外科手术导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种外科手术导航系统，本发明专利技术技术方案将相机组件和投影仪组件一体集成为同轴光路系统的信息采集与投影设备，可以用于采集位置标定组件的图像信息以及在患者待手术部位投影病灶图像，可以通过上位机对所述图像信息进行数据处理，以确定所述患者体内病灶位置，确定投影位置，基于所述投影位置，控制所述投影仪组件在所述待手术部位的设定位置投影所述病灶图像。这样，在手术过程中通过所述外科手术导航系统，可以直接在患者待手术部位投影病灶图像，无需医生术中比对显示器中的图像，使用更为方便，可以更为准确的定位病灶位置。

Surgical navigation system

【技术实现步骤摘要】
外科手术导航系统
本专利技术涉及医疗影像和医疗器械
，更具体的说，涉及一种外科手术导航系统。
技术介绍
颅脑恶性肿瘤，如脑胶质瘤等，是致死率很高的一种原发肿瘤，外科手术切除是最有效的治疗手段之一。过去由于电脑硬件、显像设备以及图像处理技术等因素的限制，手术中外科医生只能通过计算机断层扫描技术(CT、MRI等)获得的断层切片判断患者脑内肿瘤的具体大小和位置，然后再进行手术切除。这种通过观察断层扫描切片定位并切除颅脑肿瘤的方式有很多缺点：首先由于肿瘤部位和正常脑组织的颜色、触感差别不大，故肿瘤的定位很大程度上取决于外科医生对神经解剖和临床手术的经验，其次肿瘤与正常脑组织的边界难以确定，不能完全切除肿瘤会显著增大复发率，若切除过多则会损伤正常脑组织，故手术成功率和预后状况并不理想。随着计算机硬件、医学图像处理、断层扫描三维重建等技术的发展，上世纪九十年代脑外科手术的方式发生了巨大变化，一些基于现代计算机和显示器的神经外科导航系统逐渐出现。这些系统可以将重建的三维肿瘤模型以二维图像的方式显示在显示器上，术中医生助手可以通过键鼠操作改变三维模型的观察视角，极大提升了导航定位的直观性。医生不需要仅凭借断层切片和临床经验判断肿瘤的大小和位置，而是可以借助三维重建的肿瘤模型判断切除范围。但是，现有外科手术导航系统只能由显示器上的图像单向传递给外科医生，仍然需要医生术中调整视角参考显示器显示图像，显示器显示的图像无法直观在患者当前待手术部位形成直观的比对，不便于使用。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种外科手术导航系统，可以直接在患者待手术部位投影病灶图像，无需医生术中调整视角比对显示器中的图像，使用更为方便，可以更为准确的定位病灶位置。一种外科手术导航系统，所述外科手术导航系统包括：位置标定组件；信息采集与投影设备，所述信息采集与投影设备包括一体集成的相机组件以及投影仪组件，所述相机组件用于通过镜头组件采集所述位置标定组件的图像信息，所述投影仪组件用于通过所述镜头组件在患者待手术部位投影病灶图像；上位机，所述上位机用于获取所述图像信息，基于所述图像信息确定所述患者在当前姿态下体内病灶的位置，确定投影位置，基于所述投影位置，控制所述投影仪组件在所述待手术部位的设定位置投影所述病灶图像。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述相机组件至少包括相机CMOS芯片；所述投影仪组件至少包括投影仪DMD芯片；所述镜头组件包括多个共光轴的光学透镜；所述相机CMOS芯片的光路与所述投影仪DMD芯片的光路通过一分光片耦合到同一所述镜头组件的光轴。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述分光片与所述镜头组件的光轴具有预设夹角；所述镜头组件采集的表征所述图像信息的光线透过所述分光片后，沿着相同传播方向入射至所述相机CMOS芯片；所述投影仪DMD芯片出射的表征所述病灶图像的光线通过所述分光片的反射，改变传播方向后，沿着所述镜头组件的光轴照射到所述待手术部位的设定位置。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述分光片与所述镜头组件的光轴具有预设夹角；所述镜头组件采集的表征所述图像信息的光线通过所述分光片的反射，改变传播方向后，入射至所述相机CMOS芯片；所述投影仪DMD芯片出射的表征所述病灶图像的光线透过所述分光片后，以相同传播方向，沿着所述镜头组件的光轴照射到所述待手术部位的设定位置。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述位置标定组件包括：用于贴合在所述待手术部位上的多个反光贴；多个所述反光贴设置在所述病灶的四周；用于设置在手术台上的多个反光球，所述反光球通过支架放置在手术台上；其中，所述上位机用于基于所述图像信息中所述反光贴的图像以及所述反光球的图像之间的空间位置关系，确定投影位置，绘制术前采集的所述病灶三维图像在当前投影位置视角下的二维图像，将所述二维图像作为所述病灶图像投影到所述待手术部位的设定位置。优选的，在上述外科手术导航系统中，述反光贴用于通过反光贴底座贴合在所述待手术部位上，所述反光底座表面贴有鱼肝油颗粒，用于核磁共振显影；基于核磁共振扫描设备，术前获取所述病灶三维图像。