專利名稱：超聲手術導航系統及超聲手術導航方法
超聲手術導航系統及超聲手術導航方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械領域，尤其涉及一種超聲手術導航系統及超聲手術導航方法。
背景技術：
傳統的手術導航系統主要有兩類一類是僅依靠術前的CT、MRI影像進行術中的導航，這類手術導航系統存在的問題是很難實時的跟蹤和反映具有彈性的人體組織或器官，由于人體組織或器官會在與手術器械接觸時發生彈性形變，術前的醫學影像數據與術中實際情況無法完全匹配。另一類是將術前的CT、MRI影像與術中的實時醫學影像進行配準、融合后，再進行圖像引導的手術導航。為了進行術前圖像空間與術中病人參考空間的配準，傳統的普遍采用人體表面標記物的方法，在對病人進行CT或MRI術前掃描時，在病人的體表粘貼上標記物。然而手術導航系統要求體外標記物在術前的CT或MRI掃描中易于識另IJ，否則將會影響導航定位的精度，并且在術中進行配置時，算法要求自動識別標記點，識別算法的精度也會對配準的精度造成影響，此外，在術中可能由于人身體部位的活動而發生位置的偏移，從而進一步影響手術導航系統的精確性
發明內容基于此，有必要提供一種能夠在術中進行較為精確導航的超聲手術導航系統。一種超聲手術導航系統，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤，所述超聲導航系統包括影像系統和跟蹤定位系統，所述影像系統包括超聲探頭和影像工作站，所述跟蹤定位系統包括固定在手術器械和超聲探頭上的標記物及根據所述標記物獲取手術器械的坐標及超聲探頭的坐標的定位器，所述影像工作站根據所述超聲探頭獲取的實時手術中的影像進行圖像顯示，并根據所述定位器獲取的手術器械與超聲探頭的相對位置在所述圖像中顯示手術器械的位置。在優選的實施方式中，所述定位器為磁定位器，對應地，所述標記物為磁標記物。在優選的實施方式中，所述定位器為光學定位器，對應地，所述標記物為光學標記物。在優選的實施方式中，所述手術器械的坐標及所述超聲探頭的坐標為手術器械及超聲探頭相對于所述定位器的坐標。在優選的實施方式中，所述超聲探頭為二維超聲探頭。 在優選的實施方式中，所述影像系統根據所述二維超聲探頭在不同位置的坐標映射關系對超聲探頭獲取的一系列扇形超聲面片圖像進行手術部位的立體圖像顯示。通過在超聲探頭及手術器械上固定標記物，定位器獲得超聲探頭及手術器械的坐標，并得到手術器械相對于超聲探頭的相對坐標位置，從而在術中超聲成像時，導航系統可以根據定位器提供的精確定位信息在三維空間中繪制出扇形超生面片與手術器械的相對位置，進而引導醫生進行精確的手術導航。
進一步，為了更好的觀察手術部位的三維空間結構，該導航系統還可以根據一系列的典型二維超聲平面，繪制出手術部位的立體空間結構，避免二維超聲導航系統的不足， 導航過程更精確可靠。 此外，還有必要提供一種能夠在術中進行較為精確導航的超聲手術導航方法。一種超聲手術導航方法，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤，包括如下步驟選取一坐標原點，根據手術器械及超聲掃描部位相對于所述坐標原點的位置獲得手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標；對超聲掃描部位進行超聲掃描成像；根據獲得的手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標得到所述手術器械相對于所述超聲掃描部位的位置，再在超聲掃描圖像中顯示手術器械的位置。在優選的實施方式中，所述超聲掃描成像為二維超聲掃描成像。在優選的實施方式中，所述對手術部位進行超聲掃描成像是根據獲取的一系列扇形超聲面片圖像進行手術部位的立體圖像顯示。通過獲取手術器械在手術部位的位置，在手術時，可以較為方便、安全、可靠的進行操作。

圖1為一實施方式的超聲手術導航系統的結構示意圖；圖2為一實施方式的超聲手術導航方法的流程示意圖；圖3為應用上述導航系統及導航方法得到的系列超聲圖片。
