CN110537983A - 光磁一体穿刺手术导航平台 - Google Patents
光磁一体穿刺手术导航平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110537983A CN110537983A CN201910918471.3A CN201910918471A CN110537983A CN 110537983 A CN110537983 A CN 110537983A CN 201910918471 A CN201910918471 A CN 201910918471A CN 110537983 A CN110537983 A CN 110537983A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- space coordinate
- electromagnetic
- optical
- puncture needle
- positioning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
- A61B17/3403—Needle locating or guiding means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2055—Optical tracking systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Pathology (AREA)
- Robotics (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
本发明公开一种光磁一体穿刺手术导航平台,设置有标记参考***、注册探针、穿刺针和导航终端,通过注册探针、标记参考***和穿刺针上的标定***分别定位标记点、参考点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系的电磁空间坐标,以及在光学空间坐标系中的光学空间坐标。并获取获取包括标记点和解剖位置的扫描图像进行三维重建,得到三维图像。导航终端根据三维图像,以及标记点、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标确定所述穿刺针尖端的虚拟空间坐标,并根据虚拟空间坐标在所述三维图像中显示穿刺针。
Description
技术领域
本发明涉及外科医学领域,特别是涉及一种光磁一体穿刺手术导航平台。
背景技术
穿刺是将穿刺针刺入体,以为后续的手术建立手术通道。穿刺的关键是快和准,只有快速、准确地将穿刺针穿入目标部位,才能缩短手术时间,尽可能地减少出血。但是,传统的穿刺过程中,为了掌握穿刺针尖端的位置,需要对患者进行多次的CT或MRI扫描,以便医生获取穿刺针在患者体内的位置,并且需要医生具有丰富的外科手术经验,才能较为准确地判定穿刺针的位置,手术时间长,定位精度低。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种光磁一体穿刺手术导航平台,在手术过程中,采用电磁手术导航技术和光学手术导航技术,同步对穿刺针尖端的位置进行追踪,并将穿刺针以虚拟的方式在目标部位的三维图像中显示,以便医生实时监控穿刺针的穿刺位置,将穿刺针准确送入目标部位。
技术方案如下:
一种光磁一体穿刺手术导航平台,设置有:
标记参考***,用于在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定参考点和标记多个标记点;
注册探针,用于分别在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定标记点;
穿刺针,用于对目标部位进行穿刺,该穿刺针上设置有标定***,该标定***用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述穿刺针尖端;
导航终端,用于建立电磁空间坐标系、光学空间坐标系以及虚拟空间坐标系;
用于通过注册探针、标记参考***和标定***分别定位标记点、参考点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系的电磁空间坐标,以及在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
所述导航终端根据标记点、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标,确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,并根据虚拟空间坐标在所述三维图像中显示穿刺针。
更进一步的,所述穿刺针设置有手柄、定位针筒和定位针芯,所述手柄上还开有安装孔,安装孔处设置有复位卡扣,所述定位针筒沿安装孔插装在手柄上,并通过复位卡扣与手柄卡接,所述定位针芯套装在定位针筒内,所述定位针筒尾部设置有环形定位槽,所述定位针芯尾部设置有与环形定位槽相配合的定位部,所述定位针芯通过定位部与定位针筒固定。
更进一步的,所述标定***设置有电磁传感器和光学标记,该光学标记和电磁传感器分别设置在所述定位针芯的手柄和尖端处,该电磁传感器和光学标记分别用于在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述定位针芯的尖端。
更进一步的,所述标记参考***设置有参考架、标记板,所述标记板上设置有至少3个标记点,所述参考架上设置有电磁传感器和光学标记,该电磁传感器和光学标记分别用于在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定参考点。
更进一步的,所述注册探针设置有电磁传感器和光学标记,该电磁传感器和光学标记用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定标记点。
更进一步的,导航终端设置有:
光学定位***,用于通过标记参考***、注册探针、标定***,定位参考点、标记点、穿刺针尖端在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
