專利名稱：一種驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光學(xué)定位跟蹤的 計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)精度的輔助工具。
背景技術(shù)：
手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)(Image Guided Surgery, IGS)，是圖像引導(dǎo)技術(shù)的俗稱，是 以CT， MRI等醫(yī)學(xué)影像信息為基礎(chǔ)，通過重建精確的三維人體模型、器官模型、 病灶靶區(qū)和使用高精度光學(xué)定位系統(tǒng)跟蹤病人和手術(shù)器械的位置信息，在手術(shù) 進(jìn)行過程中，使用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)模擬，對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。根 據(jù)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸介質(zhì)信號(hào)的方式可以分為光學(xué)導(dǎo)航和電磁導(dǎo)航兩種，現(xiàn)在 臨床上使用最多的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是光學(xué)定位系統(tǒng)，多為加拿大NDI公司生產(chǎn)的 光學(xué)定位裝置。
手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度問題是一個(gè)很復(fù)雜的問題，同時(shí)系統(tǒng)精度也是手術(shù)導(dǎo) 航系統(tǒng)的最重要參數(shù)之一，是直接向醫(yī)生提供手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)安全性和可靠性的 有力根據(jù)。系統(tǒng)精度包括，醫(yī)學(xué)影像的精度、軟件的精度、硬件的精度等。其 中軟件的精度包括三維重建的精度、坐標(biāo)配準(zhǔn)的精度等；硬件方面的精度包括 手術(shù)器械的精度、光學(xué)定位裝置的精度、定位器的精度以及軟件與硬件相互結(jié) 合產(chǎn)生的精度等。
根據(jù)收集的資料來看，各個(gè)手術(shù)導(dǎo)航產(chǎn)品的研發(fā)單位，對(duì)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的 精度問題說法不一。由于測(cè)試手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法有的一定的技術(shù)難度， 所以到目前為止，并未在學(xué)術(shù)期刊上見到一種方便可靠的工具或方法用來檢測(cè) 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，操作 簡(jiǎn)單，有效可靠，是可由用戶獨(dú)立完成的驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的有效工具。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助
工具，包括由五塊有機(jī)玻璃板在五面圍成的可容納常人頭顱的長(zhǎng)方體，五塊有 機(jī)玻璃板通過銷柱及螺柱連接；在長(zhǎng)方體內(nèi)設(shè)置有幾何體，幾何體選用小長(zhǎng)方 體、正方體、四棱梯臺(tái)、圓柱外臺(tái)、扇形內(nèi)柱臺(tái)以及三棱臺(tái)錐，在正方體內(nèi)設(shè) 置有球殼；此外，在有機(jī)玻璃板外表面及上表面鑲嵌多個(gè)經(jīng)CT掃描成像后作為 參考點(diǎn)的鋁合金標(biāo)志點(diǎn)。
本實(shí)用新型驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，其改進(jìn)在于，鋁合金標(biāo)志 點(diǎn)設(shè)置于環(huán)繞四周的四個(gè)外表面以及四棱梯臺(tái)的外表面上。而環(huán)繞四周的四塊 有機(jī)玻璃板分別由四小塊側(cè)板拼接而成，每個(gè)側(cè)板的四周成階梯狀并分別于四 周連接的側(cè)板配合。
本實(shí)用新型驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，以驗(yàn)證模體的方式提供一 種操作簡(jiǎn)便、有效可靠的輔助工具，能夠有效完成手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度驗(yàn)證。

圖1為驗(yàn)證模體的整體外觀示意圖2為驗(yàn)證模體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中包括大側(cè)板l，小側(cè)板2，四棱梯臺(tái)3，三棱臺(tái)錐4，圓柱外臺(tái)5，正 方體6 (內(nèi)含球殼)，扇形內(nèi)柱臺(tái)7，小長(zhǎng)方體8，標(biāo)志點(diǎn)9。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套可以驗(yàn)證包含 以上各種精度在內(nèi)的輔助工具，即驗(yàn)證模體。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是首先，選用優(yōu)質(zhì) 有機(jī)玻璃板，加工前該板材經(jīng)過自然時(shí)效處理消除材料內(nèi)應(yīng)力，以保證加工時(shí) 的尺寸穩(wěn)定性；其次，該工具的大小和形狀是以能包容一般人的頭顱為前提的 長(zhǎng)方體，該驗(yàn)證模體由五塊經(jīng)過精密加工的有機(jī)玻璃板圍成，各板之間由有機(jī) 玻璃制成的銷柱及螺柱連接；另外，如圖1和2所示，在驗(yàn)證模體內(nèi)放置有特 定尺寸的有機(jī)玻璃制成的小長(zhǎng)方體8、正方體6 (內(nèi)有球殼)、四棱梯臺(tái)3、圓柱 外臺(tái)5、扇形內(nèi)柱臺(tái)7、三棱臺(tái)錐4等特殊形狀的幾何體；然后，在有機(jī)玻璃板 外表面及上表面(即厚度面)鑲嵌多個(gè)鋁合金標(biāo)志點(diǎn)9，用以經(jīng)過CT掃描成像 后顯示為參考點(diǎn)。
使用時(shí)，先將該驗(yàn)證模體在CT機(jī)上完成斷層掃描(層厚越小，三維重建后
