一种手术导航的适配方法及系统

技术领域

本发明涉及手术导航配准支架的技术领域，尤其涉及一种手术导航的适配方法及系统。

背景技术

手术导航系统是将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，手术中通过跟踪手术器械的位置，经过进行坐标转换后在患者坐标系下的图像以虚拟探针的形式实时更新显示，这样医生对手术器械相对病人解剖结构的位置关系一目了然，使得外科或微创介入手术更快、更精确、更安全。手术导航系统一般包括导航工作站、定位系统、手术器械等。

实现手术导航的一个关键步骤是进行患者坐标系和定位系统参考坐标系的坐标配准，从而建立两个坐标系之间的相互转换关系。这样通过定位系统得到手术器械在定位系统参考坐标系下的坐标，通过转换矩阵把手术器械坐标转换到患者坐标系，实现手术器械及患者空间结构在同一坐标系下的匹配，从而进行术中导航与跟踪。

手术器械坐标是通过安装在上面的位置传感器获得的，一般是包含两个交叉的五自由度位置传感器，每个五自由度位置传感器包含一个位置点和传感器轴线方向向量信息。手术器械通过两个传感器建立一个坐标系，则可得到手术器械上任意一点坐标。通过建立手术器械坐标系与定位系统参考坐标系之间的转换关系，可以得到手术器械上任意一点在定位系统参考坐标系下的坐标，再通过患者坐标系和定位系统参考坐标系之间的转换关系得到手术器械上任意一点在患者坐标系下坐标，从而实现对手术器械的定位跟踪。

手术器械与手术导航系统产品是一个厂家这种实现方式没有问题，如果手术器械与手术导航产品不是一个厂家就无法用这种方式实现，因为手术器械没有传感器且无法适配，这就需要将一个带有传感器的通用配准支架安装在手术器械的某个位置，同时还要知道需要跟踪的手术器械上的点在通用配准支架坐标系下的坐标。在消融介入治疗设备中，可以将一个通用配准支架安装在消融针根部实现对第三方厂家消融针的定位与跟踪，从而进行手术导航。

目前通用配准支架大都采用圆孔式适配方式，缺点是消融针有效区域需要经过配准支架圆孔，容易造成二次污染，且需要不同孔径适配不同粗细的消融针。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种手术导航的适配方法及系统，通过折叠式双底板设计及底板上适配圆柱凹槽，实现对不同厂家不同型号消融针的适配，且只接触消融针根部，最大限度避免二次污染。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种手术导航的适配方法，包括：

S1：将位置传感器通过传感器连接线连接到主机接口单元SIU；

S2:导航软件选择与当前待定位的消融针相对应的配置文件；

S3：将包含两个底板的通用支架，通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部；

S4：将所述位置传感器连同固定所述位置传感器的传感器底板，固定于所述通用支架上；

S5：通过所述通用支架对应的通用支架坐标系与参考支架坐标系的第一转换矩阵，以及所述参考支架坐标系与患者坐标系的第二转换矩阵，计算所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标。

进一步地，在步骤S2中，还包括：为每一种型号的所述消融针制作所述配置文件，具体为：

将所述通用支架通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部；

测量或注册所述消融针，获取到所述消融针的针尖在所述通用支架对应的所述通用支架坐标系下的坐标，记录在当前型号的所述消融针对应的所述配置文件中。

进一步地，在步骤S3中，所述通用支架包含两个长方形的主底板和副底板；

所述主底板和所述副底板的一条短边通过折页相连接；

所述主底板和所述副底板在同一位置设置了相对应的圆柱凹槽，通过所述圆柱凹槽夹紧固定所述消融针的根部；

在所述主底板上设置有卡槽，所述卡槽用于固定所述传感器底板；

进一步地，所述圆柱凹槽的直径小于所述穿刺针的直径；所述圆柱凹槽的凹槽弦长小于或等于所述圆柱凹槽的直径的二分之一，以适配不同尺寸的所述消融针。

进一步地，在步骤S5中，计算所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标，具体为：

记所述通用支架坐标系与所述参考支架坐标系的所述第一转换矩阵为[C

所述参考支架坐标系与所述患者坐标系的所述第二转换矩阵为[C

所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标为：

其中，

进一步地，所述传感器底板采用低密度材料，并在使用前进行消毒。

进一步地，所述通用支架采用非磁性材料，一次性使用，并在使用前进行消毒。

一种用于执行如上述的手术导航的适配方法的手术导航的适配系统，包括：

传感器连接模块，用于将位置传感器通过传感器连接线连接到主机接口单元SIU；

配置文件选择模块，提供给导航软件选择与当前待定位的消融针相对应的配置文件；

通用支架固定模块，用于将包含两个底板的通用支架，通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部；

传感器固定模块，用于将所述位置传感器连同固定所述位置传感器的传感器底板，固定于所述通用支架上；

针尖坐标计算模块，用于通过所述通用支架对应的通用支架坐标系与参考支架坐标系的第一转换矩阵，以及所述参考支架坐标系与患者坐标系的第二转换矩阵，计算所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标。

一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有计算机代码，所述计算机代码被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如上述的方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如上述的方法被执行。

与现有技术相比，本发明包括以下至少一种有益效果是：

(1)与已有的配准支架相比，本发明提供的手术导航的适配方法中使用的通用支架，摒弃了支架圆孔式的设计，通过折叠式双底板设计以及在底板上设计适配的圆柱凹槽。可以实现对不同厂家不同型号的消融针的适配。同时通用支架从消融针根部直接安装，只接触消融针的根部，最大限度的避免二次污染。

