光标尺、坐标系配准的方法技术

本公开实施例提供了一种光标尺包括支架和至少三个标记物，其中，所述标记物固定在支架上；所有所述标记物中，至少存在三个几何中心不共线的标记物；任意两个所述标记物的尺寸和形状有至少一者不同，且任意不同标记物不相互接触；所述标记物和支架的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与支架的灰度的差别超过第一预定值。本公开实施例还提供了一种坐标系配准的方法。本公开实施例还提供一种使用以上光标尺的坐标系配准的方法。

【技术实现步骤摘要】
光标尺、坐标系配准的方法
本公开实施例涉及自动手术
，特别涉及光标尺、坐标系配准的方法。
技术介绍
自动手术(导航手术)是指，由手术机器人根据预先设定的手术方案，自动的对患者进行所需的手术操作(例如在特定脊椎骨的特定位置打孔)，其具有操作精确、无失误、不易感染、不耗费人工、效率高等优点。自动手术的过程通常是线利用三维成像技术得到患者的三维图像，而医生在三维图像中标明手术方案，再由手术机器人根据手术方案自动对患者执行手术。由于手术机器人和三维图像(或者说三维成像系统)分别具有各自的坐标系，故必须要对二者的坐标系进行配准(或者说确定二者坐标系的相对位置关系)，才能使手术机器人确定自身相对三维图像的位置，也就是确定自身相对患者的位置，以对患者身体的准确部位进行手术。但是，现有技术无法准确且快速的实现坐标系配准。
技术实现思路
本公开实施例提供一种光标尺、坐标系配准的方法。第一方面，本公开实施例提供一种光标尺，其包括支架和至少三个标记物，其中，所述标记物固定在支架上；所有所述标记物中，至少存在三个几何中心不共线的标记物；任意两个所述标记物的尺寸和形状有至少一者不同，且任意不同标记物不相互接触；所述标记物和支架的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与支架的灰度的差别超过第一预定值。在一些实施例中，所有所述标记物的形状相同，任意两个所述标记物的尺寸不同。在一些实施例中，所有所述标记物均为球形，任意两个所述标记物的直径不同。在一些实施例中，在任意一条直线上，最多只有两个所述标记物的几何中心。在一些实施例中，所有所述标记物的几何中心位于同一个平面中。在一些实施例中，所述支架为平板，所有所述标记物均嵌合在所述平板中。在一些实施例中，所述光标尺还包括：连接结构，其与所述支架相连，用于将所述支架固定在手术机器人上。在一些实施例中，所述标记物的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与人体的灰度的差别超过第二预定值。在一些实施例中，所述标记物由钢材构成；所述支架由塑料构成。第二方面，本公开实施例提供一种坐标系配准的方法，其包括：将光标尺固定在手术机器人的确定位置上，所述光标尺为上述的任意一种光标尺；通过三维成像技术得到包括所述光标尺的三维图像；确定所述光标尺的各标记物的几何中心在三维图像中的位置；根据所述光标尺相对手术机器人的位置，以及所述光标尺的各标记物的几何中心在三维图像中的位置，配准所述手术机器人的坐标系和三维图像的坐标系。在一些实施例中，所述三维成像技术为CT成像技术。在一些实施例中，所述通过三维成像技术得到包括所述光标尺的三维图像包括：通过CT成像技术得到多个断层图像；根据多个所述断层图像，重建得到包括所述光标尺的三维图像。在一些实施例中，所述确定所述光标尺的各标记物的几何中心在三维图像中的位置包括：基于所述标记物的形状和/或尺寸，对所述三维图像进行图像分割，得到多个分割区域；基于所述标记物的灰度，对各所述分割区域进行滤波，仅保留所述标记物对应的标记点；基于所述标记物的形状和/或尺寸，提取出多个特征区域，每个特征区域包括一个标记物对应的全部标记点；根据每个特征区域中的标记点，确定该特征区域中的标记点构成的虚拟标记物的形状和/或尺寸，以及虚拟标记物的几何中心在三维图像中的位置；基于所述标记物的尺寸和/或形状，确定所述虚拟标记物与标记物的对应关系，以虚拟标记物的几何中心在三维图像中的位置为对应的标记物的几何中心在三维图像中的位置。在一些实施例中，所述基于所述标记物的形状和/或尺寸，对所述三维图像进行图像分割包括：基于所述标记物的形状和/或尺寸，通过移动立方体算法对所述三维图像进行图像分割。本公开实施例的光标尺中，不同的标记物的形状和/或尺寸不同，即三维图像中不同标记物的尺寸和/或形状也不同，从而通过对三维图像中的标记物本身的尺寸、形状进行分析，即可识别出三维图像中标记物与实际标记物的对应关系(或者说即可识别标记物)，实现手术机器人与三维图像(或者说三维成像系统)的坐标系配准。可见，本公开实施例的坐标系配准可自动进行，故其不需要人工干预，操作简单，效率高，精度高。而且，本公开实施例通过对三维图像中标记物自身的形状、尺寸的分析即可确定其与实际标记物的对应关系(或者说即可识别标记物)，而不需要分析标记物间的位置关系(布局)，故其所需的计算过程简单，运算量小，耗时短。附图说明附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。通过参考附图对详细示例实施例进行描述，以上和其它特征和优点对本领域技术人员将变得更加显而易见，在附图中：图1为本公开实施例提供的一种光标尺的正视结构示意图；图2为本公开实施例提供的一种光标尺的侧视结构示意图；图3为图1中沿A1B1的剖面结构示意图；图4为本公开实施例的一种坐标系配准的方法的流程示意图；图5为本公开实施例的另一种坐标系配准的方法的流程示意图；图6为本公开实施例的一种坐标系配准的方法中得到的一个平面中标记点和特征区域的示意图；图7为本公开实施例提供的另一种光标尺的正视结构示意图；其中，附图标记为：1、支架；11、开口；2、标记物；3、连接结构。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图对本公开实施例提供的光标尺、坐标系配准的方法进行详细介绍。在下文中将参考附图更充分地描述本公开实施例，但是所示的实施例可以以不同形式来体现，且不应当被解释为限于本公开阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。本公开实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。在不冲突的情况下，本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。本公开所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。如本公开所使用的单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。如本公开所使用的术语“包括”、“由……制成”，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。除非另外限定，否则本公开所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光标尺，其包括支架和至少三个标记物，其中，/n所述标记物固定在支架上；所有所述标记物中，至少存在三个几何中心不共线的标记物；任意两个所述标记物的尺寸和形状有至少一者不同，且任意不同标记物不相互接触；/n所述标记物和支架的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与支架的灰度的差别超过第一预定值。/n

