[发明专利]基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统

说明书

本发明属于手术导航辅助系统领域，具体涉及一种基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统，旨在解决现有的导航系统显示与操作难以同时兼顾、使用复杂，导致导航准确率低以及技术成本高昂、需长期暴露在发射性环境中的问题。本发明方法包括：获取模块，配置为获取扫描图像及深度信息；模型构建模块，配置为构建三维点云模型；所述模型匹配模块，配置为匹配三维点云模型与预存储的CT模型；所述位置计算模块，配置为获取配准后的CT模型在Unity3D中的位置信息；所述同和显示模块，配置为基于位置信息，将配准后的CT模型平移至MR端显示，并结合骨钻的位姿进行导航。本发明提高了导航准确率，并降低了技术成本、放射性的影响。

技术领域

本发明属于手术导航辅助系统领域，具体涉及一种基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统。

背景技术

股骨头坏死又称缺血性股骨头坏死，系骨科常见且难治性疾病，由于非创伤性股骨头坏死病理机制尚未完全明了，因此从源头上防止此病尚不可能，但目前国内外专家对诊疗主要方面存在共识，国内发表的专家建议和专家共识对股骨头坏死规范化的诊疗起了重要作用。对病患施行股骨头坏死髓芯减压手术是治疗股骨头坏死的一种有效方法，但该手术本身难度高，危险性大，对医生的专业素质与手术经验要求相对较高，因此目前尚未得到推广，仅在部分设施相对完备的大型医院才有实施的设备条件与人员条件。

当前相关的骨科手术导航辅助技术普遍依赖安装在患者体外或体内的追踪标记点，或者需要额外增加使用带有标记点的特殊手术器械，通过对这些辅助器材的追踪间接实现导航，辅助手术进行。现有的技术手段主要可以分为两大类：体外定位方式与体内定位方式。体外定位方式主要通过绑定式定位支架等辅助器械，对患者进行固定，以确保患者位置不变；体内定位方式主要通过钛钉等额外器械实现追踪导航。

现有技术的实现方式大都是通过光学导航与电磁导航相互结合的方式，或者需要采用一些额外的器械辅助进行定位，在成本方面，现有技术需要额外的手术耗材，成本相对较高；在环境方面，医生和病人需要暴露在放射性条件下，以此获取内部解剖影像，存在一定健康隐患；在显示方面，现有技术都是使用单独的显示装置，医生在施术过程中难以兼顾手术操作与对操作进程的把控；在操作方面，现有技术的导航操作系统相对复杂，需要进行长时间的培训才能保证导航系统的正确合理使用。基于此，本发明提出了一种基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的股骨头髓芯减压手术导航系统显示与操作难以同时兼顾、使用复杂，导致导航准确性低以及技术成本高昂、需长期暴露在放射性环境中的问题，本发明提出了一种基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统，该系统包括：设置于相机端的获取模块、模型构建模块、模型匹配模块；设置于PC端的位置计算模块；设置于MR端的融合显示模块；所述相机端、所述PC端、所述MR端通过通信链路连接；

所述获取模块，配置为通过扫描相机对患者待手术的股骨头部位及周围预设的标记物进行扫描，获取包含有股骨头部位、标记物的扫描图像以及患者待手术股骨头的部位的位置信息、深度信息；

所述模型构建模块，配置为基于所述扫描图像、所述深度信息，构建包含有股骨头部位、标记物的三维点云模型，作为第一模型；

所述模型匹配模块，配置为将所述第二模型与所述第一模型进行自动配准，并获取第一矩阵；所述第二模型为预存储的标记有进针路径的患者待手术部位的股骨头的CT模型；所述第一矩阵为所述第二模型与相机坐标系之间的转换矩阵；

所述位置计算模块，配置为通过所述PC端的相机获取所述标记物的图像，并结合标记物坐标系与相机坐标系的平移参数、旋转参数、缩放参数以及所述第一矩阵，获取配准后的第二模型在Unity 3D中的位置信息；

所述融合显示模块，配置为基于所述位置信息，将配准后的第二模型平移至MR端的坐标系下进行显示，并结合实时采集的骨钻的位姿，对骨钻的进针方向进行导航。