一种具有磁定位功能的输尿管软镜及输尿管镜位姿估测系统技术方案

本发明专利技术涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种具有磁定位功能的输尿管软镜及输尿管镜位姿估测系统。输尿管软镜包括：镜管，包括依次相接的先端部、弯曲部、插入部；所述先端部设置有第一磁定位传感器，用于检测第一磁定位信号，并所述第一磁定位信号传输给导航系统服务器；贯穿所述镜管的照明导光束，所述照明导光束的一端连接光源，另一端靠近或位于所述先端部，以便将所述光源发出的照明光传递到所述先端部；所述先端部设置有摄像模组，所述摄像模组用于在所述照明导光束所传递的光的作用下，捕获第一图像，并将所述第一图像传输给所述导航系统服务器，使得所述导航系统服务器通过图像显示器显示所述第一图像。显示器显示所述第一图像。显示器显示所述第一图像。

【技术实现步骤摘要】
一种具有磁定位功能的输尿管软镜及输尿管镜位姿估测系统


[0001]本申请涉及医疗器械
，具体涉及一种具有磁定位功能的输尿管软镜及输尿管镜位姿估测系统。

技术介绍

[0002]输尿管肾介入手术中，操控输尿管软镜需要丰富的经验。病人的肾盏结构多管路分支错综复杂，甚至有血尿情况导致的视野不清晰，缺少术中实时定位内镜尖端位置、检测操作部位姿的设备。新手医生容易在操纵输尿管软镜时迷失方向、不清楚位姿及肾内管路形貌，以至发生位置卡顿，导致不能深入探索，也不能发现结石或者肿瘤。此外，术中由于不间断给肾内注射生理盐水，容易引起肾内压过大。尤其因缺乏导航的操控困难，手术时间会大幅延长。当手术时间超过1小时，病人进入ICU重症监护并转为开放手术概率显著加大。
[0003]输尿管肾介入手术中遇到迷路、卡顿问题时，术者会使用X射线透视来重新找回他们的空间方位感，但是X射线仅能提供二维图像，使用这种方法仍然是很难找到输尿管软镜的先端部的精确位置。而且X射线带来的辐射对于病人及术者都是有害的，尤其对于长期从事手术的医生，其接收的辐射累计量极大。
[0004]另一方面，由于传统输尿管软镜系统，无法术中实时提供内镜尖端位置、操作部位姿。因为反馈机制缺乏，限制了泌尿专科手术机器人的开发和普及。
[0005]因此，无辐射、三维实时地显示输尿管软镜先端部和器官腔室相对位置的方法，将会具有极大的临床使用价值。然而输尿管软镜设计难度高，需要在3mm以内外径下，实现高图像分辨率、大工作通道，以及主动弯曲功能。具备这些特性才能使得医生可以探查整个肾集合系统，从而有效地对有上泌尿道病症的病人实施治疗。在外径仅3mm的电子输尿管镜上实现这样一种功能，存在较大工程技术挑战，如体积、电磁兼容、定位精度等各种问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，公开了一种具有磁定位功能的输尿管软镜系统及其工作方法，能可以无辐射、三维实时地显示输尿管软镜先端部、弯曲部位姿及其与器官腔室相对位置，提高手术效率和成功率，减少术者及病人接受辐射的时间。可大幅降低泌尿科肾介入手术学习曲线难度，并促进泌尿专科手术机器人行业发展。
[0007]本专利技术实施例提供了一种具有磁定位功能输尿管软镜系统，包括磁定位输尿管软镜、体外校准模块和导航系统服务器。所述磁定位输尿管软镜、体外校准模块发分别连接导航系统服务器。
[0008]本专利技术实施例提供的具有磁定位功能的输尿管软镜，属于内窥镜医疗器械领域，包括镜管和与所述镜管相连的操作部，所述镜管包括设在其端部的先端部，所述先端部设有摄像组件，该摄像组件是图像传感器模组，且优选高分辨率图像传感器模组。所述镜管内设有贯通所述先端部的第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道内插装有照明导光束，所述第二通道内安装有1个或多个磁定位传感器。当第二通道内装有2个及以上的磁定
位传感器时，其中有一个传感器EM1安装于第二通道先端部处，有另外一个传感器EM2安装于第二通道弯曲部末端。记0<n<N，EMn为第n个磁定位传感器。当n>2时，EMn传感器间隔一定距离安装在软性工作部的中心轴线上。所述EMn传感器可以获得空间绝对坐标EMn(x,y,z)。尖端顶点中心相对EM1传感器的空间坐标，通过工装治具进行校准获得，记为TIPtoEM1(x,y,z)，旋转矩阵记为Moe；尖端顶点中心坐标记为VEXTIP＝EM1+Moe(TIPtoEM1)，用于标定。
[0009]所述第三通道为器械通道。操作部安装有方向交互模组，术者可以通过该方向交互模组，改变导航系统中的三维场景观察视角。
[0010]所述第二通道内的磁定位传感器具有空心结构，照明导光管分支二的照明光纤穿过该空心。照明导光管分支一的照明光纤穿过通道一。第二通道第一传感器轴线中心与第一通道摄像组件光轴中心距离约0.6mm，夹角10度。此时为配准最优，兼顾体积限制和系统坐标变换误差。
[0011]所述体外校准模块包括3个体外磁定位传感器。3个体外磁定位传感分别与导航系统服务器连接。体外磁定位传感器绝对空间坐标记为ExEMn,记0<n<N，EMn为第n个体外磁定位传感器。其中体外磁定位传感器1、2分别分布在病人左右肾脏沿正中矢状面方向的腹部表面位置，坐标为ExEM1、ExEM2。体外磁定位传感器3放置在髋骨固定位置，坐标为ExEM3。
