專利名稱：外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及外科手術(shù)導航系統(tǒng)，具體涉及一種外科手術(shù)導航系統(tǒng)的定位精度檢測裝置，尤其是基于斷層影像的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置。
背景技術(shù)：
長期以來雖然有CT、MRI等先進的影像學診斷設備和技術(shù)，但外科醫(yī)生在術(shù)中定位和尋找病灶卻仍較困難，病灶切除的程度主要依賴于外科醫(yī)生的主觀判斷和個人經(jīng)驗。 手術(shù)導航技術(shù)來源于立體定向神經(jīng)外科，將醫(yī)學影像診斷技術(shù)、空間定位技術(shù)、三維圖像處理技術(shù)和高性能計算機結(jié)合起來，又稱無框架立體定向外科或影像導航外科。外科手術(shù)導航最初應用于神經(jīng)外科，并逐步擴展到耳鼻喉科、脊柱外科、膝髖關(guān)節(jié)和創(chuàng)傷等領(lǐng)域。導航技術(shù)在臨床上的應用是在傳統(tǒng)外科手術(shù)理念上的巨大進步，明顯提高了手術(shù)精度、減小了手術(shù)創(chuàng)傷，增加了手術(shù)的安全性。導航系統(tǒng)已成為微創(chuàng)外科的重要組成部分，作為一種先進的微侵襲設備，可降低醫(yī)生手術(shù)的難度和強度，使手術(shù)更加安全。導航系統(tǒng)的基本原理基于空間定位技術(shù)和配準技術(shù)。目前手術(shù)導航系統(tǒng)基本采用兩種空間定位技術(shù)電磁定位技術(shù)和紅外線光學定位技術(shù)。電磁定位適用于導管類等軟性手術(shù)器械的跟蹤，由于精度不理想及需要特殊的手術(shù)工具，除心內(nèi)科之外的神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉科等手術(shù)基本采用紅外線光學定位技術(shù)。光學導航系統(tǒng)主要包括高性能計算機、紅外線空間定位裝置、導航軟件、手術(shù)工具、解剖結(jié)構(gòu)定位參考架等。紅外線定位裝置通過追蹤安裝于手術(shù)工具和解剖結(jié)構(gòu)定位參考架上的紅外線發(fā)射源或反射源確定手術(shù)工具和患者的實際位置。手術(shù)導航系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標是定位精確度。手術(shù)過程中的定位誤差主要分為兩部分，一是系統(tǒng)本身的定位誤差，包括手術(shù)工具機械加工誤差、反光球尺寸的微小差別、定位跟蹤儀定位誤差、影像處理導致的誤差、配準誤差等。二是手術(shù)過程中參考架松動、組織移位造成的誤差。第一部分的誤差是反映導航系統(tǒng)總體性能指標的誤差，反映了一個導航系統(tǒng)的總體定位精度。而第二部分誤差影響因素更為復雜，屬于不可控誤差，與操作者的熟練程度、甚至手術(shù)類型、手術(shù)部位等有關(guān)。因此，反應手術(shù)導航系統(tǒng)性能水平的，是第一類誤差，稱為配準精確度。配準是通過坐標系的空間變換將患者術(shù)前的斷層影像數(shù)據(jù)與患者實體之間達到空間上一致的過程， 使影像數(shù)據(jù)與實際患者的解剖點一一對應。配準的精度是提高手術(shù)導航精確度的主要因素。目前，手術(shù)導航系統(tǒng)術(shù)中采用的配準方法分為點配準和面配準兩種。點配準是在術(shù)中點取患者身上若干影像上可分辨的標記點，通過這些標記點的一一對應求出影像坐標系和患者坐標系的變換關(guān)系。面配準是在患者身上連續(xù)點取一個點云，通過點云和患者影像形狀上的匹配求出影像坐標系和患者坐標系之間的變換關(guān)系。隨著手術(shù)導航技術(shù)的發(fā)展，伴生的手術(shù)導航精度的檢測技術(shù)也在持續(xù)改進，國際上所有的手術(shù)導航系統(tǒng)生產(chǎn)廠商都有自己的手術(shù)導航精度檢測方法，導致市面上眾多的手術(shù)導航系統(tǒng)的精度參數(shù)都由廠商自己給出，而沒有一個標準來檢測和衡量，使廣大的使用者不知道這個精度是如何得出，在使用中存在隱患。另外，一個制約手術(shù)導航精度檢測技術(shù)標準化的因素是對于基于斷層影像的手術(shù)導航系統(tǒng)來說，采用的配準方式主要是點配準和面配準。目前還沒有一個可同時檢測點配準和面配準精確度的檢測裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置， 該裝置既能檢測點配準也能同時檢測面配準精度，使檢測精度更高、更真實。