一种实时导航系统及方法与流程

1.本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种实时导航系统及方法。


背景技术：

2.现有技术均为在ct、mr或x光机引导下，通过设备将定位针植入体内病灶附近进行定位，医生在术中基于胸腔镜引导下，进行手术去除病变组织。但是，在手术过程中没办法做到实时引导，医生首先需要在镜头下寻找到定位针，其次基于自身经验确定定位针附近肿瘤组织的边缘，并进行切除，如果肿瘤组织切除不完整，操作对象有可能面临再次手术以及肿瘤转移的风险。在放疗方案中，需要在术中先进行穿刺。当病灶位置较深时，使用穿刺针或消融针进行穿刺后，再利用光学进行导航定位，其中，较长的穿刺针滞留在人体内，当人体内脏器官发生蠕动时，穿刺针会对人体内脏器官切割，对操作对象产生伤害。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种实时导航的系统及方法，由于做一次ct耗时耗力且成本高，定位针注入体内后不易对定位针实时跟踪，定位针在注入操作对象体内后可能会出现位移，导致定位针对操作对象内脏器官切割，对操作对象产生伤害，本发明创造提供了一种具有传感器的穿刺针，能够实时对定位针进行位置确定，能够及时发现定位针发生偏移进而及时采取相应措施，防止定位针对操作对象内脏器官切割，对操作对象产生伤害。本发明创造还实现了在手术中能够实时获取病灶位置、病灶范围及手术器械位置，确定三者互相相对位置，进行手术路线规划，并及时修正手术器械的路径，病灶范围也能提高病灶的全部切除率及减少正常组织的切除。
4.具体的，一种实时导航系统，其特征在于，包括：位置发送单元、处理单元、通信单元、控制单元、显示单元；
5.所述位置发送单元用于实时发送病灶信息；
6.所述通信单元用于所述位置发送单元与所述处理单元以及所述处理单元与所述控制单元的通信；
7.所述处理单元用于接收所述位置发送单元实时发送的病灶信息，并确定实时相对位置；
8.所述控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息；
9.所述显示单元显示所述控制单元实时生成的图像信息。
10.进一步地，所述位置发送单元用于实时发送手术器械信息；
11.所述通信单元用于所述位置发送单元与所述处理单元以及所述处理单元与所述控制单元的通信；
12.所述处理单元用于接收所述位置发送单元实时发送的病灶信息以及手术器械信息，并确定实时相对位置；
13.所述控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息，并
根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划；
14.所述显示单元还包括对手术器械的实时路径规划的显示。
15.进一步地，所述位置发送单元为传感器，所述传感器包括光传感器和/或磁传感器。
16.进一步地，所述导航系统包括光导航系统和/或磁导航系统。
17.进一步地，所述位置发送单元包括磁导航位置发送单元和/或光导航位置发送单元；
18.所述光导航位置发送单元还包括定位针、光传感器、激光发射单元；
19.所述磁导航位置发送单元还包括定位针、磁传感器、磁场发生单元。
20.进一步地，所述处理单元确定的实时相对位置包括所述位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置，所述病灶信息包括病灶的位置和范围。
21.进一步地，处理单元确定的实时相对位置包括手术器械和所述位置发送单元的相对位置及手术器械和病灶的相对位置；所述位置发送单元实时发送的信号包括病灶的位置和范围以及手术器械的位置。
22.进一步地，还包括扫描单元、病灶确定单元、穿刺单元；
23.所述扫描单元用于对操作对象进行扫描；
24.所述病灶确定单元用于确定病灶位置，以实现所述用于实时发送病灶信息的位置发送单元放置位置的确定；
25.所述控制单元用于根据确定的病灶位置进行注入靶点及路径规划；
26.穿刺单元根据规划的路径将所述位置发送单元注入所述注入靶点。
27.具体的，应用一种实时导航系统的一种实时导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
28.所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送实时获取的病灶信息；
29.所述处理单元根据接收的所述病灶信息确定实时相对位置；
30.所述控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息；
31.所述显示单元实时显示所述控制单元实时生成的图像信息。
32.进一步地，包括所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送实时获取的所述病灶信息及所述手术器械信息；