电磁定位***,用于通过标记参考***、注册探针、标定***,定位参考点、标记点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系中的电磁空间坐标;
导航***,用于获取包括标记点和目标部位的扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及参考点、标记点、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标,导航***根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,所述导航***根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针。
更进一步的,所述导航***设置有:
信息获取单元,用于获取扫描图像,以及获取参考点、标记点、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标;
信息处理单元,用于根据扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及标记点、参考点、穿刺针尖端的光学空间坐标,确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标;还根据三维图像,以及标记点、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标;所述信息处理单元结合光学虚拟空间坐标、电磁虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标;
导航显示单元,用于根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针。
更进一步的,所述信息处理单元设置有:
三维重建模块,用于根据扫描图像进行三维重建,建立包括标记点和目标部位的三维图像;
手术注册模块,用于根据三维图像,以及标记点的光学空间坐标确定光学空间坐标系与计算机空间坐标系之间的光学转换矩阵;还用于根据三维图像,以及标记点的电磁空间坐标确定电磁空间坐标系与计算机空间坐标系之间的电磁转换矩阵;
导航追踪模块,用于根据光学转换矩阵将参考点的光学空间坐标转换为光学虚拟参考坐标,并根据电磁转换矩阵将参考点的电磁空间坐标转换为电磁虚拟参考坐标;
还用于根据参考点和穿刺针尖端的光学空间坐标,以及光学虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标,并根据参考点和穿刺针尖端的电磁空间坐标,以及电磁虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标,所述导航追踪模块根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定虚拟空间坐标。
更进一步的,所述信息获取单元设置有RS232接口和RJ45网口,所述信息获取单元分别通过RS232接口和RJ45网口与电磁定位***、光学定位***连接。
有益效果:
1、能精确定位手术器械的位置,准确将手术器械送入到手术部位,不对人体其他的部位造成损伤。
2、方便医生观察手术器械与手术部位的相对位置,使手术更快速。
3、减少病人进行X射线的拍摄次数,降低对病人的辐射和时间。
附图说明
图1为本发明的平台***连接示意图;
图2为图1中穿刺针300的结构示意图;
图3为图2中A处的局部放大图;
图4为为图2的标定***的结构示意图;
图5为图1中标定参考***100的结构示意图;
图6为图5中光学标记112和电磁传感器111的安装结构示意图;
图7为图1中注册探针200的结构示意图;
图8为本发明的***原理框图;
图9为图8中导航终端400的***连接框图;
图10为图9中导航***的原理框图;
图11为图10中信息处理单元的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一、如图1、图8所示,光磁一体穿刺手术导航平台设置有:
标记参考***100,用于在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标记参考点和多个标记点121;
注册探针200,用于分别在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中定位标记点121;
穿刺针300,用于对目标部位进行穿刺,该穿刺针上设置有标定***,该标定***用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述穿刺针300的尖端;
导航终端400,建立电磁空间坐标系、光学空间坐标系以及虚拟空间坐标系;
用于通过注册探针200、标记参考***100和标定***分别定位标记点121、参考点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系的电磁空间坐标,以及在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
所述导航终端标记点121、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标确定所述穿刺针尖端的虚拟空间坐标,并根据虚拟空间坐标在所述三维图像中显示穿刺针300。
具体而言,标记参考***100安装在人体上靠近目标部位的位置处,标记参考***100可以为手术导航标记一个相对于目标部位的固定参考点,以及多个标记点121。如此可以避免在人体上切开较大的手术切口,定位标记位置,以完成手术注册,减少对人体的伤害。另外标记点121在体表外,便于选取,而且标记点121在扫描图像中特征清晰,能准确定位标记点121的位置,提高手术导航精度。