[0012]所述导航系统服务器与输尿管软镜、体外磁定位传感器、呼吸机和显示器连接。导航系统服务器具有位姿测算模块、图像融合模块、内镜图像实时显示模块、融合图像显示模块。其中，位姿测算模块测算输尿管软镜在人体里位姿。图像融合模块融合输尿管软镜位姿和术前CT模型，形成三维图像。内镜图像实时显示模块显示实时内镜视频。融合图像显示模块显示图像融合模块输出的三维图像。
[0013]安装于操作部的方向交互模组，使得医生可以方便地改变三维场景观察视角，从多角度寻找目标。此方向交互模组安装于操作部，而无需控制额外的鼠标来改变观察视角，主导医生可以自己独自完成，便捷、高效。
[0014]操作部的功能按钮中，包括一个配准确认按钮。
[0015]第二通道内安装有两个及以上的磁定位传感器时，根据所述传感器EM1和所述传感器EM2传回的定位信号，并依据镜体弯曲部的机械结构弯曲模型，导航系统服务器可以计算出当前弯曲部的形态，在导航系统服务器的显示屏上将镜管弯曲部的仿真形态图像和器官腔室三维模型融合展现，帮助医生确定当前镜子弯曲部的形态，为后续的操作提供指导。
[0016]另外，本专利技术还公开一种具有磁定位功能的输尿管软镜的操作方法：
[0017]初始配准：选择输尿管入口、顶点肾盏、底点肾盏三个位置作为参考点，进行初始配准。即将磁定位传感器EM1与CT模型进行配准。在CT模型上用鼠标点选某个参考点，操控输尿管软镜使其尖端到达实物中对应的位置，并按下操作部的配准确认按钮，获得磁定位传感器EM1绝对坐标RefEM1n。其中1≤n≤3，对应3个参考点。使用校对参数，获得输尿管软镜尖端绝对坐标RefEM1n＝EM1+Moe(RefEM1n),即完成一次参考点的绝对坐标测量。针对每个参考点测量五次取平均值。同时通过CT模型与磁定位传感器EM1实际测量的尺寸的比值，获取实物对CT模型的放大倍率系数s，用于校准肾内长时间灌注生理盐水引起的形变。将放大倍率系数s校正后的CT模型的三个参考点映射到世界空间，即将CT模型映射到术中世界空间。
[0018]位姿判断：术前CT器官提取的3D管腔模型，视为近似刚性边界。采用三阶贝塞尔曲
线进行拟合，具体的在没有约束边界的分段使用恒等曲率模型进行拟合，在有刚性边界的区域，使用器官边界轮廓缩进内镜弯曲部半径的位置作为镜体中心轴姿态估算值。
[0019]导航路径提示：在当前二维图像、及三维图像上，用连接当前位置与目标位置的中心线来提示前进方向。
[0020]位置卡顿提示：当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输尿管软镜，其特征在于，包括：镜管，包括依次相接的先端部、弯曲部、插入部，其中，当所述镜管在向患者的输尿管插入时，所述先端部最先插进所述输尿管；所述先端部设置有第一磁定位传感器，所述第一磁定位传感器在磁场发生器所产生的交变磁场的作用下检测第一磁定位信号，并所述第一磁定位信号传输给导航系统服务器，使得所述导航系统服务器根据所述第一磁定位信号，定位所述第一磁场定位传感器在所述患者体内的位置；贯穿所述镜管的照明导光束，所述照明导光束的一端连接光源，另一端靠近或位于所述先端部，以便将所述光源发出的照明光传递到所述先端部；所述先端部设置有摄像模组，所述摄像模组用于在所述照明导光束所传递的光的作用下，捕获第一图像，并将所述第一图像传输给所述导航系统服务器，使得所述导航系统服务器通过图像显示器显示所述第一图像。2.根据权利要求1所述的输尿管软镜，其特征在于，所述输尿管软镜还包括：与所述插入部远离所述弯曲部的一端设置有操作部，用于调整所述弯曲部的弯曲方向和弯曲角度，以调整所述先端部的在所述患者体内的位置。3.根据权利要求2所述的输尿管软镜，其特征在于，所述操作部包括弯曲手柄，所述弯曲手柄内置有转动轮毂，所述转动轮毂连接第一牵引丝的一端，所述第一牵引丝的另一端穿过所述插入部，并穿过所述弯曲部内的蛇骨定位孔，与位于所述先端部的蛇骨末端连接；其中，当弯曲手柄转动时，带动所述转动轮毂转动，使得所述第一牵引丝带动所述先端部移动，以调整所述先端部在所述患者内的位置和姿态。4.根据权利要求1所述的输尿管软镜，其特征在于，所述先端部设置有第一通道、第二通道、第四通道，所述第一通道、所述第二通道和所述第四通道并行设置；其中，所述第一磁定位传感器设置在所述第二通道内，所述照明导光束位于所述第一通道，所述摄像模组设置在所述第四通道内。5.根据权利要求1所述输尿管软镜，其特征在于，在所述先端部还设置有第三通道，所述第三通道用于连通进水阀口，以便通过所述进水阀口和所述第三通道对所述先端部所在区域进行灌注。6.根据权利要求1所述的输尿管软镜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶学松，章重安，傅佐名，王鹏，金子逸，张宏，胡春永，李秋佳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：