一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置及方法与流程

本发明涉及一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置及方法。

背景技术：

耳蜗是外周听觉系统的组成部分，其核心为听觉传到器官柯蒂氏器，它将来自中耳的声音信号转换为相应的神经电信号，交送脑的中枢听觉系统进行进一步处理。绝大多数感音神经性聋的病理基础是源于毛细胞的扫视或功能缺陷，人工耳蜗可由体外语言处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。

人工耳蜗植入手术的实质就是将人工耳蜗体内部分放入耳后的皮下和颅骨外并固定。该手术对执行者的要求极高，需要在不损伤电极的情况下，将电极深深地插入鼓阶内，在不损伤电极和植入体的同时，也不能损伤电极和植入体周围的结构，如头皮，外耳道，鼓膜，面神经等，因此手术过程存在一定风险，如损坏前庭系统或面神经等，并且目前仍未找到较好的解决方法。随着计算机和视觉等技术的发展，导航下的微创手术逐渐推广，不仅减小了手术创伤，还提高了手术精度。进行导航手术最关键的两个问题在于人体术区器官组织和手术器材工作空间的配准和实时导航。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法，在人工耳蜗植入手术过程中对手术工具进行定位和导航，协助医生，以提高手术精度，降低手术风险。

(二)技术方案

为达成上述目的，本发明提供一种用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法，由以下几个步骤构成：

s1.患者头部(2)与头架(6)固定，在患侧耳廓后植入4根钛钉(3)；

s2.进行头部ct扫描，三维重建钛钉(3)、外耳道及耳蜗等相关组织，获得在影像空间中的各自坐标；

s3.依次将探针(4)与各个钛钉(3)顶部连接，双目跟踪传感器(7)分别采集探针(4)及头架(6)上的标记点(5)的空间坐标；

s4.根据探针(4)在头架(6)参照系下的空间坐标计算所连接钛钉(3)在头架(6)参照系下的空间坐标；

s5.根据钛钉(3)在头架(6)参照系下的坐标和影像空间中钛钉(3)及耳蜗各组织的坐标计算耳蜗等组织在头架(6)参照系下的空间坐标；

s6.进行人工耳蜗植入手术，利用双目跟踪传感器(7)通过跟踪手术工具上的标记点(5)对手术工具进行实时定位和导航。

根据本发明，步骤s1中的固定是指手术过程中患者头部(2)与头架(6)始终保持相对静止，头架(6)上的标记点(5)可被双目跟踪传感器(7)所识别；植入的钛钉(3)是由钛合金材料制作且顶部带有凹槽的特殊螺钉。

根据本发明，步骤s2中，对ct图像进行三维重建是指根据序列ct图像重建出钛钉(3)和患者耳蜗及其周围组织的三维模型和空间坐标，从而获得钛钉(3)和耳蜗等组织的空间位置关系。

根据本发明，步骤s3中，探针末端(402)可依次插入到各个钛钉(3)顶部的凹槽中，探针首端(401)上的标记点(5)可被双目跟踪传感器(7)所识别；双目跟踪传感器(7)可获得探针(4)和头架(6)上的标记点(5)的空间坐标。

根据本发明，步骤s4中，构建头架(6)的空间坐标系，根据探针(4)的机械尺寸，探针(4)和头架(6)在双目跟踪传感器(7)下的坐标计算出钛钉在头架(6)参照系下的空间坐标。

根据本发明，步骤s5中，根据s2中获得的钛钉(3)与耳蜗及其周围组织之间的空间位置关系和s4中获得的钛钉(3)在头架(6)参照系下的空间坐标，可以计算出头架(6)参照系下患者耳蜗及其周围组织的空间坐标和位置，配准结束。

根据本发明，步骤s6中，手术工具上有标记点(5)，手术的过程中，通过双目跟踪传感器(7)对器械进行定位，结合手术工具的物理尺寸将器械末端坐标转换到头架(6)参照系下，实现了手术过程中的器械导航。

(三)有益效果

本发明的用于人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法，根据探针和头架的标记点以及钛钉和患者耳蜗的ct图像统一到参考坐标系下，能够精确的对手术工具进行定位，并根据术前规划进行导航，便于医生操作，提高了手术的精度，降低了手术风险和对患者可能的损伤。

附图说明

图1是本发明提供的人工耳蜗导航手术的钛钉配准装置与方法示意图；

图2是头架和钛钉的装置示意图；

图3是头架的结构示意图；

图4是钛钉的结构示意图；

图5是探针和钛钉的配合示意图；

图中，各部件的标记如下：

1-手术床2-患者3-钛钉4-探针

5-标记点6-头架7-双目传感器601-右支架

602-左支架603-弹簧夹401-探针首端402-探针末端

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细说明本发明所述的一种用于人工耳蜗导航的钛钉配准装置与方法，但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。

参照图1和图2，手术前在患者术侧耳廓后植入4根钛钉，对患者进行头部ct扫描，使用计算机对钛钉(3)、耳蜗及周围组织进行三维重建，在影像空间中获得其各自坐标和相对位置关系，根据手术需求进行三维手术路径的规划。

参照图3，手术时，人体(2)平躺于手术床(1)上，头部侧放，植入钛钉侧朝上方；将头架(6)弹簧夹(603)夹在手术床(1)上，依次调整左支架(602)和右支架(601)，夹紧人体头部，保证手术时人体头部的稳定。

参照图4和图5，依次将探针末端(402)可依次插入到各个钛钉(3)顶部的凹槽中，探针首端(401)上的标记点(5)可被双目跟踪传感器(7)所识别；双目跟踪传感器(7)可获得探针(4)和头架(6)上的标记点(5)的空间坐标。

构建头架(6)的空间坐标系，根据探针(4)的机械尺寸，探针(4)和头架(6)在双目跟踪传感器(7)下的坐标计算出钛钉在头架(6)参照系下的空间坐标。

根据在影像分割中获得的钛钉(3)与耳蜗及其周围组织之间的空间位置关系和探针采集中获得的钛钉(3)在头架(6)参照系下的空间坐标，可以计算出头架(6)参照系下患者耳蜗及其周围组织的空间坐标和位置，配准结束。

进行人工耳蜗植入手术，手术工具上有标记点(5)，手术的过程中，通过双目跟踪传感器(7)对器械进行定位，结合手术工具的物理尺寸将器械末端坐标转换到头架(6)参照系下，实现了手术过程中的器械导航。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。