[发明专利]基于光学相干层析引导的显微外科手术系统及导航方法

说明书

技术领域

本公开涉及显微外科手术成像和图像处理，具体地，涉及基于光学相干层析引导的显微外科手术系统及导航方法。

背景技术

现代外科手术已经要求在精确定位手术靶点部位的同时，尽可能的降低对病人的生理创伤，实现微创化手术，从而克服过去粗狂的开放式手术遗留的手术创伤大、恢复期长等缺陷，把对于病人的身体和心理的伤害降到最低。图像引导的介入手术可以精确定位手术靶点、可在手术过程中实现监控导航等特点，具备创伤小、恢复快、疗效好等优点，是现代外科手术的一个重要的发展方向，并逐渐出现替代传统开放式手术的趋势。

大部分的外科手术都涉及到深层的组织。传统的方法都是通过切割开表层的组织，然后再对深层组织进行相关的手术治疗。因此为了实现对外科手术的图像引导，保证手术的安全、有效地开展，必须要求结合一种能够实现对深层组织进行三维成像的影像学技术方法。目前超声、CT和磁共振成像这三种三维成像技术，已经成功的结合到外科手术系统中，实现了图像引导下的手术导航，并成功的运用到胸部、腹部和头颅等临床外科手术领域。

但是这三种成像方式的分辨率较低，其临床使用的仪器的分辨率都在毫米级别，因而只能够实现对精细程度要求不是很高的外科手术导航。目前以光学手术显微镜为基础的显微外科手术，例如眼科手术、神经外科手术等，其成像范围局限于二维(例如，x-y平面)成像。尽管手术使用的光学手术显微镜的分辨率已经达到了几个微米量级，却一直没有分辨率能够匹配的三维(x-y-z立体成像)成像技术的配合。此外，显微外科手术的手术区域很小，因此手术过程中振动、组织切割引起的变形等因素，会直接形成手术区域的形貌整体变形，所以像磁共振、CT等非实时成像技术不适用于显微外科的导航。正是由于上述问题，在显微外科手术领域，至今都没有能够实现对手术的图像导航。

发明内容

本公开的目的至少部分地在于提供一种光学相干层析(OCT)引导的显微外科手术系统及导航方法，通过配合手术显微镜，在OCT的二维和三维图像引导下，实现显微外科手术导航。

根据本公开的一个方面，提供了一种显微外科手术系统，包括：物镜；手术显微镜单元，配置为经由物镜对手术区域进行二维成像；光学相干层析单元，配置为经由物镜对手术区域进行二维层析成像，其中根据手术显微镜单元的成像视场，来标定光学相干层析单元的成像视场；处理器，配置为基于手术显微镜单元的二维成像结果以及光学相干层析单元的二维层析成像结果，获得导航信息，所述导航信息包括关于需要进行手术的手术部位以及用于对手术部位进行手术的手术器械的位置的信息；以及输出单元，配置为输出导航信息来引导手术器械到达手术部位。

物镜可以包括显微物镜。手术显微镜单元可以配置为经由物镜的旁轴区域进行成像，而光学相干层析单元可以配置为经由物镜的轴上区域进行成像。

导航信息可以包括手术显微镜单元的二维成像图像、光学相干层析单元的二维层析成像图像以及根据二维层析成像图像获得的三维图像中至少之一。这种情况下，输出单元可以包括显示单元，配置为显示导航信息。处理器可以配置为在所显示的二维图像和/或三维图像上突出显示手术部位和/或手术器械。

根据本公开的另一方面，提供了一种显微外科手术导航方法，包括：根据手术显微镜单元的成像视场，来标定光学相干层析单元的成像视场；经由物镜，通过手术显微镜单元对手术区域进行二维成像，并经由物镜，通过光学相干层析单元对手术区域进行二维层析成像；根据成像结果，获得导航信息，所述导航信息包括关于需要进行手术的手术部位以及用于对手术部位进行手术的手术器械的位置的信息；以及输出导航信息，以引导手术器械到达手术部位。

标定光学相干层析单元的成像视场可以包括：以手术显微镜单元的成像视场中心为坐标原点，并以光学相干层析单元的光学扫描线为x、y、z轴，建立统一的坐标系；记录光学相干层析单元的不同扫描电压驱动下光学相干层析单元的x、y扫描线在该坐标系中的位置，建立不同驱动电压与扫描位置之间的对应关系。

导航信息可以包括手术显微镜单元的二维成像图像、光学相干层析单元的二维层析成像图像以及根据二维层析成像图像获得的三维图像中至少之一。这种情况下，输出导航信息可以包括显示所述导航信息。该方法还可以包括在所显示的二维图像和/或三维图像上突出显示手术部位和/或手术器械。

该方法还可以包括以固定的时间间隔进行y-z平面层析成像和x-z平面层析成像，根据前后两帧连续的y-z层析图像和x-z层析图像，获得手术器械的当前位置。