割单元对术前影像包中一个心动周期内的血管树术前CT图像基于临床经验逐帧进行手动分割，并根据获得的血管树术前CT图像分割结果重建获得血管树模型并与动态心脏模型一并作为带有手术目标点的三维动态冠脉树输出至术前CT图像与术中二维超声图像配准模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的体表初始配准模块包括：配准标记点选择单元和转换矩阵计算单元，其中：配准标记点选择单元选择设置于手术对象体表上的配准标记点，并获得其在术前CT图像数据在图像坐标系坐标以及空间坐标，转换矩阵计算单元根据图像坐标系坐标以及空间坐标，利用刚体配准算法实现这两个坐标之间的配准，即实现图像空间与手术对象空间的配准，并利用这两组坐标计算出初始转换矩阵作为体表初始配准结果，输出至术前CT图像与术中二维超声图像配准模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的术前CT图像与术中二维超声图像配准模块包括：术中二维超声图像读入单元、二维超声图像与术前CT图像配准单元和心电图读入单元，其中：二维超声图像与术前CT图像配准单元接收术中超声图像读入单元采集的二维超声输入图像和心电图读入单元采集的当前心脏跳动相位，通过输入心电图信号将带有手术目标点的三维动态冠脉树中对应的若干个相位与当前心脏跳动相位进行匹配，计算出两者之间的术前CT图像转换矩阵并输出至术中导航模块，其中每一组术前CT转换矩阵对应一种当前心脏跳动相位与带有手术目标点的三维动态冠脉树中对应相位。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的术中导航模块包括：转换矩阵选择单元和导航显示单元，其中：转换矩阵选择单元根据当前心脏跳动相位选择术前CT转换矩阵中对应的一组转换矩阵，并将所得的一组转换矩阵输出至导航显示单元，通过导航显示单元计算出当前虚拟器械与实际目标点之间的距离以及相对位置关系并进行视频显示，从而引导手术精确完成。