[发明专利]基于CT配准结果的光学导航定位系统及其导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信息处理技术领域的系统及方法，具体是一种用于辅助冠状动脉搭桥手术的基于术中超声与术前CT配准结果的导航定位系统及其导航方法。

背景技术

近年来我国心血管病的发病率逐年上升，其中冠心病是最常见的心血管疾病。针对冠心病的治疗方法中，冠状动脉搭桥术是目前除了药物治疗和介入治疗之外的最主要、成熟治疗方式。然而传统冠状动脉搭桥手术需要胸骨正中切口，必要时还需要借助体外循环等操作才能完成手术。其包括切口大、恢复慢、并发症多等缺点。作为新型治疗方式的导航辅助微创冠脉搭桥手术，仅需要通过在胸壁上开几个手指粗细的切口、利用特殊的手术器械即可完成手术，达到了切口美观、创伤小、恢复快、并发症少等要求。

进行导航辅助微创冠脉搭桥的主要手术难点之一是如何快速而精确定位目标点，不当或者错误的定位可直接影响到手术的成败和远期疗效。目前，微创冠脉搭桥手术的定位主要依赖术前影像，未能利用反映手术区域真实情况的实时信息，无法解决术中由于呼吸、体表标记点位移和体位变化等因素导致的误差问题，从而使得定位效果不理想。

经过对现有技术的检索发现，“3D-image guidance for minimally invasive robotic coronary artery bypass，Heart Surg Forum 2000-9732(3)”（三维图像指导机器人辅助微创冠状动脉搭桥术，心脏外科论坛，2000年）中TM.Peter最先尝试应用三维影像图像进行心脏外科手术术前规划的研究，他通过对患者术前采集的CT图像进行分割，得到心脏和骨架的表面模型，初步建立了一个微创搭桥手术的手术导航系统。该系统同时提供了一个虚拟内窥镜，利用术前手术配准的技术，使得真实内窥镜与模型试验中模型的相对位置关系和虚拟内窥镜与系统中建模出的心脏骨架模型的相对位置关系一致。但该系统只是一个原型系统，存在许多不足，如真实内窥镜2D图像没有与虚拟的3D场景有效融合等问题。

“Flexible calibration of actuated stereoscopic endoscope for overlay in robot assisted surgery，MICCAI 2002（1）：LNCS 2488，T.Dohi and R.Kikinis(eds)，25-34.”（机器人辅助手术中立体内窥镜的灵活标定，2002年医学影像计算与计算机辅助介入大会）中Mourguess和Coste-Maniere尝试着将一个动物的心脏在内窥镜下的影像与该心脏的冠脉树三维模型的虚拟内窥镜各自以一定透明度重叠进行融合，对手术中定位目标点起到了一定的效果。但是术中冠脉树的模型是静止的，而且冠脉树的三维模型与内窥镜影像的融合是依靠识别内窥镜中观察到的标示点来使二者较为准确的融合，这种方法的鲁棒性以及准确性并不十分令人满意。

中国专利文献号CN1650813，记载了“外科手术导航系统基于光学定位的机器人手术定位方法”，该方法首先在机器人基座上设计三个标志位，通过光学跟踪仪定位指针来选取这三个标志，让机器人探针和光学跟踪仪定位指针对接时同时采集空间同一坐标系，最后通过光学跟踪仪与机器人系统的坐标互换。该技术主要使用与脑外科手术中，由于脑外科手术解剖学形变小，精确度问题上更容易把握；但该技术无法应用于解剖学形变较大的心血管系统领域。

中国专利文献号CN101703409A，记载了“一种超声引导机器人辅助治疗的系统和方法”，该系统包括手术机器人、二维超声仪、磁定位仪和工作站，通过将他们相结合，实现了对病患区域的有效检测及自动化治疗，从而降低医生的劳动强度，并提高手术实施的精确度。但是此方法中使用的是磁定位仪，磁定位仪在使用时受到场地、器械、其他仪器等各种干扰，容易产生误差。同时三维重建的超声信息会产生图像变形问题，用其图像信息指导手术可能会造成偏差，而且产生信息量有限，无法用于一些较为精细复杂的手术，如心脏手术的精确操作。

可见，虽然机器人辅助治疗系统已经开始应用于临床治疗中，但是其在手术目标定位上的发展尚不完善，很多临床难题仍有待解决。

发明内容