[发明专利]具有可调角度和位置反射镜面的多光谱图像融合手术导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种手术导航系统及方法，具体涉及到具有可调角度和位置反射镜面的多光谱图像融合手术导航系统及方法。

背景技术

随着数字图像处理、模式识别等技术的发展，基于视觉的医疗导航技术以其精准的特性逐渐为医务工作者所青睐。C型臂手术导航系统在骨科手术等领域，有广泛的应用价值和应用前景。国外对这一领域的研究较早，在整形外科、脊柱手术等都出现了与之配合的专用软件。加拿大的Millennium研究机构对美国及全欧洲的图像导航手术系统进行了市场调研和预测：2002年美国的市场份额是$14.3亿，欧洲是$7.84亿；2003年美国为$16.88亿，欧洲为$9.88亿；2007年美国超过$30亿，欧洲超过$20亿。可以看出图像辅助手术导航系统在全球都保持着一个持续增长的态势。国内上海交通大学、清华大学、北京航空航天大学等高校院所在图像手术导航定位系统方面的研究开展较早，并取得了很多阶段性的研究成果。

目前图像手术导航定位系统大多数是基于双目立体摄影技术的，该类方法的定位需入侵式标志点，如钛钉等，空间配准和定位完全依赖于对标志点的识别与坐标折算，优点是精度比较高，但图像空间变换和计算复杂。非入侵式的方法中，具有代表性的是在C型臂上直接重建3D手术导航系统，在与手术器械相同的坐标系下实现标定和跟踪，不需要另外注册图像，这种方法对于易于变形的器官等的处理要优于使用术前CT数据，但术中患者和医生暴露在射线中的情况没有完全得到改善。而且现有的导航系统中，术中完全依赖可见光图像信息引导的也比较少。因此开发研制结构简单、操作简便、价格适中，便于在原有C型臂系统上改装的图像导航系统具有重要意义。国内的医院中，不论大、中型医院，还是小型医院，几乎都有C型臂手术台，加装相机等装置构成导航系统，可以大大的节约成本。相对市场上占主导地位的国外几家品牌图像导航系统的高昂价格，更能被很多中、小型医院所承受。

 

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对现有技术存在图像配准困难、空间坐标折算计算量大、可见光图像导航利用不充分等问题，本发明提供具有可调角度和位置反射镜面的多光谱图像融合手术导航系统及方法，X-ray透视图像与可见光CCD相机采集图像的视角和取景区域保持一致，简化了后期的图像配准等算法。该系统通过调节镜面的角度和位置以及相机的位置，获取手术部位拍摄图像的最佳视角，对两类图像在术前实现配准，手术中以可见光实时图像引导手术，减少对医生和患者的辐射，并在精度上达到要求。本发明综合运用数字图像处理、模式识别、光学原理及通讯等技术，设计了结构简单，易于在已有C型臂上改造安装的基于多光谱图像信息融合的导航装置。

2、技术方案

具有可调角度和位置反射镜面的多光谱图像融合手术导航系统，包括C型臂机架、X-ray发射球管、图像增强和采集装置、图像处理工作站、带有标志点的标定体、监视器，还包括两片平行的反射镜、铰链、反射镜导轨及插槽、可见光CCD相机、相机导轨，所述X-ray发射球管置于C型臂机架顶部下方，图像增强和采集装置放置在与X-ray发射球管对应C型臂的底部，X-ray发射球管下方设置两片平行的反射镜，两片平行的反射镜的镜面通过可旋转的铰链与C型臂机架上的反射镜导轨相连接，并可前后平移和变化角度，反射镜导轨通过插槽安装于C型臂机架上，可见光CCD相机安装于相机导轨上，可见光CCD相机可在相机导轨上前后移动，根据反射镜的位置来固定前后位置，所述的相机导轨设置于C型臂侧壁上，并位于反射镜导轨上方，图像处理工作站接受图像增强和采集装置和可见光CCD相机传送的图像，并显示在监视器上。X-ray发射球管向下发射X-ray，图像增强和采集装置的位置与X-ray发射球管对应，获取X-ray图像，可见光CCD相机安放在C型臂侧壁的相机导轨上，获取镜面反射的图像，两片反射镜镜面平行安装，两片平行的反射镜在反射镜导轨上通过前后移动和旋转，在适合的位置和角度上固定，使得X-ray发射球管的X-ray透视图像与可见光CCD相机采集图像的视角和取景区域保持一致。图像增强和采集装置采集的透视图像和可见光CCD相机采集的可见光图像同时被采集并送入图像处理工作站，进行存储、配准、融合等处理，并显示在监视器上。系统设置带有标志点的标定体一个，用于确定X-ray发射球管和可见光CCD相机的位置，进行相机参数标定。所述的反射镜为X-ray可完全穿透材料做成，确保图像增强和采集装置对X-ray图像的正常、准确采集。所述的监视器为液晶监视器。