导航终端400通过注册探针200,采用电磁定位和光学定位确定标记点121分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中的坐标,并根据包括解剖位置和标记点121的扫描图像,采用现有手术注册方法确定虚拟空间坐标系分别与电磁空间坐标系和光学空间坐标系的转换矩阵,所以只需要在人体上安装标记参考***后,对人体进行一次图像扫描即可,减少了人体遭受辐射的量。
所述导航终端400通过标记参考***100定位参考点分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中的坐标位置,并根据对应的转换矩阵,分别确定通过电磁定位的参考点在虚拟空间坐标系中的电磁虚拟空间坐标,以及确定通过光学定位的参考点在虚拟空间坐标系中的光学虚拟空间坐标。
所述导航终端400通过标记参考***100和标定***追踪参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标,并分别根据参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标,确定穿刺针尖端相对于参考点的电磁空间相对位置和光学空间相对位置。
所述导航终端400根据穿刺针尖端相对于参考点的电磁空间相对位置和光学空间相对位置,以及参考点相对应的电磁虚拟空间坐标、光学虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标、光学虚拟空间坐标,所述导航终端400根据穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标、光学虚拟空间坐标确定虚拟空间坐标,并根据虚拟空间坐标在所述三维图像中直观地显示穿刺针300,以便医生直接观察穿刺针尖端的位置。
由于导航终端400融合了光学手术导航技术和电磁手术导航技术,结合两种导航方法的定位结果,提高了导航精度。并且当存在其他手术器械产生的电磁场干扰时,导航终端400可以通过光学定位能准确定位穿刺针300的位置,当导航终端400不能通过光学定位进行定位时,如标记***、标记参考***100被遮挡,导航终端400通过电磁定位能准确定位穿刺针300的位置。减少外界对手术导航造成的干扰,提高定位精度。
在本实施例中,优选的,如图2、图3、图4所示的穿刺针300结构示意图,所述穿刺针300设置有手柄301、定位针筒302和定位针芯303,所述手柄301上还开有安装孔,安装孔处设置有复位卡扣304,所述手柄301沿安装孔插装在定位针筒302的尾部,并通过复位卡扣304与定位针筒302卡接,所述定位针芯303套装在定位针筒302内,所述定位针筒302尾部设置有环形定位槽305,所述定位针芯303尾部设置有与环形定位槽相配合的定位部306,所述定位针芯303通过定位部306与定位针筒302固定。
具体而言,按动手柄301上的复位卡扣304,导通安装孔。将手柄301沿安装孔套装在定位针筒302的尾部,然后松开复位卡扣304,扣紧定位针筒302。将定位针芯303沿定位针筒302尾端的凹槽***定位针筒302内,并旋转定位针芯303,使定位针芯303的定位部306卡入环形定位槽305内,实现定位针芯303与定位针筒302固定。
在将穿刺针300刺入目标部位后,可以将定位针筒302留在患者身体内,将定位针芯303抽出,留下定位针筒302为其他手术器械提供手术通道,方便医生进行其他操作,缩短手术时间。
在本实施例,优选的,如图2所示,所述标定***设置有电磁传感器111和光学标记112,该光学标记112和电磁传感器111分别设置在所述定位针芯303的尖端和手柄301处,该电磁传感器111和光学标记112分别用于在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述穿刺针300的尖端。
具体而言,电磁传感器111能将穿刺针尖端所在位置的磁场强度转换为电信号,从而在电磁空间坐标系中标定穿刺针尖端,所述导航终端根据该电信号,能准确定位穿刺针尖端的位置。
光学标记112能在光学空间坐标系中标定穿刺针尖端,导航终端能根据采集到的光学标记的图像信息,准确定位穿刺针尖端的位置。
在本实施例中,优选的,如图5、图6所示,该标记参考***100设置有参考架110、标记板120,所述标记板120上设置有至少3个标记点121,所述参考架110上设置有电磁传感器111和光学标记112,该电磁传感器111和光学标记112用于分别在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中定位参考点。光学标记112设置有至少4个光学标记球1121。
应理解,参考架110、标记板120通过与现有的手术导航相同的安装机构安装在人体上,如捆绑带等,导航终端通过参考架110上的电磁传感器111和光学标记分别定位参考点在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中的坐标位置。
如图7所示的注册探针200的结构示意图,所述注册探针200设置有电磁传感器111和光学标记112,该电磁传感器111和光学标记112用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中定位标记点121。其中,电磁传感器111设置在注册探针200的尖端,光学标记设置在注册探针200的手柄位置处。
具体而言,所述导航终端通过注册探针200尖端的电磁传感器111采集注册探针200在点击标记点121时的电磁强度信号和光学标记112的定位图像,并根据电磁强度信号和定位图像,分别在在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中定位注册探针200尖端的位置,从而确定标记点121在在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中的坐标。
如图9所示,导航终端400设置有:
光学定位***410,用于通过标记参考***100、注册探针200、标定***上的光学标记112,定位参考点、标记点121、穿刺针尖端在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
