用于手术导航的定位配准系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于手术导航的定位配准系统及方法，其中系统包括：处理器、固定定位装置和移动定位装置；固定定位装置用于固定于手术对象上并获取固定点的位置信息；处理器用于在所述手术对象的三维模拟图像中选取预设区域并采集多个特征点的位置信息；移动定位装置用于在指定区域内获取多个定位点的位置信息；处理器还用于根据迭代最近点算法计算所述多个特征点和所述多个定位点的拟合矩阵，将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中。本发明专利技术通过扫描装置获取手术对象的三维模拟图像，并将固定定位装置的固定点和移动定位装置的定位点映射到三维模拟图像中，帮助医生观察手术部位。

Location registration system and method for surgical navigation

The invention discloses a location registration system and method for surgical navigation, in which the system comprises a processor, a fixed positioning device and a mobile positioning device, which is used to fix the position information on the operating object and obtain the fixed point; the processor is used to select the three-dimensional analog images of the operating objects. Taking the presupposition area and collecting the location information of multiple feature points; the mobile positioning device is used to obtain the location information of multiple location points in the specified area; the processor is also used to calculate the multiple feature points and the fitting matrices of the plurality of location points according to the iterative nearest point algorithm, and fit the fixed points to the three dimensional simulation. In the image. The invention obtains the three-dimensional simulated image of the operation object by the scanning device, and maps the fixed point of the fixed positioning device and the positioning point of the mobile positioning device to the three-dimensional simulated image to help the doctor observe the operation part.

【技术实现步骤摘要】
用于手术导航的定位配准系统及方法
本专利技术涉及一种用于手术导航的定位配准系统及方法。
技术介绍
随着现代医疗技术的发展，各类手术的实施为提高治疗效果带来了很大的进步。但是，手术的实施往往都存在一定难度和风险，在骨科手术中，必须要准确地确定手术部位，否则容易造成手术失败。传统确定手术部位的方法是医生根据自身判断在可能的手术部位处插入探针，然后对插入探针的部位拍摄X线光片，再根据X线光片，观察探针插入的位置与实际手术部位的位置关系，通过多次插入探针与进行X线透视，逐步找准手术部位。但是，这种定位方式会不仅对患者造成除手术部位以外的其他创口，而且还需要患者多次拍摄X线光片，对患者以及医生的身体都会造成损害。尤其在骨科手术中，在手术切口位置时，往往需要医生凭借丰富的经验来判断，然后插入探针，通过拍摄X先光片查看验证，如此反复，直至找准手术切口位置。而在拍摄X线光片时，会对医生及患者产生辐射，尤其对于常年从事手术工作的医生来说，即使穿着铅服，常年累积的辐射也会对医生的健康造成不容忽视的影响。或者，在术中采用计算机手术导航系统辅助查看，但是这种导航系统的导航图像为断层图像，需要医生根据断层图像进行判断，无法为医生提供直观清晰的导航图像。