[发明专利]一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置及方法

说明书

本发明涉及导航配准系统，尤其涉及一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法。一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置，将患者头部固定于头架，头架和末端手术工具上固定有特殊光学标记点，术前在耳廓后侧植入4根钛钉，以供探针配合。本发明同时提供一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准方法，术前扫描头部CT，三维重建出钛钉和耳蜗等关键部位；将头架作为参照系，将探针依次指到各个钛钉上，通过双目跟踪传感器获取探针和头架上的标记点坐标；计算出钛钉与头架的坐标转换关系，实现从影像空间到手术空间的配准；实时读取手术工具上的光学标记点位姿，实现导航。该装置与方法使手术更加直观，便于操作，提高了手术精度，降低了手术风险。

技术领域

本发明涉及一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置及方法。

背景技术

耳蜗是外周听觉系统的组成部分，其核心为听觉传到器官柯蒂氏器，它将来自中耳的声音信号转换为相应的神经电信号，交送脑的中枢听觉系统进行进一步处理。绝大多数感音神经性聋的病理基础是源于毛细胞的扫视或功能缺陷，人工耳蜗可由体外语言处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。

人工耳蜗植入手术的实质就是将人工耳蜗体内部分放入耳后的皮下和颅骨外并固定。该手术对执行者的要求极高，需要在不损伤电极的情况下，将电极深深地插入鼓阶内，在不损伤电极和植入体的同时，也不能损伤电极和植入体周围的结构，如头皮，外耳道，鼓膜，面神经等，因此手术过程存在一定风险，如损坏前庭系统或面神经等，并且目前仍未找到较好的解决方法。随着计算机和视觉等技术的发展，导航下的微创手术逐渐推广，不仅减小了手术创伤，还提高了手术精度。进行导航手术最关键的两个问题在于人体术区器官组织和手术器材工作空间的配准和实时导航。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法，在人工耳蜗植入手术过程中对手术工具进行定位和导航，协助医生，以提高手术精度，降低手术风险。

(二)技术方案

为达成上述目的，本发明提供一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法，由以下几个步骤构成：

S1.患者头部(2)与头架(6)固定，在患侧耳廓后植入4根钛钉(3)；

S2.进行头部CT扫描，三维重建钛钉(3)、外耳道及耳蜗等相关组织，获得在影像空间中的各自坐标；

S3.依次将探针(4)与各个钛钉(3)顶部连接，双目跟踪传感器(7)分别采集探针(4)及头架(6)上的标记点(5)的空间坐标；

S4.根据探针(4)在头架(6)参照系下的空间坐标计算所连接钛钉(3)在头架(6)参照系下的空间坐标；

S5.根据钛钉(3)在头架(6)参照系下的坐标和影像空间中钛钉(3)及耳蜗各组织的坐标计算耳蜗等组织在头架(6)参照系下的空间坐标；

S6.进行人工耳蜗植入手术，利用双目跟踪传感器(7)通过跟踪手术工具上的标记点(5)对手术工具进行实时定位和导航。

根据本发明，步骤S1中的固定是指手术过程中患者头部(2)与头架(6)始终保持相对静止，头架(6)上的标记点(5)可被双目跟踪传感器(7)所识别；植入的钛钉(3)是由钛合金材料制作且顶部带有凹槽的特殊螺钉。

根据本发明，步骤S2中，对CT图像进行三维重建是指根据序列CT图像重建出钛钉(3)和患者耳蜗及其周围组织的三维模型和空间坐标，从而获得钛钉(3)和耳蜗等组织的空间位置关系。