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述外科手术导航系统还包括：可调节的安装平台，所述信息采集与投影设备安装在所述安装平台上；其中，所述上位机还用于基于所述投影位置计算平移向量以及旋转向量，根据所述平移向量以及所述旋转向量调节所述安装平台进行平移以及转动，以使得所述镜头组件正对所述投影位置进行投影。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述上位机包括存储器，所述存储器存储有所述患者的病灶三维图像；所述上位机用于基于所述三维图像确定所述病灶图像。优选的，在上述外科手术导航系统中，所述上位机还用于控制所述投影仪以明暗交替光线投影所述病灶图像，以展示所述病灶与所述患者机体的边缘。通过上述描述可知，本专利技术技术方案提供的外科手术导航系统中，将相机组件和投影仪组件一体集成为同轴光路系统的信息采集与投影设备，可以用于采集位置标定组件的图像信息以及在患者待手术部位投影病灶图像，可以通过上位机对所述图像信息进行数据处理，以确定所述患者体内病灶位置，确定投影位置，基于所述投影位置，控制所述投影仪组件在所述待手术部位的设定位置投影所述病灶图像。这样，在手术过程中通过所述外科手术导航系统，可以直接在患者待手术部位投影病灶图像，无需医生术中比对显示器中的图像，使用更为方便，可以更为准确的定位病灶位置。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种外科手术导航系统；图2为本专利技术实施例提供的一种信息采集与投影设备的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种信息采集与投影设备的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的又一种信息采集与投影设备的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。现有技术中虽然有不依赖于物理框架的颅脑肿瘤立体定位技术，但是基于该技术的手术导航系统不能使用导航棒(一种外科医生手持的定位工具)，图像信息仍然是只能由显示器上的图像单向传递给外科医生，医生没有工具可以定位颅脑部的某一点(如切缘)和肿瘤的位置关系，缺少互动。而随着计算机视觉的不断发展，人们对上述手术导航系统进行了改进，加入了导航棒，改进后的手术前导航系统通过扫描患者面部信息或头部一组标志点，注册患者模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外科手术导航系统，其特征在于，所述外科手术导航系统包括：/n位置标定组件；/n信息采集与投影设备，所述信息采集与投影设备包括一体集成的相机组件以及投影仪组件，所述相机组件用于通过镜头组件采集所述位置标定组件的图像信息，所述投影仪组件用于通过所述镜头组件在患者待手术部位投影病灶图像；/n上位机，所述上位机用于获取所述图像信息，基于所述图像信息确定所述患者在当前姿态下体内病灶的位置，确定投影位置，基于所述投影位置，控制所述投影仪组件在所述待手术部位的设定位置投影所述病灶图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种外科手术导航系统，其特征在于，所述外科手术导航系统包括：
位置标定组件；
信息采集与投影设备，所述信息采集与投影设备包括一体集成的相机组件以及投影仪组件，所述相机组件用于通过镜头组件采集所述位置标定组件的图像信息，所述投影仪组件用于通过所述镜头组件在患者待手术部位投影病灶图像；
上位机，所述上位机用于获取所述图像信息，基于所述图像信息确定所述患者在当前姿态下体内病灶的位置，确定投影位置，基于所述投影位置，控制所述投影仪组件在所述待手术部位的设定位置投影所述病灶图像。


2.根据权利要求1所述的外科手术导航系统，其特征在于，所述相机组件至少包括相机CMOS芯片；
所述投影仪组件至少包括投影仪DMD芯片；
所述镜头组件包括多个共光轴的光学透镜；
所述相机CMOS芯片的光路与所述投影仪DMD芯片的光路通过一分光片耦合到同一所述镜头组件的光轴。


3.根据权利要求2所述的外科手术导航系统，其特征在于，所述分光片与所述镜头组件的光轴具有预设夹角；
所述镜头组件采集的表征所述图像信息的光线透过所述分光片后，沿着相同传播方向入射至所述相机CMOS芯片；
所述投影仪DMD芯片出射的表征所述病灶图像的光线通过所述分光片的反射，改变传播方向后，沿着所述镜头组件的光轴照射到所述待手术部位的设定位置。


4.根据权利要求2所述的外科手术导航系统，其特征在于，所述分光片与所述镜头组件的光轴具有预设夹角；
所述镜头组件采集的表征所述图像信息的光线通过所述分光片的反射，改变传播方向后，入射至所述相机CMOS芯片；
所述投影仪DMD芯片出射的表征所述病灶图像的光线透过所述分光片后，以相同传播方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵鹏飞，吴柄萱，刘鹏，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34