專利名稱：計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療儀器，特別是涉及一種應(yīng)用于神經(jīng)外科、 骨科、耳鼻喉科及整形外科等手術(shù)過程中使用的計算機輔助手術(shù)術(shù)中 定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，醫(yī)療手術(shù)的成功率，手術(shù)過程的長短，術(shù)后并發(fā)癥的 發(fā)生及康復(fù)，除了與實施手術(shù)的醫(yī)生的技術(shù)有著直接的關(guān)聯(lián)外，與手 術(shù)過程中使用的醫(yī)療儀器也密不可分。手術(shù)醫(yī)生非常熟悉解剖結(jié)構(gòu)同 時能夠準確確定術(shù)中器械的位置則是成功進行手術(shù)的基本要求，然而 術(shù)中的精確定位是不容易實現(xiàn)的。尤其是在神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉 科及整形外科等領(lǐng)域，先進的醫(yī)療儀器則可成為提高手術(shù)成功率并減 少手術(shù)誤差的重要因素之一。
目前，針對神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉科及整形外科等領(lǐng)域的手術(shù)， 一般是要在術(shù)前獲取手術(shù)部位的醫(yī)學(xué)圖像，如通過計算機體層攝影
(computed tomography,簡稱CT)掃描儀，利用X線對人體某一范圍 進行逐層的橫斷掃描，取得信息，經(jīng)計算機處理后獲得重建的圖像。 獲得的圖像為人體的橫斷解剖圖，并可通過計算機處理得到三維的重 建圖像，或者采用核磁共振(nuclear magnetic resonance imaging,簡稱 MRI)技術(shù)，利用核磁共振現(xiàn)象獲取人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。通過上述手 段獲得的醫(yī)學(xué)影像可以清楚地了解手術(shù)部位的結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)為病 人確診，并進行手術(shù)計劃，為實施手術(shù)提供堅實的基礎(chǔ)。手術(shù)時，醫(yī) 生將這些醫(yī)學(xué)圖像放置在手術(shù)床旁的燈箱上，參考該圖像進行手術(shù)。
但是，由于人體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，通過CT和MRI獲得的醫(yī)學(xué)影像 僅能為手術(shù)提供參考，尤其是在手術(shù)過程中，當手術(shù)器械進入人體部 位后，人體組織、神經(jīng)及血管分布錯綜復(fù)雜，靜態(tài)的圖像并不能很好地反應(yīng)出這些組織關(guān)系，這就使得手術(shù)在很大程度上仍然要依賴于醫(yī) 生的經(jīng)驗，從而使得手術(shù)的危險性仍然很大。
為了能使得復(fù)雜的手術(shù)變得簡單而安全，神經(jīng)外科的醫(yī)生首先提 出了術(shù)中立體定位的概念，也就是說，與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的 原理相似，在手術(shù)過程中跟蹤被標定的手術(shù)器械，并將手術(shù)器械的立 體位置顯示在病人術(shù)前的醫(yī)學(xué)圖像上，使得手術(shù)醫(yī)生能夠直觀地在病 人的醫(yī)學(xué)圖像和三維重建影像上觀察到手術(shù)器械的位置。這將大大提 高手術(shù)的準確性，同時降低了手術(shù)難度。
但是，該方法目前仍然存在以下問題
第一.由于人體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，重建后的三維影像具有不易辯識、 可讀性差等特點，對于該三維影像表現(xiàn)出來的人體結(jié)構(gòu)，需要醫(yī)生具 有一定豐富的經(jīng)驗來分辯，這使得使用三維影像進行手術(shù)時，醫(yī)生要 不斷分辯三維影像中表現(xiàn)的人體結(jié)構(gòu)是什么，此時手術(shù)器械在人體的 什么位置，因而不能將注意力集中在對病人的手術(shù)實施上。這不但使 手術(shù)時間會延長，而且也使得手術(shù)的成功與否主要由醫(yī)生來決定；
第二.在利用三維重建影像進行手術(shù)時，醫(yī)生如何能在手術(shù)過程 中識別出分布有重要血管和神經(jīng)的重要而危險的區(qū)域，而目前只能依 靠手術(shù)醫(yī)生的經(jīng)驗，還沒有科學(xué)而準確的手段來進行區(qū)分。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供 一種計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，用于獲得能夠準確、真實地反應(yīng)
出病人人體結(jié)構(gòu)的三維影像，并能夠識別出分布有重要血管和神經(jīng)的 重要而危險的區(qū)域，在手術(shù)過程中給予醫(yī)生適當?shù)奶嵝选?br> 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種計算機輔助手術(shù)術(shù)中 定位系統(tǒng)，包括
三維影像處理和重建單元，用于在病人醫(yī)學(xué)圖像上疊加相應(yīng)的人 體生理解剖圖譜，從而建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像；
