【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，尤其涉及手术导航系统，更具体地涉及用于引导内镜手术的方法、电子设备、导航系统及机器人系统。
技术介绍
1、在传统的内镜手术中，单纯地使用内镜视野进行手术观察、工具操作与控制。而医生的视野受限于内镜视野的小范围，无法看到内镜视野之外的区域，从而导致内镜无法正确抵达患处或操作不充分而导致无法实现既定手术目标。
2、尤其是脊柱内镜手术，因其微创的特点，是治疗没有发生锥体结构性不稳定的神经压迫症状的有效手段，在近年得到了广泛的临床认可和推广。但因为椎间孔的生理结构和脊柱内镜的特殊构型，使得医生在熟悉并最终掌握脊柱内镜手术技术的过程中不得不面对以下挑战：
3、第一，镜下视野受限。脊柱内镜在工作通道套筒中使用，导致医生在使用的过程中，视野一直受到工作通道套筒遮挡。当医生按照通常的思维，拉起脊柱内镜，使其远离观察目标点，希望观察到更大的生理结构范围时，首先看到的是工作通道套筒的管壁。而如果医生将工作通道套筒也向远离目标点的方向拉起，则工作通道套筒外侧的软组织会向内收拢，侵入通道中，医生看到的将是工作通道套筒外侧的软组织，挡住医生想要观察的目标点的结构，因此依旧无法实现其观察到更大范围的生理结构的目的。“见木不见林”是脊柱内镜手术医生对于脊柱内镜手术镜下操作视野受限这一困难的形象比喻。
4、第二，容易迷失方向。为了克服镜下视野受限这一挑战，脊柱内镜的末端被设计为具有成角度的斜面的末端，成像装置的镜片被安装在成角度斜面上并相对于内镜的轴线偏心地布置，以便通过绕轴线旋转内镜以观察到更大范围
5、然而，也正是因为这种构型，导致了如果初学者对镜下软组织结构不熟悉，反而会经常性地由于转动内镜而迷失方向。
6、第三，手眼协调困难。脊柱内镜的构型为内镜的光学硬镜模组(也称内镜的成像装置)和手术工具的通道集成在同一个内镜伸入筒内。当医生轴向转动脊柱内镜观察目标位置时，手术工具也随脊柱内镜转动。因为光学硬镜模组与手术工具的实际位置因为脊柱内镜的特殊构型而不可能发生任何相对变化，其直观结果是医生观察到手术工具在屏幕上的位置并没有发生任何变化，但此时的实际情况是因为脊柱内镜的轴向旋转，此时手术工具相对于镜下生理结构的位置已经改变。但医生无法“看穿”人体而直观地看到工具相对于周边生理结构的位置变化，而只能通过显示脊柱内镜图像的屏幕进行观察。因此，医生非常容易出现“手眼协调”困难，每次内镜旋转后，都需要重新适应工具在屏幕中的运动方向，思维一直处于运转状态，极易产生疲劳。
7、第四，“学习曲线”陡峭。因为以上三个镜下操作中面临的困难，导致了脊柱内镜医生需要超群的生理解剖知识、优秀的空间想象能力和更多的手术案例积累才能渡过所谓的“学习曲线”。通常，医生需要30至50例手术甚至更多，方能熟练掌握脊柱内镜技术，这使得培养一位合格的脊柱内镜手术医生往往需要较长的时间和不菲的成本，这也限制了脊柱内镜技术的推广和普及。
8、而且，传统的导航技术，多用于在脊柱内固定手术中引导椎弓根螺钉的置入过程中对工具和植入物相对于患者生理结构的实时追踪和定位，辅助医生实现“精准、安全、微创”的临床目标。近年来，开始出现将导航技术，特别是电磁导航技术，应用在脊柱内镜手术中。其具体的实现方式为：通过导航系统中的电磁追踪器追踪内镜示踪器的实时空间位置，并使用导航系统所包括的处理器计算内镜的实时位置和视场，将其投影到已经通过导航配准流程与患者实际生理结构匹配的空间三维影像模型或二维透视影像模型上，并在导航系统的显示器上显示这种相对位置关系。该种解决方案存在如下问题，即在电磁导航界面上，医生的模拟观察视角是与获取该三维影像或二维透视影像时x射线源的位置是一致的，位于患者体外某处。而在显示脊柱内镜的内镜图像的显示器上，实际的观察视角位于内镜硬镜模组的镜片后方，在患者体内。因此，由于导航视图与脊柱内镜影像视图的观察视角位置不同，每次医生通过移动或者转动脊柱内镜从而改变脊柱内镜的光学硬镜模组的镜片的位置或者调整镜片朝向之后，医生必须要结合自己对解剖结构的了解，经过思考过程将不同的观察视角转化并统一，才能“脑补”出此刻内镜的镜下生理结构在患者体内的准确位置和方向。其结果就是医生的思维一直处于运转状态，更容易产生疲劳。
9、因此这种将内镜当作普通手术工具一样追踪并将其空间位置和朝向可视化的导航解决方案，只是将导航技术简单直接的应用在内镜手术中，并没有有效的解决镜下视野受限、手眼协调困难这些临床需求。甚至对于“镜下容易迷失方向”这一与“定位”相关的需求，目前的电磁导航技术也并没有在实质上解决长久以来困扰脊柱内镜手术医生的问题。
10、如何发挥导航系统的优势，解决目前内镜手术例如脊柱内镜手术中遇到的“镜下视野受限”、“容易迷失方向”、“手眼协调困难”并克服“学习曲线”陡峭的挑战，使得初学者也能在导航系统的辅助下，精准、高效的完成手术操作，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个以及其它技术问题。
2、本专利技术一方面提供了一种用于引导内镜手术的方法，该方法包括如下步骤：
3、内镜图像获取步骤：获取内镜的图像；
4、增强信息获取步骤：获取以下三种类型的增强信息中的至少两种：
5、a)将内镜的多个图像拼接得到的拼接图像；