因此，如何提供直观的手术导航图像是亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中在确定手术部位时需要对患者插入探针并拍摄X线光片而导致对患者造成其他创口且损害身体的缺陷，提供一种能够提供直观的手术导航图像的用于手术导航的定位配准系统及方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提供一种用于手术导航的定位配准系统，包括：处理器、固定定位装置和移动定位装置；所述固定定位装置用于固定于手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至所述处理器；所述处理器用于在所述手术对象的三维模拟图像中选取预设区域并采集所述预设区域内的多个特征点的位置信息；所述移动定位装置用于在所述手术对象的指定区域内获取多个定位点的位置信息并将所述多个定位点的位置信息发送至所述处理器，所述指定区域为所述手术对象上与所述预设区域对应的区域；所述处理器还用于将所述三维模拟图像和所述多个定位点放置于同一坐标系中，根据迭代最近点算法计算所述多个特征点和所述多个定位点的拟合矩阵，以及，根据所述拟合矩阵将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中，以获得所述固定点在所述三维模拟图像中的虚拟映射点，所述虚拟映射点和所述三维模拟图像的相对位置与所述固定点和所述手术对象的相对位置相同。较佳地，所述移动定位装置还用于在所述指定区域内移动并获取移动时的实时动态数据，从所述实时动态数据中提取所述多个定位点。较佳地，所述处理器还用于：构建第一坐标系，所述第一坐标系用于显示在现实环境中所述固定点和所述多个定位点之间的相对关系；构建第二坐标系，所述第二坐标系用于显示在虚拟环境中所述三维模拟图像、所述预设区域及所述多个特征点的相对关系；根据所述第一坐标系和所述第二坐标系的坐标转换关系，将所述固定点和所述多个定位点转换至所述第二坐标系。较佳地，在所述三维模拟图像上选取预设区域，包括：在所述三维模拟图像中选取一基准点，以所述基准点为中心，在所述三维模拟图像中选取预设数量的特征点，所述特征点形成所述预设区域。较佳地，所述处理器还用于计算所述移动定位装置在所述指定区域内获取定位点的个数，在获取定位点的个数等于所述特征点的个数时，输出提示信息。较佳地，所述固定定位装置包括：定位支架和第一光学动态追踪设备，所述定位支架上设有可被所述第一光学动态追踪设备实时追踪的定位球；所述定位支架用于固定于所述手术对象上；所述第一光学动态追踪设备用于通过定位球对所述定位支架的固定点进行定位，并将所述固定点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。较佳地，所述移动定位装置包括：探针和第二光学动态追踪设备，所述探针上设有可被所述第二光学动态追踪设备实时追踪的定位球；所述探针用于在所述指定区域内获取多个定位点；所述第二光学动态追踪设备用于通过定位球对所述多个定位点进行定位，并将所述多个定位点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。本专利技术还提供一种用于手术导航的定位配准方法，利用如上所述的定位配准系统实现，所述定位配准方法包括：固定定位装置固定于手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至处理器；所述处理器在所述手术对象的三维模拟图像中选取预设区域并采集所述预设区域内的多个特征点的位置信息；移动定位装置在所述手术对象的指定区域内获取多个定位点的位置信息并将所述多个定位点的位置信息发送至所述处理器，所述指定区域为所述手术对象上与所述预设区域对应的区域；所述处理器将所述三维模拟图像和所述多个定位点放置于同一坐标系中，根据迭代最近点算法计算所述多个特征点和所述多个定位点的拟合矩阵，以及，根据所述拟合矩阵将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中，以获得所述固定点在所述三维模拟图像中的虚拟映射点，所述虚拟映射点和所述三维模拟图像的相对位置与所述固定点和所述手术对象的相对位置相同。较佳地，所述移动定位装置通过以下步骤在所述指定区域内获取多个定位点的位置信息：所述移动定位装置在所述指定区域内移动并获取移动时的实时动态数据，从所述实时动态数据中提取所述多个定位点并获取所述定位点的位置信息。较佳地，所述处理器将所述三维模拟图像和所述多个定位点放置于同一坐标系中，包括：构建第一坐标系，所述第一坐标系用于显示在现实环境中所述固定点和所述多个定位点之间的相对关系；构建第二坐标系，所述第二坐标系用于显示在虚拟环境中所述三维模拟图像、所述预设区域及所述多个特征点的相对关系；根据所述第一坐标系和所述第二坐标系的坐标转换关系，将所述多个定位点转换至所述第二坐标系；在根据所述拟合矩阵将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中之前，还包括根据所述坐标转换关系将所述固定点转换至所述第二坐标系。较佳地，在所述三维模拟图像上选取预设区域，包括：在所述三维模拟图像中选取一基准点，以所述基准点为中心，在所述三维模拟图像中选取预设数量的特征点，所述特征点形成所述预设区域。较佳地，所述处理器计算所述移动定位装置在所述指定区域内获取定位点的个数，在获取定位点的个数等于所述特征点的个数时，输出提示信息。较佳地，所述固定定位装置包括：定位支架和第一光学动态追踪设备，所述定位支架上设有可被所述第一光学动态追踪设备实时追踪的定位球；固定定位装置固定于所述手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至所述处理器，包括：所述定位支架固定于所述手术对象上；所述第一光学动态追踪设备通过定位球对所述定位支架的固定点进行定位，并将所述固定点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。