空間位置采集單元，設(shè)置在手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空 間位置信息，并發(fā)送給定位處理及顯示單元；定位處理及顯示單元，用于接收所述空間位置采集單元發(fā)送來的 手術(shù)器械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信息計算出手術(shù)器械的空 間位置，再經(jīng)過坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相 一致，從而使手術(shù)器械顯示在具有顯示有各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像 上。
本實用新型可以在術(shù)中動態(tài)地顯示手術(shù)器械在病人解剖結(jié)構(gòu)中的 立體位置，并可顯示術(shù)野中不易分辨的解剖結(jié)構(gòu)，使醫(yī)生可以準確地 避開手術(shù)入路中的重要血管和神經(jīng)結(jié)構(gòu)，從而確保準確定位和手術(shù)的 安全性，使外科手術(shù)更精確，更安全。
本實用新型改變了傳統(tǒng)的外科手術(shù)模式，無論給實施手術(shù)的醫(yī)生 還是接收手術(shù)的病人都帶來了極大的益處即，在術(shù)前可確定手術(shù)入 路，模擬手術(shù)過程；術(shù)間可減小手術(shù)切口，減少失血量，縮短手術(shù)時 間；術(shù)后可減低并發(fā)癥的發(fā)生，縮短住院時間，降低手術(shù)成本，擴大 了手術(shù)治療的范圍，提高了常規(guī)手術(shù)治療的精確度，更為重要的是， 使一些復(fù)雜的手術(shù)變得容易操作。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本本實用新型的技術(shù)方案進行詳細 地說明。


圖1為本實用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖2為本實用新型一實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
參見圖1，為本實用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖。本實用新型公開了一 種計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，包括三維影像處理和重建單元1， 空間位置采集單元2和定位處理及顯示單元3，其中，所述三維影像處 理和重建單元1用于在病人醫(yī)學(xué)圖像上疊加相應(yīng)的人體生理解剖圖譜， 從而建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像；所述空間位置采集 單元2設(shè)置在手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空間位置信息，并發(fā) 送給定位處理及顯示單元3;定位處理及顯示單元3用于接收所述空間位置采集單元發(fā)送來的手術(shù)器械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信 息計算出手術(shù)器械的空間位置，再經(jīng)過坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人 醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相一致，從而使手術(shù)器械顯示在具有顯示有各種 功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像上。
為針對圖1所示的原理進行展開說明，以圖2所示的實施例的結(jié) 構(gòu)框圖為例。
三維影像處理和重建單元1包括融合子單元11，三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)
建子單元12、危險數(shù)據(jù)采集子單元13和危險區(qū)域標記子單元14，其 中，融合子單元11利用插值法，將病人醫(yī)學(xué)圖像與人體生理解剖圖譜 的解剖特征點相互關(guān)聯(lián)起來，并將關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建 子單元12。
三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元12讀取病人的醫(yī)學(xué)圖像、人體生理解剖 圖譜，并結(jié)合融合子單元11發(fā)送來的病人醫(yī)學(xué)圖像與人體生理解剖圖 譜的解剖特征點的關(guān)聯(lián)信息，建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué) 影像，并將該三維醫(yī)學(xué)影像通過顯示單元33進行顯示。
其中，病人的醫(yī)學(xué)圖像包括CT、MRI或PET Scan( positron emission tomography scan ， 正電子方夂射層掃描)，fMRI (functional magnetic resonance imaging,機能性磁共振成像)等等，并存儲成可供機讀的電 子文件5。
