一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其包括硬件組成部分和軟件組成部分，所述硬件組成部分包括：導航工作站、術中定位裝置、導航注冊工具、術中定位卡具、體表標記點和患者固定裝置，所述軟件組成部分包括影像存儲服務器、體數據管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊。本發(fā)明的影像引導介入手術導航系統(tǒng)可以將計算機應用于手術過程中，然后通過系統(tǒng)的軟件部分來規(guī)范手術的流程，可以有效的幫助醫(yī)生進行疾病判斷、術前手術規(guī)劃、術中手術引導和術后的手術評估，進而江都了手術的難度，提高治療的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手術成功率。
【專利說明】一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及手術導航技術，尤其涉及一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]硬性引導介入手術導航是一種新興的微創(chuàng)腫瘤治療方法，是集計算機科學、人工智能、自動控制、影像處理、三維圖形學、虛擬現(xiàn)實和臨床治療等多方面技術為一體的新方法。該方法使用多種模態(tài)的醫(yī)學影像協(xié)助醫(yī)生將手術器械直接穿刺到腫瘤內部進行局部治療，該方法能夠提高手術質量、減少手術創(chuàng)傷、降低患者痛苦。[0003]雖然該方法取得了較好的臨床進步，但是微創(chuàng)介入腫瘤治療手術在實際應用過程中還面臨著多方面的困難。例如，目前在進行某些介入相關治療時，并沒有一種完善的手術規(guī)劃方法；醫(yī)生很難按照預定的手術方案準確地將介入治療器械穿刺到腫瘤部位，因為醫(yī)生難以精確測量腫瘤空間位置和形狀信息，也難以獲得穿刺過程中穿刺針末端和腫瘤的相對關系。這些問題都影響了手術的治療效果。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，提供一種可降低手術難度、提高治療精度和效果的影像引導介入手術導航系統(tǒng)。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其包括硬件組成部分和軟件組成部分，所述硬件組成部分包括:導航工作站、術中定位裝置、導航注冊工具、術中定位卡具、體表標記點和患者固定裝置，其特征在于，所述軟件組成部分包括影像存儲服務器、體數據管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊；
所述影像存儲服務器用于存儲臨床醫(yī)學影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信；
所述體數據管理模塊用于集中管理醫(yī)學影像可視化、手術規(guī)劃和導航過程中的體數
據；
所述三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據，經過快速三維重構計算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息；
所述三維影像快速分割模塊用于對需要進行手術的器官進行快速的三維分割，并且進一步利用分割的結果進行術前分析；
所述術前手術規(guī)劃模塊用于實現(xiàn)術前手術規(guī)劃，根據醫(yī)生設計的手術路徑計算并預測手術的作用效果；
所述手術引導模塊用于導航手術的具體實施，該模塊用于術前醫(yī)療器械和定位裝置的標定算法以及術中手術器械的實時定位和空間坐標系轉換算法；
所述術后手術評估模塊用于術后導入醫(yī)學影像并將其他術前影像相互匹配，再將術前術后的影響融合顯示，通過對比判斷手術效果。
[0006]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述快速三維重構計算是基于GPU的醫(yī)學影像快速三維可視化的快速三維重構計算，所述快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進行的快速體繪制。
[0007]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據包括CT數據和MRI數據。
[0008]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述三維影像可視化模塊的可視化結果可用于術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊反復使用。
[0009]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學影像快速三維并行分割算法對需要進行手術的器官進行快速三維分割。
[0010]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述三維影像快速分割模塊的三維分割結果用于術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊反復使用。
[0011]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述的導航工作站為NVIDIA GTX470顯示單元，該單元能夠完成高性能可視化運算和圖像處理。
[0012]本發(fā)明的一個較佳實施例中，進一步包括，所述的術中定位裝置為被動式紅外光學定位儀器，該被動式紅外光學定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達到0.35毫米。
[0013]本發(fā)明解決了【背景技術】中存在的缺陷，具有如下有益效果:
本發(fā)明的影像引導介入手術導航系統(tǒng)可以將計算機應用于手術過程中，然后通過系統(tǒng)的軟件部分來規(guī)范手術的流程，可以有效的幫助醫(yī)生進行疾病判斷、術前手術規(guī)劃、術中手術引導和術后的手術評估，進而江都了手術的難度，提高治療的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手術成功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的軟件模塊圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其包括硬件組成部分和軟件組成部分，所述硬件組成部分包括:導航工作站、術中定位裝置、導航注冊工具、術中定位卡具、體表標記點和患者固定裝置，所述軟件組成部分包括影像存儲服務器、體數據管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊。
[0018]導航工作站主要用于處理大量的醫(yī)學影像，可以進行醫(yī)學影像的器官和病灶分割重構及快速可視化，并且基于三維可視化效果進行手術路徑規(guī)劃，最終通過實時引導的方式指導手術進行。導航工作站圖像處理能力極高，本發(fā)明具體的采用性能優(yōu)越的NVIDIAGTX479顯示單元，其能夠完成高性能的可視化運算和基于GPU (圖像處理器)的圖像處理。
[0019]術中定位裝置主要用于定位手術器械在手術過程中的位置，手術導航系統(tǒng)要求手術中能夠實時跟蹤并顯示定位工具。本發(fā)明具體采用的術中定位裝置為被動式紅外光學定位儀器，該被動式紅外光學定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達到0.35毫米。
