專利名稱：一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件。
背景技術(shù)：
目前，在做外科手術(shù)時(shí)，醫(yī)生經(jīng)常用到手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)來幫助完成手術(shù)。手術(shù)導(dǎo)航系 統(tǒng)的功能就是在已經(jīng)獲取的CT圖像中(CT的全稱為computedtomography，電子計(jì)算機(jī)X射 線斷層掃描技術(shù))，實(shí)時(shí)顯示手術(shù)器械的位置；在手術(shù)導(dǎo)航中，一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是將手術(shù) 導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成圖像坐標(biāo)系(電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系這兩個坐標(biāo)系的 原點(diǎn)位置、軸向方向都不一致)；該環(huán)節(jié)主要解決手術(shù)器械在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系的位置 轉(zhuǎn)換到圖像坐標(biāo)系的位置，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示手術(shù)器械在已經(jīng)獲取CT圖像的位置，引導(dǎo)醫(yī) 生進(jìn)行手術(shù)。其中有一種手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其對手術(shù)器械在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系定位的實(shí)現(xiàn)是基 于電磁定位系統(tǒng)(如NDI公司的Aurora系統(tǒng))的，稱為電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)；在這種導(dǎo) 航系統(tǒng)中，上述手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系就是指電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系。電磁定位系統(tǒng)包括磁場發(fā)射器和用于感應(yīng)磁場發(fā)射器產(chǎn)生的電磁場的多個定位 傳感器，每個定位傳感器的結(jié)構(gòu)是一圓柱型卷繞線圈，電磁定位系統(tǒng)可以測量該線圈的中 心位置的坐標(biāo)及軸向，軸向是一矢量，軸向和中心定義的直線稱為定位傳感器的配準(zhǔn)直線。電磁定位系統(tǒng)在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)用是，將磁場發(fā)射器置放在進(jìn)行手術(shù)的位置 (亦稱為病灶空間)的附近，讓電磁定位系統(tǒng)的特定測量范圍覆蓋病灶空間，將定位傳感器 植入手術(shù)器械的尖端，當(dāng)該手術(shù)器械在上述特定測量范圍內(nèi)時(shí)，電磁定位系統(tǒng)就會自動獲 取手術(shù)器械的尖端在電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)再將電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)，就可顯示手術(shù)器械在已經(jīng)獲取CT圖像的位置。由以上的描述可知，從電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系非常重要。 而這種轉(zhuǎn)換關(guān)系的得出要求至少有四個不在同一個平面上的點(diǎn)，并且已知這些點(diǎn)的電磁定 位系統(tǒng)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)。因此，怎么準(zhǔn)確地獲得這些點(diǎn)的電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)是 非常重要。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件，有助于獲 取同一點(diǎn)分別在電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以幫助計(jì)算從電磁定位系統(tǒng)坐 標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件，所述電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)包括定 位傳感器，其特征在于，所述配準(zhǔn)組件包括配準(zhǔn)塊及標(biāo)記物，所述配準(zhǔn)塊一端設(shè)有凹槽，所 述標(biāo)記物置于所述凹槽；所述配準(zhǔn)塊還設(shè)有一放置所述定位傳感器的圓柱形腔道，所述標(biāo) 記物的幾何中心位于所述圓柱形腔道的軸線上。[0010]所述圓柱形腔道與所述凹槽相通。所述標(biāo)記物為一圓球。所述凹槽為圓柱形凹槽，所述凹槽的橫截面直徑與所述圓球的直徑相同。所述標(biāo)記物為一正六面體。所述凹槽是橫截面為正方形的柱形槽，所述凹槽的橫截面與所述標(biāo)記物任一面的