(2)通过为每一种型号的消融针制作配置文件。在使用时只需要选择对应的配置文件即可，无需浪费时间进行现场配准。

(3)通过在主底板上设置卡槽，实现位置传感器和传感器底板的活动安装，实现位置传感器的多次使用，减少手术花费。

附图说明

图1为本发明一种手术导航的适配方法的整体流程图；

图2为本发明位置传感器和传感器底板示意图；

图3为本发明配置文件制作流程图；

图4为本发明通用支架示意图；

图5为本发明一种手术导航的适配系统的整体结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

第一实施例

如图1所示，本实施例提供了一种手术导航的适配方法，包括：

S1：将位置传感器通过传感器连接线连接到主机接口单元S IU(System Interface Unit)。

具体的，首先将位置传感器通过连接线连接到主机接口单元S IU，通过主机接口控制单元可以直接读取到位置传感器的位置信息。

对于本发明提到的位置传感器可以采用能够在手术导航中使用的任意一种位置传感器，在本发明中不做限制。举个例子来说，可以采用加拿大NDI公司设计的六自由度传感器(Aurora 6DOF PCB传感器，尺寸：10.0*12.8mm，P/N:610395，引线：无)。如图2所示，位置传感器通过传感器底板进行固定，传感器底板的大致形状为长方形，具体根据整体需求设计。

S2:导航软件选择与当前待定位的消融针相对应的配置文件。

具体的，在手术开始前，在导航软件中选择与当前手术用的消融针相对应的配置文件。在手术中依据配置文件中记录的消融针的针尖在通用支架坐标系下的坐标推算出在患者坐标系下的坐标。

其中，对于配置文件，需要提前对后续需要用到的各种类型的消融针制作配置文件，具体的方法为：如图3所示，对于每一种型号的消融针，将所述通用支架通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部；测量或注册所述消融针，获取到所述消融针的针尖在所述通用支架对应的所述通用支架坐标系下的坐标，记录在当前型号的所述消融针对应的所述配置文件中，并配置消融针系统文件。

需要说明的是，在本发明中以消融针的针尖坐标的获取作为举例进行说明。但是，基于与本发明相同的逻辑，本发明的方法还可以适用于其他手术器械的坐标获取，如穿刺针、活检针等。同时，对于坐标的获取，也不仅限于针尖，只需要提前将需要获取坐标的部位在通用支架坐标系下的坐标录入配置文件中即可。

S3：将包含两个底板的通用支架，通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部。

具体的，如图4所示，本发明的通用支架的设计重点，是可以适配不同尺寸和型号的消融针。通用支架具体包括：两个长方形的主底板和副底板；所述主底板和所述副底板的一条短边通过折页相连接；所述主底板和所述副底板在同一位置设置了相对应的圆柱凹槽，通过所述圆柱凹槽夹紧固定所述消融针的根部；在所述主底板上设置有卡槽，所述卡槽用于固定所述传感器底板。

进一步地，所述圆柱凹槽的直径小于所述穿刺针的直径；所述圆柱凹槽的凹槽弦长小于或等于所述圆柱凹槽的直径的二分之一，以适配不同尺寸的所述消融针。需要说明的是，对于凹槽的形状，除了圆柱形以外，还可以是包括三角形、六角形等其他多种不同形状，本发明不做任何限制，只需要能够夹紧不同尺寸的消融针即可。

S4：将所述位置传感器连同固定所述位置传感器的传感器底板，固定于所述通用支架上。

具体的，将位置传感器连同固定位置传感器的传感器底板，通过设置于主底板上的卡槽进行固定。位置传感器可以多次使用，减少手术的消费。

S5：通过所述通用支架对应的通用支架坐标系与参考支架坐标系的第一转换矩阵，以及所述参考支架坐标系与患者坐标系的第二转换矩阵，计算所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标，具体为：

记所述通用支架坐标系与所述参考支架坐标系的所述第一转换矩阵为[C

所述参考支架坐标系与所述患者坐标系的所述第二转换矩阵为[C

所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标为：

其中，

进一步地，对于本发明的位置传感器与传感器底板的位置固定不变，不能产生相对位移，装配误差小于0.3mm。传感器连接线外层增加绝缘层，与传感器底板连接处做防易断处理。传感器底板采用低密度材料，不建议采用金属，禁止使用磁性材料。临床使用时，传感器底板和通用支架需要现场消毒。

进一步的，对于通用支架的主底板，通过卡槽可装卸传感器底板，安装后传感器底板与通用支架主底板相对位置固定不变，且不能产生相对位移。主底板和副底板可折叠，且可锁紧，锁紧后通用支架与穿刺针不能产生相对位移或扭转。主底板不能发生任何变形。通用支架为一次性耗材，不建议采用金属材质，必须为非磁性材料。

第二实施例

如图5所示，本实施例提供了一种用于执行如第一实施例中的手术导航的适配方法的手术导航的适配系统，包括：

传感器连接模块1，用于将位置传感器通过传感器连接线连接到主机接口单元SIU；

配置文件选择模块2，提供给导航软件选择与当前待定位的消融针相对应的配置文件；

通用支架固定模块3，用于将包含两个底板的通用支架，通过两个底板夹紧固定在所述消融针的根部；

传感器固定模块4，用于将所述位置传感器连同固定所述位置传感器的传感器底板，固定于所述通用支架上；

针尖坐标计算模块5，用于通过所述通用支架对应的通用支架坐标系与参考支架坐标系的第一转换矩阵，以及所述参考支架坐标系与患者坐标系的第二转换矩阵，计算所述消融针的针尖在所述患者坐标系下的坐标。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，如上述方法被执行。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。