一種手術導航方法和系統(tǒng)技術方案

本申請涉及手術導航技術領域，尤其是涉及一種手術導航方法和系統(tǒng)，方法包括：在至少一個掃描視角下對手術區(qū)域投影得到對應的掃描圖像；獲取各個掃描視角的射線光源質點在追蹤釘坐標系中的第一位置信息；對第一位置信息進行坐標系轉換得到在投影坐標系中的第二位置信息；獲取手術工具在追蹤釘坐標系中的第三位置信息；對第三位置信息進行坐標系轉換得到在投影坐標系中的第四位置信息；根據(jù)第四位置信息和第二位置信息的相對位置關系，獲取第四位置信息在各個掃描視角下的投影坐標系的投影映射點集，對投影映射點集進行掃描圖像的實時顯示，以實現(xiàn)手術工具在各個掃描視角下的掃描圖像的實時顯示

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種手術導航方法和系統(tǒng)


[0001]本申請涉及手術導航
，特別是涉及一種手術導航方法和系統(tǒng)
。

技術介紹

[0002]傳統(tǒng)的手術方式是通過較大的切口或切開病灶進行手術，帶來的手術創(chuàng)傷較大，導致術后疼痛和不適較為明顯，恢復時間較長
。
因此，微創(chuàng)手術得以興起，其通過微小切口或自然孔道進行手術，可以減輕手術創(chuàng)傷
、
縮短恢復時長以及減少并發(fā)癥的發(fā)生率等
。
而如何實現(xiàn)手術工具在術中體位空間的實時導航成為微創(chuàng)手術的關鍵問題
。
[0003]2D X
光機
(C/O/G
型臂
)
是手術過程中常用的輔助設備，目前基于
2D X
光機掃描的圖像進行導航的方式，需要在手術操作環(huán)境中固定標定裝置進行術前標定，完成標定后需要在患者身上固定較為冗余的光學參考架，用于術中手術工具的追蹤定位
。
由于標定過程較為繁瑣，會影響臨床手術時間，且冗余的光學參考架會影響臨床醫(yī)生的操作空間和手術視野
。
[0004]因此，現(xiàn)有技術中還存在導航不夠便捷的問題
。