电磁定位***420,用于通过标记参考***100、注册探针200、标定***上的电磁传感器111,定位参考点、标记点121、穿刺针尖端在电磁空间坐标系中的电磁空间坐标;
导航***430,用于获取包括标记点121和目标部位的扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及参考点、标记点121、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标,导航***430根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,所述导航***430根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针300。
应理解,光学定位***410可以采用光学定位技术,确定参考点、标记点121、穿刺针尖端在光学空间坐标系中的光学空间坐标,如NDI公司的Polaris光学定位跟踪***。
具体而言,如图1、图9所示,所述光学定位***410可以通过自身的定位摄像机411采集参考架110、注册探针200和穿刺针300上的光学标记112的定位图像,光学定位***根据定位图像建立光学空间坐标系,并采用现有的图像定位技术实现参考点、标记点和穿刺针尖端的光学定位。
电磁定位***420通过参考架110、注册探针200和穿刺针300上的电磁传感器111,确定参考点、标记点和穿刺针尖端处的磁场强度信号,并采用电磁定位技术确定参考点、标记点121、穿刺针尖端在电磁空间坐标系中的电磁空间坐标,如NDI公司的Aurora定位跟踪***。
具体而言,所述电磁定位***420可以通过自身的电磁发生器421产生一个磁场强度分别已知的电磁场,从而建立电磁空间坐标系。电磁定位***通过电磁传感器111能检测电磁传感器111所在位置的磁场强度,并根据磁场强度确定电磁传感器111在电磁空间坐标系中的位置,从而实现参考点、标记点和穿刺针尖端的电磁定位。
导航***430可以根据获取的包括标记点121和目标部位的扫描图像、以及光学定位***410和电磁定位***420发送的参考点、标记点121、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标。导航终端400根据扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像建立虚拟空间坐标系,所述导航***根据标记点121在光学空间坐标系、电磁空间坐标系,以及虚拟空间坐标系中的坐标进行手术注册,确定转换矩阵。
导航***430根据参考点的光学空间坐标和电磁空间坐标,确定参考点的电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标,并根据穿刺针尖端和参考点的光学空间坐标和电磁空间坐标确定所述相对位置关系,最后根据相对位置关系和参考点的电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标,确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,所述导航***430根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针300。
在本实施例中,优选的,如图10所示,导航***430设置有:
信息获取单元431,用于获取扫描图像,以及获取参考点、标记点121、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标;
信息处理单元432,用于根据扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及标记点121、参考点、穿刺针尖端的光学空间坐标,确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标;还根据三维图像,以及标记点121、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标;所述信息处理单元432结合光学虚拟空间坐标、电磁虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标;
导航显示单元433,用于根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针300。
应理解,信息获取单元431设置有多个通信接口,RS232接口、RJ45网口、USB接口,所述信息获取单元431分别通过RS232接口和RJ45网口与电磁定位***420、光学定位***410连接。通过RS232接口和RJ45网口获取光学定位***410、电磁定位***420发送的定位信息,通过USB接口获取扫描图像,并将扫描图像和定位信息发送给信息处理单元432。
信息处理单元432可以是存储有现有的电磁手术导航软件和光学手术导航软件的处理主机,分别通过电磁手术导航软件和光学手术导航软件对扫描图像和定位信息进行处理,确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标、电磁虚拟空间坐标,并结合光学虚拟空间坐标、电磁虚拟空间坐标确定虚拟空间坐标。
导航显示单元433根据虚拟空间坐标生成包括穿刺针300的三维图像信息,并将三维图像信息发送给显示器进行显示。
在本实施例中,优选的,如图11所示,信息处理单元432设置有:
三维重建模块4321,用于根据扫描图像进行三维重建,建立包括标记点121和目标部位的三维图像;
手术注册模块4322,用于根据三维图像,以及标记点121的光学空间坐标确定光学空间坐标系与计算机空间坐标系之间的光学转换矩阵;还用于根据三维图像,以及标记点121的电磁空间坐标确定电磁空间坐标系与计算机空间坐标系之间的电磁转换矩阵;
导航追踪模块4323,用于根据光学转换矩阵将参考点的光学空间坐标转换为光学虚拟参考坐标,并根据电磁转换矩阵将参考点的电磁空间坐标转换为电磁虚拟参考坐标;