大小一致。所述圓柱形腔道的軸線與所述凹槽的橫截面垂直。由上技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型配準(zhǔn)組件將定位傳感器和用于CT掃描的標(biāo)記物 定于一配準(zhǔn)塊上，并使定位傳感器的配準(zhǔn)直線與所述圓柱形腔道的軸線重疊，從而使得標(biāo) 記物的幾何中心位于定位傳感器的配準(zhǔn)直線且與定位傳感器中心相對位置固定；然后將至 少四個裝有定位傳感器的配準(zhǔn)組件置于病灶空間內(nèi)并且使每一配準(zhǔn)組件中標(biāo)記物的幾何 中心不在同一個平面上，進(jìn)行CT圖像掃描來提取出標(biāo)記物的幾何中心在圖像坐標(biāo)系的坐 標(biāo)，通過與定位傳感器中心同一配準(zhǔn)直線和有固定間距的關(guān)系得出標(biāo)記物的幾何中心在電 磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)；從而實(shí)現(xiàn)通過現(xiàn)有方法計(jì)算出從電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系到圖像坐 標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)標(biāo)記物為一圓球，是便于經(jīng)CT掃描后提取出標(biāo)記物的幾 何中心。

[0017]圖1為實(shí)施例--本實(shí)用新型配準(zhǔn)組件圖；[0018]圖2為實(shí)施例--本實(shí)用新型的配準(zhǔn)塊的側(cè)視圖；[0019]圖3為實(shí)施例--測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖4為實(shí)施例--測量設(shè)備與配準(zhǔn)組件的連接示意圖[0021]圖5為實(shí)施例二二本實(shí)用新型配準(zhǔn)組件圖；[0022]圖6為實(shí)施例二二本實(shí)用新型的配準(zhǔn)塊的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型配準(zhǔn)組件包括配準(zhǔn)塊1及標(biāo)記物2，配準(zhǔn)塊1為一 塑料件，配準(zhǔn)塊1 一端開設(shè)有一用于放置標(biāo)記物2的凹槽11 ；標(biāo)記物2放置凹槽11底部， 外側(cè)用膠水固定；配準(zhǔn)塊1還設(shè)有圓柱形腔道12，圓柱形腔道12的長度等于或大于定位傳 感器3的長度，圓柱形腔道12的軸線H穿過標(biāo)記物2的幾何中心0。標(biāo)記物2采用SiC陶 瓷或Si3N4陶瓷或Al2O3陶瓷等非金屬材料做成，無電磁干擾，且CT值高于骨骼，但又不產(chǎn)生 掃描偽影，可以方便的用算法將標(biāo)記物提取出來，同時(shí)又不影響CT圖像的質(zhì)量。在本實(shí)施例中，標(biāo)記物2是一圓球，標(biāo)記物2的形狀選擇球形，是因?yàn)閺娜魏我粋€ 角度掃描球，獲得截面都是圓形的，方便用計(jì)算機(jī)算法自動提取標(biāo)記物2的幾何中心0 ；凹 槽11是一圓柱形凹槽，凹槽11的橫截面(與凹槽的軸線垂直的截面)直徑與標(biāo)記物的直 徑一致，都為2R ；圓柱形腔道12的軸線H與凹槽11的軸線重疊；圓柱形腔道12與凹槽11 相通。使用時(shí)將定位傳感器3放置圓柱形腔道12中并剛好接觸標(biāo)記物2，用膠水固定，使得定位傳感器3的配準(zhǔn)直線與圓柱形腔道12的軸線H重疊并且通過標(biāo)記物2的幾何中心 0 ；幾何中心0與定位傳感器中心P的距離為L。求取至少4個不在同一平面點(diǎn)的電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)的步驟如下1)在病灶空間內(nèi)，將至少4個上述裝有定位傳感器的配準(zhǔn)組件放置在不同一平 面，使得這些標(biāo)記物的幾何中心不在同一平面上，然后通過CT掃描，得到配準(zhǔn)塊組件的CT 掃描圖像，通過算法可以把標(biāo)記物的幾何中心0在圖像上的位置提取出來，即得到標(biāo)記物 的幾何中心0在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；2)每個定位傳感器3的中心P的坐標(biāo)和軸向由電磁定位系統(tǒng)測量，由于標(biāo)記物的 幾何中心0與對應(yīng)的定位傳感器3的中心P的距離是固定的，并且在同一定位傳感器3的 配準(zhǔn)直線上；那么也可以簡單推算出每個標(biāo)記物的幾何中心0的在電磁定位系統(tǒng)中坐標(biāo)和 軸向。以上兩個步驟得出至少4個不在同一平面點(diǎn)的電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)后， 通過已知的運(yùn)算方法就可以求出從電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。由于工藝的原因，電磁定位系統(tǒng)測量定位傳感器的中心并不是線圈的幾何中心， 且在將定位傳感器安裝配準(zhǔn)組件上時(shí)，也無法保證，每次都可以把定位傳感器安裝到同一 個位置，定位傳感器的配準(zhǔn)直線與圓柱形腔道1的軸線H重疊，每個配準(zhǔn)組件上的定位傳感 器的中心P與幾何中心0的固定距離L都相同；因此，上述定位傳感器的配準(zhǔn)直線與圓柱形 腔道1的軸線H重疊及定位傳感器的中心P與幾何中心0的固定距離L需要特別調(diào)整和測 定。