超声手术导航系统及超声手术导航方法

摘要

本发明涉及一种超声手术导航系统，用于在手术中对手术器械进行实时的定位跟踪，该系统包括影像系统和跟踪定位系统，影像系统包括超声探头和影像工作站，影像工作站根据超声探头获取的实时手术中的影像进行图像显示，并根据跟踪定位系统获取手术器械在手术图像中的位置。通过在超声探头及手术器械上固定标记物，定位器获得超声探头及手术器械的坐标，并得到手术器械相对于超声探头的相对坐标位置，从而在术中超声成像时，导航系统可以根据定位器提供的精确定位信息在三维空间中绘制出扇形超生面片与手术器械的相对位置，进而引导医生进行精确的手术导航。此外，本发明还涉及一种超声手术导航方法。

说明书

【技术领域】

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种超声手术导航系统及超声手术导 航方法。

【背景技术】

传统的手术导航系统主要有两类：一类是仅依靠术前的CT、MRI影像进行 术中的导航，这类手术导航系统存在的问题是很难实时的跟踪和反映具有弹性 的人体组织或器官，由于人体组织或器官会在与手术器械接触时发生弹性形变， 术前的医学影像数据与术中实际情况无法完全匹配。另一类是将术前的CT、MRI 影像与术中的实时医学影像进行配准、融合后，再进行图像引导的手术导航。 为了进行术前图像空间与术中病人参考空间的配准，传统的普遍采用人体表面 标记物的方法，在对病人进行CT或MRI术前扫描时，在病人的体表粘贴上标 记物。然而手术导航系统要求体外标记物在术前的CT或MRI扫描中易于识别， 否则将会影响导航定位的精度，并且在术中进行配置时，算法要求自动识别标 记点，识别算法的精度也会对配准的精度造成影响，此外，在术中可能由于人 身体部位的活动而发生位置的偏移，从而进一步影响手术导航系统的精确性。

发明内容】

基于此，有必要提供一种能够在术中进行较为精确导航的超声手术导航系 统。

一种超声手术导航系统，用于在手术中对手术器械进行实时的定位跟踪， 所述超声导航系统包括影像系统和跟踪定位系统，所述影像系统包括超声探头 和影像工作站，所述跟踪定位系统包括固定在手术器械和超声探头上的标记物 及根据所述标记物获取手术器械的坐标及超声探头的坐标的定位器，所述影像 工作站根据所述超声探头获取的实时手术中的影像进行图像显示，并根据所述 定位器获取的手术器械与超声探头的相对位置在所述图像中显示手术器械的位 置。

在优选的实施方式中，所述定位器为磁定位器，对应地，所述标记物为磁 标记物。

在优选的实施方式中，所述定位器为光学定位器，对应地，所述标记物为 光学标记物。

在优选的实施方式中，所述手术器械的坐标及所述超声探头的坐标为手术 器械及超声探头相对于所述定位器的坐标。

在优选的实施方式中，所述超声探头为二维超声探头。

在优选的实施方式中，所述影像系统根据所述二维超声探头在不同位置的 坐标映射关系对超声探头获取的一系列扇形超声面片图像进行手术部位的立体 图像显示。

通过在超声探头及手术器械上固定标记物，定位器获得超声探头及手术器 械的坐标，并得到手术器械相对于超声探头的相对坐标位置，从而在术中超声 成像时，导航系统可以根据定位器提供的精确定位信息在三维空间中绘制出扇 形超生面片与手术器械的相对位置，进而引导医生进行精确的手术导航。

进一步，为了更好的观察手术部位的三维空间结构，该导航系统还可以根 据一系列的典型二维超声平面，绘制出手术部位的立体空间结构，避免二维超 声导航系统的不足，导航过程更精确可靠。

此外，还有必要提供一种能够在术中进行较为精确导航的超声手术导航方 法。

一种超声手术导航方法，用于在手术中对手术器械进行实时的定位跟踪， 包括如下步骤：

选取一坐标原点，根据手术器械及超声扫描部位相对于所述坐标原点的位 置获得手术器械的坐标及超声扫描部位的坐标；

对超声扫描部位进行超声扫描成像；

根据获得的手术器械的坐标及超声扫描部位的坐标得到所述手术器械相对 于所述超声扫描部位的位置，再在超声扫描图像中显示手术器械的位置。

在优选的实施方式中，所述超声扫描成像为二维超声扫描成像。

在优选的实施方式中，所述对手术部位进行超声扫描成像是根据获取的一 系列扇形超声面片图像进行手术部位的立体图像显示。

通过获取手术器械在手术部位的位置，在手术时，可以较为方便、安全、 可靠的进行操作。

【附图说明】

图1为一实施方式的超声手术导航系统的结构示意图；

图2为一实施方式的超声手术导航方法的流程示意图；

图3为应用上述导航系统及导航方法得到的系列超声图片。

【具体实施方式】

下面主要结合附图及具体实施例对超声手术导航系统及超声手术导航方法 作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施方式的超声手术导航系统100用于在手术中对手术器 械200进行实时的定位跟踪，指导医生对病人300进行手术。超声导航系统100 包括影像系统110和跟踪定位系统120。

