一种腹部外科手术导航方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于通信领域，提供了一种腹部外科手术导航方法，包括：对术前采集到带标记点信息的CT或MR图像利用第一预设算法自动提取标记点以得到术前图像空间的标记点点集信息；术中通过影像获取设备获取病人手术区域的RGB图像以及深度图像；借助深度图像将二维标记点坐标信息转化为三维坐标以得到术中物理空间的标记点点集信息；将得到的术前图像空间的标记点点集和术中物理空间的标记点点集做点对匹配运算；应用注册所得的图像空间与物理空间的变换结果，开始实时导航过程。本发明专利技术还提供了一种腹部外科手术导航系统。本发明专利技术所提供的腹部外科手术导航方法及系统能提高腹部手术导航精度与腹部手术的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种腹部外科手术导航方法及系统。
技术介绍
传统的基于标记点的外科手术导航系统在术前和术中标记点的选取时需要人工干预，所选取的标记点具有很强的主观性与不稳定性，不同的操作者所选取的结果不尽相同，同一操作者在不同时刻所得的结果也不尽一致，人工干预也可能导致标记点选取的潜在错误，这些对最终的注册结果影响非常显著，并直接影响到导航的精度。假如外科医生对注册结果不满意，需要重新注册时，术前和术中所有的标记点需要重新选取，即注册过程没有可回溯性与重复性。另一方面，如果在手术过程中，病人手术区域发生移动或者变形时，在这之前的注册结果就会失效，导航系统要正确定位则需重新注册，整个手术导航过程繁琐、耗时，不利于手术导航的正常进行。此外，在腹部手术的导航过程中，人体腹部的腹式呼吸运动导致粘贴于腹部表面的标记点并非静止不动，标记点的位置会随着腹部的运动而变化。因此，亟需设计一种全新的腹部外科手术导航方法及系统，从而可以提高腹部手术导航精度以及腹部手术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述方法包括：对术前采集到带标记点信息的CT或MR图像利用第一预设算法自动提取标记点以得到术前图像空间的标记点点集信息；术中通过影像获取设备获取病人手术区域的RGB图像以及深度图像，并采用第二预设算法获取所述RGB图像的二维标记点坐标信息；借助所述深度图像将所述二维标记点坐标信息转化为三维坐标以得到术中物理空间的标记点点集信息；将得到的所述术前图像空间的标记点点集和所述术中物理空间的标记点点集做点对匹配运算，以得到图像空间与物理空间的变换结果并完成注册过程；应用注册所得的图像空间与物理空间的变换结果，开始实时导航过程。

【技术特征摘要】
1.一种腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述方法包括：
对术前采集到带标记点信息的CT或MR图像利用第一预设算法自动提取
标记点以得到术前图像空间的标记点点集信息；
术中通过影像获取设备获取病人手术区域的RGB图像以及深度图像，并采
用第二预设算法获取所述RGB图像的二维标记点坐标信息；
借助所述深度图像将所述二维标记点坐标信息转化为三维坐标以得到术中
物理空间的标记点点集信息；
将得到的所述术前图像空间的标记点点集和所述术中物理空间的标记点点
集做点对匹配运算，以得到图像空间与物理空间的变换结果并完成注册过程；
应用注册所得的图像空间与物理空间的变换结果，开始实时导航过程。
2.如权利要求1所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，在所述对术
前采集到带标记点信息的CT或MR图像利用第一预设算法自动提取标记点以
得到术前图像空间的标记点点集信息的步骤之前，所述方法还包括：
在病人待手术区域的腹部体表上贴上多个标记点后，对病人进行CT或MR
扫描以采集带标记点信息的CT或MR图像。
3.如权利要求1所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述第一预
设算法具体为结合区域生长算法及高斯曲率对术前采集的带标记点信息的CT
或MR图像作标记点自动提取，得到术前图像空间的标记点点集信息。
4.如权利要求1所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述第二预
设算法具体为术中采用深度相机获取手术区域的RGB图像以及深度图像，根据
标记点在RGB三个分量上的值的比率获取RGB图像的二维标记点坐标信息，
借助深度图像，可将二维标记点坐标信息转化为三维坐标，得到术中物理空间
的标记点点集信息。
5.如权利要求1所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述影像获
取设备具体为深度相机。
6.如权利要求1所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述RGB图
像的二维标记点坐标信息具体位于所述影像获取设备坐标系下，其中，在所述
术中通过影像获取设备获取病人手术区域的RGB图像以及深度图像，并采用第
二预设算法获取所述RGB图像的二维标记点坐标信息的步骤之后，所述方法还
包括：
将所述影像获取设备坐标系下的所述二维标记点的坐标变换到空间定位系
统坐标系下。
7.如权利要求6所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述将所述
影像获取设备坐标系下的所述二维标记点的坐标变换到空间定位系统坐标系下
的步骤具体包括：
将所述影像获取设备坐标系下的所述二维标记点的坐标PToF_i通过以下公
式变换到空间定位系统下：
PTracker_i=TToF2Tracker·PToF_i；
其中，所述影像获取设备坐标系下的所述二维标记点的坐标记为PToF_i，空
间定位系统坐标系与所述影像获取设备坐标系之间的空间变换记为TToF2Tracker，
变换后的所述空间定位系统坐标系下的坐标点记为PTracker_i。
8.如权利要求7所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，获取空间定
位系统坐标系与所述影像获取设备坐标系之间的空间变换TToF2Tracker的步骤具
体包括：
在所述影像获取设备固定一个可以被所述空间定位系统识别的参考帧工
具；
通过以下公式获取空间定位系统坐标系与所述影像获取设备坐标系之间的
空间变换TToF2Tracker，即TToF2Tracker=TToF2Ref·TRef2Tracker；
其中，通过所述空间定位系统实时捕获所述参考帧工具的空间位置信息记
为TRef2Tracker，所述影像获取设备与所述参考帧工具之间的相对位置信息记为

\tTToF2Ref。
9.如权利要求8所述的腹部外科手术导航方法，其特征在于，所述应用注
册所得的图像空间与物理空间的变换结果，开始实时导航过程的步骤具体包括：
通过以下公式：PI=T·PT，将手术器械的空间坐标从所述空间定位系
统的物理空间变换到图像空间；
其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗火灵，肖德强，贾富仓，方驰华，范应方，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，南方医科大学珠江医院，
类型：发明
国别省市：广东;44