為了解決本實用新型的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其主體是一個可密封的圓柱體，包括底座，包括基座、外罩和數(shù)根有機玻璃棒；該基座位于底座的底面，該基座上設有數(shù)根長短不一的有機玻璃棒；該外罩位于底座的側(cè)面，該外罩粘結(jié)在基座上，該外罩上設有數(shù)根長度一致的有機玻璃棒；可拆卸的上蓋，包括密封蓋、連接螺栓和注水孔螺絲；密封蓋中心設有一根用于擰緊上蓋的連接螺栓，其旁邊設有用于注水的注水孔螺絲；該上蓋與底座接觸固定；可拆卸的頭模，該頭模固定于底座的基座上和底座的外罩內(nèi)。所述基座上設有32個直徑一定的孔，將數(shù)根長短不一的有機玻璃棒隨機插入這些孔內(nèi)；在基座上設的有機玻璃棒的底端固定于基座上，頂端設一個小的凹坑，這些凹坑是用于檢測的靶點；在基座上設的有機玻璃棒的長短分布為隨機分布，但較長的有機玻璃棒分布比較靠中心，較短的有機玻璃棒分布比較靠外圈，其中取3根較長的有機玻璃棒，在其上打孔。所述基座上設的有機玻璃棒的長短范圍在12mm 62mm，該有機玻璃棒隨機插入 32個孔內(nèi)，插入深度為IOmm ；所述取3根較長的有機玻璃棒，其長度分別為58mm、60mm、 62mm,在其上打孔的直徑為4mm、深度為25mm，與有機玻璃棒中軸線的角度為15度，打孔后孔底尖點與有機玻璃棒頂端距離為37mm。所述外罩上設有10根有機玻璃棒，其底端固定于外罩上，其頂端設一個小的凹坑，這些凹坑是用于檢測的靶點；在外罩上設的有機玻璃棒的長度比在基座上設的有機玻璃棒更短，且在外罩上設的有機玻璃棒的位置是隨機分布的。所述外罩上設的有機玻璃棒的長度為10mm。所述密封蓋上面設有2個孔，其中一個孔位于密封蓋的中心，用于穿設連接螺栓； 另一個孔是注水孔，位于中心孔的旁邊；該連接螺栓從中心孔內(nèi)穿出，在連接螺栓的上部有一小孔，將密封圈套入后，將把手裝在連接螺栓上，再用銷固定；該注水孔上設有注水孔螺絲，該注水孔螺絲上套上密封圈，再擰到密封蓋上；在密封蓋上粘接密封圈，再將上蓋的密封蓋與底座的外罩接觸固定。所述基座中心設一與上蓋的連接螺栓配合固定的螺紋孔。所述頭模上設有用于流入液體并灌滿頭模內(nèi)部空間的幾個孔；在頭模的下方設有 2個用于固定的連接塊，將頭模固定在底座的相應位置。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果目前已有精度檢測裝置只能檢測點配準精度或面配準精度，本實用新型裝置既能檢測點配準也能檢測面配準精度，其能使廣大使用者能夠知道手術(shù)導航系統(tǒng)的精度是如何得出，以便在使用中規(guī)避不必要的風險；使手術(shù)導航精度檢測模型能夠適應現(xiàn)有的手術(shù)情況；使手術(shù)導航精度檢測模型能夠更加真實的反應手術(shù)情況。該檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；尺寸參數(shù)在加工后測量獲得， 再對計算機中的模型進行補償，避免了模型加工過程中產(chǎn)生的誤差，使檢測精度更高、更真實；能夠適用于CT和MRI兩種影像學診斷技術(shù)，能夠適應點配準和面配準兩種配準方式，使該裝置適用的范圍更廣泛，能夠代表的手術(shù)類型更豐富。

圖1是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置中底座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置中上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置中頭模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置在使用中，配準的取點實施例示意圖；圖6是本實用新型外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置在使用中探針的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中附圖標記說明1是底座，2是上蓋，3是頭模，4是基座，5、6是有機玻璃棒，7是外罩，8是把手，9 是密封蓋，10是密封圈，11是連接螺栓，12是注水孔螺絲，13是銷，14是密封圈，15是連接塊，16是孔，21是探針手柄，22是探針針尖，23是反光球。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。