33.所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送所述病灶的位置和范围信号以及手术器械的位置信号；
34.所述处理单元根据接收的所述位置发送单元实时发送的所述病灶信息及所述手术器械信息，确定手术器械和所述位置发送单元的相对位置及手术器械和病灶的相对位置；所述控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划；
35.所述显示单元实时显示所述控制单元实时生成的图像信息及所述手术器械的实时规划的路径。
36.进一步地，包括所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送实时获取的所述病灶的位置和范围；
37.所述处理单元根据接收的所述位置发送单元发送的所述病灶的位置和范围，确定
所述位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置；
38.所述处理单元通过所述通信单元向所述控制单元发送确定的所述实时位置与原始位置的实时相对位置；
39.所述控制单元接收所述实时位置与原始位置的实时相对位置，实时生成定位图像信息；
40.所述显示单元实时显示所述控制单元实时生成的图像信息。
41.进一步地，包括所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送实时获取的所述病灶的位置和范围以及所述手术器械的位置；
42.所述处理单元根据接收的所述病灶位置、所述病灶范围以及所述手术器械的位置，确定所述手术器械与所述位置发送单元的实时相对位置以及所述手术器械与所述病灶的实时相对位置；
43.所述控制单元根据所述处理单元确定的所述手术器械与所述位置发送单元的实时相对位置以及所述手术器械与所述病灶的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划；
44.所述显示单元实时显示所述控制单元实时生成的图像信息及所述手术器械的实时路径规划。
45.进一步地，所述位置发送单元通过所述通信单元向所述处理单元发送实时获取的病灶信息前还包括步骤：
46.所述扫描单元对操作对象进行扫描；
47.所述病灶确定单元确定操作对象病灶位置；
48.所述控制单元根据所述操作对象病灶位置进行靶点的确定、位置发送单元的确定以及到达路径的规划；
49.将所述位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置。
50.进一步地，将所述位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置具体包括：
51.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是光定位针；
52.所述光定位针置入光穿刺装置的穿刺腔体中，将光穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动光穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置。
53.进一步地，所述将所述位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置具体包括：
54.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是磁定位针，所述磁定位针具有拉线；
55.所述磁定位针置入磁穿刺装置的穿刺腔体中，将磁穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动磁穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置，所述拉线一端连接所述磁定位针，另一端置于操作对象体表外侧。
56.本发明的优点在于：
57.本发明提供了一种实时导航的装置及方法，通过在操作对象体内植入位置发送单元，以及在手术器械上安装位置发送单元进行实时定位，实现在手术过程中，实时定位病灶
位置位置，确定病灶范围，实时定位手术器械位置，进而确定位置发送单元与病灶的实时相对位置关系以及病灶与手术器械的实时相对位置关系，便于实时规划并修正手术器械的手术路径，便于精准切除病灶组织，减少正常组织的切除；同时实时获取位置发送单元位置，能够及时发现位置发送单元发生偏移而及时采取措施，防止位置发送单元对操作对象内脏器官切割，对操作对象产生伤害。
附图说明
58.图1是本发明一种实时导航系统的示意图；
59.图2是本发明的一种光定位针；
60.图3是本发明的一种磁定位针；
61.图4是本发明的一种注入光定位针的光穿刺装置；
62.图5是本发明的一种注入磁定位针的磁穿刺装置；
63.图6是本发明的一种病灶距离体表距离数据小于光穿刺针长度数据的穿刺光定位针后的附图；
