专利名称：一种验证手术导航系统精度的辅助工具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机辅助手术领域，具体涉及一种基于光学定位跟踪的 计算机辅助手术系统精度的辅助工具。
背景技术：
手术导航系统(Image Guided Surgery, IGS)，是图像引导技术的俗称，是 以CT， MRI等医学影像信息为基础，通过重建精确的三维人体模型、器官模型、 病灶靶区和使用高精度光学定位系统跟踪病人和手术器械的位置信息，在手术 进行过程中，使用计算机实时模拟，对手术过程进行监控，实现实时跟踪。根 据手术导航系统传输介质信号的方式可以分为光学导航和电磁导航两种，现在 临床上使用最多的手术导航系统是光学定位系统，多为加拿大NDI公司生产的 光学定位装置。
手术导航系统的精度问题是一个很复杂的问题，同时系统精度也是手术导 航系统的最重要参数之一，是直接向医生提供手术导航系统安全性和可靠性的 有力根据。系统精度包括，医学影像的精度、软件的精度、硬件的精度等。其 中软件的精度包括三维重建的精度、坐标配准的精度等；硬件方面的精度包括 手术器械的精度、光学定位装置的精度、定位器的精度以及软件与硬件相互结 合产生的精度等。
根据收集的资料来看，各个手术导航产品的研发单位，对手术导航系统的 精度问题说法不一。由于测试手术导航系统精度的方法有的一定的技术难度， 所以到目前为止，并未在学术期刊上见到一种方便可靠的工具或方法用来检测 手术导航系统的精度。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种验证手术导航系统精度的辅助工具，操作 简单，有效可靠，是可由用户独立完成的验证手术导航系统精度的有效工具。 为了实现上述目的，本实用新型设计了一种验证手术导航系统精度的辅助
工具，包括由五块有机玻璃板在五面围成的可容纳常人头颅的长方体，五块有 机玻璃板通过销柱及螺柱连接；在长方体内设置有几何体，几何体选用小长方 体、正方体、四棱梯台、圆柱外台、扇形内柱台以及三棱台锥，在正方体内设 置有球壳；此外，在有机玻璃板外表面及上表面镶嵌多个经CT扫描成像后作为 参考点的铝合金标志点。
本实用新型验证手术导航系统精度的辅助工具，其改进在于，铝合金标志 点设置于环绕四周的四个外表面以及四棱梯台的外表面上。而环绕四周的四块 有机玻璃板分别由四小块侧板拼接而成，每个侧板的四周成阶梯状并分别于四 周连接的侧板配合。
本实用新型验证手术导航系统精度的辅助工具，以验证模体的方式提供一 种操作简便、有效可靠的辅助工具，能够有效完成手术导航系统的精度验证。
图1为验证模体的整体外观示意图2为验证模体的内部结构示意图。
图中包括大侧板l，小侧板2，四棱梯台3，三棱台锥4，圆柱外台5，正 方体6 (内含球壳)，扇形内柱台7，小长方体8，标志点9。
具体实施方式
本实用新型针对现有光学手术导航系统的特点，设计了一套可以验证包含 以上各种精度在内的辅助工具，即验证模体。其设计要点是首先，选用优质 有机玻璃板，加工前该板材经过自然时效处理消除材料内应力，以保证加工时 的尺寸稳定性；其次，该工具的大小和形状是以能包容一般人的头颅为前提的 长方体，该验证模体由五块经过精密加工的有机玻璃板围成，各板之间由有机 玻璃制成的销柱及螺柱连接；另外，如图1和2所示，在验证模体内放置有特 定尺寸的有机玻璃制成的小长方体8、正方体6 (内有球壳)、四棱梯台3、圆柱 外台5、扇形内柱台7、三棱台锥4等特殊形状的几何体；然后，在有机玻璃板 外表面及上表面(即厚度面)镶嵌多个铝合金标志点9，用以经过CT扫描成像 后显示为参考点。
使用时，先将该验证模体在CT机上完成断层扫描(层厚越小，三维重建后