具體實施方式下面主要結合附圖及具體實施例對超聲手術導航系統及超聲手術導航方法作進一步詳細的說明。如圖1所示，本實施方式的超聲手術導航系統100用于在手術中對手術器械200 進行實時的定位跟蹤，指導醫生對病人300進行手術。超聲導航系統100包括影像系統110 和跟蹤定位系統120。影像系統110包括超聲探頭112和影像工作站114。超聲探頭112可以為二維或三維超聲探頭。本實施方式的超聲探頭112優選應用較廣的二維超聲探頭。影像工作站 114包括輸入裝置和顯示裝置等(圖未標示)。可以通過輸入裝置對顯示區域進行圖像區域的選擇、圖像的放大縮小等操作。跟蹤定位系統120包括標記物122及定位器124。標記物122固定在手術器械200 和超聲探頭112上。標記物122可以為磁標記物或者光學標記物，對應地，定位器124選用磁定位器或者光學定位器。在其他優選的實施方式中，還可以根據實際應用的需要，選用其他不同的標記物及定位器。手術器械200和超聲探頭112上分別固定有至少一個標記物122。優選的，本實施方式的跟蹤定位系統120包括兩個標記物122，分別固定在手術器械200和超聲探頭112 上。在其他實施方式中，為進一步增加精度，可以在手術器械200和超聲探頭112的不同位置設置多個標記物122，從而手術操作過程更精確可靠。定位器124可以接收標記物122發出的信號，得到手術器械200的坐標及超聲探頭112的坐標。手術器械200和超聲探頭112上的標記物122及定位器124分別有在世界坐標系中對應的世界坐標，本實施方式的定位器124獲取手術器械200及超聲探頭112上的標記物122相對于定位器124的坐標，從而實現世界坐標系與導航系統自身坐標系的轉換，如， 可以將定位器124中信號接收位置的坐標設為坐標原點，從而根據手術器械200對于超聲探頭112的相對坐標，就可以根據超聲探頭112的位置得到手術器械200的位置，而超聲探頭112在不同的位置可以掃描得到不同的扇形超聲面片圖像，進一步可以得到手術器械 200在扇形超聲面片圖像中的位置，為手術過程提供較為精確的導航。定位器124可以根據超聲探頭112上的標記物122對超聲探頭112在三維空間中的位置進行實時的跟蹤、定位，超聲探頭112獲取的實時術中影像通過數據線傳送到影像工作站114進行圖像顯示。優選的，本實施方式的影像工作站114根據二維超聲探頭在不同位置的坐標映射關系對超聲探頭獲取的一系列扇形超聲面片圖像進行手術部位的立體圖像顯示，再在所述立體圖像中顯示手術器械200的相對位置，指導醫生選擇最佳最近的手術路徑，避開重要的人體器官，確保手術安全、順利的進行。通過在超聲探頭112及手術器械200上固定標記物122，定位器124獲得超聲探頭 112及手術器械200的坐標，并得到手術器械200相對于超聲探頭112的相對坐標，從而在術中超聲成像時，導航系統100可以根據定位器124提供的精確定位信息在三維空間中繪制出扇形超生面片與手術器械200的相對位置，進而引導醫生進行精確的手術導航。 進一步，為了更好的觀察手術部位的三維空間結構，該導航系統100還可以根據一系列的典型二維超聲平面，繪制出手術部位的立體空間結構，避免二維超聲導航系統的不足，導航過程更精確可靠。此外，本發明還提供一種能夠在術中進行較為精確導航的超聲手術導航方法，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤。如圖2所示，本實施方式的超聲手術導航方法，包括如下步驟步驟Sl 選取一坐標原點，根據手術器械及超聲掃描部位相對于坐標原點的位置獲得手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標。優選的，可以在手術器械及超聲掃描裝置上固定標記物，再設計一個用于接收該標記物發射信號的定位器。該定位器能夠獲取手術器械及超聲掃描裝置的坐標。步驟S2 對手術部位進行超聲掃描成像。超聲掃描設備預先對手術部位進行二維或三維的掃描成像，優選的，本實施方式的超聲掃描成像選用應用較廣的二維超聲掃描成像方式。定位器可以根據超聲探頭上的標記物對超聲探頭在三維空間中的位置進行實時的跟蹤、定位，超聲探頭獲取的實時術中影像通過數據線傳送到相關的影像工作站進行顯示。