6、b)患者生理结构的三维影像；
7、c)在患者生理结构的三维影像或二维影像上的标记；
8、内镜增强图像融合步骤：将所获取的内镜的当前图像与增强信息获取步骤中获取的至少两种增强信息相融合以获得内镜增强图像；以及
9、显示步骤：显示包括内镜增强图像的至少一部分的视图。
10、在该示例的方案中，通过将内镜的当前图像与上述三种增强信息中的至少两种融合，使得内镜图像得到内镜末端周围更大视野内的软组织、肉眼看不到的骨性结构、规划方位信息的多维度(至少两种)的增强。由于内镜增强图像融合了内镜末端周围的更大范围的拼接图像而为操作者提供了更大的视野；由于融合了骨性结构的三维影像而使操作者看到本来看不到的骨性结构从而掌握全局方位；由于融合了与标记相关的引导指示而便于操作者快速定位靶点结构位置并确定方向以及手术工具方位。现有技术中即使有对内镜图像的增强，也仅通过有限的一种方式来增强，而没有从至少两个方面同时多维度地实现对内镜图像的增强。在本专利技术中，操作者能够直观地观察到内镜视野下的当前图像及其周围的软组织、骨性结构、靶点位置和方向信息，实现对操作者的全方位多维度的引导。该方案完美解决了内镜手术中遇到的“镜下视野受限”、“容易迷失方向”、“手眼协调困难”的问题以及“学习曲线陡峭”的问题。
11、根据一种示例，内镜增强图像融合步骤借助于导航系统来进行，其中，方法在内镜增强图像融合步骤之前还包括：
12、成像方位获取步骤：获取内镜的成像装置在导航系统下的方位；以及增强信息方位获取步骤：获取所需融合的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于引导内镜手术的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内镜增强图像融合步骤借助于导航系统来进行，其中，所述方法在内镜增强图像融合步骤之前还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所获取和融合的增强信息的类型基于操作者的输入而选取。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述内镜增强图像的视图中所显示的内镜增强图像的范围能够根据操作者的输入而确定。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括拼接图像的情况下，所述增强信息获取步骤包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括拼接图像的情况下，所述增强信息获取步骤还包括：
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括所述标记的情况下，所述增强信息方位获取步骤包括标记方位获取步骤，在该步骤中借助于所述三维影像或所述二维影像在导航系统下的配准来获取所
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法使得操作者能够选择方向标记和指示生理结构的标记中的一者或多者。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述患者生理结构为脊柱，所述指示生理结构的标记包括突出的或游离的椎间盘、骨赘和骨化的黄韧带中的一者或多者的影像模型。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述指示生理结构的标记包括生理结构标记点；优选地，所述患者生理结构为脊柱，并且所述生理结构标记点为指示突出的或游离的椎间盘、骨赘和骨化的黄韧带中的一者或多者的标记点，或为在内镜手术过程中不发生位移的生理结构标记点，例如关节突腹侧、前节椎体的椎弓根、后节椎体的椎弓根、椎间盘中的一者或多者；优选地，所述生理结构标记点为多个。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方向标记包括朝向患者的背侧、腹侧、头侧和尾侧的方向标记中的一者或多者。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括患者生理结构的三维影像的情况下，所述增强信息方位获取步骤包括将患者生理结构的三维影像配准到导航系统下以获取所述三维影像的所述方位的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述患者生理结构的三维影像包括术前三维影像或术中三维影像。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述内镜为脊柱内镜。
16.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述成像方位获取步骤借助于从导航系统的追踪装置(1)获取相对于所述内镜具有固定的位置关系的示踪器(4)的位置来进行。
17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-16中任一项所述的方法的步骤。