还用于根据参考点和穿刺针尖端的光学空间坐标,以及光学虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标,并根据参考点和穿刺针尖端的电磁空间坐标,以及电磁虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标,所述导航追踪模块4323根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定虚拟空间坐标。
具体而言,三维重建模块4321可以根据扫描图像,通过信息处理单元的存储器中存储的现有的三维重建软件进行三维图像重建,得到包括标记点和目标部位的三维图像,并将得到的三维图像发送给导航追踪模块4323.
所述导航追踪模块4323将三维图像发送给手术注册模块4322。手术注册模块4322根据三维图像确定标记点的虚拟坐标,并根据信息获取单元431发送的标记点在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中的坐标,采用现有的手术注册方法,确定所述电磁转换矩阵和光学转换矩阵,所述手术注册模块4322将电磁转换矩阵和光学转换矩阵发送给导航追踪模块432。
所述导航追踪模块4323根据电磁转换矩阵和光学转换矩阵、以及信息获取单元431发送的参考点的坐标和穿刺针尖端的坐标,确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,并将虚拟空间坐标发送给导航显示单元433进行显示。
最后需要说明的是,上述描述仅仅为本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于,设置有:
标记参考***,用于在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定参考点和标记多个标记点;
注册探针,用于分别在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定标记点;
穿刺针,用于对目标部位进行穿刺,该穿刺针上设置有标定***,该标定***用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述穿刺针尖端;
导航终端,用于建立电磁空间坐标系、光学空间坐标系以及虚拟空间坐标系;
用于通过注册探针、标记参考***和标定***分别定位标记点、参考点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系的电磁空间坐标,以及在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
所述导航终端根据标记点、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标、光学空间坐标,确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,并根据虚拟空间坐标在所述三维图像中显示穿刺针。
2.根据权利要求1所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述穿刺针设置有手柄、定位针筒和定位针芯,所述手柄上还开有安装孔,安装孔处设置有复位卡扣,所述手柄沿安装孔插装在定位针筒的尾部,并通过复位卡扣与定位针筒卡接,所述定位针芯套装在定位针筒内,所述定位针筒尾部设置有环形定位槽,所述定位针芯尾部设置有与环形定位槽相配合的定位部,所述定位针芯通过定位部与定位针筒固定。
3.根据权利要求1所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述标定***设置有电磁传感器和光学标记,该光学标记和电磁传感器分别设置在所述定位针芯的手柄和尖端处,该电磁传感器和光学标记分别用于在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定所述定位针芯的尖端。
4.根据权利要求1所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于,所述标记参考***设置有参考架和标记板,该标记板上设置有至少3个标记点,所述参考架上设置有电磁传感器和光学标记,该电磁传感器和光学标记分别用于在电磁空间坐标系、光学空间坐标系中标定参考点。
5.根据权利要求1所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述注册探针设置有电磁传感器和光学标记,该电磁传感器和光学标记用于分别在电磁空间坐标系和光学空间坐标系中标定标记点。
6.根据权利要求1所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:导航终端设置有:
光学定位***,用于通过标记参考***、注册探针、标定***,定位参考点、标记点、穿刺针尖端在光学空间坐标系中的光学空间坐标;
电磁定位***,用于通过标记参考***、注册探针、标定***,定位参考点、标记点、穿刺针尖端在电磁空间坐标系中的电磁空间坐标;
导航***,用于获取包括标记点和目标部位的扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及参考点、标记点、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标,导航***根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标,所述导航***根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针。
7.根据权利要求6所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述导航***设置有:
信息获取单元,用于获取扫描图像,以及获取参考点、标记点、穿刺针尖端的光学空间坐标和电磁空间坐标;
