[发明专利]一种2D图像手术定位导航系统及方法

说明书

本发明涉及一种2D图像手术定位导航系统及方法，属于医学影像数据处理技术领域。本发明借助于X线标定装置，利用X线标定装置的显影功能和与骨骼位置固定的关系，确定虚拟进针通道相对于X线标定装置的位置和延伸方向，并将其发送给MR眼镜，将虚拟进针通道位置呈现在MR眼镜中。因此，本发明不需要通过数百次的X线透视来构建骨骼的3D影像，只需要包含有X线标定装置的两张X线影像就能够实现精确导航，大大减少了放射剂量，避免了过多X线投射对人体的伤害，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种2D图像手术定位导航系统及方法，属于医学影像数据处理技术领域。

背景技术

在骨科手术中，医生经常需要在骨性通道内置钉，但是肉眼无法直视骨骼内部，并且手术只能对部分骨质进行暴露，因此会造成置钉位置的偏差，严重者会损伤骨骼附近的神经和血管，造成难以估量的后果。目前的3D导航系统有助于医生对置钉位置的把握，但是骨骼3D图形的构建意味着患者需要承受数百次的X线透视计量，这会对年轻患者造成无法估计的损伤；另外，现有的3D导航设备需要使用光学定位系统，这增加了导航的系统误差。例如申请公布号为CN112043382A的专利申请文件，该文件公开了一种外科手术导航系统及其使用方法，其中的导航系统包括医学图像扫描装置、光学跟踪系统、计算机处理装置及控制软件、机器人定位导航系统、示踪器及配套标尺工具，其中医学图像扫描装置用于获取手术部位的三维扫描图像，计算机处理装置用于计算三维扫描图像和实时空间数据。上述方案为获取三维扫描图像需要大剂量的X线透视，对人体损伤比较大，且还需借助于光学跟踪系统进行定位，增加了系统误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种2D图像手术定位导航系统及方法，以解决目前采用3D导航系统进行手术定位时存在的定位精度低、对人体损伤大的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种2D图像手术定位导航系统，该导航系统包括X线标定装置、医学影像拍摄装置、混合现实眼镜和处理器；所述X线标定装置用于固定在待定位的骨骼上，可以对X线进行显影；所述医学影像拍摄装置用于拍摄两张不同角度的包含有X线标定装置在内的待定位骨骼的X影像，并将拍摄到的影像发送给处理器，其中一张为骨骼的正位X影像，一张为骨骼的侧位X影像；所述处理器用于根据接收到的正、侧位X影像确定虚拟进针通道的进针位置、方向和进针深度；所述虚拟进针通道的进针位置、方向和进针深度都是以X线标定装置为坐标基准；

处理器将确定出的虚拟进针通道相对于X线标定装置的位置、方向和深度发送给混合现实眼镜，所述混合现实眼镜上设置有摄像装置，并且所述混合现实眼镜中设置有所述X线标定装置的三维结构模型，混合现实眼镜将显示出的三维结构模型与固定在待定位骨骼上的X线标定装置进行对准，在两者完全对齐后将接收到的虚拟进针通道的进针位置、方向和进针深度在混合现实眼镜上进行显示。

本发明借助于X线标定装置，利用X线标定装置的显影功能和与骨骼位置关系固定的原理，通过两张不同角度的包含有X线标定装置的骨骼X影像实现对虚拟进针通道位置的规划。因此，本发明不需要通过数百次的X线透视或高放射剂量的CT来构建骨骼的3D影像，只需要2次透视就能够实现精确导航，大大减少了放射剂量，避免了过多X线投射对人体的伤害，具有广阔的应用前景。为了方便医生看到虚拟进针通道的位置，所述的导航系统还包括混合现实眼镜，在混合现实眼镜中将虚拟的X线标定装置的模型与实际的X线标定装置的图像进行对准，在对准后将虚拟进针通道相对于X线标定装置的位置和方向显示出来，使得医生能够准确、直观的看到规划好的通道。

进一步地，为了更好地实现X线标定装置的标定作用，所述的X线标定装置包括间距、大小和相对空间位置固定的X线显影线，其空间排列的上下、前后、左右均为非对称性结构，仅通过正、侧位两张X线图像就能判断出其真实空间姿态。

进一步地，所述的X线显影线由非X线显影材料连接。

本发明通过将X线标定装置设计成上下、前后、左右均为非对称性结构，使得医生通过正、侧位两张X线图像，就能够对其空间姿态进行准确判断，为进针通道规划提供准确的依据。