基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质技术方案

本申请提供了一种基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质，通过获取手术前对患者的扫描图像数据并据以生成三维模拟图像；在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在动态定位坐标系中的器械实时动态数据；将三维模拟图像与患者进行动态配准；实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。本申请通过扫描设备获取患者三维模拟图像，并依靠动态定位获取装置实时将患者和手术器械的实时动态数据叠加到三维模型，能够更直观的呈现手术器械相对患者解剖结构的空间位置图，更好的辅助医生进行手术。

Surgical navigation system, method, equipment and medium based on 3D model

【技术实现步骤摘要】
基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质
本专利技术涉及手术导航三维模型
，特别是涉及一种基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质。
技术介绍
现有技术中，为了使医生能够清晰的了解手术器械相对病人解剖结构的位置，普遍采用计算机辅助导航技术，该导航技术的工作原理为：在患者的手术部位附近和手术器械上安装能够发出信号的装置，通常采用红外线作为发射源、CCD(电荷耦合元件)相机为接收器，利用发出的信号对患者的骨骼位置和手术器械的位置以及运动轨迹进行跟踪，同时将这些信息通过显示器展示给医生；在术中进行患者手术部位的X线透视，并将透视图像与得到的患者骨骼位置和手术器械位置图像进行合成，从而得到医生进行手术采用的导航图像。由于上述导航系统是将定位和引导信息显示在系统屏幕上，医生通过观察导航屏幕上的图像来进行手术操作，使得导航信息与手术场景相分离。术中，医生为了观察手术器械相对于病人解剖结构的位置，不得不在病人手术部位和导航屏幕之间来回切换视野，这不利于医生将注意力集中于病人手术部位进行手术，会干扰手术进程并加大导航定位误差。另一方面，导航信息不易理解。医生主要利用导航系统屏幕上显示的叠加了手术器械信息的断层图像来进行术中定位，而这些图像并不能很好地反映出病人当前体位，使得医生不能直观地理解真实手术场景中手术器械与实际病人解剖结构间的空间位置关系，造成手术导航系统的作用不能得到充分发挥。另外，通常存在手术器械定位复杂的问题，在手术时，又普遍必需透视配准的过程，需要较大的手术空间，配准过程还延长了手术时间，医护人员和患者受到额外的辐射。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质，以克服现有技术中AR实时监测机器人中的导航信息与实际手术场景相不能精准的动态叠加的缺陷。为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于三维模型的手术导航系统，所述系统包括：扫描装置、处理器、及动态定位获取装置；所述扫描装置，用于在手术前对患者进行扫描以得到扫描图像数据，并将所述扫描图像数据发送至所述处理器；所述动态定位获取装置，用于在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在所述动态定位坐标系中的器械实时动态数据；所述处理器，用于依据所述扫描图像数据生成三维模拟图像；以及依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准；以及依据所述动态定位坐标系中的所述实时动态数据、及器械实时动态数据，实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。于本申请的一实施例中，所述动态定位获取装置包括：用于获取所述患者实时动态数据和所述器械实时动态数据的光学动态追踪设备、用于获取所述定位图像的定位摄像设备、及多个标记部件；其中，所述标记部件包括：定位部件和动态追踪部件。于本申请的一实施例中，所述动态定位获取装置包括：用于获取所述患者实时动态数据和所述器械实时动态数据的光学动态追踪设备、用于获取所述定位图像的定位摄像设备、及多个标记部件；其中，所述标记部件包括：定位部件和动态追踪部件。于本申请的一实施例中，所述定位摄像设备在动态定位坐标系中的坐标为一预设坐标，以供所述处器理根据所述预设坐标和所述定位图像生成坐标参数，并根据所述坐标参数将所述三维模拟图像在所述动态定位坐标系中进行静态注册。于本申请的一实施例中，所述定位部件和所述动态追踪部件贴附在患者身体上距离手术部位一定预设范围内位置，以供所述扫描装置扫描的扫描图像数据中包含定位部件图像和动态追踪部件图像、以及供所述定位摄像设备获取的所述定位图像中包含定位部件图像和动态追踪部件图像。于本申请的一实施例中，所述定位部件为薄膜状，且其正面图案和反面图案相同；所述正面图案为硫酸钡的涂痕；所述扫描装置在手术前对患者进行扫描得到的扫描图像数据包含有所述涂痕；所述反面图案在贴附所述定位部件于患者身上时，在患者皮肤印制形成有水印图案；所述定位摄像设备在手术过程中获取的所述定位图像包含有所述水印图案。于本申请的一实施例中，所述动态追踪部件还设置在所述手术器械上，以供所述定位摄像设备获取的所述定位图像中还包含手术器械图像；以及供所述光学追踪设备在手术中识别所述动态追踪部件以获取对应所述手术器械的器械实时动态数据；所述处理器还用于根据所述患者实时动态数据和所述器械实时动态数据将静态注册后的三维模拟图像与所述患者进行动态配准。