[0020]導航注冊工具是用來獲取三維影像中每個坐標點在定位坐標系中的坐標，來建立影像坐標系和光學定位裝置的定位坐標系之間的映射關系。術中定位卡具用于固定手術器械，并且通過獲得自身的定位坐標來獲得手術器械的位置信息。體表標記點主要用于手術過程中患者影響坐標系和定位坐標系的配準過程，它是一類可被影像設備所捕獲并在醫(yī)學影像中顯影的標記點，在對患者進行CT或者MRI掃描時需要確定這些標記點，從而醫(yī)生能夠在患者術前影像上可以清晰地看到這些標記點?；颊吖潭ㄑb置用于患者位姿的固定，來減少由于患者身體形變帶來的定位誤差。
[0021]軟件組成部分中的影像存儲服務器用于存儲臨床醫(yī)學影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信；本發(fā)明中的影像存儲服務器實質上擔當了醫(yī)院中圖像存儲于傳輸系統(tǒng)(PACS)系統(tǒng)的基本功能。當患者完成CT掃描后，可以通過CT機自帶的DICOM網絡協(xié)議將影像發(fā)送到影像存儲服務器中，如果需要相應的數據，該系統(tǒng)軟件只需通過DICOM協(xié)議中的圖像獲取接口直接獲取圖像即可。
[0022]體數據管理模塊用于集中管理醫(yī)學影像可視化、手術規(guī)劃和導航過程中的體數據；體數據模塊獲取標準的DICOM格式的數據后，包裝成體數據，以供后續(xù)的各種算法使用。
[0023]三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據，經過快速三維重構計算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息；其中，快速三維重構計算是基于GPU的醫(yī)學影像快速三維可視化的快速三維重構計算，快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進行的快速體繪制。三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據包括CT數據和MRI數據。該模塊時導航系統(tǒng)中最核心的模塊，體數據的可視化是手術規(guī)劃中人機交互操作、手術導航中基于三維顯示界面的實時引導的基礎。相關的可視化結果會被后續(xù)的術前手術規(guī)劃 模塊、手術導航模塊和術后手術評估模塊反復使用。
[0024]三維影像快速分割模塊用于對需要進行手術的器官進行快速的三維分割，并且進一步利用分割的結果進行術前分析；三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學影像快速三維并行分割算法對需要進行手術的器官進行快速三維分割。其三維分割結果用于術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊反復使用。
[0025]術前手術規(guī)劃模塊用于實現(xiàn)術前手術規(guī)劃，根據醫(yī)生設計的手術路徑計算并預測手術的作用效果，為醫(yī)生規(guī)范治療提供良好的基礎。手術引導模塊用于導航手術的具體實施，該模塊用于術前醫(yī)療器械和定位裝置的標定算法以及術中手術器械的實時定位和空間坐標系轉換算法。術后手術評估模塊用于術后導入醫(yī)學影像并將其他術前影像相互匹配，再將術前術后的影響融合顯示，通過對比判斷手術效果。
[0026]以上依據本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定技術性范圍。
【權利要求】
1.一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其包括硬件組成部分和軟件組成部分，所述硬件組成部分包括:導航工作站、術中定位裝置、導航注冊工具、術中定位卡具、體表標記點和患者固定裝置，其特征在于，所述軟件組成部分包括影像存儲服務器、體數據管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊； 所述影像存儲服務器用于存儲臨床醫(yī)學影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信； 所述體數據管理模塊用于集中管理醫(yī)學影像可視化、手術規(guī)劃和導航過程中的體數據； 所述三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據，經過快速三維重構計算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息； 所述三維影像快速分割模塊用于對需要進行手術的器官進行快速的三維分割，并且進一步利用分割的結果進行術前分析； 所述術前手術規(guī)劃模塊用于實現(xiàn)術前手術規(guī)劃，根據醫(yī)生設計的手術路徑計算并預測手術的作用效果； 所述手術引導模塊用于導航手術的具體實施，該模塊用于術前醫(yī)療器械和定位裝置的標定算法以及術中手術器械的實時定位和空間坐標系轉換算法； 所述術后手術評估模塊用于術后導入醫(yī)學影像并將其他術前影像相互匹配，再將術前術后的影響融合顯示，通過對比判斷手術效果。
2.根據權利要求1所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述快速三維重構計算是基于GPU的醫(yī)學 影像快速三維可視化的快速三維重構計算，所述快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進行的快速體繪制。
3.根據權利要求1所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像可視化模塊通過所述體數據管理模塊獲取醫(yī)學影像體數據包括CT數據和MRI數據。
4.根據權利要求1或3任一項所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像可視化模塊的可視化結果可用于術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊反復使用。
5.根據權利要求1所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學影像快速三維并行分割算法對需要進行手術的器官進行快速三維分割。
6.根據權利要求1或5所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像快速分割模塊的三維分割結果用于術前手術規(guī)劃模塊、手術引導模塊以及術后手術評估模塊反復使用。
7.根據權利要求1所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述的導航工作站為NVIDIA GTX470顯示單元，該單元能夠完成高性能可視化運算和圖像處理。
8.根據權利要求1所述的一種影像引導介入手術導航系統(tǒng)，其特征在于，所述的術中定位裝置為被動式紅外光學定位儀器，該被動式紅外光學定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達到0.35毫米。
【文檔編號】A61B19/00GK103479430SQ201310431608
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權日:2013年9月22日
【發(fā)明者】胡邊 申請人:江蘇美倫影像系統(tǒng)有限公司