一種手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航研究領(lǐng)域，具體是一種手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，逐漸用于神經(jīng)外科、口腔頌面外科、骨科 等手術(shù)中。手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是將三維空間定位技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像重建可視化和臨床手術(shù)結(jié)合，使 用定位儀器對(duì)手術(shù)器械和病人進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位，通過(guò)坐標(biāo)系變換，將手術(shù)器械在病人的 人體結(jié)構(gòu)三維重建空間中實(shí)時(shí)顯示，以輔助醫(yī)生完成高精度的手術(shù)規(guī)劃和手術(shù)操作。手術(shù) 導(dǎo)航的注冊(cè)過(guò)程是手術(shù)導(dǎo)航中關(guān)鍵的一個(gè)步驟，手術(shù)注冊(cè)通常采用基于標(biāo)記結(jié)構(gòu)的注冊(cè)方 法。當(dāng)前臨床上常用的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)主要使用基于光學(xué)的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，手術(shù)注冊(cè)時(shí)，使用 一個(gè)安裝有三個(gè)以上反光球的注冊(cè)器，通過(guò)注冊(cè)器的尖端點(diǎn)取多個(gè)粘貼在病人身上的標(biāo)記 結(jié)構(gòu)中心或解剖標(biāo)記結(jié)構(gòu)，同時(shí)在病人三維重建圖像中的對(duì)應(yīng)位置手動(dòng)獲取這些標(biāo)記結(jié)構(gòu) 在圖像空間的坐標(biāo)，然后進(jìn)行病人注冊(cè)。
[0003] 手術(shù)導(dǎo)航的導(dǎo)航精度受標(biāo)記結(jié)構(gòu)注冊(cè)精度、定位系統(tǒng)和手術(shù)工具設(shè)計(jì)制造精度等 因素的影響。其中注冊(cè)精度是影響手術(shù)導(dǎo)航精度的一個(gè)主要因素。當(dāng)前臨床上通用的手動(dòng) 定位標(biāo)記結(jié)構(gòu)注冊(cè)方法受人工操作的個(gè)體差異性影響，難以控制最終的注冊(cè)精度，通常為 了獲取滿(mǎn)足手術(shù)需求的導(dǎo)航精度，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行多次標(biāo)記結(jié)構(gòu)定位和注冊(cè)，大 大延長(zhǎng)了手術(shù)的時(shí)間，增加了醫(yī)生的負(fù)擔(dān)和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也降低了手術(shù)的效率。自動(dòng)獲取 標(biāo)記結(jié)構(gòu)坐標(biāo)是解決手工獲取標(biāo)記結(jié)構(gòu)坐標(biāo)的一種可行方法，但現(xiàn)在的臨床上使用的粘貼 標(biāo)記結(jié)構(gòu)和解剖標(biāo)記結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。另外，對(duì)于不同的成像設(shè)備，由于其成像原理 不同，能夠被一種成像設(shè)備識(shí)別的標(biāo)記結(jié)構(gòu)卻不能為另外一種成像設(shè)備所識(shí)別，因而需要 為每種成像設(shè)備定制標(biāo)記結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致標(biāo)記結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，為臨床上的使用帶來(lái)不便。
[0004] 為了解決當(dāng)前標(biāo)記結(jié)構(gòu)定位存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種的手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo) 記結(jié)構(gòu)，能夠在圖像空間和實(shí)際空間進(jìn)行自動(dòng)定位，從而消除手動(dòng)定位的個(gè)體差異性，提高 了手術(shù)注冊(cè)的精度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種手術(shù)導(dǎo)航通用 標(biāo)記結(jié)構(gòu)，該手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)記結(jié)構(gòu)的制作材料和標(biāo)記結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)獲取標(biāo)記結(jié)構(gòu)的圖像空間位置。
[0006] 本實(shí)用新型的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種獲取所述的手 術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的圖像位置獲取方法，該圖像位置獲取方法是一種用于手術(shù)導(dǎo)航，并 同時(shí)用于CT和MRI成像設(shè)備的圖像位置獲取方法。
[0007] 本實(shí)用新型的首要目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)， 該標(biāo)記結(jié)構(gòu)能夠被CT/MRI設(shè)備掃描成像，并且能夠使用定位算法進(jìn)行自動(dòng)定位，主要包 括：基座、球帽和球桿體，所述基座具有依次連接的空心半球體和圓柱體底座；所述球桿體 放置于基座內(nèi)；所述球帽下部的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)螺紋；所述基座上部的外側(cè)具有外螺紋；所述 內(nèi)螺紋和外螺紋是相互配合的。