64.图7是本发明的一种病灶距离体表距离数据大于磁穿刺针长度数据的穿刺磁定位针后的附图；
65.图8是本发明的一种磁导航系统；
66.图9是本发明的一种光导航系统；
67.图10是本发明一种实时导航方法的流程示意图；
68.图11是本发明一种实时导航方法的流程示意图。
具体实施方式
69.下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
70.本发明实施例中的一种实施导航系统包括光导航系统和磁导航系统。其中，光导航系统包括光采集单元例如红外摄像头及具有光传感器的位置发送单元，利用双目立体视觉定位原理获取手术器械上的标记点三维坐标；磁导航系统包括磁场发生器、磁采集单元及具有磁传感器位置发送单元，通过电磁信号来跟踪定位针、病灶、手术器械的位置信息，从而实现手术器械在手术中手术路线的精确引导。导航仪主体由计算机、显示器、电磁信号发射器、电磁跟踪适配器构成。磁导航设备体积小、易测量、操作方便、穿透性强、不怕遮挡、精确度较好。
71.本发明公开的位置发送单元采用定位针，定位针的形状包括但不限于t型、j型等。本发明定位针包括光定位针和磁定位针，对应有光导航系统和磁导航系统。其中，根据ct对病灶的确定，进行光定位针和/或磁定位针的确定，进而确定光导航系统和/或磁导航系统。例如，当病灶属于浅表病灶，即病灶距离体表距离不超过光定位针针杆长度的病灶，采用光定位针，系统采用光导航系统。光定位针一端位于病灶附近，另一端伸出体表，在体外进行固定，并留有接口。接口可以连接安装有反光球的刚体，对应的光导航系统包括光传感单元、激光发射单元、处理单元及显示单元，所述激光发射单元用于发射红外线给所述反光球，经由所述红外线反光球反射回至所述光传感单元即光传感器，所述光传感器例如红外
摄像头获取反射回的红外线信息并发送给所述处理单元通过相对坐标转换算法计算出所述光定位针的位置，并将处理结果经由所述显示器显示。当病灶较深，采用磁定位针，系统采用磁导航系统。磁定位针具有拉线，拉线一端与定位针连接，另一端伸出体表，在体外进行固定，并留有接口，磁定位针安装有磁传感器。拉线伸出体表一端设有接口，接口直接连接磁导航系统。拉线内置导线，可传导磁传感器的信号。其中，穿刺单元包括光穿刺装置和磁穿刺装置，分别用于注入光定位针和磁定位针。
72.实施例一
73.根据附图1至图3和图6至图9所示的一种实施导航系统，包括：位置发送单元、处理单元、通信单元、控制单元、显示单元；
74.所述位置发送单元用于实时发送病灶信息；其中，该位置发送单元位于操作对象病灶位置，包括传感器，其中，传感器包括光传感器和磁传感器。
75.其中，磁导航系统中的位置发送单元实时发送的信号包括位置发送单元的位置，即磁传感器的位置，其中，磁传感器固定在磁定位针上。
76.其中，光导航系统中的位置发送单元包括光定位针、带有反光球的刚体、光传感器、激光发射器。具体包括激光发射器用于发射红外线给所述反光球，经由所述红外线反光球反射回至所述光传感器，所述光传感器获取反射回的红外线信息并发送给所述处理单元通过相对坐标转换算法计算出所述光定位针的位置，并将处理结果经由所述显示器显示。通信单元包括通信接口，通信接口例如物理通信接口或虚拟通信接口连接所述位置发送单元与所述处理单元，或连接所述处理单元与所述控制单元，用于所述位置发送单元与所述处理单元以及所述处理单元与所述控制单元的通信。
77.所述处理单元通过通信单元接收所述位置发送单元实时发送的病灶信息，并确定实时相对位置；其中，该处理单元确定的相对位置包括位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置。
78.所述控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息。
79.所述显示单元显示所述控制单元实时生成的图像信息。
80.实施例二
81.根据附图1至图3和图6至图9所示的一种实施导航系统，包括：位置发送单元、处理单元、通信单元、控制单元、显示单元。
82.位置发送单元用于实时发送病灶信息及手术器械信息。其中，磁导航系统中的位置发送单元包括至少一个磁传感器，分别固定在操作对象病灶位置以及手术器械位置，其中，操作对象病灶位置设有多个传感器用于确定病灶范围。其中，操作对象病灶位置设置的多个磁传感器实时发送的信号包括磁传感器的位置病灶范围，从而确定病灶位置及病灶范围，手术器械位置设置的磁传感器实时发送的信号包括磁传感器的位置，从而确定手术器械位置，固定在操作对象病灶位置的磁传感器固定在磁定位针上。其中，光导航系统中的位置发送单元包括定位针、带有反光球的刚体、光传感器、激光发射器，其中定位针固定在操作对象病灶位置，带有反光球的刚体分别固定在定位针和手术器械上，激光发射器用于发射红外线给所述反光球，经由所述红外线反光球反射回至所述光传感器，所述光传感器获取反射回的红外线信息并发送给所述处理单元通过相对坐标转换算法计算出所述光定位针的位置，从而确定病灶位置，同理确定手术器械位置。其中，多个光定位针可确定病灶范
