[发明专利]肺部穿刺的手术导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及手术导航技术，尤其涉及一种肺部穿刺的手术导航系统。

背景技术

肺癌为最常见的原发性肺部肿瘤，是全球范围内发病率和死亡率增长最快，对人类健康和生命威胁最高的恶性肿瘤。经皮肺穿刺活检可用以诊断肺癌等肺部疾病，传统肺穿刺活检因肺部呼吸所带来的软组织漂移等局限性，需要反复X光照成像才能准确定位病灶进行穿刺，期间病人受辐射剂量过大、手术复杂耗时，且由于定位不够精确，术后并发症比较严重等一系列缺点。

经过对现有技术的检索发现，《中华结核和呼吸杂志》2001年第四期，张雪哲发表“CT引导下胸部穿刺活检”一文，阐述利用多次扫描CT来引导穿刺针到达肺部病变区域，提取组织。该技术不足之处在于，需要多次进行CT扫描，病人接受辐射剂量增大；中国专利文献号CN 202437059，公开日2012-9-19，发明“支气管镜电磁导航系统”，该技术在计算机显示的虚拟三维支气管树和电磁导航跟踪定位装置的引导下，将支气管镜传送到病灶处，进行肺部病变组织的检查。此系统的不足在于，手术操作复杂，需要预先将引导导管送到目标区域为支气管镜打开进入肺区的通道，且只能提取支气管壁上的病变组织，对于不在气管壁上的病变无法观测。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种肺部穿刺的手术导航系统，针对现有技术存在不足，提供一种基于边界元建模的肺部穿刺手术导航系统，可产生能够接收12个电磁传感器反馈信息的磁场，基于患者术前CT影像信息，通过计算机重建出病人体数据的三维解剖结构，利用配准技术可实现病人的真实物理空间与图像空间的自动匹配，借助电磁导航仪对手术器械的实时跟踪定位及导航工作站对手术器械自动识别特点，通过边界元模型进行实时校准，准确提取肺部病变组织并生成手术评估报告，实现肺癌的早期检测。与现有技术相比，本发明针对整个肺区的疑似肿瘤早期检测，具有手术精度大幅提高、降低辐射剂量和手术复杂度、减少术后并发症以及缩短手术时间等优点。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

肺部穿刺的手术导航系统，包括：导航工作站、穿刺活检探针及导航马甲，所述穿刺活检探针和导航马甲均与导航工作站数据连接；

该导航工作站设有电控单元，该电控单元内安装有操作系统及集成软件，所述集成软件包括：病人数据管理模块、影像数据三维可视化及处理模块、肺部区域分割模块、导航配置模块、术前规划模块、手术配准模块、手术引导模块、数学建模模块及术后手术评估模块；

所述病人数据管理模块用于接受病人的术前CT影像数据、术前规划模块所反馈的术前规划数据以及导航配置模块反馈的位置数据；

所述影像数据三维可视化及处理模块用于供外部的显示器显示病人各器官的三维解剖结构；

所述导航配置模块与穿刺活检针和导航马甲均通讯连接，用于将穿刺活检针和外部的手术器械的追踪定位及操控；

所述术前规划模块用于实现术前手术规划，设置手术路径并预览执行效果；

所述手术配准模块，用于基于手术操作步骤及病人实时参数进行指导手术操作；

所述数学建模模块用于建立边界元模型；

所述术后手术评估模块用于分析术后影像数据、提供结果。

优选地，该导航马甲包括有两个侧部柔性块和一个中部柔性块，所述中部柔性块与两个侧部柔性块之间都设有松紧带连接，且两个侧部柔性块上设有可拆卸连接的连接机构，用于将胸部约束带固定在人体上；所述中部柔性块和两个侧部柔性块上分散地设有至少四个检测用金属标识圆台，所述金属标识圆台上设置有圆锥形的开口，用于配合导航工作站追踪获取金属标识圆台的位置数据。

优选地，该穿刺活检探针包括外部的穿刺套管和内部的穿刺针管，所述穿刺套管为中空管体，所述穿刺针管尾端的卡头与穿刺套管尾端的接头相互卡接并同轴地固定，且穿刺针管的长度大于该穿刺套管的长度，所述穿刺针管的针尖端内嵌设有一位置传感器，该位置传感器与电控单元通讯连接，该位置传感器为六方向传感器。

优选地，所述的边界元模型根据导航马甲和穿刺活检探针反馈的数值条件及若干由CT拍照所得的图像数值条件，再由迭代法求解出的肺部表面模型中的近似通解，该近似通解为肺部表面随呼吸运动的边界元运动数值模型。

优选地，所述的影像数据三维可视化及处理模块的工作流程包括S 1：术前影像三维数据重建和S2：术前特征点标记单元坐标的获取；

所述S1术前影像三维数据重建的数据来自病人数据管理模块，并采用RayCast体绘制方法重建出病人三维解剖结构，再通过多线程并行处理技术实时地渲染三维体数据；