【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外科手术导航，尤其涉及一种神经外科手术中用于对两个颅内操作器械实施导航的方法及系统。
技术介绍
1、目前，实施外科手术导航的两种典型的导航系统为基于光学定位及跟踪原理的光学导航系统以及基于电磁定位及跟踪原理的电磁导航系统。两种导航系统均具有各自的优缺点，具体地，光学导航系统的优点是对医疗操作器械的定位及跟踪准确，其缺点是若附接于医疗操作器械上的光学跟踪器与光学导航设备中的拍摄设备之间的光学被遮挡，则无法实现对操作器械的定位和跟踪；电磁导航系统因基于电磁线圈在磁场发生器产生的磁场中所感应出的电流变化来对操作器械进行定位及跟踪，因而，电磁导航系统的优点是不受光学遮挡的影响，在操作空间较小以及密闭的管腔内均可实施导航，而电磁导航系统的缺点是定位和跟踪相较于光学导航系统不够准确，尤其是在受到周围设备而导致磁场变形情况下，定位和跟踪准确性更差。
2、导航系统应用于神经外科手术（如，颅内手术）可实现操作器械在手术过程中可视化，由于神经外科手术要求医生对操作器械的操作精度较高，因而，通常利用光学导航系统对操作器械实施定位及跟踪，能够利用光学导航系统辅助实施神经外科手术的有利条件是操作器械通常为刚性器械且器械的外端（或称近端）位于体外，从而，光学跟踪器可通过安装于操作器械的外端而避免被人体组织遮挡，并且，在一些手术类型中（如，肿瘤活检术），若仅需一个操作器械，基于医生娴熟的操作，可显著降低光学跟踪器被体外物体遮挡的概率。
3、在更多类型的神经外科手术中，不可避免的需要使用两个操作器械（例如，在切除胶质瘤的手
4、为获得定位和跟踪，两个光学跟踪器被分别附接于两个操作器械的外端（即，手持近端），在实施手术过程中，两个操作器械上的光学跟踪器所占空间尺寸较大而容易产生相互干涉或相互遮蔽光学标记物（用于向拍摄设备反射光线以用于定位和跟踪的反光部件），而相互干涉会影响操作器械的被允许的活动范围，而遮蔽光线标记物会造成对操作器械的定位和跟踪的中断。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的实施例提供了一种用于对两个颅内操作器械实施导航的方法及导航系统。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的实施例采用的技术方案是：
3、一种用于对两个颅内操作器械实施导航的方法，两个操作器械包括第一器械和第二器械，其特征在于，第一光学跟踪器附接于手术部位，第二光学跟踪器和第一电磁传感器以确定的位姿关系分别附接于第一、第二器械，第三光学跟踪器与磁场发生器具有确定的位姿关系，所述方法包括：
4、获取描述手术部位的解剖结构的解剖图像；
5、在解剖图像中标记出目标靶区、颅入口、以及手术路径；
6、利用光学导航设备获取第一光学跟踪器在光学坐标系中的位姿，基于第一光学跟踪器在光学坐标系中的位姿以及在解剖图像的图像坐标系中的位姿而将解剖图像在光学坐标系中配准；
7、利用光学导航设备获取第二、第三光学跟踪器在光学坐标系中的位姿以及利用电磁导航设备获取第一电磁传感器相对于磁场发生器的位姿，基于第三光学跟踪器在光学坐标系中的位姿、磁场发生器与第三光学跟踪器的位姿关系、第一电磁传感器相对于磁场发生器的位姿而得到第一电磁传感器在光学坐标系中的位姿；
8、对第一电磁传感器的位姿进行校准；
9、基于第二光学跟踪器与第一器械的位姿关系以及第一电磁传感器与第二器械的位姿关系而得到第一器械在光学坐标系中的位姿以及第二器械在光学坐标系中经校准的位姿，并将第一器械和第二器械在解剖图像中可视化。
10、优选地，第一器械与第二器械能够以刚性地且可分离地方式附接，且在附接状态下，第一器械与第二器械具有确定的位姿关系；
11、所述的对第一电磁传感器的位姿进行校准包括：
12、基于附接状态下的第一器械与第二器械的位姿关系而得到第一电磁传感器相对于第二光学跟踪器的位姿；
13、将基于附接状态下的第一电磁传感器相对于第二光学跟踪器的位姿以及经光学导航设备所获取的第二光学跟踪器在光学坐标系中的位姿所得到的第一电磁传感器在光学坐标系中的位姿作为基准位姿；
14、将基于附接状态下的经光学导航设备所获取的第三光学跟踪器在光学坐标系中的位姿、磁场发生器与第三光学跟踪器的位姿关系、经电磁导航设备所获取的第一电磁传感器相对于磁场发生器的位姿所得到的第一电磁传感器在光学坐标系中的位姿作为待校位姿；
15、基于第一电磁传感器的待校位姿与基准位姿而得到校准矩阵，利用校准矩阵对第一电磁传感器在光学坐标系中的位姿进行校准。
16、优选地，将第二电磁传感器布置于手术部位或手术部位的附近区域；
17、所述的对第一电磁传感器的位姿进行校准包括：
18、将基于第一光学跟踪器或第二光学跟踪器在光学坐标系中的位姿所得到的第二电磁传感器在光学坐标系中的位姿作为第二电磁传感器的基准位姿；