围。
83.通信单元包括通信接口，通信接口例如物理通信接口或虚拟通信接口连接所述位置发送单元与所述处理单元，或连接所述处理单元与所述控制单元，用于所述位置发送单元与所述处理单元以及所述处理单元与所述控制单元的通信。本实施例中位置发送单元与处理单元的连接采用物理接口的连接方式。
84.处理单元通过通信单元接收所述位置发送单元实时发送的病灶信息以及手术器械信息，并确定实时相对位置；其中，该处理单元确定的相对位置包括位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置，手术器械和位置发送单元的相对位置以及手术器械和病灶的相对位置。
85.控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划；
86.所述显示单元实时显示生成的定位图像及手术器械实时规划的路径。
87.实施例三
88.根据附图1至9所示的一种实施导航系统的另一实施方式，还包括：位置发送单元、处理单元、通信单元、控制单元、显示单元、扫描单元、病灶确定单元、穿刺单元；
89.扫描单元例如ct、mr或x光机对操作对象进行扫描；
90.病灶确定单元用于确定病灶位置，以实现所述位置发送单元，即固定有传感器的定位针的放置位置的确定；
91.控制单元用于根据确定的病灶位置进行光定位针和/或磁定位针的确定、穿刺靶点的确定及路径规划；根据光定位针和/或磁定位针的确定确定导航系统采用光导航系统和/或磁导航系统。
92.穿刺单元例如穿刺装置根据规划的路径，向确定的注入靶点注入定位针。
93.例如确定病灶位置距离体表较深，采用磁定位针及磁导航系统，位置发送单元实时发送病灶信息。
94.处理单元通过通信单元接收位置发送单元实时发送的病灶信息，并确定实时相对位置。其中，该处理单元确定的相对位置包括位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置。
95.控制单元根据处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息。
96.所述显示单元显示所述控制单元实时生成的图像信息。
97.实施例四
98.根据附图1至9所示的一种实施导航系统的另一实施方式，包括：位置发送单元、处理单元、通信单元、控制单元、显示单元、扫描单元、病灶确定单元、穿刺单元。
99.扫描单元用于对操作对象进行扫描，该扫描单元例如ct、mr或x光机等能确定病灶位置及范围的扫描单元；
100.病灶确定单元用于确定病灶位置，以实现所述位置发送单元，即固定有传感器的定位针的放置位置的确定；
101.控制单元用于根据确定的病灶位置进行光定位针和/或磁定位针的确定、注入靶点的确定及路径规划；根据光定位针和/或磁定位针的确定确定导航系统采用光导航系统和/或磁导航系统。
102.穿刺单元根据规划的路径，向确定的注入靶点注入定位针。
103.例如确定病灶位置距离体表较深，采用磁定位针及磁导航系统，位置发送单元例如磁传感器实时发送病灶信息例如发送单元的位置、病灶的位置、病灶的范围；同时手术器械上固定的位置发送单元例如磁传感器实时发送位置发送手术器械的位置。
104.处理单元通过通信单元接收位置发送单元实时发送的病灶信息，并确定实时相对位置。其中，该处理单元确定的相对位置包括位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置；以及手术器械和位置发送单元的相对位置及手术器械和病灶的相对位置。
105.控制单元根据所述处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划；
106.所述显示单元实时显示生成的定位图像及手术器械实时规划的路径。
107.实施例五
108.如附图10所示的一种实时导航方法，包括如下步骤：
109.s110：位置发送单元通过通信单元向处理单元发送实时获取的病灶信息。
110.s120：处理单元根据接收的病灶信息确定实时相对位置。其中，处理单元根据接收的病灶信息例如位置发送单元的实时位置确定实时相对位置，例如确定位置发送单元的实时位置与原始位置的实时相对位置，以及时发现定位针发生偏移进而及时采取相应措施，防止定位针对操作对象内脏器官切割，对操作对象产生伤害。
111.s130：控制单元根据处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息。
112.s140：显示单元实时显示控制单元实时生成的图像信息。
113.其中，所述s110步骤前还包括如下步骤：
114.扫描单元对操作对象进行扫描；
115.病灶确定单元确定操作对象病灶位置；
116.控制单元根据操作对象病灶位置进行靶点的确定、位置发送单元的确定以及到达路径的规划；
117.将位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置。