信息处理单元,用于根据扫描图像进行三维重建,并根据重建后的三维图像,以及标记点、参考点、穿刺针尖端的光学空间坐标,确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标;还根据三维图像,以及标记点、参考点、穿刺针尖端的电磁空间坐标,确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标;所述信息处理单元结合光学虚拟空间坐标、电磁虚拟空间坐标确定穿刺针尖端的虚拟空间坐标;
导航显示单元,用于根据虚拟空间坐标在三维图像中显示穿刺针。
8.权利要求7所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述信息处理单元设置有:
三维重建模块,用于根据扫描图像进行三维重建,建立包括标记点和目标部位的三维图像;
手术注册模块,用于根据三维图像,以及标记点的光学空间坐标确定光学空间坐标系与计算机空间坐标系之间的光学转换矩阵;还用于根据三维图像,以及标记点的电磁空间坐标确定电磁空间坐标系与计算机空间坐标系之间的电磁转换矩阵;
导航追踪模块,用于根据光学转换矩阵将参考点的光学空间坐标转换为光学虚拟参考坐标,并根据电磁转换矩阵将参考点的电磁空间坐标转换为电磁虚拟参考坐标;
还用于根据参考点和穿刺针尖端的光学空间坐标,以及光学虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的光学虚拟空间坐标,并根据参考点和穿刺针尖端的电磁空间坐标,以及电磁虚拟参考坐标确定穿刺针尖端的电磁虚拟空间坐标,所述导航追踪模块根据电磁虚拟空间坐标和光学虚拟空间坐标确定虚拟空间坐标。
9.权利要求7所述的光磁一体穿刺手术导航平台,其特征在于:所述信息获取单元设置有RS232接口和RJ45网口,所述信息获取单元分别通过RS232接口和RJ45网口与电磁定位***、光学定位***连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910918471.3A CN110537983B (zh) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 光磁一体穿刺手术导航平台 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910918471.3A CN110537983B (zh) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 光磁一体穿刺手术导航平台 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110537983A true CN110537983A (zh) | 2019-12-06 |
CN110537983B CN110537983B (zh) | 2021-05-14 |
Family
ID=68714616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910918471.3A Active CN110537983B (zh) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 光磁一体穿刺手术导航平台 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110537983B (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111166477A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-05-19 | 重庆博仕康科技有限公司 | 光磁一体注册探针 |
CN112137698A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-29 | 珠海康弘健康投资管理有限公司 | 一种便携式穿刺器及其组成的穿刺装置和方法 |
CN112971991A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 上海电气集团股份有限公司 | 控制机械臂***移动的方法及装置 |
CN113180574A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 重庆博仕康科技有限公司 | 内窥镜的快插结构及内窥镜 |
CN113425590A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-24 | 浙江伽奈维医疗科技有限公司 | 一种用于手术中影像导航光学装置 |
CN114366300A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-19 | 苏州国科康成医疗科技有限公司 | 一种手术图像空间映射装置、设备以及方法 |
WO2022206417A1 (zh) * | 2021-04-01 | 2022-10-06 | 上海复拓知达医疗科技有限公司 | 一种物体空间校准定位方法 |
CN115414121A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 中南大学 | 一种基于射频定位芯片的外科手术导航*** |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101019765A (zh) * | 2007-03-29 | 2007-08-22 | 新奥博为技术有限公司 | 一种磁共振图像引导下的手术***及手术导航方法 |
CN200939162Y (zh) * | 2006-01-14 | 2007-08-29 | 王水良 | 一次性使用穿刺器 |
CN101375805A (zh) * | 2007-12-29 | 2009-03-04 | 清华大学深圳研究生院 | 一种计算机辅助引导电子内窥镜操作的方法和*** |
CN203341820U (zh) * | 2013-06-27 | 2013-12-18 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种机器人辅助斜尖柔性针穿刺*** |