本申請中，采取以下測量設(shè)備和方法來獲取(也可由其他已知方法來獲取)如圖3和圖4所示，首先，在這介紹測量設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，測量設(shè)備包括一平板4， 平板4上設(shè)有八個放置配準(zhǔn)組件的卡槽Bi、B2. . . B8,八個卡槽Bi、B2. . . B8均勻地分布在 以D為圓心的、半徑為K的圓周Y上，當(dāng)某一配準(zhǔn)組件分別放置在卡槽B1、B2. . . B8時(shí)，圓柱 形腔道的軸線H所在的直線都穿過圓心D，標(biāo)記物的幾何中心0位于圓周Y上，在軸線H上， 圓心D離定位傳感器近遠(yuǎn)兩端的距離分別為T和C。圓周Y的半徑K是根據(jù)定位傳感器的 尺寸及測量精度來取，這由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)測量精度及經(jīng)驗(yàn)可做出判斷。在本實(shí)施例 中，定位傳感器是一個外直徑0. 8mm、長8mm的圓柱型卷繞線圈，配準(zhǔn)組件是按照圓柱形腔 道位于圓周Y外側(cè)的方向放置，圓周Y的半徑K設(shè)為25mm，標(biāo)記球的半徑為4mm，因此，距離 T為29mm，距離C為37mm。根據(jù)測量原理及經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)線圈的尺寸、配準(zhǔn)組件的機(jī)械尺寸、測量設(shè)備的機(jī)械 尺寸，我們認(rèn)為一個正確安裝定位傳感器的配準(zhǔn)組件，在正確測量的情況下，定位傳感器的 中心P與幾何中心0的距離應(yīng)在5至IOmm之間，即連有定位傳感器的配準(zhǔn)組件放在卡槽時(shí)， 定位傳感器的中心P與圓心D的距離應(yīng)在30至35mm之間。下面，來介紹怎么調(diào)整定位傳感器的配準(zhǔn)直線與圓柱形腔道1的軸線H重疊和測 定定位傳感器的中心P與幾何中心0的固定距離L (1)將某一連有定位傳感器的配準(zhǔn)組件按逆時(shí)針順序依次卡入八個卡槽Bi、 B2...B8，然后記錄該定位傳感器的中心P在每個位置的坐標(biāo)值Pi(^ya)，i = 1,2,3,..., 8，該定位傳感器的軸向在每個位置的向量值巧，i = 1，2，3，. . .，8 ；(2)測定方向偏差平均值當(dāng)定位傳感器的配準(zhǔn)直線與圓柱形腔道1的軸線H不重疊時(shí)，位置相對的兩個位置Pi和Pi+4(i = 1,2,3,4)兩點(diǎn)連線組成的向量有 《U (1=1,2,3,4)、P1=P1-Pm (1=1,2,3,4), C1=Pm-P1 與巧(1=1,2,3,4)、 P1 =P1 -A4與巧+4 (i=l,2,3,4 )的夾角不為零； 設(shè)夾角Qi為與夾角，(Oi為與夾角，則方向偏差平均值
權(quán)利要求1.一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件，所述電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)包括定位 傳感器，其特征在于，所述配準(zhǔn)組件包括配準(zhǔn)塊及標(biāo)記物，所述配準(zhǔn)塊一端設(shè)有凹槽，所述 標(biāo)記物置于所述凹槽；所述配準(zhǔn)塊還設(shè)有一放置所述定位傳感器的圓柱形腔道，所述標(biāo)記 物的幾何中心位于所述圓柱形腔道的軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述圓柱形腔道與所述凹槽相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述標(biāo)記物為一圓球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述凹槽為圓柱形凹槽，所述凹槽的 橫截面直徑與所述圓球的直徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述標(biāo)記物為一正六面體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述凹槽是橫截面為正方形的柱形 槽，所述凹槽的橫截面與所述標(biāo)記物任一面的大小一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的配準(zhǔn)組件，其特征在于，所述圓柱形腔道的軸線與所述凹 槽的橫截面垂直。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)組件，所述電磁定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)包括定位傳感器，其特征在于，所述配準(zhǔn)組件包括配準(zhǔn)塊及標(biāo)記物，所述配準(zhǔn)塊一端設(shè)有凹槽，所述標(biāo)記物置于所述凹槽；所述配準(zhǔn)塊還設(shè)有一放置所述定位傳感器的圓柱形腔道，所述標(biāo)記物的幾何中心位于所述圓柱形腔道的軸線上。本實(shí)用新型配準(zhǔn)組件用于安裝定位傳感器，使得定位傳感器與用于CT掃描的標(biāo)記物有相對固定的位置，有助于獲取同一點(diǎn)分別在電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以幫助計(jì)算從電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
文檔編號A61B19/00GK201775683SQ20102024382
公開日2011年3月30日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者葉劍, 吳春安, 張金源, 聶長寧 申請人:珠海和佳醫(yī)療設(shè)備股份有限公司