技術實現(xiàn)思路

[0005]基于此，提供一種手術導航方法和系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有技術中導航不夠便捷的問題
。
[0006]第一方面，提供一種手術導航方法，所述方法包括：
[0007]掃描設備在至少一個掃描視角下發(fā)射射線光源，對固定有至少一個追蹤釘?shù)哪繕俗倒撬诘氖中g區(qū)域進行投影操作，得到各個所述掃描視角下的掃描圖像；
[0008]導航設備獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在追蹤釘坐標系中的第一位置信息；對所述第一位置信息進行坐標系轉換，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在投影坐標系中的第二位置信息；其中，所述射線光源質點是指將所述射線光源視為質點，所述投影坐標系是以所述掃描設備的射線接收板的平面為坐標系平面建立的；
[0009]導航設備實時獲取手術工具在追蹤釘坐標系中的第三位置信息；對所述第三位置信息進行坐標系轉換，得到所述手術工具在投影坐標系中的第四位置信息；
[0010]顯示設備根據(jù)所述第四位置信息和所述第二位置信息的相對位置關系，獲取所述第四位置信息在各個所述掃描視角下的投影坐標系的坐標系平面的投影映射點集，對所述投影映射點集進行所述掃描圖像的實時顯示，以實現(xiàn)所述手術工具在各個所述掃描視角下的掃描圖像的實時顯示
。
[0011]結合第一方面，在第一方面的第一種可實施方式中，導航設備獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在追蹤釘坐標系中的第一位置信息的步驟，包括：
[0012]若所述追蹤釘?shù)念愋蜑殡姶抛粉欋敚鶕?jù)所述電磁追蹤釘和參考架的電磁傳感器分別在電磁發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場中運動時生成的電動勢，計算電磁追蹤釘坐標系與參考架坐標系之間的第一轉換矩陣；
[0013]獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息；
[0014]根據(jù)所述第一轉換矩陣的逆矩陣和所述第五位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述電磁追蹤釘坐標系中的第一位置信息；
[0015]若所述追蹤釘?shù)念愋蜑楣鈱W追蹤釘，通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息；
[0016]根據(jù)所述光學追蹤釘上的光學球分別在光學追蹤釘坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，計算所述光學追蹤釘坐標系和所述光學相機坐標系之間的第二轉換矩陣；
[0017]根據(jù)所述第二轉換矩陣的逆矩陣和所述第六位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述光學追蹤釘坐標系中的第一位置信息
。
[0018]結合第一方面的第一種可實施方式，在第一方面的第二種可實施方式中，獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息的步驟，包括：
[0019]通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息；
[0020]根據(jù)所述參考架上的光學球分別在所述參考架坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，計算所述參考架坐標系和所述光學相機坐標系之間的第三轉換矩陣；
[0021]根據(jù)所述第三轉換矩陣的逆矩陣和所述第六位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息
。
[0022]結合第一方面的第二種可實施方式，在第一方面的第三種可實施方式中，通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息的步驟，包括：
[0023]通過射線光源追蹤器對各個所述掃描視角的射線光源質點進行追蹤和定位，獲得各個所述掃描視角的射線光源質點在射線光源追蹤器坐標系中的第七位置信息；
[0024]根據(jù)所述射線光源追蹤器上的光學球分別在所述射線光源追蹤器坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，獲得所述射線光源追蹤器坐標系與所述光學相機坐標系之間的第四轉換矩陣；
[0025]根據(jù)所述第七位置信息和所述第四轉換矩陣的乘積，獲得各個所述掃描視角的光源質點集合在所述光學相機坐標系中的第六位置信息
。
[0026]結合第一方面的第一種可實施方式，在第一方面的第四種可實施方式中，對所述第一位置信息進行坐標系轉換，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在投影坐標系中的第二位置信息；對所述第三位置信息進行坐標系轉換，得到所述手術工具在投影坐標系中的第四位置信息的步驟，包括：
[0027]若所述追蹤釘?shù)念愋蜑殡姶抛粉欋敚@取所述投影坐標系與所述參考架坐標系之間的第五轉換矩陣；
[0028]根據(jù)所述第一轉換矩陣的逆矩陣和所述第五轉換矩陣的乘積，得到所述投影坐標系與所述電磁追蹤釘坐標系之間的第六轉換矩陣；
[0029]根據(jù)所述第六轉換矩陣的逆矩陣和所述第一位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述投影坐標系中的第二位置信息；
[0030]根據(jù)所述第六轉換矩陣的逆矩陣和所述第三位置信息的乘積，得到所述手術工具在所述投影坐標系中的第四位置信息；
[0031]若所述追蹤釘?shù)念愋蜑楣鈱W追蹤釘，獲取所述投影坐標系與所述光學追蹤釘坐標系之間的第七轉換矩陣；
[0032]根據(jù)所述第七轉換矩陣的逆矩陣和所述第一位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述投影坐標系中的第二位置信息；