的精度越高)；再將CT掃描數(shù)據(jù)輸入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)軟件，經(jīng)三維重建后，可在 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的顯示屏上，再現(xiàn)驗(yàn)證模體的三維圖像信息，顯示屏上可見所有 標(biāo)志點(diǎn)及內(nèi)部幾何體；然后，將掃描前的驗(yàn)證模體的空間坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)圖像顯 示的虛擬模體坐標(biāo)配準(zhǔn)；最后，利用光學(xué)定位裝置跟蹤器械(探針)的前端位 置坐標(biāo)，并調(diào)整探針前端指定的圓柱外臺(tái)，扇形內(nèi)柱臺(tái)，驗(yàn)證模體的表面標(biāo)志 點(diǎn)上的不同位置，即改變探針在指定路徑上的徑向尺寸和軸向尺寸，比較系統(tǒng) 給出的這兩組數(shù)據(jù)值與驗(yàn)證模體的真實(shí)值，即可得出該手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
該驗(yàn)證模體內(nèi)部的所有幾何體均由有機(jī)玻璃制成，優(yōu)選方式下，在驗(yàn)證模 體的四個(gè)外側(cè)表面和四棱梯臺(tái)的外表面，鑲嵌有標(biāo)志點(diǎn)9。該標(biāo)志點(diǎn)由鋁合金制 成，尺寸準(zhǔn)確，鑲嵌方便。該驗(yàn)證模體尤其對(duì)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算的病灶體積， 幾何形狀，手術(shù)入路的深度，以及偏離路徑的位移能進(jìn)行準(zhǔn)確的驗(yàn)證。
本實(shí)用新型驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，具體應(yīng)用說明如下
將驗(yàn)證模體在CT下進(jìn)行掃描，將掃描后的圖像數(shù)據(jù)輸入到手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)軟 件中，進(jìn)行三維重建，虛擬出驗(yàn)證模體的三維模型。然后，將準(zhǔn)備好的手術(shù)器 械(以探針為例)，在驗(yàn)證模體表面選取指定點(diǎn)進(jìn)行注冊(cè)，成功后便可用探針在 模體的指定位置進(jìn)行驗(yàn)證。
首先，對(duì)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)軟件重建出的驗(yàn)證模體三維模型進(jìn)行幾何尺寸，形狀 和體積的驗(yàn)證，通過系統(tǒng)計(jì)算可得出重建后的驗(yàn)證模體內(nèi)的小長(zhǎng)方體8，正方體 6，圓柱梯臺(tái)5，三棱臺(tái)錐4，四棱梯臺(tái)3，扇形內(nèi)柱臺(tái)7以及驗(yàn)證模體本身的各 個(gè)幾何尺寸，形狀和體積，分別與實(shí)際驗(yàn)證模體的尺寸進(jìn)行比較，得出其偏差 數(shù)據(jù)，通過多次測(cè)量得出一組數(shù)據(jù)，再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，即可知道該系統(tǒng)對(duì)幾何 尺寸，形狀和體積的計(jì)算精度。
然后，將探針前端指向圓柱梯臺(tái)5和扇形內(nèi)柱臺(tái)7的不同臺(tái)面上，讓前端指 在相鄰臺(tái)階的相交棱上，改變探針前端位置，看系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)變化，多次測(cè) 量后分別得出手術(shù)入路的徑向和軸向數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理后，與真實(shí)值比較， 即可知道手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在手術(shù)入路方向的位移精度。
權(quán)利要求1、一種驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，其特征在于，包括由五塊有機(jī)玻璃板在五面圍成的可容納常人頭顱的長(zhǎng)方體，所述五塊有機(jī)玻璃板通過銷柱及螺柱連接；在所述長(zhǎng)方體內(nèi)設(shè)置有幾何體，所述幾何體選用小長(zhǎng)方體(8)、正方體(6)、四棱梯臺(tái)(3)、圓柱外臺(tái)(5)、扇形內(nèi)柱臺(tái)(7)以及三棱臺(tái)錐(4)，所述正方體內(nèi)設(shè)置有球殼；在有機(jī)玻璃板外表面及上表面鑲嵌多個(gè)經(jīng)CT掃描成像后作為參考點(diǎn)的鋁合金標(biāo)志點(diǎn)(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，其特征在于， 所述鋁合金標(biāo)志點(diǎn)(9)設(shè)置于環(huán)繞四周的四個(gè)外表面以及所述四棱梯臺(tái)的外表 面上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，其特征在于， 環(huán)繞四周的四塊有機(jī)玻璃板分別由四小塊側(cè)板(1、 2)拼接而成，每個(gè)所述側(cè) 板的四周成階梯狀并分別于四周連接的側(cè)板配合。
專利摘要本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的輔助工具，包括由五塊有機(jī)玻璃板在五面圍成的可容納常人頭顱的長(zhǎng)方體，五塊有機(jī)玻璃板通過銷柱及螺柱連接；在長(zhǎng)方體內(nèi)設(shè)置有幾何體，幾何體選用小長(zhǎng)方體(8)、正方體(6)、四棱梯臺(tái)(3)、圓柱外臺(tái)(5)、扇形內(nèi)柱臺(tái)(7)以及三棱臺(tái)錐(4)，正方體內(nèi)設(shè)置有球殼；在有機(jī)玻璃板外表面及上表面鑲嵌多個(gè)經(jīng)CT掃描成像后作為參考點(diǎn)的鋁合金標(biāo)志點(diǎn)(9)。本實(shí)用新型的驗(yàn)證模體提供了一種操作簡(jiǎn)便、有效可靠的輔助工具，能夠有效完成手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度驗(yàn)證。
文檔編號(hào)A61B5/06GK201067404SQ200720012128
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者王德勝, 譚繼浦, 雪 韓 申請(qǐng)人:大連現(xiàn)代高技術(shù)發(fā)展有限公司