[发明专利]一种共光轴式病变部位显像投影导航装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说是一种共光轴式病变部位显像投影导航装置与方法。

背景技术

由于手术设备、器械与技术上的限制，传统医学外科手术很大程度上依赖于医生的临床经验，不仅加重医生的工作强度，也会造成手术精准度和成功率的不同。

随着医学影像技术、图像处理技术等技术的发展与革新，近年来，外科手术正在向着精细、准确、快速的方向发展。手术导航系统正是在此过程中发展出来的新型手术辅助设备，这类设备的基本原理是将PET、CT、MRI、荧光等医学影像进行相应处理(如图像融合、坐标变换等)，从而实现有效地术前观察或者手术过程中的实时引导，相关研究成果被发表在 Applied Optics、Review of Scientific Instruments、Radiology等国际知名学术期刊上。这类设备首先应用于神经外科手术(Amami Kato等人发表于Journal of Neurosurgery)，随后逐渐推广用于其他手术领域，包括骨科(Robert A.Siston等人发表于Journal of Biomechanics)、耳鼻喉科和整形外科等(Annette M.Pham等人发表于Otolaryngology‐Head and Neck Surgery)。其中，肿瘤切除手术是手术导航系统应用的一个新兴领域。目前，肿瘤切除是治疗癌症的首选方法，也是最有效的治疗方法，该方法通过将癌症原发病灶(癌症最初发生的部位)及转移病灶(由原发性转移的病灶)一并切除，从而使病人获得治愈机会。在肿瘤切除手术中，医生可采用手术导航装置作为手术辅助装置精确地分辨肿瘤病变部位和良性细胞部位，以实现对肿瘤病变部位的精准切除。手术导航系统在肿瘤切除手术中，对手术定位的精度提高、手术医源性损伤的减少、手术路径的优化及成功率的提高等具有十分重要的意义。

现有的医用导航装置一般是通过摄像头拍摄所需医学影像，经处理后显示在相应屏幕上，提供给医生病变部位的信息。例如，加拿大Novadaq公司的SPY手术导航系统，采用相机、激光光源、显示器、远程操控模块和中心处理单元构建了近红外荧光影像导航系统；美国波士顿Frangioni实验室搭建的FLARE系统，采用两个显示器、多个光源和多个相机组成的可同时获取700nm和800nm波长图像，在手术中为医生提供近红外影像指导。上述方法虽然能够将手术所需的信息呈现在医生面前，但是医生看到的影像与病人实际病变部位分开显示，需要医生在手术过程中不断切换视野，导致医生在切除病灶的过程中，无法精准地操作，给医生手术过程带来极大的不便。

针对上述问题，也有一些人提出将处理后的医学影像投影到相应手术区域的方法，但是部分系统在光学设计上采用图像采集光路与投影光路并排放置的策略，导致在设备工作距离发生变化时，投影图案与真实的生物组织信息分离，降低了导航系统的精准性(Qi Gan等人发表于Plos One)。即便使用软件配准，也需要额外的配准计算量，大大增加了系统的计算时间且易产生误差。另一部分共光轴产品无法实现成像光路和投影光路的同时对焦，或仅能通过分别对焦来实现采集和投影图像的清晰对焦，靠肉眼的识别相应带来了投影误差，且耗费大量的手术时间。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种共光轴式病变部位显像投影导航装置与方法，通过成像组件和投影组件共用一组投影部件和分光部件，实现图像采集与投影的共光轴设计，且使图像采集与图像投影能同时对焦，以期达到无需软件配准，在不同的工作距离上，所投影的图像均可以实时投影在病变部位且能够精准重合的效果，使医生无需反复切换视角、病变部位显示更直观，提高了手术精度和效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种共光轴式病变部位显像投影导航装置，设有底座，所述底座上设有用于安装显像投影导航装置的基体模块，其结构特点是：所述显像投影导航装置包括：

激发光源，设置在所述底座或基体模块上，用于照射病变部位以使图像采集部件进行图像采集；

成像组件，内置于所述基体模块，依据成像光路依次由对焦部件、分光部件、成像中继组件及图像采集部件构成，用于对病变部位非可见或肉眼不易看见的生物信息成像，供控制器进行处理；

投影组件，内置于所述基体模块，依据投影光路依次由图像投影部件、投影中继组件、所述分光部件及所述对焦部件构成，用于将控制器处理后的图像投影回病变部位；本发明中，由于投影组件与成像组件共用一组对焦部件和分光部件，使图像采集与投影实现共光轴设计，且能同时对焦。