本實用新型的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主體是一個可密封的圓柱體，由底座1，可拆卸的上蓋2，可拆卸的頭模3組成。如圖2所示，底座1由基座4、外罩7、有機玻璃棒5和有機玻璃棒6組成?；? 位于底座1的底面，其由不透明的尼龍材料制成，在基座4上挖32個直徑一定的孔，用于裝配32根作為靶點的有機玻璃棒；在基座4中心挖一個直徑與連接螺栓11 一樣的螺紋孔， 當裝配上蓋2時，用連接螺栓11擰入該螺紋孔，擰緊，將上蓋2固定。將32根長短范圍在 12mm 62mm的有機玻璃棒5，隨機插入這32個孔內(nèi)，插入10mm，該32根長短不一的有機玻璃棒5底端固定于基座4上，頂端做一個小的凹坑，這些凹坑就是用于檢測的靶點。該32根長短不一的有機玻璃棒5的長短分布為隨機分布，但較長的棒分布比較靠中心，較短的棒分布比較靠外圈，其中取3根長度分別為58mm、60mm、62mm的有機玻璃棒，在其上打孔，打孔的直徑為4mm、深度為25mm，與玻璃棒中軸線的角度為15度，打孔后孔底尖點與玻璃棒頂端距離為37mm，在將這些有機玻璃棒固定好后，便可以通過測量得知這3個孔的尖點位置和軸線的方向，就可以通過這3個孔來檢測軸線的精度。將由透明有機玻璃制成的外罩7粘結(jié)在基座4上(外罩7位于底座1的側(cè)面)，將短的長度為IOmm的10根有機玻璃棒6按隨機位置粘在外罩7上。10根有機玻璃棒6的底端固定于外罩7上，頂端做一個小的凹坑，這些凹坑就是用于檢測的靶點。因為這些有機玻璃棒5和有機玻璃棒6的分布是隨機的，且考慮到加工中存在誤差，所以，在模型完成后，會利用高精度的現(xiàn)代化的測量方式(三坐標測量儀等)對用于檢測的靶點空間位置進行測量，而后輸入計算機，使計算機內(nèi)的模型和實際模型一致。如圖3所示，上蓋2由密封蓋9、連接螺栓11、注水孔螺絲12等組成。密封蓋9由透明有機玻璃板制成，上面打2個孔(其中一個孔位于密封蓋9的中心，用于穿設連接螺栓 11 ；另一個孔是注水孔，位于中心孔的旁邊)，用于擰緊上蓋2的連接螺栓11從中心的孔內(nèi)穿出，在連接螺栓11的上部有一小孔，將密封圈14套入后，將把手8裝在連接螺栓11上， 再用銷13固定；位于中心孔旁邊的注水孔上設有注水孔螺絲12，該注水孔螺絲12上套上密封圈14，再擰到密封蓋9上；最后在密封蓋9上粘接密封圈10，即將上蓋2下方與下面底座1接觸的部位(底座1的外罩7)也用密封圈將其密封。如圖4所示，頭模3固定在底座1的位置為一定的，頭模3由快速原型加工而成， 加工前在頭模3上開幾個孔16以便液體能夠流入頭模3灌滿頭模3的內(nèi)部空間。加工完后在頭模3的下方粘接2個用于固定的連接塊15，使頭模3能夠固定在底座1的相應位置。如圖1所示，將可拆卸的頭模3裝在底座1上，再將上蓋2蓋上，將連接螺栓11擰緊，整個裝置就裝配完成。裝配完成后，開始進行精度測試，包括如下步驟1.在CT掃描的情況下，在CT掃描前，在上蓋2和底座1的外罩7上隨機的貼10 15個標記點(marker)，然后等待掃描；在MRI掃描的情況下，在MRI掃描前，將注水孔螺絲 12擰下，往本實用新型檢測裝置(下面簡稱模型)中灌滿水，之后將注水孔螺絲12重新擰緊，在模型上蓋2和底座1的外罩7上隨機的貼10 15個標記點(marker)，然后等待掃描；2.然后將模型橫放(如圖5所示)，進行斷層影像掃描(CT掃描或MRI掃描)，斷層影像掃描結(jié)束后將模型中的水抽出；3.將斷層影像掃描得到的數(shù)據(jù)，輸入電腦，利用三維重建軟件將斷層影像數(shù)據(jù)重建成三維模型；4.數(shù)據(jù)重建好后，將該三維數(shù)據(jù)導入導航軟件中，開始進行配準，配準方法有2 種點配準和面配準。1)點配準如圖6所示，利用探針，手握探針手柄21，當探針針尖22點在任一標記點的中心時，標記點和探針上安裝的反光球23都能被紅外線空間定位裝置識別，所以在計算機中也能夠看到這一標記點中心和探針針尖22的位置，如果它們的位置不在一起，則利用導航軟件將這2個位置補償?shù)揭黄?，按照以上相同的操作，?個左右標記點，直至將三維模型和實際模型在導航軟件中配準為止。2)面配準取下上蓋2，利用探針，在模型的頭模3上連續(xù)的選取一組點云，該點云形成的曲面形狀和三維模型中該區(qū)域的模型形狀是一致的，將兩者配準，即可將三維模型和實際模型在導航軟件中配準。5.配準完成后，將上蓋2、頭模3都取下，開始進行精度檢測在42個靶點中選取一個靶點P，用探針針尖22點在該靶點P凹坑內(nèi)，這時，在導航界面的三個視圖(分別表示空間的三個方向)上就會出現(xiàn)利用十字坐標表示的探針針尖22的位置P’，在導航界面上分別測量這三個視圖中P點與P’點之間的距離，即可計算出P點與P’點的空間距離，理論上這兩個點完全對應，距離應該為0。但實際應用中，由于系統(tǒng)的定位存在一定偏差，所以這個距離可能不為0，而這個距離值也就是系統(tǒng)對P’點的定位誤差。用上述方法，逐一測量體模中42個空間定位點的定位誤差。 6.統(tǒng)計學分析數(shù)據(jù)分布的正態(tài)性檢驗采用均方根法，計算42個已測量點的誤差的均方根，得到利用該模型檢測出的導航系統(tǒng)的整體精度。
