一种基于计算机视觉的人工耳蜗植入手术系统

摘要

本发明涉及一种基于计算机视觉的人工耳蜗植入手术系统，其特征在于：它包括计算机、头部固定支架、粗调被动臂、双平面机器人、CT扫描机和光电导航设备；计算机内还设置有VTKPlatform配准导航平台，它包括图像可视化单元、图像切割单元、空间配准单元、规划单元和导航单元，图像可视化单元用于将患者的CT数据读入、重建和显示，图像切割单元用于对患者的CT数据进行切割，获取手术区域数据，空间配准单元用于将CT图像空间和实际空间联系起来，生成配准矩阵，规划单元用于在CT图像空间对植入人工耳蜗的手术路径进行规划，导航单元在光电导航设备的跟踪下，结合患者耳蜗面绘制模型，根据规划路径引导医生完成人工耳蜗的植入手术。本发明可以广泛应用于人工耳蜗植入手术中。

主权项

一种基于计算机视觉的人工耳蜗植入手术系统，它包括一计算机、一头部固定支架、一粗调被动臂和一双平面机器人；所述头部固定支架用于手术时对患者头部进行支撑固定；所述粗调被动臂的一端固定在手术床上，另一端连接所述双平面机器人的后端部，所述双平面机器人的前端部夹持一电钻；其特征在于：还包括一CT扫描机和一光电导航设备，所述CT扫描机用于术前对患者头部进行CT扫描，获取患者耳蜗的CT数据，并将CT数据下载后传入所述计算机；所述光电导航设备连接所述计算机，在配准时，所述光电导航设备用于采集实际空间参考点的位置，在导航时，所述光电导航设备用于跟踪所述电钻在实际空间位置；所述计算机内设置有一VTKPlatform配准导航平台，所述VTKPlatform配准导航平台包括图像可视化单元、图像切割单元、空间配准单元、规划单元和导航单元；所述图像可视化单元用于将患者的CT数据读入、重建和显示，提供一个可视化的虚拟三维环境；所述图像切割单元用于对患者的CT数据进行切割，获取手术区域数据，剪裁掉非手术区域的冗余数据；所述空间配准单元用于将CT图像空间和实际空间联系起来，将实际空间的操作映射到CT图像空间，生成配准矩阵；所述规划单元用于在CT图像空间对植入人工耳蜗的手术路径进行规划；所述导航单元在所述光电导航设备的跟踪下，将实际空间的电钻的位置和姿态通过所述配准矩阵映射到CT图像空间，并结合患者耳蜗面绘制模型，根据规划路径引导医生完成人工耳蜗的植入手术；所述空间配准单元包括手术器械导入与标定单元、CT图像空间点云获取模块、实际空间点云获取模块和配准矩阵计算单元；所述手术器械导入与标定单元用于导入模拟电钻模型，并完成模拟电钻模型与CT空间的标定；所述CT图像空间点云获取模块用于在CT图像空间采集所有目标点位置点云P；所述实际空间点云获取模块用于在实际空间中采集参考点位置点云Q；所述配准矩阵计算单元基于用于获取实际空间点云Q映射到CT图像空间点云P的配准矩阵，具体是：配准矩阵计算单元基于ICP算法对实际空间点云Q不断进行变换逼近CT图像空间点云Q，直到两者重合时，得到配准矩阵；其中，目标点位置点云P是通过开启光电导航设备，采用导航探针去逐个接触设置在头部的实际钛钉，采集所有钛钉的空间位置，在采集点云过程中，对于任何一个钛钉都可以采集任意多的点，但要求点云中的相邻点的距离都要大于一个极小的特定值；参考点位置点云Q是在CT图像空间通过一小球依次移动模拟每一钛钉的位置，即：移动小球让它包裹住钛钉的钉帽，此时即可采集被小球包裹住的钛钉的点云，依次移动小球包裹每一钛钉，即可采集CT图像空间中的所有钛钉的位置；所述规划单元通过调整目标点和进针点的位置在CT空间中对手术路径进行设计和规划，并通过三维立体图像观察此轨迹是否与耳蜗相切且从面神经以及鼓索神经中间的狭缝穿过而不损伤这两条重要神经，其中，目标点用于表示手术期望的电钻隧道和耳蜗的相切点，进针点用于表示电钻最开始与皮肤和骨骼接触的点，这两个点确定了电钻隧道的位置。