[0008] 所述的基座和球帽都由具有高于皮膚CT值的材料制作而成，所述的基座和球帽 都被CT成像設(shè)備掃描成像。
[0009] 所述球桿體內(nèi)填充有溶液，所述溶液被MRI成像設(shè)備掃描成像。
[0010] 所述球帽外表面和基座的空心球體外表面都涂有反射近紅外光的反光涂層，所述 反光涂層被光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)識(shí)別跟蹤，所述近紅外光的反光涂層是現(xiàn)有技術(shù)常用的反光涂 層。
[0011] 所述球帽為空心的半球體。
[0012] 本實(shí)用新型的另一目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種獲取所述的手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo) 記結(jié)構(gòu)的圖像位置獲取方法，所述標(biāo)記結(jié)構(gòu)圖像位置獲取方法為自動(dòng)獲取標(biāo)記結(jié)構(gòu)球帽中 心、基座中心及其對(duì)稱(chēng)軸，主要包括如下步驟：
[0013] 1)將所述手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)放置在需定位區(qū)域，獲取CT或MRI設(shè)備掃描的圖 像序列，所述基座和球帽在CT設(shè)備下掃描成像，填充在所述球桿體內(nèi)的溶液在MRI設(shè)備中 掃描成像，然后對(duì)CT或MRI圖像進(jìn)行三維重建，形成三維重建模型；
[0014] 2)對(duì)步驟1)的三維重建模型進(jìn)行濾波去噪，然后根據(jù)設(shè)定的閾值分割濾波去噪 后的三維重建模型；
[0015] 3)計(jì)算步驟2)分割得到的每個(gè)連續(xù)子區(qū)域的體積，作為候選子區(qū)域，與標(biāo)記結(jié)構(gòu) 的CAD模型體積進(jìn)行比較，根據(jù)設(shè)置的閾值范圍進(jìn)行初步的篩選；
[0016] 4)計(jì)算步驟3)篩選后得到的候選子區(qū)域的最長(zhǎng)主軸，計(jì)算子區(qū)域的關(guān)于最長(zhǎng)主 軸的對(duì)稱(chēng)性，進(jìn)行第二次的標(biāo)記結(jié)構(gòu)篩選；
[0017] 5)使用主成分分析法計(jì)算步驟4)得到的候選子區(qū)域的三個(gè)相互正交的主軸，并 計(jì)算候選子區(qū)域在三個(gè)相互正交的主軸上的投影范圍，同時(shí)計(jì)算出標(biāo)記結(jié)構(gòu)CAD模型的主 軸及標(biāo)記結(jié)構(gòu)CAD模型在三個(gè)相互正交的主軸上的投影范圍，將候選子區(qū)域與標(biāo)記結(jié)構(gòu) CAD模型在三個(gè)相互正交的主軸上的投影范圍進(jìn)行比較，滿(mǎn)足所設(shè)定閾值的子區(qū)域即為自 動(dòng)搜索找到的標(biāo)記結(jié)構(gòu)三維重建模型，并計(jì)算出每個(gè)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的球帽中心和基座中心。
[0018] 本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1、本實(shí)用新型由于采用特殊設(shè)計(jì)的標(biāo)記結(jié)構(gòu)，既可以被MRI掃描成像，也可以被 CT掃描成像，無(wú)論是MRI圖像還是CT圖像，通過(guò)簡(jiǎn)單地圖像處理可以將標(biāo)記結(jié)構(gòu)與人體的 皮膚及其他組織區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而本實(shí)用新型中涉及到的標(biāo)記結(jié)構(gòu)可以同時(shí)適用于MRI和CT 兩種成像設(shè)備；
[0020] 2、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的球帽的反光涂層能夠?yàn)楣鈱W(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)識(shí)別 跟蹤，而在圖像空間，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的圖像位置獲取方法基于標(biāo)記結(jié)構(gòu)的幾何特征能夠 對(duì)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的球帽中心進(jìn)行準(zhǔn)確地定位，通過(guò)圖像灰度值的高對(duì)比度及標(biāo)記結(jié)構(gòu)的形狀對(duì) 其進(jìn)行精確地自動(dòng)定位，降低了標(biāo)記結(jié)構(gòu)的人工定位誤差，提高了手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精 度。
[0021] 3、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的標(biāo)記結(jié)構(gòu)能夠方便地使用醫(yī)用雙面膠粘貼在人體皮膚表面， 方便粘貼和摘除且對(duì)病人無(wú)傷害。本實(shí)用新型為可以用于使用不同醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的光學(xué)手 術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)皮膚粘貼標(biāo)記結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖la為手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1的爆炸圖。
[0023]圖lb為手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的實(shí)施例2的爆炸圖。
[0024] 圖2a為手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0025] 圖2b為手術(shù)導(dǎo)航通用標(biāo)記結(jié)構(gòu)的剖面圖。
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