一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法及系统技术方案

本公开属于手术导航技术领域，具体涉及一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法及系统，包括以下步骤：根据患者术前CT影像规划脊柱内镜在患者体内的置入通道位置，重建患者术区的三维影像；在患者术区的骨组织和脊柱内镜末端安装跟踪标记，实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像；将所重建的患者术区的三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联，实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。

【技术实现步骤摘要】
一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法及系统


[0001]本公开属于手术导航
，具体涉及一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]脊柱内镜微创手术克服了传统手术创伤大、恢复期长的缺陷，在临床领域受到广泛青睐。但由于微创内窥镜视野狭窄，导致临床操作的技术门槛也相应较高，一定程度上限制了脊柱内镜手术的推广。此外，内窥镜的就位导引通道的安装需要在CT透视的引导下完成，增加了术中患者和医护人员受辐射的量。将术前诊断用的CT影像通过三维重建技术形成术区解剖结构的虚拟现实影像，并通过影像融合技术将其映射到内窥镜的视窗中，既能够精准引导内窥镜通道针的就位，又可以在术中有效扩展医生的视野范围，并能够起到对神经损伤等危险情况的预警作用。然而，由于三维CT影像与内窥镜二维影像的图像融合技术攻关难度较大，目前尚未见到虚拟现实导航用于脊柱内镜手术的相关报道。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本公开提出了一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法及系统，解决了现有的脊柱内镜只能依靠术中CT放置内镜就位通道，以及术中内镜影像无法有效观测术区深度解剖结构的问题，能借助术前CT影像有效引导就位通道，在术中拓展深度视野，从而提高了提高脊柱内镜手术操作效率和安全性。
[0005]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，采用如下技术方案：
[0006]一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，包括以下步骤：
[0007]根据患者术前CT影像规划脊柱内镜在患者体内的置入通道位置，重建患者术区三维影像；
[0008]实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像；
[0009]将所重建的患者术区三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联，实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。
[0010]作为进一步的技术限定，在重建患者术区三维影像的过程中，根据患者术前CT影像，重建患者器官和目标组织的断层图像，得到三维可视化影像模型。
[0011]作为进一步的技术限定，在患者术区的骨组织和脊柱内镜末端安装跟踪标记，通过螺栓将跟踪标记分别固定在骨组织和脊柱内镜上，实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像。
[0012]作为进一步的技术限定，在所述将所重建的患者术区三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联的过程中，根据所述患者术区三维影像与所述二维视频影像的相对位置
关系，进行三维影像与二维视频影像的坐标统一，得到三维的虚拟影像。
[0013]进一步的，在坐标统一的过程中，将所述二维视频影像放置在所述患者术区三维影像中，建立二维坐标系和三维坐标系之间的关联。
[0014]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航系统，采用如下技术方案：
[0015]一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航系统，包括：
[0016]术前规划模块，被配置为根据患者术前CT影像规划脊柱内镜在患者体内的置入通道位置，重建患者术区三维影像；
[0017]术中跟踪模块，被配置为实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像；
[0018]虚拟导航模块，被配置为将所重建的患者术区三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联，实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。
[0019]作为进一步的技术限定，在所述术中跟踪模块中，通过全局立体定位相机实时显示脊柱内镜在患者体内的位置和姿态，得到二维视频影像。
[0020]基于红外光线实现全局立体定位相机与跟踪标记之间的连接，进而实现全局立体定位相机的实时显示。
[0021]作为进一步的技术限定，在所述虚拟导航模块中，根据脊柱内镜的位置和姿态实时调整导航的可视化界面视角。
[0022]根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种脊柱内镜手术的影像融合方法，采用如下技术方案：
[0023]一种脊柱内镜手术的影像融合方法，包括以下步骤：
[0024]基于患者术前CT影像规划脊柱内镜的置入通道位置，重建术区三维影像；
[0025]根据全局立体定位相机实时获取脊柱内镜在患者体内的位置和姿态；
[0026]将术前CT影像通过坐标变换映射到术中全局立体定位相机空间中；
[0027]通过坐标变换将脊柱内镜的二维视频影像映射到导航的可视化界面视角，根据脊柱内镜的实时位姿调整导航的可视化界面视角。
[0028]作为进一步的技术限定，将术前CT影像通过坐标变换映射到术中全局立体定位相机空间中，在术前CT影像和二维视频影像中标记出同一点，通过坐标统一转换成三维虚拟影像映射到术中空间。
[0029]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0030]本公开借助术前CT影像和立体定位相机通过可视化的影像引导内镜就位通道，可以有效减少在通道针置入过程中的CT扫描次数，降低操作的技术难度和医患人员所受的辐射量，提高手术效率和安全性，促进脊柱内镜手术的推广应用。
[0031]本专利技术创新性地提出了一种三维CT影像与术中内镜影像的融合方法，解决了仅依靠内镜影像无法获取术区深部信息的问题，能够有效预警内镜和器械对周围重要组织造成的威胁，提高脊柱内镜手术的安全性，同时也优化了手术操作者的视觉感受，使其操作更加便捷。
附图说明
[0032]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0033]图1是本公开实施例一中的脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法的流程图；
[0034]图2是本公开实施例二中的脊柱内镜手术的虚拟现实导航系统的结构框图；
[0035]图3是本公开实施例二中的脊柱内镜手术的虚拟现实导航系统的结构示意图；
[0036]图4是本公开实施例三中的脊柱内镜手术的影像融合方法的原理图；
[0037]其中，1、脊柱内镜，101、窥镜镜头，102、内窥镜镜头的像素平面，2、脊柱内镜就位通道，3、立体定位相机，4、内镜跟踪装置，5、术区解剖结构的虚拟三维影像，6、患者，7、可视化内镜导航界面。
具体实施方式
[0038]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0039]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0040]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，其特征在于，包括以下步骤：根据患者术前CT影像规划脊柱内镜在患者体内的置入通道位置，重建患者术区三维影像；实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像；将所重建的患者术区三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联，实现脊柱内镜手术的虚拟现实导航。2.如权利要求1中所述的一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，其特征在于，在重建患者术区三维影像的过程中，根据患者术前CT影像，重建患者器官和目标组织的断层图像，得到三维可视化影像模型。3.如权利要求1中所述的一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，其特征在于，在患者术区的骨组织和脊柱内镜末端安装跟踪标记，通过螺栓将跟踪标记分别固定在骨组织和脊柱内镜上，实时获取术中脊柱内镜在患者体内位置和姿态的二维视频影像。4.如权利要求1中所述的一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，其特征在于，，在所述将所重建的患者术区三维影像和脊柱内镜的二维视频影像建立关联的过程中，根据所述患者术区三维影像与所述二维视频影像的相对位置关系，进行三维影像与二维视频影像的坐标统一，得到三维的虚拟影像。5.如权利要求1中所述的一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航方法，其特征在于，在坐标统一的过程中，将所述二维视频影像放置在所述患者术区三维影像中，建立二维坐标系和三维坐标系之间的关联。6.一种脊柱内镜手术的虚拟现实导航系统，其特征在于，包括：术前规划模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩倩，祁磊，宋锐，李国梁，王亮，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：