醫療導航系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及醫療器械技術領域，具體涉及一種醫療導航系統。
【背景技術】
[0002]目前基于電磁導航技術的經肺部自然氣道的介入式醫療技術，首先導入病人的肺部計算機斷層攝影(computed tomography, CT)影像數據，接著劃定病變區域，并重建出主氣管和支氣管的三維模型。之后，根據主氣管和支氣管的三維模型，從主氣管朝向支氣管的方向計算經各級支氣管到達病變位置的路徑。在術中階段，首先將帶有電磁傳感器的指引導管插入支氣管鏡中，使用支氣管鏡到達導航軟件要求的幾個關鍵部位并標記；根據這些標記位置計算出重建的主氣管和支氣管樹三維模型與肺部在實際電磁導航空間中的位置的對應關系，即規劃路徑與實際位置的配準；最后，再根據之前從主氣管朝支氣管方向建立的導航路徑引導電磁傳感器經各級支氣管接近和到達病變位置。
[0003]然而，現有技術中存在以下缺陷:首先，由CT影像數據重建的主氣管和支氣管的三維模型不夠精確，其中若為了保證準確，則無法重建出下級支氣管樹結構，反之，若提高下級支氣管樹結構的級數，則無法保證重建出的三維模型的準確性。其次，通過上述從主氣管朝向支氣管方式所獲得的路徑規劃結果，如果病變位置在較深位置，則缺乏下級支氣管信息，無法準確建立經自然氣道的導航路徑，只能通過定位信息不斷嘗試接近病變位置。再者，配準算法可能有誤差，越進入肺部深處誤差越明顯，可能導致導航路徑偏移至自然氣道外的肺部組織里，并且在導航軟件中顯示到達病變位置后仍無法保證電磁傳感器在肺部內確實到達病變位置，必需藉助其他手段來進行確認，例如通過X光影像或CT等顯像技術來達成，徒增操作上的不便和增加X射線對醫生和患者身體的輻射損害。
【發明內容】
[0004]本申請所要解決的技術問題在于提供一種醫療導航系統，從而解決了術前導航路徑規劃時無法自動識別下級支氣管并建立導航路徑、導航路徑和實際路徑存在空間上的誤差無法完全匹配和/或無法確認支氣管鏡的電磁傳感器是否確實到達病變位置的問題等。
[0005]為了解決上述問題，本申請揭示了一種醫療導航系統，適于在肺部區域的CT圖像和/或支氣管樹三維影像的基礎上配合支氣管鏡進行支氣管路徑的導航操作。此醫療導航系統包括實時導航定位模塊、定位配準模塊以及顯示模塊，其中實時導航定位模塊包括電磁場發射接收單元、示蹤定位探頭以及系統控制單元。電磁場發射接收單元用以發生電磁場；示蹤定位探頭耦接于系統控制單元，并且可以跟隨支氣管鏡或獨立的在肺部區域的支氣管樹內自由位移。示蹤定位單元包括探頭本體、電磁定位傳感器和超聲探頭，電磁定位傳感器和超聲探頭設置于探頭本體的同一端。電磁定位傳感器用以發送示蹤定位探頭在電磁場內的當前位置的位置坐標信息到系統控制單元；超聲探頭用以發送當前位置的超聲影像信息到顯示模塊。系統控制單元耦接于電磁場發射接收單元，用以控制電磁場發射接收單元發生電磁場，并且接收位置坐標信息以及根據位置坐標信息在電磁場上建立相應的位置坐標圖像。定位配準模塊耦接于系統控制單元，用以接收支氣管樹三維影像的圖像坐標信息，以及從系統控制單元接收位置坐標信息，并且比對圖像坐標信息與位置坐標信息，以及根據比對結果校正CT圖像上的導航路徑與位置坐標圖像的配準關系。顯示模塊分別耦接于實時導航定位模塊、支氣管鏡和定位配準模塊，用以接收并顯示CT圖像、導航路徑、支氣管樹三維影像、圖像坐標信息、位置坐標信息、超聲影像信息以及位置坐標圖像。
[0006]進一步地，在上述的醫療導航系統中，示蹤定位探頭還包括導管鞘。示蹤定位探頭的探頭本體穿設于導管鞘內，且探頭本體設置有電磁定位傳感器和超聲探頭的一端可以伸出至導管鞘外或縮回導管鞘內，其中導管鞘預先設置彎曲角度，以通過導管鞘的旋轉來引導探頭本體進入支氣管樹內不同的支氣管分叉。
[0007]進一步地，在上述的醫療導航系統中，電磁定位傳感器為6自由度電磁定位傳感器。