较佳地，所述移动定位装置包括：探针和第二光学动态追踪设备，所述探针上设有可被所述第二光学动态追踪设备实时追踪的定位球：所述移动定位装置在所述手术对象的指定区域内获取多个定位点的位置信息并将所述多个定位点的位置信息发送至所述处理器，包括：所述探针在所述指定区域内获取多个定位点；所述第二光学动态追踪设备通过定位球对所述多个定位点进行定位，并将所述多个定位点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于手术导航的定位配准系统，其特征在于，包括：处理器、固定定位装置和移动定位装置；所述固定定位装置用于固定于手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至所述处理器；所述处理器用于在所述手术对象的三维模拟图像中选取预设区域并采集所述预设区域内的多个特征点的位置信息；所述移动定位装置用于在所述手术对象的指定区域内获取多个定位点的位置信息并将所述多个定位点的位置信息发送至所述处理器，所述指定区域为所述手术对象上与所述预设区域对应的区域；所述处理器还用于将所述三维模拟图像和所述多个定位点放置于同一坐标系中，根据迭代最近点算法计算所述多个特征点和所述多个定位点的拟合矩阵，以及，根据所述拟合矩阵将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中，以获得所述固定点在所述三维模拟图像中的虚拟映射点，所述虚拟映射点和所述三维模拟图像的相对位置与所述固定点和所述手术对象的相对位置相同。

【技术特征摘要】
1.一种用于手术导航的定位配准系统，其特征在于，包括：处理器、固定定位装置和移动定位装置；所述固定定位装置用于固定于手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至所述处理器；所述处理器用于在所述手术对象的三维模拟图像中选取预设区域并采集所述预设区域内的多个特征点的位置信息；所述移动定位装置用于在所述手术对象的指定区域内获取多个定位点的位置信息并将所述多个定位点的位置信息发送至所述处理器，所述指定区域为所述手术对象上与所述预设区域对应的区域；所述处理器还用于将所述三维模拟图像和所述多个定位点放置于同一坐标系中，根据迭代最近点算法计算所述多个特征点和所述多个定位点的拟合矩阵，以及，根据所述拟合矩阵将所述固定点拟合到所述三维模拟图像中，以获得所述固定点在所述三维模拟图像中的虚拟映射点，所述虚拟映射点和所述三维模拟图像的相对位置与所述固定点和所述手术对象的相对位置相同。2.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，所述移动定位装置还用于在所述指定区域内移动并获取移动时的实时动态数据，从所述实时动态数据中提取所述多个定位点。3.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，所述处理器还用于：构建第一坐标系，所述第一坐标系用于显示在现实环境中所述固定点和所述多个定位点之间的相对关系；构建第二坐标系，所述第二坐标系用于显示在虚拟环境中所述三维模拟图像、所述预设区域及所述多个特征点的相对关系；根据所述第一坐标系和所述第二坐标系的坐标转换关系，将所述固定点和所述多个定位点转换至所述第二坐标系。4.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，在所述三维模拟图像上选取预设区域，包括：在所述三维模拟图像中选取一基准点，以所述基准点为中心，在所述三维模拟图像中选取预设数量的特征点，所述特征点形成所述预设区域。5.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，所述处理器还用于计算所述移动定位装置在所述指定区域内获取定位点的个数，在获取定位点的个数等于所述特征点的个数时，输出提示信息。6.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，所述固定定位装置包括：定位支架和第一光学动态追踪设备，所述定位支架上设有可被所述第一光学动态追踪设备实时追踪的定位球；所述定位支架用于固定于所述手术对象上；所述第一光学动态追踪设备用于通过定位球对所述定位支架的固定点进行定位，并将所述固定点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。7.如权利要求1所述的定位配准系统，其特征在于，所述移动定位装置包括：探针和第二光学动态追踪设备，所述探针上设有可被所述第二光学动态追踪设备实时追踪的定位球；所述探针用于在所述指定区域内获取多个定位点；所述第二光学动态追踪设备用于通过定位球对所述多个定位点进行定位，并将所述多个定位点的位置信息通过通信连接发送至所述处理器。8.一种用于手术导航的定位配准方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的定位配准系统实现，所述定位配准方法包括：固定定位装置固定于手术对象上并获取固定点的位置信息，以及将所述固定点的位置信息发送至处理器；所述处理器在所述手术对象...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：刘洋，上海霖晏医疗科技有限公司，霖晏全挚上海医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31