的精度越高)；再将CT扫描数据输入手术导航系统软件，经三维重建后，可在 手术导航系统的显示屏上，再现验证模体的三维图像信息，显示屏上可见所有 标志点及内部几何体；然后，将扫描前的验证模体的空间坐标与计算机图像显 示的虚拟模体坐标配准；最后，利用光学定位装置跟踪器械(探针)的前端位 置坐标，并调整探针前端指定的圆柱外台，扇形内柱台，验证模体的表面标志 点上的不同位置，即改变探针在指定路径上的径向尺寸和轴向尺寸，比较系统 给出的这两组数据值与验证模体的真实值，即可得出该手术导航系统的精度。
该验证模体内部的所有几何体均由有机玻璃制成，优选方式下，在验证模 体的四个外侧表面和四棱梯台的外表面，镶嵌有标志点9。该标志点由铝合金制 成，尺寸准确，镶嵌方便。该验证模体尤其对手术导航系统计算的病灶体积， 几何形状，手术入路的深度，以及偏离路径的位移能进行准确的验证。
本实用新型验证手术导航系统精度的辅助工具，具体应用说明如下
将验证模体在CT下进行扫描，将扫描后的图像数据输入到手术导航系统软 件中，进行三维重建，虚拟出验证模体的三维模型。然后，将准备好的手术器 械(以探针为例)，在验证模体表面选取指定点进行注册，成功后便可用探针在 模体的指定位置进行验证。
首先，对手术导航系统软件重建出的验证模体三维模型进行几何尺寸，形状 和体积的验证，通过系统计算可得出重建后的验证模体内的小长方体8，正方体 6，圆柱梯台5，三棱台锥4，四棱梯台3，扇形内柱台7以及验证模体本身的各 个几何尺寸，形状和体积，分别与实际验证模体的尺寸进行比较，得出其偏差 数据，通过多次测量得出一组数据，再进行统计处理，即可知道该系统对几何 尺寸，形状和体积的计算精度。
然后，将探针前端指向圆柱梯台5和扇形内柱台7的不同台面上，让前端指 在相邻台阶的相交棱上，改变探针前端位置，看系统显示的数据变化，多次测 量后分别得出手术入路的径向和轴向数据，经过统计处理后，与真实值比较， 即可知道手术导航系统在手术入路方向的位移精度。
权利要求1、一种验证手术导航系统精度的辅助工具，其特征在于，包括由五块有机玻璃板在五面围成的可容纳常人头颅的长方体，所述五块有机玻璃板通过销柱及螺柱连接；在所述长方体内设置有几何体，所述几何体选用小长方体(8)、正方体(6)、四棱梯台(3)、圆柱外台(5)、扇形内柱台(7)以及三棱台锥(4)，所述正方体内设置有球壳；在有机玻璃板外表面及上表面镶嵌多个经CT扫描成像后作为参考点的铝合金标志点(9)。
2、 根据权利要求1所述的验证手术导航系统精度的辅助工具，其特征在于， 所述铝合金标志点(9)设置于环绕四周的四个外表面以及所述四棱梯台的外表 面上。
3、 根据权利要求2所述的验证手术导航系统精度的辅助工具，其特征在于， 环绕四周的四块有机玻璃板分别由四小块侧板(1、 2)拼接而成，每个所述侧 板的四周成阶梯状并分别于四周连接的侧板配合。
专利摘要本实用新型属于计算机辅助手术领域，具体涉及一种验证手术导航系统精度的辅助工具，包括由五块有机玻璃板在五面围成的可容纳常人头颅的长方体，五块有机玻璃板通过销柱及螺柱连接；在长方体内设置有几何体，几何体选用小长方体(8)、正方体(6)、四棱梯台(3)、圆柱外台(5)、扇形内柱台(7)以及三棱台锥(4)，正方体内设置有球壳；在有机玻璃板外表面及上表面镶嵌多个经CT扫描成像后作为参考点的铝合金标志点(9)。本实用新型的验证模体提供了一种操作简便、有效可靠的辅助工具，能够有效完成手术导航系统的精度验证。
文档编号A61B5/06GK201067404SQ200720012128
公开日2008年6月4日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者王德胜, 谭继浦, 雪 韩 申请人:大连现代高技术发展有限公司