一种用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航系统技术方案

一种用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置，所述用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置包括光学定位装置(1)、被追踪物体(2)、二维手持式超声扫描设备(3)、超声探头(4)、图像工作站(5)和显示设备(6)。其中，超声探头(4)与二维手持式超声扫描设备(3)连接，图像工作站(5)进一步包括图像采集卡(51)，二维手持式超声扫描设备(3)将信号输出给图像采集卡(51)，图像采集卡(51)处理后输出给显示设备(6)。设备(6)。设备(6)。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航系统


[0001]本专利技术属于医疗器械
具体涉及一种可以用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航系统。

技术介绍

[0002]甲状腺结节发病率日益增加，随着高频超声的普遍应用，人群中甲状腺结节的发生率可高达19％
–
68％。高频超声是甲状腺结节首选的影像学检查方法，超声引导细针穿刺细胞学检查是诊断甲状腺结节良恶性的首选方法。对于体积较大产生压迫症状和影响外观的良性结节，超声引导下热消融治疗是国内外指南推荐的微创治疗方法；对于颈部复发转移性甲状腺癌以及原发低危微小乳头状癌，超声引导热消融治疗也可以有效杀灭病灶，减少手术引起的损伤，提高患者生活质量，具有良好的临床应用价值。
[0003]甲状腺周围有包括气管、食管、喉返神经、颈动脉、迷走神经等组织器官，解剖关系复杂。为了避免热消融过程中热量过高对周围组织的损伤，需要采用移动消融的方法，逐点消融，最后累积成足够的消融范围。消融范围由消融针移动的范围所决定，具有一定的主观性。
[0004]由于消融产生气化，而且消融后组织本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置，其特征在于，所述用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置包括光学定位装置(1)、被追踪物体(2)、二维手持式超声扫描设备(3)、超声探头(4)、图像工作站(5)和显示设备(6)。其中，超声探头(4)与二维手持式超声扫描设备(3)连接，图像工作站(5)进一步包括图像采集卡(51)，二维手持式超声扫描设备(3)将信号输出给图像采集卡(51)，图像采集卡(51)处理后输出给显示设备(6)。2.根据权利要求1所述的用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置，其特征在于，光学定位装置(1)包括高精度高速双目立体摄像头，所述高精度高速双目立体摄像头配置为用于观察目标，实现左右摄像机图像采集、标记点亚像素坐标提取、左右摄像机标记点立体匹配、标记点三维坐标计算的功能；优选的，在所述用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置中，所述高精度高速双目立体摄像头配置为用于定位被追踪物体(2)的位置；优选的，当被追踪物体(2)为消融针时，用于定位消融针尖端点标定，标定消融针的尖端点以及超声探头，并对超声图像、超声探头以及手术工具的空间姿态进行跟踪定位。3.根据权利要求1或2所述的用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置，其特征在于，被追踪物体(2)和超声探头(4)上固定的标志物为荧光球，工作时摄像机镜头上的红外发光管发射出红外光，通过荧光球反射后传入传感器，通过计算完成空间定位；荧光球表面有大量微小全反射镜来保证反射率；优选的，二维手持式超声扫描设备(3)配置为用于获取待测目标的二维超声图像；优选的，图像工作站包括硬件部分及存储在硬件部分中的软件，所述硬件部分例如可以是微型计算机，所述软件通过在空间标定中已经确定的坐标转换关系对超声图像上的每一个像素进行空间定位，并通过重建算法将对应的像素值赋予给相应的体素并输出超声三维体数据；之后再由相应的体视图算法来进行体数据绘制并将其输入到显示设备；优选的，所述用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置进一步包括N线模型；所述N线模型配置为用于标定超声探头(4)；优选的，N线模型由模型框架以及其中的N形线组构成；用于超声探头标定的N线模型由预设尺寸的树脂3D打印长方体框架以及位于其中的N形线组成；优选的，所述长方体框架前后两个侧壁均匀打有多排小孔，用尼龙线穿过每一排的小孔，形成若干个形状为
‘
N
’
形字母的靶线；优选的，N线模型左右两侧分别以不同间距进行了打孔，一侧相邻小孔左右间距为8mm，上下间距为6mm，前后间距为94mm，另一侧相邻小孔左右间距为6mm，上下间距为6mm，前后间距为94mm，小孔设计为锥形结构以便于穿线，其中锥形孔的最小直径为0.5mm；同时，N线模型的上表面设有16个直径为2mm的小孔作为定位孔。4.一种导航方法，其特征在于，所述导航方法采用如权利要求1
‑
3任一项所述的用于超声引导甲状腺肿瘤热消融的手术导航装置进行，所述导航方法包括：通过光学定位装置(1)(例如，两个近红外相机)构成双目视觉系统来实现光学定位，在相机周围提供近红外光源，其发出的红外光经过被追踪物体上的反光标记点反射，被相机图像传感器接收；首先对光学定位装置(1)(相机)进行标定，采用张氏棋盘格相机立体标定法，通过移动
棋盘格标定板，采集多幅图像可以求解相机的外部参数、内部参数以及两个透镜的畸变参数；通过相机同步采集的特征点计算其在图像坐标系下的坐标，结合相机的内外部参数进行特征点的立体匹配，从而计算特征点在实际空间坐标系下的三维坐标；由于光学定位技术难以直接追踪物体的尖端点，只能通过定位被追踪物体(2)在人体外的关键部位然后推算出尖端点的空间位置；通过在被追踪物体(2)上安装一组反射红外光的荧光球，定位多个特征点来确定被追踪物体(2)的位置和姿态；通过跟踪被追踪物体(2)上的特征点再对尖端点进行标定得出所要跟踪的尖端点空间坐标；标定流程如下：1)将标志点固定在被追踪物体(2)的头部，由光学追踪装置采集位置坐标得到特征点坐标系的空间位姿，将尖端点置于标定快的中心位置做旋转运动，同时采集n组位置数据，可得对于任意位置有P
c
＝R
i
P
m
+t
i
，i＝2,3
…
n式中：P
c
是尖端点在相机坐标系下的坐标，P
m
是尖端点在特征点坐标系下的坐标；R
i
是探针旋转到第i个位置时，特征点坐标系相对于相机坐标系的3
×
3旋转矩阵；t
i
是被追踪物体(2)旋转到第i个位置时，特征点坐标系相对于相机坐标系的3
×
1位移向量；由于在不同位置下P
c
都是相同的，可得(R
i
‑
R1)
·
P
m
+t
i
‑
t1＝0，i＝2,3
…
n将上述(n
‑
1)个方程相加得令则上式可简化为R
·
P
m
＝t将上式两边同乘R的逆矩阵R
‑1，即得到P
m
，进而可得不同尖端点位置在相机坐标系下的坐标；由于采用二维超声手持式超声扫描装置，光学定位装置跟踪的是探头上的特征点坐标系的位姿，为了利用定位系统对超声成像平面进行跟踪，需要对超声探头(4)与超声成像平面的几何关系进行标定；定位系统坐标系和超声图像坐标系的相对位置关系是固定不变的，标定过程即求出探头上特征点坐标系和超声图像坐标系的变换关系；标定过程中的坐标变换关系如图3所示，其中包括世界坐标系{w}、N线模型坐标系{m}、与探头固定的光学标志物坐标系{s}和超声图像坐标系{i}；在标定中将各个坐标系都视为三维刚性变换，用T
a
←
b
表示从坐标系{b}到坐标系{a}的变换，用
w
P
i
表示点P
i
在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明博，宁宇，罗渝昆，王君臣，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：