为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于三维模型的手术导航方法，应用于如上所述的基于三维模型的手术导航系统，所述方法包括：获取手术前对患者进行扫描的扫描图像数据，并据以生成三维模拟图像；在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在所述动态定位坐标系中的器械实时动态数据；依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准；依据所述动态定位坐标系中的所述实时动态数据、及器械实时动态数据，实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。于本申请的一实施例中，所述依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准，包括：根据所述定位图像、及所述动态定位坐标系中的预设坐标，生成坐标参数；根据所述坐标参数将所述三维模拟图像在所述动态定位坐标系中进行静态注册；根据所述患者实时动态数据和所述器械实时动态数据将静态注册后的三维模拟图像与所述患者进行动态配准。为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如上所述的方法；所述通信器用于与外部设备通信连接。为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令被运行时执行如上所述的方法。综上所述，本申请提供的一种基于三维模型的手术导航系统、方法、设备和介质，通过获取手术前对患者进行扫描的扫描图像数据，并据以生成三维模拟图像；在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在所述动态定位坐标系中的器械实时动态数据；依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准；依据所述动态定位坐标系中的所述实时动态数据、及器械实时动态数据，实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。具有以下有益效果：本申请的手术导航系统通过扫描设备获取患者三维模拟图像，并依靠动态定位获取装置实时将患者和手术器械的实时动态数据叠加到三维模型，能够更直观的呈现手术器械相对患者解剖结构的空间位置图，更好的辅助医生进行手术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维模型的手术导航系统，其特征在于，所述系统包括：扫描装置、处理器、及动态定位获取装置；/n所述扫描装置，用于在手术前对患者进行扫描以得到扫描图像数据，并将所述扫描图像数据发送至所述处理器；/n所述动态定位获取装置，用于在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在所述动态定位坐标系中的器械实时动态数据；/n所述处理器，用于依据所述扫描图像数据生成三维模拟图像；以及依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准；以及依据所述动态定位坐标系中的所述实时动态数据、及器械实时动态数据，实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维模型的手术导航系统，其特征在于，所述系统包括：扫描装置、处理器、及动态定位获取装置；
所述扫描装置，用于在手术前对患者进行扫描以得到扫描图像数据，并将所述扫描图像数据发送至所述处理器；
所述动态定位获取装置，用于在手术过程中获取患者在动态定位坐标系中的定位图像、及患者实时动态数据，并获取手术器械在所述动态定位坐标系中的器械实时动态数据；
所述处理器，用于依据所述扫描图像数据生成三维模拟图像；以及依据所述定位图像、及患者实时动态数据，将三维模拟图像与所述患者进行动态配准；以及依据所述动态定位坐标系中的所述实时动态数据、及器械实时动态数据，实时计算患者与手术器械的空间坐标位置信息，并与三维模拟图像实时融合，以供得到能实时显示患者与手术器械的动态位置关系的手术导航三维模型。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态定位获取装置包括：用于获取所述患者实时动态数据和所述器械实时动态数据的光学动态追踪设备、用于获取所述定位图像的定位摄像设备、及多个标记部件；其中，所述标记部件包括：定位部件和动态追踪部件。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定位摄像设备在动态定位坐标系中的坐标为一预设坐标，以供所述处器理根据所述预设坐标和所述定位图像生成坐标参数，并根据所述坐标参数将所述三维模拟图像在所述动态定位坐标系中进行静态注册。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定位部件和所述动态追踪部件贴附在患者身体上距离手术部位一定预设范围内位置，以供所述扫描装置扫描的扫描图像数据中包含定位部件图像和动态追踪部件图像、以及供所述定位摄像设备获取的所述定位图像中包含定位部件图像和动态追踪部件图像。


5.根据权利要求2或4所述的系统，其特征在于，所述定位部件为薄膜状，且其正面图案和反面图案相同；
所述正面图案为硫酸钡的涂痕；所述扫描装置在手术前对患者进行扫描得到的扫描图像数据包含有所述涂痕；
所述反面图案在贴附所述定位部件于患者身上时，在患者皮肤印制形成有水印图案；所述定位摄像设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小军，付强，吴建锋，杭栋华，朱亮，
申请(专利权)人：上海市第一人民医院，
类型：发明
国别省市：上海;31