[发明专利]微创手术导航系统

说明书

一种微创手术导航系统，其中，术前数据模块用于获得人体三维模型；术中数据模块用于获得位姿编码，并根据位姿编码查找对应的术前时刻；定位模块用于获取手术器械和人体定位器的位置数据；导航模块用于接收人体三维模型、手术器械和人体定位器的位置数据，根据手术器械定位器的位置数据获得手术器械模型；基于人体定位器的位置数据，利用增强现实显示设备将手术器械模型和人体三维模型显示；术中造影模块用于出现异常时获得手术部位的造影数据；导航模块用于根据造影数据对人体三维模型进行调整。该方案可以将术前生成的固定模型与术中随自然呼吸实时变动的人体部位进行有效叠加并显示；可以解决术中人体呼吸出现异常对微创手术造成影响的问题。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其一种微创手术导航系统。

背景技术

在传统手术中，医生通过在人体表面制造大型创口，从而可以直接目视观察手术部位的解剖结构进行手术操作，这样会对患者身体造成巨大伤害。新兴的微创手术是一种主要透过内窥镜及各种显像技术而使外科医生在无需对患者造成巨大伤口的情况下施行手术。相比传统的手术，微创手术无需对患者造成较大的创口即可进行手术，对患者的伤害大大减小，这是医学的巨大进步。但微创手术也有更高的技术要求，由于微创手术中不能直接目视观察手术部位，医生必须依赖手术导航系统获取人体手术部位、手术器械的空间位姿信息，微创手术导航系统的稳定与否将会直接影响微创手术的结果，而手术中医生获取信息的便捷程度也会影响手术的质量。因此，微创手术导航系统的有效运作是微创手术成功的关键。

微创手术导航系统的主要技术难点归结起来主要有以下几个：

①设备追踪系统：术中追踪手术器械等手术设备和人体的实时位姿；

②术前建模：用于术中实时判定人体的生理结构状态(动态过程)；

③术中影像：用于术中医生参考，通过术中临时造影获取术中人体的实时影像信息，避免由于术中人体的实时状态与术前人体建模情况的误差，导致医生因手术位置信息的错误引导而造成意外损害；

④人机接口：用于医生在手术中获取手术相关信息以及人机交互。

目前最为通用的微创手术导航系统称为“龙虾”系统，“龙虾”系统是依照仿生学的概念参考龙虾的生物形态所提出的。“龙虾”微创手术导航系统主要包含以下几个主要部分：机械臂控制台、双目追踪器、辅助机械臂和手术器械。其中，机械臂控制台用于控制机械臂运动，通过获取双目追踪器提供的有关物体的实时空间定位信息，对辅助机械臂运动目标进行指示，控制台上的显示器供医生手术中实时进行系统状态观察(主要是人体、手术器械的位置及运动情况)和下一步手术规划；双目追踪器通过对固连于追踪物体上的标记点(后面以NDI产品为例有相关的介绍)追踪人体、辅助机械臂及手术器械的实时空间位姿，并将相关信息提供给机械臂控制台进行分析处理；手术器械由辅助机械臂夹持，可帮助医生对病人进行辅助的手术操作。

在申请号为200910243116.7的《一种基于增强现实技术的鼻内镜微创手术导航系统》专利中，提到使用与计算机相连的红外追踪摄像机、三维扫描仪、三维立体显示器及相连的鼻内镜，对患者颅内组织、血管、皮肤结构进行重建，并根据红外追踪摄像机获取的鼻内镜位姿，将计算机实时渲染出的重建模型图像与鼻内镜所拍摄的实时图像进行叠加，在术中为医生增强显示类型的手术画面(使用三维立体显示器进行呈现)，运作图如图1所示。

但是该专利具有如下缺点：在针对头颅这种相对固定的人体部位手术较为适用，对于受自然呼吸影响具有实时运动量的人体部位的手术则无法适用，因为该方案无法将术前计算机生成的固定模型与随自然呼吸实时变动的人体部位进行有效叠加进行显示；且在术中当人体呼吸出现异常情况时，会造成呼吸时器官移位状况与术前得到的影像产生较大的差别，对微创手术造成影响。

发明内容