CN104000654A (zh) * | 2013-02-25 | 2014-08-27 | 史赛克雷宾格尔有限公司 | 用于计算外科手术设备位置的计算机实现技术 |
WO2014174305A2 (en) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Ucl Business Plc | A method and apparatus for determining the location of a medical instrument with respect to ultrasound imaging, and a medical instrument to facilitate such determination |
CN105377174A (zh) * | 2013-02-11 | 2016-03-02 | 尼奥梅德兹有限责任公司 | 用于相对于身体跟踪对象的跟踪设备 |
CN106344151A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-25 | 北京市计算中心 | 一种手术定位方法及*** |
CN108969099A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 艾瑞迈迪医疗科技(北京)有限公司 | 一种校正方法、手术导航***、电子设备及存储介质 |
CN109069207A (zh) * | 2016-03-17 | 2018-12-21 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于控制具有刚性近端部分和柔性远端部分的混合机器人的控制单元、***和方法 |
CN109620408A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-16 | 华南理工大学 | 一种基于电磁定位的增强现实手术导航***标定方法 |
CN110101452A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 山东威高医疗科技有限公司 | 一种用于外科手术的光磁一体化定位导航方法 |
-
2019
- 2019-09-26 CN CN201910918471.3A patent/CN110537983B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN200939162Y (zh) * | 2006-01-14 | 2007-08-29 | 王水良 | 一次性使用穿刺器 |
CN101019765A (zh) * | 2007-03-29 | 2007-08-22 | 新奥博为技术有限公司 | 一种磁共振图像引导下的手术***及手术导航方法 |
CN101375805A (zh) * | 2007-12-29 | 2009-03-04 | 清华大学深圳研究生院 | 一种计算机辅助引导电子内窥镜操作的方法和*** |
CN105377174A (zh) * | 2013-02-11 | 2016-03-02 | 尼奥梅德兹有限责任公司 | 用于相对于身体跟踪对象的跟踪设备 |
CN104000654A (zh) * | 2013-02-25 | 2014-08-27 | 史赛克雷宾格尔有限公司 | 用于计算外科手术设备位置的计算机实现技术 |
WO2014174305A2 (en) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Ucl Business Plc | A method and apparatus for determining the location of a medical instrument with respect to ultrasound imaging, and a medical instrument to facilitate such determination |
CN203341820U (zh) * | 2013-06-27 | 2013-12-18 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种机器人辅助斜尖柔性针穿刺*** |
CN109069207A (zh) * | 2016-03-17 | 2018-12-21 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于控制具有刚性近端部分和柔性远端部分的混合机器人的控制单元、***和方法 |
CN106344151A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-25 | 北京市计算中心 | 一种手术定位方法及*** |
CN108969099A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 艾瑞迈迪医疗科技(北京)有限公司 | 一种校正方法、手术导航***、电子设备及存储介质 |
CN109620408A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-16 | 华南理工大学 | 一种基于电磁定位的增强现实手术导航***标定方法 |
CN110101452A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 山东威高医疗科技有限公司 | 一种用于外科手术的光磁一体化定位导航方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
郭征: "《数字骨肿瘤外科学》", 1 February 2019, 山东科学技术出版社 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111166477A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-05-19 | 重庆博仕康科技有限公司 | 光磁一体注册探针 |
