基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统技术方案

一种医疗器械技术领域的基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统，包括：术前影像导入模块、术前影像三维重建模块、术前配准模块、导航仪追踪模块、心脏超声图像融合模块、介入器械加工模块以及示踪定位模块，本发明专利技术产生的磁场范围为边长50cm的立方体，可同时接收8个电磁传感器反馈的信息，综合利用患者术前CT影像信息，通过计算机进行三维解剖结构重建，利用术前配准实现真实病人空间和病人图像空间的匹配，并通过融入实时超声图像形成虚拟现实环境，通过电磁导航仪对手术器械的实时跟踪，实现对心血管介入植入物和手术器械的精确三维定位和示踪作用，可准确导航将大血管介入物植入特定目标位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种医疗器械
的装置，具体是一种基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统。
技术介绍
介入治疗是心血管病重要的治疗方式之一，适应症已从单纯诊断，血管成形，发展到目前人工瓣膜的植入等。由于其手术创伤小，并发症少，越来越被人们接受。对于介入治疗，植入物的精确定位是手术的关键，现有技术多借助于X线的帮助，然而长时间暴露于X 线对患者和操作者都带来伤害，且二维图象不能提供精确定位。鉴于上述问题，本实验设计利用计算机重建患者三维解剖结构，借助超声引导和磁导航的帮助，在增强现实环境下实施介入操作，确保植入物精确定位的同时，减少对于人员的损害。经过对现有技术的检索发现,“Translrminal placement of endovasavlar stent-grafts for the treatment of descending thoracic aortic aneurysms. N Engl Med, 1994 ；331 (26) :1729-1734"(降主动脉腔内支架隔绝术治疗降主动脉瘤，新英格兰杂志，1994年331卷沈期17四-1734页)中Dake等专家最早提出将支架型人工血管用于胸主动脉瘤治疗。其基本方法目前仍在沿用，即在X射线的环境下，通过造影剂帮助增强显影， 通过专业传输装置，经皮将主动脉支架型人工血管送入主动脉内膜破裂处，隔绝裂口，达到治疗的效果。“An evidence-based approach to minimize contrast-induced nephropathy. N Z Med J, 2009 ；122 (1299) :39-41 ”(使用一种循证方法以减少造影剂肾病发生，新西兰医学杂志，2009年122卷1299期39-41页)中Darwish提出，随着血管介入治疗的广泛应用，对比剂诱发的急性肾功能损伤总发病率达2% _6%，仅次于肾灌注不足和肾毒性药物， 位居医院内发生的急性肾损伤的第三位。中国专利文献号CN904770A，公开日2010_12_8，记载了一种“一种基于光学增强现实技术的手术导航系统及方法”，该技术通过计算机生成光点阵显示在光学式头盔显示器显示屏上，照相机透过显示屏拍摄标定板和光点阵；计算机识别所摄数字图像中的光点阵和彩色标定点并获取其二维坐标；计算标定点三维空间到光学式头盔显示器成像面二维空间的映射，完成标定；根据所需映射绘制相应虚拟信息，显示在光学式头盔显示器显示屏上，实现对手术场景的增强。此系统不足之处在于，光学导航容易受场地影响，遮挡物将导致导航无法顺利完成，而且该技术不适合于介入手术。本系统使用的是磁导航技术，摒弃光学导航的上诉不足，同时具有设备轻便，方便携带，定位更加精确，可以指定一些疑难操作等优势。中国专利文献号CN201775683U，公告日2011-3-30，记载了一种“用于电磁定位手术导航系统的配准组件”，该技术用于安装定位传感器，使得定位传感器与用于CT扫描的标记物有相对固定的位置，有助于获取同一点分别在电磁定位系统坐标系和图像坐标系的坐标，以帮助计算从电磁定位系统坐标系到图像坐标系的转换关系。此技术介绍的是整个电磁导航系统中的一个小部分，即配准组件。应用此配准组件主要有以下不足1.组件需要在CT扫描前即放置在被扫描者身上，配准组件成本较高，导致整个系统成本升高；2.由于传感器末端有导线相连，要将传感器依次放置在被扫描者身上，导致CT扫描前准备工作时间延长；3.此技术中提到由于工艺的原因，配准组件存在自身误差，每次使用时均需要特别调整和测定，除了增大测量误差，也导致工作时间进一步增加。