[0008]進一步地，上述的醫療導航系統還包括耦接于定位配準模塊的導航路徑規劃裝置。導航路徑規劃裝置包括影像導入模塊、三維影像重建模塊以及路徑規劃模塊。影像導入模塊用以接收CT圖像的原始圖像數據，并且根據原始圖像數據產生三維CT圖像信息。三維影像重建模塊耦接于影像導入模塊。三維影像重建模塊包括三維重建單元以及支氣管識別分割單元，其中三維重建單元用以接收三維CT圖像信息，并且根據三維CT圖像信息重建出肺部區域的三維結構數據；支氣管識別分割單元用以接收所述肺部區域的三維CT圖像信息和三維結構數據以及根據所述肺部區域的三維CT圖像信息識別所述肺部區域的三維結構數據中的支氣管樹結構，并且進行分割處理，而獲得支氣管樹三維影像的結構數據，且支氣管樹三維影像的結構數據包括圖像坐標信息。路徑規劃模塊分別耦接于影像導入模塊和三維影像重建模塊。路徑規劃模塊用以接收三維CT圖像信息以及支氣管樹三維影像，并且根據三維CT圖像信息和支氣管樹三維影像的結構數據分別在CT圖像和/或支氣管樹三維影像上繪制導航路徑。
[0009]進一步地，在上述的醫療導航系統中，支氣管樹包括主氣管和多級支氣管，導航路徑沿著主氣管和多級支氣管繪制，并且在CT圖像上標記有標定位置、目標位置、第一上級隆突標記、第一下級隆突標記、第二上級隆突標記、第二下級隆突標記和主隆突標記，其中標定位置位于多級支氣管中的其中一個支氣管上；目標位置與標定位置相互重疊；第一上級隆突標記位于此支氣管的上級分叉處；第一下級隆突標記位于以第一上級隆突標記為上級分叉點的另一支氣管的下級分叉處；第二上級隆突標記位于以第一上級隆突標記為下級分叉點的上一級支氣管的上級分叉處；第二下級隆突標記位于以第二上級隆突標記為上級分叉點的另一支氣管的下級分叉處；主隆突標記位于主氣管和多級支氣管的分叉處。并且，目標位置、第一上級隆突標記、第一下級隆突標記、第二上級隆突標記、第二下級隆突標記和主隆突標記相互連接，而構成導航路徑。
[0010]進一步地，在上述的醫療導航系統中，支氣管樹包括主氣管和多級支氣管，導航路徑沿著主氣管和多級支氣管繪制，并且在CT圖像上標記有標定位置、目標位置、第一上級隆突標記、第一下級隆突標記、第二上級隆突標記、第二下級隆突標記和主隆突標記，其中標定位置位于多級支氣管中相鄰的兩個支氣管之間；目標位置位于相鄰的兩個支氣管中距離標定位置最近的支氣管的下級分叉處；第一上級隆突標記位于以目標位置為下級分叉點的支氣管的上級分叉處；第一下級隆突標記位于以第一上級隆突標記為上級分叉點的另一支氣管的下級分叉處；第二上級隆突標記位于以第一上級隆突標記為下級分叉點的上一級支氣管的上級分叉處；第二下級隆突標記位于以第二上級隆突標記為上級分叉點的另一支氣管的下級分叉處；主隆突標記位于主氣管和多級支氣管的分叉處。并且，目標位置、第一上級隆突標記、第一下級隆突標記、第二上級隆突標記、第二下級隆突標記和主隆突標記相互連接，而構成導航路徑。
[0011]與現有技術相比，本申請可以獲得包括以下技術效果:
[0012]本申請的醫療導航系統和方法，通過實時導航定位模塊與定位配準模塊實時的交互信息，從而在導航過程中實時的獲取真實路徑在電磁場中的位置坐標，并且通過預先規劃的導航路徑與真實路徑的比對，對預先規劃的導航路徑可以不斷的進行配準和修正，從而提高導航路徑的精確性，而解決了導航路徑和實際路徑存在空間上的誤差無法完全匹配的問題。同時，通過在示蹤定位探頭上配置超聲探頭的方式，讓示蹤定位探頭在導航的過程中，可以通過超聲影像來確定電磁定位傳感器是否已確實到達產生病變的目標位置，從而解決了無法確認電磁定位傳感器是否確實到達病變位置的問題。此外，本申請還可以通過導航路徑從病變位置開始，朝向主氣管的方向依序進行標記的方式，保證了導航路徑的唯一性，并且提高導航路徑的識別性，從而解決了術前導航路徑規劃時無法識別下級支氣管并建立導航路徑的問題。
【附圖說明】
[0013]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0014]圖1是本申請第一實施例的醫療導航系統的方塊示意圖；
[0015]圖2是本申請第一實施例的醫療導航系統的示蹤定位探頭的平面示意圖；
[0016]圖3是本申請第一方法實施例的醫療導航方法流程圖；
[0017]圖4是本申請第二實施例的醫療導航系統的方塊示意圖；
[0018]圖5是本申請第二方法實施例的導航路徑規劃方法流程圖；
[0019]圖6和圖7分別是對應本申請第二方法