步驟S3 根據獲得的手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標得到手術器械相對于超聲掃描部位的位置，再在超聲掃描圖像中顯示手術器械的位置。本實施方式的影像工作站根據二維超聲探頭在不同位置的坐標映射關系對超聲探頭獲取的一系列超聲平面圖像進行手術部位的立體圖像顯示，再在所述立體圖像中顯示手術器械的位置，指導醫生選擇最佳最近的手術路徑，避開重要的人體器官，確保手術安全、順利的進行。圖3為 應用上述導航系統100及導航方法得到的系列超聲圖片，圖中棒狀物為手術器械，從圖中可以看出通過上述導航系統100及導航方法，可以較為精確的得到手術器械在超聲圖像中的位置。通過獲取手術器械在手術部位的位置，在手術時，可以較為方便、 安全、可靠的進行操作。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種超聲手術導航系統，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤，其特征在于，所述超聲導航系統包括影像系統和跟蹤定位系統，所述影像系統包括超聲探頭和影像工作站，所述跟蹤定位系統包括固定在手術器械和超聲探頭上的標記物及根據所述標記物獲取手術器械的坐標及超聲探頭的坐標的定位器，所述影像工作站根據所述超聲探頭獲取的實時手術中的影像進行圖像顯示，并根據所述定位器獲取的手術器械與超聲探頭的相對位置在所述圖像中顯示手術器械的位置。
2.如權利要求1所述的超聲手術導航系統，其特征在于，所述定位器為磁定位器，對應地，所述標記物為磁標記物。
3.如權利要求1所述的超聲手術導航系統，其特征在于，所述定位器為光學定位器，對應地，所述標記物為光學標記物。
4.如權利要求1所述的超聲手術導航系統，其特征在于，所述手術器械的坐標及所述超聲探頭的坐標為手術器械及超聲探頭相對于所述定位器的坐標。
5.如權利要求1或4所述的超聲手術導航系統，其特征在于，所述超聲探頭為二維超聲探頭。
6.如權利要求5所述的超聲手術導航系統，其特征在于，所述影像系統根據所述二維超聲探頭在不同位置的坐標映射關系對超聲探頭獲取的一系列扇形超聲面片圖像進行手術部位的立體圖像顯示。
7.一種超聲手術導航方法，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤，其特征在于，包括如下步驟選取一坐標原點，根據手術器械及超聲掃描部位相對于所述坐標原點的位置獲得手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標；對超聲掃描部位進行超聲掃描成像；根據獲得的手術器械的坐標及超聲掃描部位的坐標得到所述手術器械相對于所述超聲掃描部位的位置，再在超聲掃描圖像中顯示手術器械的位置。
8.如權利要求7所述的超聲手術導航方法，其特征在于，所述超聲掃描成像為二維超聲掃描成像。
9.如權利要求8所述的超聲手術導航方法，其特征在于，所述對手術部位進行超聲掃描成像是根據獲取的一系列扇形超聲面片圖像進行手術部位的立體圖像顯示。
全文摘要
本發明涉及一種超聲手術導航系統，用于在手術中對手術器械進行實時的定位跟蹤，該系統包括影像系統和跟蹤定位系統，影像系統包括超聲探頭和影像工作站，影像工作站根據超聲探頭獲取的實時手術中的影像進行圖像顯示，并根據跟蹤定位系統獲取手術器械在手術圖像中的位置。通過在超聲探頭及手術器械上固定標記物，定位器獲得超聲探頭及手術器械的坐標，并得到手術器械相對于超聲探頭的相對坐標位置，從而在術中超聲成像時，導航系統可以根據定位器提供的精確定位信息在三維空間中繪制出扇形超生面片與手術器械的相對位置，進而引導醫生進行精確的手術導航。此外，本發明還涉及一種超聲手術導航方法。
文檔編號A61B19/00GK102266250SQ20111020247
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者溫鐵祥, 王磊, 辜嘉 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院