一种影像引导介入手术导航系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种影像引导介入手术导航系统，其包括硬件组成部分和软件组成部分，所述硬件组成部分包括：导航工作站、术中定位装置、导航注册工具、术中定位卡具、体表标记点和患者固定装置，所述软件组成部分包括影像存储服务器、体数据管理模块、三维影像可视化模块、三维影像快速分割模块、术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块。本发明的影像引导介入手术导航系统可以将计算机应用于手术过程中，然后通过系统的软件部分来规范手术的流程，可以有效的帮助医生进行疾病判断、术前手术规划、术中手术引导和术后的手术评估，进而江都了手术的难度，提高治疗的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手术成功率。
【专利说明】一种影像引导介入手术导航系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及手术导航技术，尤其涉及一种影像引导介入手术导航系统。
【背景技术】
[0002]硬性引导介入手术导航是一种新兴的微创肿瘤治疗方法，是集计算机科学、人工智能、自动控制、影像处理、三维图形学、虚拟现实和临床治疗等多方面技术为一体的新方法。该方法使用多种模态的医学影像协助医生将手术器械直接穿刺到肿瘤内部进行局部治疗，该方法能够提高手术质量、减少手术创伤、降低患者痛苦。[0003]虽然该方法取得了较好的临床进步，但是微创介入肿瘤治疗手术在实际应用过程中还面临着多方面的困难。例如，目前在进行某些介入相关治疗时，并没有一种完善的手术规划方法；医生很难按照预定的手术方案准确地将介入治疗器械穿刺到肿瘤部位，因为医生难以精确测量肿瘤空间位置和形状信息，也难以获得穿刺过程中穿刺针末端和肿瘤的相对关系。这些问题都影响了手术的治疗效果。
【发明内容】
[0004]本发明克服了现有技术的不足，提供一种可降低手术难度、提高治疗精度和效果的影像引导介入手术导航系统。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:一种影像引导介入手术导航系统，其包括硬件组成部分和软件组成部分，所述硬件组成部分包括:导航工作站、术中定位装置、导航注册工具、术中定位卡具、体表标记点和患者固定装置，其特征在于，所述软件组成部分包括影像存储服务器、体数据管理模块、三维影像可视化模块、三维影像快速分割模块、术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块；
所述影像存储服务器用于存储临床医学影像以及医院信息系统和影像系统的通信；
所述体数据管理模块用于集中管理医学影像可视化、手术规划和导航过程中的体数
据；
所述三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据，经过快速三维重构计算和快速体绘制显示可视化的骨骼或血管信息；
所述三维影像快速分割模块用于对需要进行手术的器官进行快速的三维分割，并且进一步利用分割的结果进行术前分析；
所述术前手术规划模块用于实现术前手术规划，根据医生设计的手术路径计算并预测手术的作用效果；
所述手术引导模块用于导航手术的具体实施，该模块用于术前医疗器械和定位装置的标定算法以及术中手术器械的实时定位和空间坐标系转换算法；
所述术后手术评估模块用于术后导入医学影像并将其他术前影像相互匹配，再将术前术后的影响融合显示，通过对比判断手术效果。
[0006]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述快速三维重构计算是基于GPU的医学影像快速三维可视化的快速三维重构计算，所述快速体绘制为使用GPU加速的光线投射法算法进行的快速体绘制。
[0007]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据包括CT数据和MRI数据。
[0008]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述三维影像可视化模块的可视化结果可用于术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块反复使用。
[0009]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述三维影像快速分割模块使用基于图割切的医学影像快速三维并行分割算法对需要进行手术的器官进行快速三维分割。
[0010]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述三维影像快速分割模块的三维分割结果用于术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块反复使用。
[0011]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述的导航工作站为NVIDIA GTX470显示单元，该单元能够完成高性能可视化运算和图像处理。
[0012]本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述的术中定位装置为被动式红外光学定位仪器，该被动式红外光学定位仪器的系统定位精度为每秒60Hz的速度下达到0.35毫米。
[0013]本发明解决了【背景技术】中存在的缺陷，具有如下有益效果:
本发明的影像引导介入手术导航系统可以将计算机应用于手术过程中，然后通过系统的软件部分来规范手术的流程，可以有效的帮助医生进行疾病判断、术前手术规划、术中手术引导和术后的手术评估，进而江都了手术的难度，提高治疗的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手术成功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明的优选实施例的软件模块图。
【具体实施方式】
[0016]现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0017]如图1所示，本发明提供一种影像引导介入手术导航系统，其包括硬件组成部分和软件组成部分，所述硬件组成部分包括:导航工作站、术中定位装置、导航注册工具、术中定位卡具、体表标记点和患者固定装置，所述软件组成部分包括影像存储服务器、体数据管理模块、三维影像可视化模块、三维影像快速分割模块、术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块。
[0018]导航工作站主要用于处理大量的医学影像，可以进行医学影像的器官和病灶分割重构及快速可视化，并且基于三维可视化效果进行手术路径规划，最终通过实时引导的方式指导手术进行。导航工作站图像处理能力极高，本发明具体的采用性能优越的NVIDIAGTX479显示单元，其能够完成高性能的可视化运算和基于GPU (图像处理器)的图像处理。
