CN107174343A - 基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,包括以下步骤:S1:利用红外光学定位***、第一靶体和第二靶体分别获取C臂的空间方位信息和图像的空间方位信息,同时启动C臂的序列采集工作站,采集模体的序列图像;S2:利用步骤S1获取的序列图像对C臂进行几何校正,获取C臂的几何信息;S3:将步骤S1获取的C臂的空间方位信息和图像方位信息、步骤S2获取的C臂的几何信息以及实际应用中的C臂的空间方位信息和三维数字图像结合起来,采用基于遗传算法的配准技术完成空间坐标系到图像坐标系的转换;S4:将步骤S3得到的效果实时显示在客户端。本发明方法安全、有效、实用,可实现实时监控,能够有效提高手术的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,特别是涉及基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法。
背景技术
在脊柱外科椎弓根钉植入手术中,如何确保在理想的位置植入螺钉,最大限度的减少手术风险,仍是医学临床界的一大难题。现有技术中尚未有理想的三维骨科手术导航空间配准方法。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种安全、实用、有效的能够实现实时监控的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法。
技术方案:本发明所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,包括以下步骤:
S1:利用红外光学定位***、第一靶体和第二靶体分别获取C臂的空间方位信息和图像的空间方位信息,同时启动C臂的序列采集工作站,采集模体的序列图像;
S2:利用步骤S1获取的序列图像对C臂进行几何校正,获取C臂的几何信息;
S3:将步骤S1获取的C臂的空间方位信息和图像方位信息、步骤S2获取的C臂的几何信息以及实际应用中的C臂的空间方位信息和三维数字图像结合起来,采用基于遗传算法的配准技术完成空间坐标系到图像坐标系的转换;
S4:将步骤S3得到的效果实时显示在客户端。
进一步,所述第一靶体用于获取C臂的空间方位信息,第一靶体包括支架和分布在支架上的四个NDI被动反光小球。
进一步,所述任意两个小球之间距离大于60mm,任意一个小球到其他任意两个小球之间的距离之差大于7mm,使得第一靶体成为有独立的刚体,各个小球能被红外光学定位***唯一识别。
进一步,所述第一靶体的各个小球正对红外光学定位***。
进一步,所述第二靶体用于获取图像的空间方位信息,第二靶体包括立方体,立方体的体心位置设有钢球,立方体的一个面的中心位置设有支架,支架上分布有四个NDI被动反光小球。
进一步,所述立方体采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。
进一步,所述钢球的半径为1.5mm。
有益效果:本发明公开了一种基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,将C臂的空间方位信息、图像空间方位信息、C臂的几何信息、实际应用中的C臂的空间方位信息和C臂的三维数字图像有效地结合起来,基于遗传算法的配准技术,成功实现了空间坐标系到图像坐标系的转换,并将最终效果实时显示在客户端。本发明方法安全、有效、实用,可实现实时监控,能够有效提高手术的安全性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图,对本发明的技术方案做进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1:利用红外光学定位***、第一靶体和第二靶体分别获取C臂的空间方位信息和图像的空间方位信息,同时启动C臂的序列采集工作站,采集模体的序列图像;
S2:利用步骤S1获取的序列图像对C臂进行几何校正,获取C臂的几何信息;
S3:将步骤S1获取的C臂的空间方位信息和图像方位信息、步骤S2获取的C臂的几何信息以及实际应用中的C臂的空间方位信息和三维数字图像结合起来,采用基于遗传算法的配准技术完成空间坐标系到图像坐标系的转换;
S4:将步骤S3得到的效果实时显示在客户端。
其中,第一靶体用于获取C臂的空间方位信息,第一靶体包括支架和分布在支架上的四个NDI被动反光小球。任意两个小球之间距离大于60mm,任意一个小球到其他任意两个小球之间的距离之差大于7mm。第一靶体安装在C臂影像增强器上,并且第一靶体的各个小球正对红外光学定位***。
第二靶体用于获取图像的空间方位信息,第二靶体包括立方体,立方体的体心位置设有半径为1.5mm的钢球,立方体的一个面的中心位置设有支架,支架上分布有4个NDI被动反光小球。立方体采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。
Claims (7)
1.基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:利用红外光学定位***、第一靶体和第二靶体分别获取C臂的空间方位信息和图像的空间方位信息,同时启动C臂的序列采集工作站,采集模体的序列图像;
S2:利用步骤S1获取的序列图像对C臂进行几何校正,获取C臂的几何信息;
S3:将步骤S1获取的C臂的空间方位信息和图像方位信息、步骤S2获取的C臂的几何信息以及实际应用中的C臂的空间方位信息和三维数字图像结合起来,采用基于遗传算法的配准技术完成空间坐标系到图像坐标系的转换;
S4:将步骤S3得到的效果实时显示在客户端。
2.根据权利要求1所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述第一靶体用于获取C臂的空间方位信息,第一靶体包括支架和分布在支架上的四个NDI被动反光小球。
3.根据权利要求2所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述任意两个小球之间距离大于60mm,任意一个小球到其他任意两个小球之间的距离之差大于7mm。
4.根据权利要求2所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述第一靶体的各个小球正对红外光学定位***。
5.根据权利要求1所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述第二靶体用于获取图像的空间方位信息,第二靶体包括立方体,立方体的体心位置设有钢球,立方体的一个面的中心位置设有支架,支架上分布有4个NDI被动反光小球。
6.根据权利要求5所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述立方体采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。
7.根据权利要求5所述的基于红外光学定位***的三维骨科手术导航空间配准方法,其特征在于:所述钢球的半径为1.5mm。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110731817A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-31 | 浙江大学 | 一种基于光学扫描自动化轮廓分割匹配的无辐射经皮脊柱定位方法 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1883388A (zh) * | 2006-06-22 | 2006-12-27 | 上海交通大学 | 可拆换式c形臂校准靶 |
CN1931097A (zh) * | 2006-09-30 | 2007-03-21 | 南方医科大学 | 一种人体骨科手术导航*** |
CN1985773A (zh) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | 天津市华志计算机应用技术有限公司 | 基于光学跟踪闭环控制脑外科机器人***及实现方法 |
