人體器官運動監測方法和人體導航系統。提供了手術過程中實時監測人體器官的運動的人體器官運動監測方法和手術導航系統。該人體器官運動監測方法包括：獲得從術前三維立體醫學圖像中識別的各個運動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態；在手術中實時確定各個運動監測工具在定位坐標系中的第二位置和姿態；基于各個運動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態以及在定位坐標系中的第二位置和姿態，實時計算定位坐標系到影像坐標系之間的最優坐標轉換關系，以及基于該最優坐標轉換關系計算各個運動監測工具在從定位坐標系到影像坐標系的坐標轉換的總體誤差；基于實時確定的各個時刻的各個運動監測工具的坐標轉換總體誤差，評估人體器官在該各個時刻相對于手術前掃描時刻的運動程度。

1.一種手術導航系統中的手術導航工作站，該手術導航系統還包括定位
設備、兩個以上的運動監測工具、三維立體醫學圖像獲得單元，其中定位設
備用于跟蹤手術工具和運動監測工具在定位坐標系中的位置和姿態；兩個或
兩個以上的運動監測工具被固定于患者身體上，其在定位坐標系中的位置和
姿態能夠被定位設備跟蹤到；三維立體醫學圖像獲得單元用于獲得手術前的
固定有運動監測工具的患者的醫療部位的三維立體醫學圖像，該立體醫學圖
像具有相關聯的影像坐標系，
所述手術導航工作站包括存儲器和處理器，進行術前三維立體醫學圖像
與手術中的手術工具圖像的配準和組合，并在所連接的顯示設備上進行可視
化顯示，以指導手術執行者的手術操作；
所述手術導航工作站通過下述操作監視人體器官的運動狀態：
從術前三維立體醫學圖像中識別各個運動監測工具在影像坐標系
中的第一位置和姿態；
在手術中實時確定各個運動監測工具在定位坐標系中的第二位置
和姿態；
基于各個運動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態以及在
定位坐標系中的第二位置和姿態，實時計算定位坐標系到影像坐標系之間的
最優坐標轉換關系，以及計算各個運動監測工具在從定位坐標系到影像坐標
系的坐標轉換的總體誤差；以及
基于實時確定的各個時刻的坐標轉換的總體誤差，來評估人體器官在
該各個時刻相對于手術前掃描時刻的運動程度。
2.根據權利要求1的手術導航工作站，其中所述人體器官的運動包括肺
部的呼吸周期的各個階段。
3.根據權利要求1的手術導航工作站，還包括基于所述評估人體器官在
該各個時刻相對于手術前三維掃描時刻的運動程度，確定手術工具介入人體
病灶的時機，并向執行手術的操作者提示該時機。
4.根據權利要求1的手術導航工作站，還包括：
確定坐標轉換的總體誤差小于預定閾值的時刻；
確定該時刻的定位坐標系到影像坐標系的坐標轉換矩陣；
基于該坐標轉換矩陣，確定手術工具在影像坐標系中的位置，并將手術
工具的圖像在該位置與立體醫學圖像組合地顯示在顯示裝置上。
5.根據權利要求1的手術導航工作站，所述手術工具是穿刺針。
6.根據權利要求1的手術導航工作站，所述每個運動監測工具具有至少
四個能夠被定位設備跟蹤的標志點，其中任意三個標志點不共線，其中通過
在該三維立體醫學圖像中識別每個運動監測工具的各個標志點來識別各個運
動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態；以及在手術中定位設備通過
跟蹤每個運動監測工具的各個標志點來確定各個運動監測工具在定位坐標系
中的第二位置和姿態。
7.根據權利要求1的手術導航工作站，所述運動監測工具被固定于受人
體器官運動影響大的患者身體部位上。
8.根據權利要求1的手術導航工作站，所述定位設備為電磁跟蹤器。
9.一種手術導航系統，包括：
定位設備，用于跟蹤手術工具和運動監測工具在定位坐標系中的位置和
姿態；
兩個以上的運動監測工具，被固定于患者身體上，其在定位坐標系中的
位置和姿態能夠被定位設備跟蹤到；
三維立體醫學圖像獲得單元，用于獲得手術前的固定有運動監測工具的
患者的醫療部位的三維立體醫學圖像，該立體醫學圖像具有相關聯的影像坐
標系；
手術導航工作站，進行術前三維立體醫學圖像與手術中的手術工具圖像
的配準和組合，并在所連接的顯示設備上進行可視化顯示，以指導手術執行
者的手術操作；
其中，所述手術導航工作站還通過下述操作監視人體器官的運動
狀態：
從術前三維立體醫學圖像中識別各個運動監測工具在影像坐標系
中的第一位置和姿態；
在手術中實時確定各個運動監測工具在定位坐標系中的第二位置
和姿態；
基于各個運動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態以及在
定位坐標系中的第二位置和姿態，實時計算定位坐標系到影像坐標系之間的
最優坐標轉換關系，以及計算各個運動監測工具在從定位坐標系到影像坐標
系的坐標轉換的總體誤差；以及
基于實時確定的各個時刻的坐標轉換的總體誤差，來評估人體器
官在該各個時刻相對于手術前掃描時刻的運動程度。
10.根據權利要求9的手術導航系統，其中所述人體器官的運動包括肺
部的呼吸周期的各個階段。
11.根據權利要求9的手術導航系統，所述手術導航工作站基于所述評
估的人體器官在該各個時刻相對于手術前掃描時刻的運動程度，確定手術工
具介入人體病灶的時機，并向執行手術的操作者提示該時機。
12.根據權利要求9的手術導航系統，所述手術導航工作站還配置為：
確定坐標轉換的總體誤差小于預定閾值的時刻；
確定該時刻的定位坐標系到影像坐標系的坐標轉換矩陣；以及
基于該坐標轉換矩陣，實時確定手術工具在影像坐標系中的位置，并將
手術工具的圖像在該位置與三維立體醫學圖像組合地顯示在顯示設備上。
13.根據權利要求9的手術導航系統，所述手術工具是穿刺針。
14.根據權利要求9的手術導航系統，所述每個運動監測工具具有至少
四個能夠被定位設備跟蹤的標志點，其中任意三個標志點不共線，其中通過
在該三維立體醫學圖像中識別每個運動監測工具的各個標志點來識別各個運
動監測工具在影像坐標系中的第一位置和姿態；以及在手術中定位設備通過
跟蹤每個運動監測工具的各個標志點來確定各個運動監測工具在定位坐標系
中的第二位置和姿態。
15.根據權利要求9的手術導航系統，所述運動監測工具被固定于受人
體器官運動影響大的患者身體部位上。