[0019]术中定位装置主要用于定位手术器械在手术过程中的位置，手术导航系统要求手术中能够实时跟踪并显示定位工具。本发明具体采用的术中定位装置为被动式红外光学定位仪器，该被动式红外光学定位仪器的系统定位精度为每秒60Hz的速度下达到0.35毫米。
[0020]导航注册工具是用来获取三维影像中每个坐标点在定位坐标系中的坐标，来建立影像坐标系和光学定位装置的定位坐标系之间的映射关系。术中定位卡具用于固定手术器械，并且通过获得自身的定位坐标来获得手术器械的位置信息。体表标记点主要用于手术过程中患者影响坐标系和定位坐标系的配准过程，它是一类可被影像设备所捕获并在医学影像中显影的标记点，在对患者进行CT或者MRI扫描时需要确定这些标记点，从而医生能够在患者术前影像上可以清晰地看到这些标记点。患者固定装置用于患者位姿的固定，来减少由于患者身体形变带来的定位误差。
[0021]软件组成部分中的影像存储服务器用于存储临床医学影像以及医院信息系统和影像系统的通信；本发明中的影像存储服务器实质上担当了医院中图像存储于传输系统(PACS)系统的基本功能。当患者完成CT扫描后，可以通过CT机自带的DICOM网络协议将影像发送到影像存储服务器中，如果需要相应的数据，该系统软件只需通过DICOM协议中的图像获取接口直接获取图像即可。
[0022]体数据管理模块用于集中管理医学影像可视化、手术规划和导航过程中的体数据；体数据模块获取标准的DICOM格式的数据后，包装成体数据，以供后续的各种算法使用。
[0023]三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据，经过快速三维重构计算和快速体绘制显示可视化的骨骼或血管信息；其中，快速三维重构计算是基于GPU的医学影像快速三维可视化的快速三维重构计算，快速体绘制为使用GPU加速的光线投射法算法进行的快速体绘制。三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据包括CT数据和MRI数据。该模块时导航系统中最核心的模块，体数据的可视化是手术规划中人机交互操作、手术导航中基于三维显示界面的实时引导的基础。相关的可视化结果会被后续的术前手术规划 模块、手术导航模块和术后手术评估模块反复使用。
[0024]三维影像快速分割模块用于对需要进行手术的器官进行快速的三维分割，并且进一步利用分割的结果进行术前分析；三维影像快速分割模块使用基于图割切的医学影像快速三维并行分割算法对需要进行手术的器官进行快速三维分割。其三维分割结果用于术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块反复使用。
[0025]术前手术规划模块用于实现术前手术规划，根据医生设计的手术路径计算并预测手术的作用效果，为医生规范治疗提供良好的基础。手术引导模块用于导航手术的具体实施，该模块用于术前医疗器械和定位装置的标定算法以及术中手术器械的实时定位和空间坐标系转换算法。术后手术评估模块用于术后导入医学影像并将其他术前影像相互匹配，再将术前术后的影响融合显示，通过对比判断手术效果。
[0026]以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
【权利要求】
1.一种影像引导介入手术导航系统，其包括硬件组成部分和软件组成部分，所述硬件组成部分包括:导航工作站、术中定位装置、导航注册工具、术中定位卡具、体表标记点和患者固定装置，其特征在于，所述软件组成部分包括影像存储服务器、体数据管理模块、三维影像可视化模块、三维影像快速分割模块、术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块； 所述影像存储服务器用于存储临床医学影像以及医院信息系统和影像系统的通信； 所述体数据管理模块用于集中管理医学影像可视化、手术规划和导航过程中的体数据； 所述三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据，经过快速三维重构计算和快速体绘制显示可视化的骨骼或血管信息； 所述三维影像快速分割模块用于对需要进行手术的器官进行快速的三维分割，并且进一步利用分割的结果进行术前分析； 所述术前手术规划模块用于实现术前手术规划，根据医生设计的手术路径计算并预测手术的作用效果； 所述手术引导模块用于导航手术的具体实施，该模块用于术前医疗器械和定位装置的标定算法以及术中手术器械的实时定位和空间坐标系转换算法； 所述术后手术评估模块用于术后导入医学影像并将其他术前影像相互匹配，再将术前术后的影响融合显示，通过对比判断手术效果。
2.根据权利要求1所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述快速三维重构计算是基于GPU的医学 影像快速三维可视化的快速三维重构计算，所述快速体绘制为使用GPU加速的光线投射法算法进行的快速体绘制。
3.根据权利要求1所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述三维影像可视化模块通过所述体数据管理模块获取医学影像体数据包括CT数据和MRI数据。
4.根据权利要求1或3任一项所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述三维影像可视化模块的可视化结果可用于术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块反复使用。
5.根据权利要求1所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述三维影像快速分割模块使用基于图割切的医学影像快速三维并行分割算法对需要进行手术的器官进行快速三维分割。
6.根据权利要求1或5所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述三维影像快速分割模块的三维分割结果用于术前手术规划模块、手术引导模块以及术后手术评估模块反复使用。
7.根据权利要求1所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述的导航工作站为NVIDIA GTX470显示单元，该单元能够完成高性能可视化运算和图像处理。
8.根据权利要求1所述的一种影像引导介入手术导航系统，其特征在于，所述的术中定位装置为被动式红外光学定位仪器，该被动式红外光学定位仪器的系统定位精度为每秒60Hz的速度下达到0.35毫米。
【文档编号】A61B19/00GK103479430SQ201310431608
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】胡边 申请人:江苏美伦影像系统有限公司