所述人體生理解剖圖譜可以統(tǒng)一存儲在一個人體生理解剖圖譜數(shù) 據(jù)庫5中，在三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元12需要使用時，可發(fā)送一個請 求到該數(shù)據(jù)庫，從該數(shù)據(jù)庫中調(diào)用所需要的人體生理解剖圖譜數(shù)據(jù)。 也可以直接人為地將需要的圖譜輸入給三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元12。
在本實施例中，為了將人體生理解剖圖譜關(guān)聯(lián)到病人醫(yī)學(xué)圖像上， 從而最終在所建立的三維影像上顯示出各個功能區(qū)，采用了一個單獨 的單元，即融合子單元11，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道， 也可以將該融合子單元11與三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元12合成一個處 理單元。
三維影像處理和重建單元1還包括一個危險數(shù)據(jù)采集 單元13， 根據(jù)病人醫(yī)學(xué)圖像4，采集各項生理數(shù)據(jù)，如較大的血管、神經(jīng)等，將所述各項生理數(shù)據(jù)存儲起來以供所述危險區(qū)域標記子單元14在所述三 維醫(yī)學(xué)影像做標記使用。
危險區(qū)域標記子單元14單元根據(jù)危險數(shù)據(jù)采集子單元13采集的 數(shù)據(jù)，在所述三維醫(yī)學(xué)影像上做出標記，以示出危險區(qū)域，如哪里有 大血管，哪里有重要的神經(jīng)等。
所述空間位置采集單元2包括反光球21和遠紅外數(shù)字攝像機22， 其中，反光球21反光球位于手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空間位 置，并將該空間位置信息發(fā)送給所述遠紅外數(shù)字攝像機22，所述遠紅 外數(shù)字攝像機22將其接收到的手術(shù)器械的空間位置信息傳送給定位處 理及顯示單元3。
定位處理及顯示單元3包括數(shù)據(jù)處理子單元31、信息預(yù)警處理子 單元32和顯示子單元33，其中，
所述數(shù)據(jù)處理子單元31接收遠紅外數(shù)字攝像機22發(fā)送來的手術(shù) 器械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信息計算出手術(shù)器械的空間位 置，再進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相一致， 并在顯示子單元33中顯示；
所述信息預(yù)警處理子單元32對三維醫(yī)學(xué)影像上的手術(shù)器械位置 和危險區(qū)域的標記位置進行比較，如果所述手術(shù)器械接近危險區(qū)域或 位于危險區(qū)域之內(nèi)，則發(fā)出預(yù)警信息。所述的預(yù)警信息可以采用任何 形式傳輸給醫(yī)生，如聲音、燈光、語音等。
本實用新型將人體生理解剖圖譜中的該解剖結(jié)構(gòu)的功能區(qū)域顯示 在三維醫(yī)學(xué)影像上，可以使得手術(shù)醫(yī)生能進行精確的手術(shù)計劃，以減 少對正常組織功能的損傷。
另外，本實用新型中在該定位系統(tǒng)中設(shè)置了自動預(yù)警處理單元， 在手術(shù)過程中， 一但特制跟蹤定位手術(shù)器械進入危險的區(qū)域，系統(tǒng)就 會發(fā)出警報對手術(shù)醫(yī)生提醒。
作用機制自動預(yù)警系統(tǒng)主要以依靠對術(shù)前的醫(yī)學(xué)圖像整合，將 重要的血管神經(jīng)結(jié)構(gòu)存儲于數(shù)據(jù)庫。術(shù)中定位時， 一旦定為其接近這 些區(qū)域(如l厘米)，系統(tǒng)則發(fā)出警報提示，而手術(shù)醫(yī)生則可根據(jù)提示 來決定手術(shù)入路。預(yù)警程度的高低可由手術(shù)醫(yī)生根據(jù)具體情況來確定。為了準確地進行預(yù)警，可以通過在三維影像上設(shè)置標記來確定哪 些是危險的需要預(yù)警的區(qū)域，該標記可以由系統(tǒng)自動設(shè)置，也可以由 醫(yī)生手動來設(shè)置，當自動設(shè)置時，由系統(tǒng)依據(jù)病人的醫(yī)學(xué)圖像，采集 各項生理數(shù)據(jù)，并根據(jù)該生理數(shù)據(jù)的重要性，在三維影像上設(shè)置標記。
并且，按照這些生理數(shù)據(jù)對人體的危險性，可以將他們設(shè)置為多 個等級，根據(jù)需要，選擇需要設(shè)置標記的等級，當選擇好后，系統(tǒng)中 的危險區(qū)域標記子單元根據(jù)選中的等級在所述三維醫(yī)學(xué)影像做出標 記。
最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型而非限制， 盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，但本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本實用新型范圍的前提下對本實用新型 