[发明专利]一种手术导航系统及其使用方法

说明书

本发明实施例公开一种手术导航系统；包括定位追踪模块，医学成像设备，标定组件，和主机，该系统可以使用部分定位球进行粗注册，然后基于粗注册，再使用更多的定位球进行精注册，完成二维图像到三维空间的注册，简化了计算，提高了效率，适用于多种环境。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种手术导航系统和一种注册方法。

背景技术

手术导航系统的蓬勃发展，对于神经外科、骨科等手术方法起到了良好的辅助作用，改进了手术法，微创手术减少了对病患造成的伤害，缩短了手术时间，减轻了医师的工作量。

在手术导航系统辅助的手术中，将医学影像空间坐标系和现实空间坐标系建立对应关系，从而将医生在影像空间计划的手术路径映射到现实空间中的方法称为注册，注册是手术导航的关键步骤，注册的精准与否直接关系到导航定位的精度，同时，病人注册流程中操作的便捷程度也直接影响了手术的整体耗时。

与脊柱相关的手术需要术前和术中的配准，为了降低辐射剂量，通常直接使用椎骨的2D图像来完成与三维空间的注册，但是由于脊柱受到人体呼吸运动影响，持续的不断发生微小位移，以及脊椎骨的复杂结构在CT或X光影像中受分辨率和清晰度、以及识别错误等影响，注册的精度受到影响，继而影响手术导航的精度，此外，该方法计算复杂，难度大，耗时较长。

发明内容

为解决以上问题中的全部或部分，本申请提供了一种手术导航系统，包括：定位追踪模块，医学成像设备，标定组件，和主机；

所述标定组件包括定位模块，所述定位模块设置有m个定位球，所述定位球能够在医学成像设备中成像，m为大于6的自然数；

所述主机中含有计算机设备，所述计算机设备加载有可以执行以下注册方法的程序：

获得所述定位模块上所述m个定位球在世界坐标系中的坐标；

接收利用医学成像设备分别在第一位置和第二位置采集的第一二维图像和第二二维图像，所述第一二维图像和第二二维图像均包含所述定位模块；

在所述第一二维图像中使用第一套环圈定n个定位球，n为大于5的自然数，且n小于m，然后在第二二维图像中使用第二套环圈定相应的定位球，利用所述套环进行第一次注册，得到第一转换关系，完成粗注册；

根据所述第一转换关系，基于k个定位球在所述三维空间中的坐标，k为大于n且小于等于m的自然数，计算得到所述第一二维图像和第二二维图像中所述k个定位球的理论圆心，并分别标示以所述理论圆心为中心的第三套环，并在所述第一二维图像和第二二维图像中自动获得所述k个定位球的模板(mask)，根据模板在所述第一二维图像和第二二维图像中重新提取所述k个定位球的圆心，然后使用所述k个定位球的圆心进行第二次注册，得到第二转换关系，完成精注册；

利用所述第一二维图像、所述第二二维图像和所述第二转换关系，通过三角法，构建出以医学成像设备的第一位置或者第二位置为基坐标的三维坐标系，利用所述三维坐标系与所述世界坐标系进行注册。

进一步地，标定组件在获得二维图像期间保持空间位置不变，优选地，在所述注册方法进行期间保持空间位置不变。

保持标定组件空间位置不变的方法可以为将标定组件与患者脊柱棘突固定连接；或者使用绷带等将患者固定，让后将标定组件连接绷带；采集二维图像期间保持标定组件相对于患者的空间位置不变。

医学成像设备可以是CT、C臂、O臂、X光机等；定位球包含不透过X射线的材料，例如可以是钢珠。

定位追踪模块可以使用现有各种装置，例如光学追踪模块或电磁追踪模块，进一步地光学追踪模块可以使用可见光或红外光进行追踪，例如使用NDI红外追踪装置等。

使用套环(即第一套环和第二套环)进行第一次注册，可以使用套环的圆心或者从套环中提取小球的模板进行。