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1、(10)申请公布号 CN 104173106 A (43)申请公布日 2014.12.03 C N 1 0 4 1 7 3 1 0 6 A (21)申请号 201310197452.9 (22)申请日 2013.05.24 A61B 19/00(2006.01) (71)申请人天津市天堰医教科技开发有限公司 地址 300384 天津市滨海新区华苑产业区海 泰西路18号西6-3F (72)发明人李称鑫 刘雁飞 张丹丹 (54) 发明名称 一种基于C臂X射线影像的手术导航系统 (57) 摘要 本发明提出了一种基于C臂X射线影像的手 术导航系统，它主要将信息通过监视器传递到工 作站，由工作站将传感信。
2、号传给跟踪器，将控制命 令传递给导航工具，将手术决断与人机接口相连。 由于系统采用基于C臂图像，从经济角度来考虑 的话，将会节省很多经费，而且由于不使用CT等， 患者的住院费用也可以减少，因此它是非常经济 的。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104173106 A CN 104173106 A 1/1页 2 1.一种基于C臂X射线影像的手术导航系统，其特征在于，主要将信息通过监视器传递 到工作站，由工作站将传感信号传给跟踪器，将控制命令传递。
3、给导航工具，将手术决断与人 机接口相连。 2.根据权利要求1所述的神经外科虚拟手术训练系统，其特征在于，需要将术前的医 学影像与术中的患部进行配准。 3.根据权利要求1所述的神经外科虚拟手术训练系统，其特征在于，运用双目视觉空 间定位器。 权 利 要 求 书CN 104173106 A 1/2页 3 一种基于 C 臂 X 射线影像的手术导航系统 技术领域 0001 本发明涉及一种医学领域，尤其涉及一种基于C臂X射线影像的手术导航系统。 背景技术 0002 外科技术趋向于微创化，即使手术的创伤尽可能减小到最低限度，以期获得更加 理想的疗效。手术导航指的是在手术过程中，利用计算机技术将术前或术中病。
4、人影像数据、 实际手术过程中病人的病变体位以及手术工具所在的坐标系统一起来，根据实际手术的需 要对手术工具及其周围的组织作出相应的显示，对手术进行实时地导航。手术导航被认为 是微创外科技术的重要组成部分之一。手术导航改变了传统医疗外科的许多概念，在提高 病灶定位精度，减少手术损伤，执行复杂外科手术，提高手术成功率等方面都有极佳的效 果，己经在神经外科、矫形外科、泌尿外科和腹腔镜外科等手术临床中得到成功应用。我国 虽然也开展了关节镜、椎间盘镜、髓内钉、经动(静)脉导管介入疗法等外科微创手术，但这 些手术都是在手术视觉下，由医生通过对手术空间的坐标和视觉坐标进行不断地配准，纠 正手术动作，在狭小的。
5、手术空间里，完成手术定位和微小创伤的复杂手术。其特点是在手术 视野下确定手术对象和手术器械的坐标相对关系，依靠人的手眼协调完成手术。由于外科 微创手术很多是在不显露或没有充分显露手术部位的环境中进行的，医生的手术视野受到 了限制，往往是凭经验和X光图像的信息来重构手术部位的组织结构的。虽然手术导航自 上世纪90年代才逐渐发展起来，但它无疑将成为未来几十年手术系统发展的重要研究方 向，必将在微创外科领域发挥举足轻重的作用。 发明内容 0003 为了使微创手术有更进一步发展，本发明提供一种基于C臂X射线影像的手术导 航系统。 0004 本发明是这样构成的：主要将信息通过监视器传递到工作站，由工作站。
6、将传感信 号传给跟踪器，将控制命令传递给导航工具，将手术决断与人机接口相连。需要将术前的医 学影像与术中的患部进行配准。运用双目视觉空间定位器。 0005 本发明的功能在于，引用C臂，提高手术导航准确性。 0006 本发明与现有技术相比有以下优点：从经济角度来考虑的话，将会节省很多经费， 而且由于不使用CT等，患者的住院费用也可以减少，因此它是非常经济的。 附图说明 0007 图1为手术导航的组成结构。 具体实施方式 0008 下面结合附图，对本发明做进一步详述。 0009 如图1所示，本发明所述的一种基于C臂X射线影像的手术导航系统。手术导航 说 明 书CN 104173106 A 2/2页。