118.其中，将位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置实施例如下：
119.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是光定位针，确定导航系统是光导航系统；光定位针置入穿刺装置的穿刺腔体中，将穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置。
120.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是磁定位针，确定导航系统是磁导航系统，所述磁定位针具有拉线；磁定位针置入穿刺装置的穿刺腔体中，将穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置，所述拉线一端连接所述磁定位针，另一端置于操作对象体表外侧。
121.实施例六
122.如附图11所示的一种实时导航方法，包括如下步骤：
123.s210：位置发送单元通过通信单元向处理单元发送实时获取的病灶信息及所述手术器械信息。例如：位置发送单元通过通信单元向处理单元发送实时获取的病灶位置、病灶
范围以及手术器械的位置。
124.s220：处理单元根据接收的位置发送单元实时发送的病灶信息及手术器械信息，确定手术器械和该位置发送单元的相对位置以及手术器械和病灶的相对位置。例如：处理单元根据接收的位置发送单元实时发送的病灶位置、病灶范围以及手术器械的位置，确定手术器械与位置发送单元的实时相对位置以及手术器械与病灶的实时相对位置。
125.s230：控制单元根据处理单元确定的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划。例如：控制单元根据处理单元确定的手术器械与位置发送单元的实时相对位置以及手术器械与病灶的实时相对位置实时生成定位图像信息，并根据实时生成的定位图像信息对手术器械进行实时路径规划。
126.s240：显示单元实时显示控制单元实时生成的图像信息及所述手术器械的实时规划的路径。
127.其中，所述s210步骤前还包括如下步骤：
128.扫描单元对操作对象进行扫描；
129.病灶确定单元确定操作对象病灶位置；
130.控制单元根据操作对象病灶位置进行靶点的确定、位置发送单元的确定以及到达路径的规划；
131.将位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置。其中，将位置发送单元按照规划的到达路径注入至所述靶点位置实施例如下：
132.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是光定位针，确定导航系统是光导航系统；光定位针置入穿刺装置的穿刺腔体中，将穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置。
133.根据操作对象病灶位置确定位置发送单元是磁定位针，确定导航系统是光导航系统，所述磁定位针具有拉线；磁定位针置入穿刺装置的穿刺腔体中，将穿刺装置的穿刺针头按照规划的到达路径刺入操作对象的病灶处的靶点，推动穿刺装置手柄，使光定位针自穿刺腔体脱离，注入至所述靶点位置，所述拉线一端连接所述磁定位针，另一端置于操作对象体表外侧。
134.例如，磁定位针与手术器械处于磁场发生器的磁场范围内，磁定位针接口连接磁导航系统，磁导航系统根据磁定位针上的磁传感器发送的信号计算出该磁定位针在磁场内的位置和姿态，推算出病灶在磁场中的位置和范围；手术器械上的磁传感器向磁导航系统发送手术器械的位置信号，磁导航系统的处理单元确定器械与定位针、器械与病灶的相对位置关系，实时规划手术路线，进行手术导航，切除病灶。
135.光导航系统中的位置发送单元包括定位针、带有反光球的刚体、光传感器、激光发射器，其中定位针固定在操作对象病灶位置，带有反光球的刚体分别固定在定位针和手术器械上，激光发射器用于发射红外线给所述反光球，经由所述红外线反光球反射回至所述光传感器例如红外摄像头，所述光传感器获取反射回的红外线信息并发送给所述处理单元通过相对坐标转换算法计算出所述光定位针的位置，从而确定病灶位置，同理确定手术器械位置。其中，多个光定位针可确定病灶范围。
136.例如，光定位针接口连接有反光球的刚体，所述反光球处于光导航系统中光传感
器例如红外摄像头采集范围内，即红外摄像头可以捕捉到所有反光球；手术器械上也安装有具有反光球的刚体，且手术器械的反光球处于红外摄像头可以捕捉的范围内。光导航系统接收光定位针端及手术器械端反光球的信号，处理单元确定光定位针的位置和姿态，推算出病灶的位置和范围，以及手术器械的位置信号；确定器械与定位针、器械与病灶的相对位置关系，实时规划手术路线，进行手术导航，切除病灶。
137.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。