[发明专利]人体器官运动监测方法和人体导航系统

权利要求书

1.一种手术过程中实时监测人体器官的运动的人体器官运动监测方法，在手术前通过扫描已经获得了固定有两个或两个以上的运动监测工具的患者的医疗部位的三维立体医学图像，该三维立体医学图像具有相关联的影像坐标系，该人体器官运动监测方法包括如下步骤：

获得从术前三维立体医学图像中识别的各个运动监测工具在影像坐标系中的第一位置和姿态；

在同样的运动监测工具以与手术前扫描时同样的位置和姿态固定于患者身体上的状态下：

实时确定各个运动监测工具在定位坐标系中的第二位置和姿态，该定位坐标系是定位手术工具的位置和姿态过程中所参考的坐标系；

基于各个运动监测工具在影像坐标系中的第一位置和姿态以及在定位坐标系中的第二位置和姿态，实时计算定位坐标系到影像坐标系之间的最优坐标转换关系，以及基于该最优坐标转换关系计算各个运动监测工具在从定位坐标系到影像坐标系的坐标转换的总体误差；以及

基于实时确定的各个时刻的各个运动监测工具的坐标转换的总体误差，来评估人体器官在该各个时刻相对于手术前扫描时刻的运动程度。

2.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，其中所述人体器官的运动包括肺部的呼吸周期的各个阶段。

3.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，还包括基于所述评估人体器官在该各个时刻相对于手术前三维扫描时刻的运动程度，确定手术工具介入人体病灶的时机，并向执行手术的操作者提示该时机。

4.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，还包括：

确定坐标转换的总体误差小于预定阈值的时刻；

确定该时刻的定位坐标系到影像坐标系的坐标转换矩阵；

基于该坐标转换矩阵，确定手术工具在影像坐标系中的位置，并将手术工具的图像在该位置与立体医学图像组合地显示在显示装置上。

5.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，所述手术工具是穿刺针。

6.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，所述每个运动监测工具具有至少四个能够被定位设备跟踪的标志点，其中任意三个标志点不共线，其中通过在该三维立体医学图像中识别每个运动监测工具的各个标志点来识别各个运动监测工具在影像坐标系中的第一位置和姿态；以及在手术中定位设备通过跟踪每个运动监测工具的各个标志点来确定各个运动监测工具在定位坐标系中的第二位置和姿态。

7.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，所述运动监测工具被固定于受人体器官运动影响大的患者身体部位上。

8.根据权利要求1的人体器官运动监测方法，所述定位设备为电磁跟踪器。

9.一种手术导航系统，包括：

定位设备，用于跟踪手术工具和运动监测工具在定位坐标系中的位置和姿态；

两个或两个以上的运动监测工具，被固定于患者身体上，其在定位坐标系中的位置和姿态能够被定位设备跟踪到；

三维立体医学图像获得单元，用于获得手术前的固定有运动监测工具的患者的医疗部位的三维立体医学图像，该立体医学图像具有相关联的影像坐标系；

手术导航工作站，进行术前三维立体医学图像与手术中的手术工具图像的配准和组合，并在所连接的显示设备上进行可视化显示，以指导手术执行者的手术操作；

其中，所述手术导航工作站还通过下述操作监视人体器官的运动状态：

从术前三维立体医学图像中识别各个运动监测工具在影像坐标系中的第一位置和姿态；

在手术中实时确定各个运动监测工具在定位坐标系中的第二位置和姿态；

基于各个运动监测工具在影像坐标系中的第一位置和姿态以及在定位坐标系中的第二位置和姿态，实时计算定位坐标系到影像坐标系之间的最优坐标转换关系，以及计算各个运动监测工具在从定位坐标系到影像坐标系的坐标转换的总体误差；以及

基于实时确定的各个时刻的坐标转换的总体误差，来评估人体器官在该各个时刻相对于手术前扫描时刻的运动程度。

10.根据权利要求9的手术导航系统，其中所述人体器官的运动包括肺部的呼吸周期的各个阶段。