7、 4 系统主要有四个部分组成:手术导航工具(instrument)、空间定位器（Oocaiizer)、显示器 (monitor)和图像处理工作站。术前对患者患部拍摄断层扫描图像CT或做MRJ图像，得到 患部的医学影像。将这些影像资料传递给计算机，医生可以在计算机上进行术前诊断与手 术计划。在手术室，空间定位装置不断地将术中的患者部位和手术器械通过其上的标志点 测量出来，经过相应的空间变换，与配准过的医学影像图像融合在一起，从而可以在显示器 上看出手术器械的位置是否与术前计划的相一致。这种方法需要将术前的医学影像与术中 的患部进行配准。由于患部和定位器的可移动性，加之配准算法本身的缺陷，所以很难。
8、达到 很高的精度，不过对于一般的手术来说，其精度己经足以满足需要了。但是，如果出现较大 的位置变化时，系统必须进行重新配准，这就给使用者造成很大的困难，不知道何时需要重 新配准，而何时不需要，造成误操作现象。特别还需要医生来操作，使医生不能专心于手术 而分心于导航设备的操作。 0010 基于C臂X光手术导航系统从系统概念图上我们可以看出，新系统主要是利用C 型臂作为术前医学资料的获取工具，尽管仅仅就这一点点差别，但是它将使系统除了能很 好的达到手术导航的目的之外，还具有如下一些优点:(l)由于系统采用基于C臂图像，从 经济角度来考虑的话，将会节省很多经费，而且由于不使用CT等，患者的住院费用也。
9、可以 减少，因此它是非常经济的;(2)目前国内医院里，不论大、中型医院，还是小型医院，几乎 都有C型臂，而CT或者M卫1这种大型设备，只有大型医院和个别中型医院才具备，因此， 只有基于C臂的计算机手术导航系统才能尽快得到普及使用;(3)普遍认为CT的辐射量要 大于C型臂的辐射量;(4)利用CT或MRI进行手术导航时，术前医学图像与术中场景配准 算法复杂，占用机时要长，而基于C臂的计算机辅助手术导航系统相对问题要简单一些，占 用机时自然也就短一些。当然，由于C臂图像是平面图像，因此在诊断和术前计划方面与基 于CT或MRI的系统相比，肯定存在着一定的不足。但总体来讲，基于C臂的计算机辅助手 术导航。
10、系统是一个非常具有应用前景的系统。在C臂上，安装图像校正装置，或者在术前对 C臂的光学镜头进行标定，在C臂头部安装上带有标志点的标志物。在术前进行患部检查 诊断时，摄像机同时获取了C臂相对于患部的空间位置关系，将术前的医学图像和患部、C 臂的位置全部传给计算机。根据医学图像，医生可以在计算机屏幕上进行术前的手术计划。 术中摄像机不断地将患部和手术器械的空间位置通过其上的标志点传递给计算机，计算机 通过一系列的计算变换，将其统一到术前的医学图像坐标中，可以从不同的侧面观察手术 器械相对于患部的位置，就像机械中直接在三视图上进行加工制造一样，使手术达到准确、 快速的目的。 0011 利用两个或多个。
11、摄像机可以获取空间点位置的原理，我们制作了双目视觉空间定 位器。并对摄像机进行了标定，从而可以较为准确地获取空间任意点的三维坐标。在实际 中，为了迅速、准确地获取某个物体在空间的位置和方向，设计了具有四个标志点的标志 物，将其安装在被测物体上，测得三个以上的标志点位置，即可计算出该物体的空间位置及 方向。为此，在C臂上安装了标志物，同时将另一标志物近似于刚性地连接在患部。拍摄X 光片时，同时也获得了患部和C臂不同方位图像之间的位置关系。手术中，移去C型臂，不 断地获取手术器械和术中患部的位置，计算机在获取这些数据后经过相应的矩阵变换，使 术中的手术器械和患部位置一起变换到术前的C臂图像坐标下。术中医生所控制的手术器 械也正确地显示在术前的图像中。 说 明 书CN 104173106 A 1/1页 5 图1 说 明 书 附 图CN 104173106 A 。