18.一种控制装置，其中所述控制装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，其特征在于，在所述处理器运行所述程序时执行权利要求1-16中任一项所述的方法的步骤。
19.一种计算机程序产品，其包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-16中任一项所述的方法的步骤。
20.一种用于内镜手术的导航的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括显示装置(3)和处理器，所述处理器具有数据接口，
21.根据权利要求20所述的电子设备，其特征在于，所述数据接口能够连接到导航系统的追踪装置(1)。
22.根据权利要求20所述的电子设备，其特征在于，在所述显示装置(3)上还显示全局增强图像，所述全局增强图像为将所述拼接图像、所述三维影像和所述引导指示中的至少两种相融合所获得的图像，在所述全局增强图像上由不同颜色和/或线型的线来表示出成像装置的当前视野位置的边缘和所述内镜增强图像的视图的边缘。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的电子设备，其特征在于，在所述显示装置的显示界面上，还显示如下各项中的一者或多者：在拟合的二维透视切面上的视图、矢状面的切面视图、冠状面的切面视图、轴状面的切面视图、内镜的实时影像。
24.根据权利要求20-22中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括供操作者输入指令以选择所融合的增强信息的类型的输入构件。
25.根据权利要求20-22中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括供操作者输入指令以确定所述内镜增...
【技术特征摘要】
1.一种用于引导内镜手术的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内镜增强图像融合步骤借助于导航系统来进行，其中，所述方法在内镜增强图像融合步骤之前还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所获取和融合的增强信息的类型基于操作者的输入而选取。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述内镜增强图像的视图中所显示的内镜增强图像的范围能够根据操作者的输入而确定。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括拼接图像的情况下，所述增强信息获取步骤包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括拼接图像的情况下，所述增强信息获取步骤还包括：
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括所述标记的情况下，所述增强信息方位获取步骤包括标记方位获取步骤，在该步骤中借助于所述三维影像或所述二维影像在导航系统下的配准来获取所述标记在导航系统下的方位；
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法使得操作者能够选择方向标记和指示生理结构的标记中的一者或多者。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述患者生理结构为脊柱，所述指示生理结构的标记包括突出的或游离的椎间盘、骨赘和骨化的黄韧带中的一者或多者的影像模型。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述指示生理结构的标记包括生理结构标记点；优选地，所述患者生理结构为脊柱，并且所述生理结构标记点为指示突出的或游离的椎间盘、骨赘和骨化的黄韧带中的一者或多者的标记点，或为在内镜手术过程中不发生位移的生理结构标记点，例如关节突腹侧、前节椎体的椎弓根、后节椎体的椎弓根、椎间盘中的一者或多者；优选地，所述生理结构标记点为多个。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方向标记包括朝向患者的背侧、腹侧、头侧和尾侧的方向标记中的一者或多者。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在融合的增强信息包括患者生理结构的三维影像的情况下，所述增强信息方位获取步骤包括将患者生理结构的三维影像配准到导航系统下以获取所述三维影像的所述方位的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述患者生理结构的三维影像包括术前三维影像或术中三维影像。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕鑫，
申请(专利权)人：常州市康辉医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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