權(quán)利要求1.一種外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，其主體是一個可密封的圓柱體，包括底座，包括基座、外罩和數(shù)根有機玻璃棒；該基座位于底座的底面，該基座上設有數(shù)根長短不一的有機玻璃棒；該外罩位于底座的側(cè)面，該外罩粘結(jié)在基座上，該外罩上設有數(shù)根長度一致的有機玻璃棒；可拆卸的上蓋，包括密封蓋、連接螺栓和注水孔螺絲；密封蓋中心設有一根用于擰緊上蓋的連接螺栓，其旁邊設有用于注水的注水孔螺絲；該上蓋與底座接觸固定；可拆卸的頭模，該頭模固定于底座的基座上和底座的外罩內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述基座上設有32個直徑一定的孔，將數(shù)根長短不一的有機玻璃棒隨機插入這些孔內(nèi)；在基座上設的有機玻璃棒的底端固定于基座上，頂端設一個小的凹坑，這些凹坑是用于檢測的靶點；在基座上設的有機玻璃棒的長短分布為隨機分布，但較長的有機玻璃棒分布比較靠中心，較短的有機玻璃棒分布比較靠外圈，其中取3根較長的有機玻璃棒，在其上打孔。
3.如權(quán)利要求2所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述基座上設的有機玻璃棒的長短范圍在12mm 62mm，該有機玻璃棒隨機插入32個孔內(nèi)，插入深度為IOmm ；所述取3根較長的有機玻璃棒，其長度分別為58mm、60mm、62mm，在其上打孔的直徑為4mm、深度為25mm，與有機玻璃棒中軸線的角度為15度，打孔后孔底尖點與有機玻璃棒頂端距離為37mm。
4.如權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述外罩上設有10根有機玻璃棒，其底端固定于外罩上，其頂端設一個小的凹坑，這些凹坑是用于檢測的靶點；在外罩上設的有機玻璃棒的長度比在基座上設的有機玻璃棒更短，且在外罩上設的有機玻璃棒的位置是隨機分布的。
5.如權(quán)利要求1或4所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述外罩上設的有機玻璃棒的長度為10mm。
6.如權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述密封蓋上面設有2個孔，其中一個孔位于密封蓋的中心，用于穿設連接螺栓；另一個孔是注水孔，位于中心孔的旁邊；該連接螺栓從中心孔內(nèi)穿出，在連接螺栓的上部有一小孔，將密封圈套入后，將把手裝在連接螺栓上，再用銷固定；該注水孔上設有注水孔螺絲，該注水孔螺絲上套上密封圈，再擰到密封蓋上；在密封蓋上粘接密封圈，再將上蓋的密封蓋與底座的外罩接觸固定。
7.如權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述基座中心設一與上蓋的連接螺栓配合固定的螺紋孔。
8.如權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其特征在于，所述頭模上設有用于流入液體并灌滿頭模內(nèi)部空間的幾個孔；在頭模的下方設有2個用于固定的連接塊，將頭模固定在底座的相應位置。
專利摘要本實用新型公開了一種外科手術(shù)導航系統(tǒng)定位精度檢測裝置，其主體是一個可密封的圓柱體，包括底座，包括基座、外罩和數(shù)根有機玻璃棒；該基座位于底座的底面，該基座上設有數(shù)根長短不一的有機玻璃棒；該外罩位于底座的側(cè)面，該外罩粘結(jié)在基座上，該外罩上設有數(shù)根長度一致的有機玻璃棒；可拆卸的上蓋，包括密封蓋、連接螺栓和注水孔螺絲；密封蓋中心設有一根用于擰緊上蓋的連接螺栓，其旁邊設有用于注水的注水孔螺絲；該上蓋與底座接觸固定；可拆卸的頭模，該頭模固定于底座的基座上和底座的外罩內(nèi)。本實用新型既能檢測點配準也能同時檢測面配準精度，使檢測精度更高、更真實。
文檔編號A61B19/00GK202051814SQ201120101108
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者全懿, 葉銘, 奚波, 蘇穎穎 申請人:上海優(yōu)益基醫(yī)療器械有限公司