影像系统110包括超声探头112和影像工作站114。超声探头112可以为二 维或三维超声探头。本实施方式的超声探头112优选应用较广的二维超声探头。 影像工作站114包括输入装置和显示装置等(图未标示)。可以通过输入装置对 显示区域进行图像区域的选择、图像的放大缩小等操作。

跟踪定位系统120包括标记物122及定位器124。标记物122固定在手术器 械200和超声探头112上。标记物122可以为磁标记物或者光学标记物，对应 地，定位器124选用磁定位器或者光学定位器。在其他优选的实施方式中，还 可以根据实际应用的需要，选用其他不同的标记物及定位器。

手术器械200和超声探头112上分别固定有至少一个标记物122。优选的， 本实施方式的跟踪定位系统120包括两个标记物122，分别固定在手术器械200 和超声探头112上。在其他实施方式中，为进一步增加精度，可以在手术器械 200和超声探头112的不同位置设置多个标记物122，从而手术操作过程更精确 可靠。定位器124可以接收标记物122发出的信号，得到手术器械200的坐标 及超声探头112的坐标。

手术器械200和超声探头112上的标记物122及定位器124分别有在世界 坐标系中对应的世界坐标，本实施方式的定位器124获取手术器械200及超声 探头112上的标记物122相对于定位器124的坐标，从而实现世界坐标系与导 航系统自身坐标系的转换，如，可以将定位器124中信号接收位置的坐标设为 坐标原点，从而根据手术器械200对于超声探头112的相对坐标，就可以根据 超声探头112的位置得到手术器械200的位置，而超声探头112在不同的位置 可以扫描得到不同的扇形超声面片图像，进一步可以得到手术器械200在扇形 超声面片图像中的位置，为手术过程提供较为精确的导航。

定位器124可以根据超声探头112上的标记物122对超声探头112在三维 空间中的位置进行实时的跟踪、定位，超声探头112获取的实时术中影像通过 数据线传送到影像工作站114进行图像显示。优选的，本实施方式的影像工作 站114根据二维超声探头在不同位置的坐标映射关系对超声探头获取的一系列 扇形超声面片图像进行手术部位的立体图像显示，再在所述立体图像中显示手 术器械200的相对位置，指导医生选择最佳最近的手术路径，避开重要的人体 器官，确保手术安全、顺利的进行。

通过在超声探头112及手术器械200上固定标记物122，定位器124获得超 声探头112及手术器械200的坐标，并得到手术器械200相对于超声探头112 的相对坐标，从而在术中超声成像时，导航系统100可以根据定位器124提供 的精确定位信息在三维空间中绘制出扇形超生面片与手术器械200的相对位置， 进而引导医生进行精确的手术导航。

进一步，为了更好的观察手术部位的三维空间结构，该导航系统100还可 以根据一系列的典型二维超声平面，绘制出手术部位的立体空间结构，避免二 维超声导航系统的不足，导航过程更精确可靠。

此外，本发明还提供一种能够在术中进行较为精确导航的超声手术导航方 法，用于在手术中对手术器械进行实时的定位跟踪。

如图2所示，本实施方式的超声手术导航方法，包括如下步骤：

步骤S1：选取一坐标原点，根据手术器械及超声扫描部位相对于坐标原点 的位置获得手术器械的坐标及超声扫描部位的坐标。

优选的，可以在手术器械及超声扫描装置上固定标记物，再设计一个用于 接收该标记物发射信号的定位器。该定位器能够获取手术器械及超声扫描装置 的坐标。

步骤S2：对手术部位进行超声扫描成像。

超声扫描设备预先对手术部位进行二维或三维的扫描成像，优选的，本实 施方式的超声扫描成像选用应用较广的二维超声扫描成像方式。定位器可以根 据超声探头上的标记物对超声探头在三维空间中的位置进行实时的跟踪、定位， 超声探头获取的实时术中影像通过数据线传送到相关的影像工作站进行显示。

步骤S3：根据获得的手术器械的坐标及超声扫描部位的坐标得到手术器械 相对于超声扫描部位的位置，再在超声扫描图像中显示手术器械的位置。

本实施方式的影像工作站根据二维超声探头在不同位置的坐标映射关系对 超声探头获取的一系列超声平面图像进行手术部位的立体图像显示，再在所述 立体图像中显示手术器械的位置，指导医生选择最佳最近的手术路径，避开重 要的人体器官，确保手术安全、顺利的进行。

图3为应用上述导航系统100及导航方法得到的系列超声图片，图中棒状 物为手术器械，从图中可以看出通过上述导航系统100及导航方法，可以较为 精确的得到手术器械在超声图像中的位置。通过获取手术器械在手术部位的位 置，在手术时，可以较为方便、安全、可靠的进行操作。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。