而本系统由于使用的是被扫描者身体上贴附普通心电图电极作为标记物，配合一根配准针头使用，即可完成整个配准过程，术前CT扫描时间和普通CT扫描几乎无时间差别，而且降低了系统成本，减小了配准组件导致的配准误差。中国专利文献号CN019765，公告日2007_8_22，记载了一种“磁共振图像引导下的手术系统及手术导航方法”，该技术包括磁共振成像设备，跟踪系统，手术器械，设置在所述磁共振成像设备上的病床，控制和显示设备，以及与各系统相连接的计算机及控制软件部分；其特征在于还设置有标定针和标定模；在所述磁共振成像设备上、所述手术器械上和病床上分别设置有构成世界坐标系、手术器械坐标系和病床坐标系的示踪器，所述各坐标系的位姿可以被所述跟踪系统测量；所述标定针与标定模型共同用于将所述病灶坐标和手术器械坐标变换到同一个坐标系中，实现标定。此专利技术能够实现手术器械相对于磁共振图像精确定位，及对介入手术进行术前规划和术中精确导航的磁共振图像引导下的介入手术系统及术中导航方法。此实验不足之处在于对设备要求过高，过于复杂不方便临床开展。同时此实验适用范围为提及对心血管系统介入手术的指导，心血管介入手术因其特殊性，在实施中难度更大。目前传统介入手术主要存在两点不足1.整个介入手术过程在X射线辐射下进行，患者和术者身体可能会受到辐射损害，特别是对术者而言，常年处于此工作环境对身体造成的伤害更加难以估量。2.在介入手术过程中，使用大量造影剂，此造影剂可能导致急性肾功能损害，有文献显示对比剂诱发的急性肾功能损伤总发病率达2% _6%，仅次于肾灌注不足和肾毒性药物，位居医院内发生的急性肾损伤的第三位，特别对于即为有肾功能不全者，要更加慎用造影剂。此前有一些导航仪器指导操作的实例，多数使用光学导航，光学导航容易受场地影响，遮挡物将导致导航无法顺利完成，而且该技术不适合于介入手术。而参阅一些磁导航相关文献，发现其不是缺乏术中实时影像辅助支持就是适合的操作过于简单，不能完成较复杂的介入操作。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统，产生的磁场范围为边长50cm的立方体，可以同时接收8个电磁传感器反馈的信息，综合利用患者术前CT影像信息，通过计算机进行三维解剖结构重建， 利用术前配准实现真实病人空间和病人图像空间的匹配，并通过融入实时超声图像形成虚拟现实环境，通过电磁导航仪对手术器械的实时跟踪，实现对心血管介入植入物和手术器械的精确三维定位和示踪作用，最终将植入物释放入目标位置，顺利完成手术可准确导航将大血管介入物植入特定目标位置。5本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括术前影像导入模块、术前影像三维重建模块、术前配准模块、导航仪追踪模块、心脏超声图像融合模块、介入器械加工模块以及示踪定位模块，其中术前影像导入模块与术前影像三维重建模块相连接并传输符合 DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)等格式的图像信息；术前影像三维重建模块与术前配准模块相连接并传输图像中配准标记点的坐标信息；术前配准模块与示踪定位模块相连接并传输配准所得从世界坐标系到图像坐标系的转换矩阵；心脏超声图像融合模块与示踪定位模块相连接并传输实时超声图像信息；介入器械加工模块与导航仪追踪模块相连接并传输坐标位置信息；导航仪追踪模块和术前配准模块、心脏超声图像融合模块以及示踪定位模块相连接并传输坐标位置信息。所述的术前影像三维重建模块包括术前影像三维重本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统，其特征在于，包括：术前影像导入模块、术前影像三维重建模块、术前配准模块、导航仪追踪模块、心脏超声图像融合模块、介入器械加工模块以及示踪定位模块，其中：术前影像导入模块与术前影像三维重建模块相连接并传输图像信息，术前影像三维重建模块与术前配准模块相连接并传输图像中配准标记点的坐标信息，术前配准模块与示踪定位模块相连接并传输配准所得从世界坐标系到图像坐标系的转换矩阵，心脏超声图像融合模块与示踪定位模块相连接并传输实时超声图像信息，介入器械加工模块与导航仪追踪模块相连接并传输坐标位置信息，导航仪追踪模块和术前配准模块、心脏超声图像融合模块以及示踪定位模块相连接并传输坐标位置信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，罗哲，蔡俊锋，顾力栩，王肃，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属瑞金医院，
类型：发明
国别省市：31