[发明专利]一种三维图像专用定位标尺、手术导航系统及其定位方法

说明书

本发明公开了一种三维图像专用定位标尺，其能够调整角度，其特征在于：它包括一标定器、一底座、一和底座配合旋转部件、一标定器连接杆、一用于紧固底座和克氏针紧固螺钉一、一用于紧固底座和旋转部件紧固螺钉二和一用于紧固标定器和标定器连接杆紧固螺钉三；所述标定器包括一端设计能够与所述标定器连接杆连接，实现绕标定器连接杆旋转任意角度，所述标定器面上设置不少于三个的标记点。所述标定器面上的各标记点的排布形状具有各向异性。本发明还公开了一种手术导航系统及其定位方法。本发明的系统和方法可实现在手术规划后任意移动机械臂，避开了机械臂的工作空间范围小的缺点，确保一次成像就可以搞定手术目标位置的全部手术路径。

技术领域

本发明涉及一种三维图像专用标尺、手术导航系统及其如何使用专用定位标尺定位的方法，属于手术定位技术领域。

背景技术

随着近年来微创手术的普遍应用和对手术当中器械或者内植入物定位精度的要求不断提高，基于医学图像引导的辅助定位或者手术导航系统有了很大的发展。该类系统的原理分成以下几个步骤：首先要进行手术前的系统中各个坐标系之间的映射关系，也就是建立手术目标(病人)、CTCB机建立的三维医学图像和执行机构各自坐标系的映射关系，该步骤通常称为系统坐标标定。接下来就是手术的规划，也就是医生根据CTCB机建立的三维医学图像模型上规划出手术路径。最后是手术实施部分，也就是将规划的手术路径通过手持手术引导器放置到手术路径上或者控制机械臂等执行机构将引导器定位到手术路径上，医生通过引导器辅助来完成手术开刀或植入物的植入。

上述步骤中最为核心的就是系统坐标标定，其通常的含义是指手术导航系统中存在的各个坐标系之间的映射关系的建立，最终实现手术目标(一般是指病人)和执行机构的联系，通过三维图像中规划的路径最后由执行机构能定位到该路径。具体的坐标系主要包括，患者坐标系、三维图像坐标系、工具(辅助定位装置)坐标系和执行机构坐标系。系统坐标标定的精度决定最后定位手术路径的精度。

目前实现系统坐标标定的场景是提供一种三维图像专用带有标记点的标定器、标定器固定到机械臂上，在术前把标定器放到手术目标上方，通过CBCT机(锥形CT机)和手术目标一起扫描，在重建的三维图像中就可以识别出标定器的标记点，通过空间算法可以计算出标定器和手术目标之间的映射关系，标定器和机器臂是固定到一起的，可以算出标定器和机器臂的映射关系，通过标定器就建立手术目标和机械臂之间的关系。也就是建立了手术目标和执行机构的关系。

上述场景，一旦建立了图像坐标系和机械臂坐标系之间的关系以后，机械臂之后就不能移动，一旦规划出现一个或者多个路径机械臂无法运动到规划路径上，系统只能重新来一遍，增加了手术时间和对患者的多次X光的透视。

在建立标定器和机器臂之间的坐标映射关系，标定器和机器臂末端越靠近越能提高映射的精度，而实际使用中CTCB机主要是C型臂，为了防止和C型臂干涉，往往标定器和机器臂末端之间的连接距离比较大，不利于精度的进一步提高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种新的三维手术定位标尺、手术定位系统和定位方法，实现了规划和执行机构的低耦合和定位到手术路径的高精度。在术前系统定位后，医生规划好手术路径以后，执行机构依然可以移动到合适的位置固定后再继续定位到手术路径。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可调角度的三维图像专用定位标尺，包括一标定器、一底座、一和底座配合旋转部件、一标定器连接杆、一用于紧固底座和克氏针紧固螺钉、一用于紧固底座和旋转部件紧固螺钉和一用于紧固标定器和标定器连接杆紧固螺钉。

标定器包括一端设计可与连接杆连接，实现绕连接杆旋转任意角度，标定器表面上设有不少于三个且不在一条直线上的标记点。标定器表面为可透X光的材料制成，标记点包括不透X光的球形部件和圆形贴片。

所述球形部件使用不透X光材料制成，可以在CT所生成的图中清晰识别出来，所述圆形贴片由可透X光材料制成，圆形贴片表面可反射红外光，可被光学跟踪器识别位置。