CN101014981A (zh) * | 2004-09-09 | 2007-08-08 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于运动关节的三维成像的*** |
CN101416880A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-29 | 王乔生 | 移动式C-arm三维影像***及其成像方法 |
CN101496723A (zh) * | 2008-01-30 | 2009-08-05 | 深圳安科高技术股份有限公司 | 一种获取神经导航***影像学资料的方法 |
CN101697869A (zh) * | 2009-10-19 | 2010-04-28 | 沈国芳 | 手术导航用固定支架 |
CN101862220A (zh) * | 2009-04-15 | 2010-10-20 | 中国医学科学院北京协和医院 | 基于结构光图像的椎弓根内固定导航手术***和方法 |
CN104127244A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-11-05 | 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 | 一种被动式红外线反光小球及其使用方法 |
CN104146774A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 江苏久信医疗科技股份有限公司 | 一种球形定位头架 |
CN104758066A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-07-08 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 用于手术导航的设备及手术机器人 |
CN105105849A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-12-02 | 北京航空航天大学 | 一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器 |
CN205514898U (zh) * | 2016-01-28 | 2016-08-31 | 钱济先 | 一种手术导航用x线图像校正靶 |
CN105997246A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-12 | 南京普爱医疗设备股份有限公司 | 用于三维骨科手术导航的配准方法及*** |
CN106333747A (zh) * | 2015-07-06 | 2017-01-18 | 南京普爱医疗设备股份有限公司 | C形臂手术导航***中的三维坐标系配准的方法 |
-
2017
- 2017-06-26 CN CN201710492952.3A patent/CN107174343A/zh active Pending
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101014981A (zh) * | 2004-09-09 | 2007-08-08 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于运动关节的三维成像的*** |
CN1985773A (zh) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | 天津市华志计算机应用技术有限公司 | 基于光学跟踪闭环控制脑外科机器人***及实现方法 |
CN1883388A (zh) * | 2006-06-22 | 2006-12-27 | 上海交通大学 | 可拆换式c形臂校准靶 |
CN1931097A (zh) * | 2006-09-30 | 2007-03-21 | 南方医科大学 | 一种人体骨科手术导航*** |
CN101496723A (zh) * | 2008-01-30 | 2009-08-05 | 深圳安科高技术股份有限公司 | 一种获取神经导航***影像学资料的方法 |
CN101416880A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-29 | 王乔生 | 移动式C-arm三维影像***及其成像方法 |
CN101862220A (zh) * | 2009-04-15 | 2010-10-20 | 中国医学科学院北京协和医院 | 基于结构光图像的椎弓根内固定导航手术***和方法 |
CN101697869A (zh) * | 2009-10-19 | 2010-04-28 | 沈国芳 | 手术导航用固定支架 |
CN104146774A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 江苏久信医疗科技股份有限公司 | 一种球形定位头架 |
CN104127244A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-11-05 | 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 | 一种被动式红外线反光小球及其使用方法 |
CN104758066A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-07-08 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 用于手术导航的设备及手术机器人 |
CN106333747A (zh) * | 2015-07-06 | 2017-01-18 | 南京普爱医疗设备股份有限公司 | C形臂手术导航***中的三维坐标系配准的方法 |
CN105105849A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-12-02 | 北京航空航天大学 | 一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器 |
CN205514898U (zh) * | 2016-01-28 | 2016-08-31 | 钱济先 | 一种手术导航用x线图像校正靶 |
CN105997246A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-12 | 南京普爱医疗设备股份有限公司 | 用于三维骨科手术导航的配准方法及*** |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
夏庆: "基于C形臂X光机透视的手术导航***在椎弓根螺钉植入的应用", 《复旦学报》 * |
钱理为等: "C形臂透视影像的手术引导***", 《生物医学工程学杂志》 * |
闫士举等: "XRII图像引导手术***的研究与实现", 《中国生物医学工程学报》 * |
闫士举等: "基于C型臂脊柱手术导航技术研究与***实现", 《生物医学工程学杂志》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110731817A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-31 | 浙江大学 | 一种基于光学扫描自动化轮廓分割匹配的无辐射经皮脊柱定位方法 |
CN110731817B (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 浙江大学 | 一种基于光学扫描自动化轮廓分割匹配的无辐射经皮脊柱定位方法 |
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