[发明专利]一种基于光学定位配准的超声与CT/MR图像融合手术导航系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于超声成像技术领域，具体涉及一种基于光学定位配准的超声与CT/MR图像融合手术导航系统及其方法。

背景技术

在计算机辅助手术导航系统中，包括路径规划、物理坐标系配准、术中导航等都是建立在对术前影像数据重建的基础之上的。在手术过程中，由于呼吸、手术器械的接触等原因可能引起脏器及软组织的形变，使得所观察的影像资料无法反映出病人体内解剖结构的真实位置，从而导致软组织导航手术的定位精度下降。然而，超声以其廉价、实时、无损伤、无射线辐射以及可重复性和敏感度高等优势，已经作为一种术中实时的可视化技术而引入。超声成像在定量分析、实时监控软组织形变和治疗规划等方面都具有很大的潜力。因此，近年来基于术中实时超声成像辅助手术导航系统的研究成为了新的热点。

目前该系统主要应用在神经外科及普外科领域，挪威科技大学Gronningsaeter等尝试利用三维超声成像的外科导航技术获取术中实时更新的病灶区域的超声图像，通过将其与术前的MR图形融合，能够很好的解决术中脑组织移位的问题，并且可以明确定位肿瘤的位置、大小及与周围重要血管的关系，指导外科医生更加精确地切除肿瘤。在国内，中国人民解放据海军总医院神经外科田增民等应用该导航技术实施了20例神经外科手术，取得了良好的效果，并得出以下结论：基于实时超声图像引导的导航系统能精确定位病灶。日本京都府立医科大学Ukimura等对10例肾癌患者进行实时超声引导辅助的射频消融治疗。将患者CT图像导入系统的图形工作站进行三维重建，重建完肾脏肿瘤的三维结构信息，在上述系统的辅助下完成治疗，并且手术过程顺利。在以后的随访过程中，所有患者的肿瘤治疗区域均无复发。

现有的商业化术中超声成像辅助手术导航系统虽能够提供术中实时的人体二维图像显示，但尚未做到在同一界面同时显示各型影像的立体模型，缺乏直观性，需要医生根据自己的解剖知识和临床经验重构出图像所包含的三维结构，降低了诊断和治疗的精确性；此外，现有的超声与CT/MR等可变形配准方法还不成熟，从精度和时间上都无法满足临床的需求。而且，通过回顾文献和科技查新也发现，目前在国内外尚未见该技术在颅颌面软组织手术的研究和应用报道。在颅颌面外科领域，因骨骼具有刚性解剖结构不发生形变的特征，使得数字化光学导航系统得到了广泛应用，极大提高了颅颌面骨相关手术精度。但由于软组织易发生形变的特性从而造成术中影像漂移，同时又缺乏实时监测其形变的手段，手术导航时易产生较大的定位

误差。因此，如何提出一种创新的颅颌面软组织术中形变的定性定量监控方式，从而解决其手术导航误差，成为亟需解决的问题。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于光学定位配准的超声与CT/MR图像融合手术导航系统及其方法，其是通过结合光学定位系统，实现超声与CT/MR图像的融合，成为一种新颖且实际可行的手术导航系统及操作方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于光学定位的超声与CT/MR图像的融合系统，用于在颅颌面外科手术中实时监测软组织形变，所述融合系统包括超声成像系统、跟踪定位系统及计算机工作站，所述超声成像系统包括超声探头和影像工作站，所述跟踪定位系统包括固定在超声探头上的适配器及根据所述标记物获取超声探头坐标的定位仪，所述计算机工作站是根据所述超声探头获取的实时超声图像记录其空间位置进行三维重建，并显示所融合图像。

进一步的，所述超声探头为二维超声探头。

进一步的，所述影像工作站为便携式彩色多普勒超声诊断系统。

进一步的，所述定位仪为光学定位仪，所述适配器为光学适配器。

进一步的，所述超声探头的坐标为超声探头相对于所述定位仪的坐标。

通过在超声探头上固定定位适配器，光学定位仪获得超声探头的坐标，从而在超声成像时根据所述二维超声探头在不同位置的坐标映射关系对超声探头获取的一系列扇形超声图像，并在计算机工作站中与CT/MR融合进行立体图像显示。一种应用本发明所述的图像融合手术导航系统进行实时超声与CT/MR图像融合的方法，包括如下步骤：

将所述超声成像系统、跟踪定位系统及计算机工作站进行通讯连接；

选取一坐标原点，获取所述超声探头的位置坐标；

对超声扫描部位进行超声扫描成像；

根据获得的超声探头的位置坐标记录二维扇形超声图像的空间位置信息；

将二维超声图像在所述的计算机工作站中进行三维重建；