[发明专利]一种骨科手术辅助导引方法

说明书

技术领域

本发明涉及骨科医疗器械技术领域，特别是一种骨科手术辅助导引方法。

背景技术

在传统的骨科手术中，骨科医生通常凭借人体的骨骼解剖特点、术前患者的影像学资料和术中患者的X线透视图像进行定位，但是，由于解剖标志的缺乏等因素，往往会导致术中的定位出现大的偏差，给手术的进行造成较大障碍，即便骨科医生的实践经验非常丰富，也不能从根本上改变术中定位精度较差的问题。而对于一般经验的骨科医生，这个问题会愈加严重，因为如果定位不准确，很可能会导致手术失败，甚至会对患者产生二次伤害。因此，如何避开错综复杂的神经、血管，让骨科医生能够更精确、更安全地进行多种复杂手术就成为了一个亟待解决的临床问题。

为了解决这一临床问题，现有技术出现了计算机辅助骨科手术技术，即骨科计算机辅助导引技术，该技术基于术中图像，采用相应定位手段对手术部位和术中的手术器械进行精确的实时跟踪、显示和引导，从而使骨科医生能够根据导引图像开展手术。该导引技术的工作原理为：在患者的手术部位附近和手术器械上安装能够发出信号的装置，通常采用红外线作为发射源、CCD相机为接收器，利用发出的信号对患者的骨骼位置和手术器械的位置以及运动轨迹进行跟踪，同时将这些信息通过显示器展示给医生；在术中进行患者手术部位的X线透视，并将透视图像与得到的患者骨骼位置和手术器械位置图像进行合成，从而得到医生进行手术采用的导引图像。采用骨科计算机辅助导引技术后，医生在手术中首先在患者手术部位附近和手术器械上安装示踪器，然后拍摄患者手术部位的透视图像，此时，在导引软件上就能看到手术器械进入患者身体内部的虚拟图像，这样就能在导引显示器上实时观看手术器械与患者手术部位的位置关系，并可以根据导引系统制定的手术规划完成整个手术。目前的导引系统一般由以下几个部分组成：

患者示踪器：安装于患者手术部位附近，可以指示跟踪患者手术部位的位置；

导引手术工具：可以发射或反射光信号；

手术工具示踪器：跟踪手术器械的位置和运动轨迹；

显视器：用于显示患者手术部位和手术器械的位置；

C型臂：用于术前的拍片和术中的透视；

图形工作站：完成整个系统软件部分的工作。

相比于传统的骨科手术，骨科计算机辅助导引技术虽然能够在一定程度上辅助医生进行多种复杂的骨科手术，但也存在着一些问题：

一、骨科医生的操作是在三维空间中完成的，这就要求导引系统能够提供一个三维空间图像，但现有的导引系统仍然停留在二维图像的显示上，无法匹配出真实的三维手术操作环境，由于二维的导引图像不够具体化，医生无法从任意角度看到患者手术部位的骨骼图像和手术器械进入患者身体内部具体位置的虚拟图像，不利于提高手术的高效性和安全性。

二、整个导引图像通过二维显示器进行显示，医生不得不双眼紧盯着显示器，而不能看到正在操作的手术器械，这不仅会加重医生的手术负担，也会增加额外的手术风险；同时，由于医生的视线必须在患者手术部位与导引显示器上来回切换，这将降低手术的效率，延长手术时间（目前采用骨科计算机辅助导引的骨科手术比传统的骨科手术用时更长）。

三、导引图像为二维图像，但是手术操作却是三维的，从三维到二维的转换会存在着真实图像信息以及运动坐标信息的丢失；虽然为了增加导引图像的真实性，采用了多幅不同视角的透视图像共同辅助定位过程，让医生能够从多个视角观看手术器械的运动信息，但是毕竟还是二维图像，仍然存在位置信息和坐标信息的丢失。

四、现有的导引系统在设计上无法解决真正的临床需求，即在手术过程中无法让医生直接看到患者手术部位骨骼的图像以及手术器械进入患者身体的虚拟图像，不能真正让医生更安全、更高效的完成整个手术过程。

同时，现有的导引系统在设计上存在以下不足：首先，定位复杂，需要在术前进行患者手术部位位置的标定，每一件手术器械也必须是特制的，才能被定位系统识别；其次，导引系统操作复杂，在一定程度上增加了手术的负担；并且该导引系统价格昂贵，一般医院无法承受。

发明内容

为此，本发明提出一种骨科手术辅助导引方法，可充分地消除由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。

本发明另外的优点、目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明目的和优点。