CN111166477B (zh) * | 2019-11-27 | 2022-05-27 | 重庆博仕康科技有限公司 | 光磁一体注册探针 |
CN112137698A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-29 | 珠海康弘健康投资管理有限公司 | 一种便携式穿刺器及其组成的穿刺装置和方法 |
CN112971991A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 上海电气集团股份有限公司 | 控制机械臂***移动的方法及装置 |
WO2022206417A1 (zh) * | 2021-04-01 | 2022-10-06 | 上海复拓知达医疗科技有限公司 | 一种物体空间校准定位方法 |
CN113180574A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 重庆博仕康科技有限公司 | 内窥镜的快插结构及内窥镜 |
CN113425590A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-24 | 浙江伽奈维医疗科技有限公司 | 一种用于手术中影像导航光学装置 |
CN114366300A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-19 | 苏州国科康成医疗科技有限公司 | 一种手术图像空间映射装置、设备以及方法 |
CN114366300B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-02-09 | 苏州国科康成医疗科技有限公司 | 一种手术图像空间映射装置、设备以及方法 |
CN115414121A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 中南大学 | 一种基于射频定位芯片的外科手术导航*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110537983B (zh) | 2021-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110537983B (zh) | 光磁一体穿刺手术导航平台 | |
CN110537961B (zh) | 一种ct和超声影像融合的微创介入引导***及方法 | |
US20200121283A1 (en) | Three dimensional mapping display system for diagnostic ultrasound machines and method | |
CN112220557B (zh) | 用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置及定位方法 | |
JP4822634B2 (ja) | 対象物の案内のための座標変換を求める方法 | |
US6678546B2 (en) | Medical instrument guidance using stereo radiolocation | |
DE69133548T2 (de) | System zum Anzeigen einer Stelle in dem Körper eines Patienten | |
US6850794B2 (en) | Endoscopic targeting method and system | |
CN110547872B (zh) | 手术导航注册*** | |
CN115944392A (zh) | 用于规划消融的超声***及方法 | |
CN109549689A (zh) | 一种穿刺辅助引导装置、***及方法 | |
CN110584781B (zh) | 光磁一体椎间孔镜导航平台 | |
CN106344153A (zh) | 一种柔性穿刺针针尖自动跟踪装置及方法 | |
CN106901719B (zh) | 用于使工具可视化的坐标***之间的配准 | |
KR20150123233A (ko) | 이미지 가이드 시술 시스템 | |
JPH11276502A (ja) | フレームレス定位手術装置 | |
IL119545A (en) | Method and device for precise invasive procedures | |
CN101467894A (zh) | 解剖结构的闪光图 | |
US20210251711A1 (en) | Method, system for registration of bone, and trackable element | |
CN110537985A (zh) | 用于增强现实手术***的脊柱空间坐标系定位装置及方法 | |
US10244963B2 (en) | Ascertaining a position and orientation for visualizing a tool | |
US6270506B1 (en) | Medical targeting apparatus | |
CN210019440U (zh) | 一种用陀螺仪导航的活检穿刺针 | |
CN104224321B (zh) | 采用无线面配准的手术导航***及面配准信号采集方法 | |
CN112381750A (zh) | 一种超声波图像和ct/mri图像的多模态配准融合方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xia Guifeng Inventor before: Xia Guifeng Inventor before: Zhou Yue Inventor before: Li Changqing Inventor before: Wu Junlong Inventor before: Wang Xingxing |
|
CB03 | Change of inventor or designer information |