19、将基于磁场发生器在光学坐标系中的位姿以及经电磁导航设备所获取的第二电磁传感器相对于磁场发生器的位姿所得到的第二电磁传感器在光学坐标系中的位姿作为第二电磁传感器的待校位姿；
20、将基于磁场发生器在光学坐标系中的位姿以及经电磁导航设备所获取的第一电磁传感器相对于磁场发生器的位姿所得到的第一电磁传感器在光学坐标系的位姿作为第一电磁传感器的待校位姿；
21、基于第二电磁传感器的待校位姿与基准位姿而得到校准矩阵，利用校准矩阵对第一电磁传感器的待校位姿进行校准。
22、优选地，第二电磁传感器以与第二光学跟踪器形成确定的位姿关系的方式附接于第一器械的远端区域，第一电磁传感器附接于第二器械的远端区域；
23、基于第二光学跟踪器在光学坐标系中的位姿而得到第二电磁传感器在光学坐标系中的基准位姿包括：
24、基于经光学导航设备所获取第二光学跟踪器在光学坐标系中的位姿以及第二电磁传感器与第二光学跟踪器的位姿关系而得到第二电磁传感器在光学坐标系中的基准位姿。
25、优选地，第二电磁传感器与第一光学跟踪器具有确定的位姿关系；
26、基于第一光学跟踪器在光学坐标系中的位姿而得到第二电磁传感器在光学坐标系中的基准位姿包括：
27、基于经光学导航设备所获取的第一光学跟踪器在光学坐标系中的位姿以及第二电磁传感器与第一光学跟踪器的位姿关系而得到第二电磁传感器在光学坐标系中的基准位姿。
28、本专利技术还公开了一种导航系统，其用于对两个颅内操作器械实施手术导航，两个操作器械包括第一器械和第二器械，所述导航系统包括图像获取设备、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于对两个颅内操作器械实施导航的方法，两个操作器械包括第一器械和第二器械，其特征在于，第一光学跟踪器附接于手术部位，第二光学跟踪器和第一电磁传感器以确定的位姿关系分别附接于第一、第二器械，第三光学跟踪器与磁场发生器具有确定的位姿关系，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一器械与第二器械能够以刚性地且可分离地方式附接，且在附接状态下，第一器械与第二器械具有确定的位姿关系；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第二电磁传感器布置于手术部位或手术部位的附近区域；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二电磁传感器以与第二光学跟踪器形成确定的位姿关系的方式附接于第一器械的远端区域，第一电磁传感器附接于第二器械的远端区域；
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二电磁传感器与第一光学跟踪器具有确定的位姿关系；
6.一种导航系统，其用于对两个颅内操作器械实施手术导航，两个操作器械包括第一器械和第二器械，其特征在于，所述导航系统包括图像获取设备、导航器械以及计算机设备；
8.根据权利要求6所述的导航系统，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的导航系统，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的导航系统，其特征在于，第一电磁传感器布置在第二器械的近端区域且第二电磁传感器布置在第一光学跟踪器上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于对两个颅内操作器械实施导航的方法，两个操作器械包括第一器械和第二器械，其特征在于，第一光学跟踪器附接于手术部位，第二光学跟踪器和第一电磁传感器以确定的位姿关系分别附接于第一、第二器械，第三光学跟踪器与磁场发生器具有确定的位姿关系，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一器械与第二器械能够以刚性地且可分离地方式附接，且在附接状态下，第一器械与第二器械具有确定的位姿关系；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第二电磁传感器布置于手术部位或手术部位的附近区域；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二电磁传感器以与第二光学跟踪器形成确定的位姿关系的方式附接于第一器械的远端区域，第一电磁传感器附接于第二器械的远端区域；
5.根据权利要求3所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国臣，束旭俊，吴东东，赵恺，周星宇，丛小钧，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第一医学中心，
类型：发明
国别省市：
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