【技术特征摘要】
1.一种光标尺，其包括支架和至少三个标记物，其中，
所述标记物固定在支架上；所有所述标记物中，至少存在三个几何中心不共线的标记物；任意两个所述标记物的尺寸和形状有至少一者不同，且任意不同标记物不相互接触；
所述标记物和支架的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与支架的灰度的差别超过第一预定值。


2.根据权利要求1所述的光标尺，其中，
所有所述标记物的形状相同，任意两个所述标记物的尺寸不同。


3.根据权利要求2所述的光标尺，其中，
所有所述标记物均为球形，任意两个所述标记物的直径不同。


4.根据权利要求1所述的光标尺，其中，
在任意一条直线上，最多只有两个所述标记物的几何中心。


5.根据权利要求1所述的光标尺，其中，
所有所述标记物的几何中心位于同一个平面中。


6.根据权利要求5所述的光标尺，其中，
所述支架为平板，所有所述标记物均嵌合在所述平板中。


7.根据权利要求1所述的光标尺，其中，还包括：
连接结构，其与所述支架相连，用于将所述支架固定在手术机器人上。


8.根据权利要求1所述的光标尺，其中，
所述标记物的材质，能使得在通过三维成像技术得到的三维图像中，所述标记物的灰度与人体的灰度的差别超过第二预定值。


9.根据权利要求1所述的光标尺，其中，
所述标记物由钢材构成；
所述支架由塑料构成。


10.一种坐标系配准的方法，其中，包括：
将光标尺固定在手术机器人的确定位置上，所述光标尺为权利要求1至9中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂丽萍，王浩，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11