[0033]根據(jù)所述第七轉換矩陣的逆矩陣和所述第三位置信息的乘積，得到所述手術工具在所述投影坐標系中的第四位置信息
。
[0034]結合第一方面的第四種可實施方式，在第一方面的第五種可實施方式中，獲取所述投影坐標系與所述參考架坐標系之間的第五轉換矩陣；獲取所述投影坐標系與所述光學追蹤釘坐標系之間的第七轉換矩陣的步驟，包括：
[0035]根據(jù)所述參考架上的光學球分別在所述參考架坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，計算所述參考架坐標系和本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種手術導航方法，其特征在于，包括：掃描設備在至少一個掃描視角下發(fā)射射線光源，對固定有至少一個追蹤釘?shù)哪繕俗倒撬诘氖中g區(qū)域進行投影操作，得到各個所述掃描視角下的掃描圖像；導航設備獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在追蹤釘坐標系中的第一位置信息；對所述第一位置信息進行坐標系轉換，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在投影坐標系中的第二位置信息；其中，所述射線光源質點是指將所述射線光源視為質點，所述投影坐標系是以所述掃描設備的射線接收板的平面為坐標系平面建立的；導航設備實時獲取手術工具在追蹤釘坐標系中的第三位置信息；對所述第三位置信息進行坐標系轉換，得到所述手術工具在投影坐標系中的第四位置信息；顯示設備根據(jù)所述第四位置信息和所述第二位置信息的相對位置關系，獲取所述第四位置信息在各個所述掃描視角下的投影坐標系的坐標系平面的投影映射點集，對所述投影映射點集進行所述掃描圖像的實時顯示，以實現(xiàn)所述手術工具在各個所述掃描視角下的掃描圖像的實時顯示
。2.
根據(jù)權利要求1所述的手術導航方法，其特征在于，導航設備獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在追蹤釘坐標系中的第一位置信息的步驟，包括：若所述追蹤釘?shù)念愋蜑殡姶抛粉欋敚鶕?jù)所述電磁追蹤釘和參考架的電磁傳感器分別在電磁發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場中運動時生成的電動勢，計算電磁追蹤釘坐標系與參考架坐標系之間的第一轉換矩陣；獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息；根據(jù)所述第一轉換矩陣的逆矩陣和所述第五位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述電磁追蹤釘坐標系中的第一位置信息；若所述追蹤釘?shù)念愋蜑楣鈱W追蹤釘，通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息；根據(jù)所述光學追蹤釘上的光學球分別在光學追蹤釘坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，計算所述光學追蹤釘坐標系和所述光學相機坐標系之間的第二轉換矩陣；根據(jù)所述第二轉換矩陣的逆矩陣和所述第六位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述光學追蹤釘坐標系中的第一位置信息
。3.
根據(jù)權利要求2所述的手術導航方法，其特征在于，獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息的步驟，包括：通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息；根據(jù)所述參考架上的光學球分別在所述參考架坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，計算所述參考架坐標系和所述光學相機坐標系之間的第三轉換矩陣；根據(jù)所述第三轉換矩陣的逆矩陣和所述第六位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述參考架坐標系中的第五位置信息
。4.
根據(jù)權利要求3所述的手術導航方法，其特征在于，通過光學相機獲取各個所述掃描視角的射線光源質點在光學相機坐標系中的第六位置信息的步驟，包括：通過射線光源追蹤器對各個所述掃描視角的射線光源質點進行追蹤和定位，獲得各個所述掃描視角的射線光源質點在射線光源追蹤器坐標系中的第七位置信息；
根據(jù)所述射線光源追蹤器上的光學球分別在所述射線光源追蹤器坐標系和所述光學相機坐標系中的位置信息，獲得所述射線光源追蹤器坐標系與所述光學相機坐標系之間的第四轉換矩陣；根據(jù)所述第七位置信息和所述第四轉換矩陣的乘積，獲得各個所述掃描視角的光源質點集合在所述光學相機坐標系中的第六位置信息
。5.
根據(jù)權利要求2所述的手術導航方法，其特征在于，對所述第一位置信息進行坐標系轉換，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在投影坐標系中的第二位置信息；對所述第三位置信息進行坐標系轉換，得到所述手術工具在投影坐標系中的第四位置信息的步驟，包括：若所述追蹤釘?shù)念愋蜑殡姶抛粉欋敚@取所述投影坐標系與所述參考架坐標系之間的第五轉換矩陣；根據(jù)所述第一轉換矩陣的逆矩陣和所述第五轉換矩陣的乘積，得到所述投影坐標系與所述電磁追蹤釘坐標系之間的第六轉換矩陣；根據(jù)所述第六轉換矩陣的逆矩陣和所述第一位置信息的乘積，得到各個所述掃描視角的射線光源質點在所述投影坐標系中的第二位置信息；根據(jù)所述第六轉換矩陣的逆矩陣和所述第三位置信息的乘積，得到所述手術工具在所述投影坐標系中的第四位置信息；若所述追蹤釘?shù)念愋蜑楣鈱W追蹤釘，獲取所述投影坐標系與所述光學追蹤釘坐標系之間的第七轉換矩陣；根據(jù)所述第七轉換矩陣的逆矩陣和所述第一位置信...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：夏桂鋒，鄔江，
申請(專利權)人：重慶博仕康科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：