進行的修改或者等同替換，均應(yīng)屬于本實用新型權(quán)利要求的保護范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征在于，包括三維影像處理和重建單元，用于在病人醫(yī)學(xué)圖像上疊加相應(yīng)的人體生理解剖圖譜，從而建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像；空間位置采集單元，設(shè)置在手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空間位置信息，并發(fā)送給定位處理及顯示單元；定位處理及顯示單元，用于接收所述空間位置采集單元發(fā)送來的手術(shù)器械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信息計算出手術(shù)器械的空間位置，再經(jīng)過坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相一致，從而使手術(shù)器械顯示在具有顯示有各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，還包括人體生理解剖圖譜數(shù)據(jù)庫，用于存儲各種人體生理解剖 圖譜，以供所述三維影像處理和重建單元使用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述三維影像處理和重建單元還包括危險數(shù)據(jù)采集子單元，根 據(jù)病人醫(yī)學(xué)圖像，采集各項生理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述三維影像處理和重建單元包括三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元和 危險區(qū)域標記子單元，其中，所述三維醫(yī)學(xué)影像創(chuàng)建子單元用于根據(jù)病人醫(yī)學(xué)圖像及相應(yīng)的人 體生理解剖圖譜，建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像；所述危險區(qū)域標記子單元用于根據(jù)所述危險數(shù)據(jù)采集子單元采集 的生理數(shù)據(jù)，在所述三維醫(yī)學(xué)影像上做出對應(yīng)該生理數(shù)據(jù)的標記，以 示出危險區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位處理及顯示單元包括數(shù)據(jù)處理子單元、信息預(yù)警 處理子單元和顯示子單元，其中，所述數(shù)據(jù)處理子單元接收所述空間位置采集單元發(fā)送來的手術(shù)器 械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信息計算出手術(shù)器械的空間位置， 再進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相一致；所述顯示子單元顯示上述帶有手術(shù)器械的具有顯示有各種功能區(qū) 的三維醫(yī)學(xué)影像；所述信息預(yù)警處理子單元對三維醫(yī)學(xué)影像上的手術(shù)器械位置和代 表危險區(qū)域的數(shù)據(jù)的位置進行比較，如果所述手術(shù)器械接近危險區(qū)域 或位于危險區(qū)域之內(nèi)，則發(fā)出預(yù)警信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述各項生理數(shù)據(jù)按照對人體的危險性分為多個等級，所述危 險區(qū)域標記子單元根據(jù)選中的等級在所述三維醫(yī)學(xué)影像做出標記。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其 特征在于，所述三維影像處理和重建單元還包括用于將在病人醫(yī)學(xué)圖 像與人體生理解剖圖譜融合在一起的融合子單元，所述融合子單元把 病人的醫(yī)學(xué)圖像與人體生理解剖圖譜的解剖特征點相互關(guān)聯(lián)起來。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述的病人醫(yī)學(xué)圖像包括CT、 MRI、 PET Scan或fMRI。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述空間位置采集單元包括反光球和遠紅外數(shù)字攝像機，所述 反光球位于手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空間位置，并將該空間 位置信息發(fā)送給所述遠紅外數(shù)字攝像機，所述遠紅外數(shù)字攝像機將其 接收到的手術(shù)器械的空間位置信息傳送給定位處理及顯示單元。
專利摘要本實用新型公開了一種計算機輔助手術(shù)術(shù)中定位系統(tǒng)，包括三維影像處理和重建單元，用于在病人醫(yī)學(xué)圖像上疊加相應(yīng)的人體生理解剖圖譜，從而建立出可以顯示各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像；空間位置采集單元，設(shè)置在手術(shù)器械上，用于采集手術(shù)器械的空間位置信息，并發(fā)送給定位處理單元；定位處理及顯示單元，用于接收所述空間位置采集單元發(fā)送來的手術(shù)器械的空間位置信息，根據(jù)該空間位置信息計算出手術(shù)器械的空間位置，再經(jīng)過坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，使之與病人醫(yī)學(xué)圖像的坐標系統(tǒng)相一致，從而使手術(shù)器械顯示在具有顯示有各種功能區(qū)的三維醫(yī)學(xué)影像上。
文檔編號A61B19/00GK201353203SQ20092000513
公開日2009年12月2日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者李晴航, 楊曉毅 申請人:李晴航;楊曉毅