骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法和装置制造方法及图纸

本申请一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法和装置，方法包括：获取CT扫描后输出的3D模型数据；判断第m个顶点与对应的第i环邻接顶点是否有公共球心；若是，添加第一球心坐标至第m个顶点的坐标数组，使i＝i+1，以及在i<N的情况下重新前述判断步骤；若否，删除第m个顶点的坐标数组；求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标；第二球心坐标为未删除坐标数组中第一球心坐标的平均值；求取第二球心坐标的平均值，作为标记球的球心坐标。在实际应用中，采用前述方法可以删除标记球与承载物连接处的一些顶点对应的坐标数组，排除此类坐标数组对计算球心坐标时的影响，也就排除了非标记球球面上的顶点对计算的标记球球心位置的影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法和装置


[0001]本申请涉及医学影像
，尤其涉及一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法和装置。

技术介绍

[0002]为减小骨科矫正手术过程中CT透视时间，继而减小CT透视对患者和临床医护人员的伤害，基于光追踪定位和虚拟现实技术的骨科矫正手术技术日渐成熟并进入临床实践。
[0003]基于光追踪定位和虚拟现实技术的骨科矫正手术实施过程的准备过程如下：首先将安装有至少三个光学标记球的定位装置与骨折骨块进行刚性连接；随后采用CT(Computed Tomography)机器进行断层扫描并形成三维医学影像数据；再后对三维医学影像处理进行数学处理，识别出其中光学标记球，确定光学标记球的位置，并建立光学标记球位置与骨折骨块的位置关系。正式矫正手术时，需要基于光学标记球和骨折骨块的位置关系，以及实际采集到的光学标记球光学追踪数据，在三维影像数据中确定需要愈合的相邻骨折骨块的位置，继而能够实时地确定手术动作造成的骨折骨块的实时位置变化，直至手术完成。
[0004]在前述骨科矫正手术中，能够正确识别三维医学影像数据中光学反射球，建立光学反射球与骨折骨块的位置关系是保证手愈合精准度的关键之一。中国专利申请文件CN109009376A中公开了采用三维医学影像数据为三维点云数据，采用最小二乘法拟合确定每个光学标记球的位置；这种确定标记点球心的方法在处理准确性等方面具有缺陷。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法和装置。。
[0006]一方面，本申请提供一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，包括：
[0007]S101：获取CT扫描后输出的3D模型数据；所述3D模型数据包括顶点坐标和顶点之间的邻接关系；
[0008]针对各个顶点，执行步骤S102
‑
S104：
[0009]S102：判断第m个顶点与对应的第i环邻接顶点是否有公共球心；若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104；
[0010]S103：添加第一球心坐标至第m个顶点的坐标数组，使i＝i+1，以及在i<N的情况下重新执行步骤S102；所述第一球心坐标为第m个顶点与所述第i环邻接顶点确定的球心坐标；
[0011]S104：删除第m个顶点的坐标数组；
[0012]S105：求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标；所述第二球心坐标为未删除坐标数组中所述第一球心坐标的平均值；
[0013]S106：求取所述第二球心坐标的平均值，作为所述标记球的球心坐标。
[0014]可选地，判断第m个顶点与对应的第i环邻接顶点是否有公共球心，包括：
[0015]对第i环邻接顶点进行分组；每个分组包括三个第i环中的邻接顶点；
[0016]分别根据各个所述分组中邻接顶点的坐标和第m个顶点的坐标，计算对应的第三球心坐标；
[0017]求取第m个顶点对应的所有所述第三球心坐标的平均值，作为第四球心坐标；
[0018]判断所述第四球心坐标与各个所述第三球心坐标之间的距离是否均小于第一阈值；
[0019]若是，判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点有公共球心；若否，判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点没有公共球心。
[0020]可选地，所述第一球心坐标为所述第四球心坐标。
[0021]可选地，所述第一球心坐标为所述第三球心坐标；
[0022]求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标，包括：
[0023]判断未删除坐标数组中的所述第一球心坐标数量是否大于预设数量；
[0024]若是，求取所述坐标数组对应的所述第二球心坐标。
[0025]可选地，步骤S102还包括：
[0026]判断第i环邻接顶点对应的第四球心坐标与第j环邻接顶点对应的第四球心坐标距离是否小于第二阈值；其中，j＝i
‑
1；
[0027]若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104。
[0028]可选地，所述方法还包括：
[0029]根据所述顶点坐标和所述顶点之间的邻接关系确定平均边长；
[0030]所述第一阈值根据所述平均边长确定。
[0031]可选地，所述3D模型数据包括表征o个所述标记球的顶点数据，o≥2；
[0032]求取所述第二球心坐标的平均值，作为所述标记球的球心坐标，包括：
[0033]对所述第二球心坐标进行聚类处理而确定聚类组；
[0034]求取各个所述聚类组中第二球心坐标的平均值，作为所述聚类组对应的所述标记球的球心坐标。
[0035]可选地，求取所述聚类组中第二球心坐标的平均值，作为各个所述标记球的球心坐标，包括：
[0036]判断所述聚类组的数量大于o；
[0037]若是，获取前o个第二球心坐标最多的聚类组，作为选定聚类组；
[0038]求取各个所述选定聚类组中第二球心坐标的平均值，作为对应的所述标记球的球心坐标。
[0039]可选地，在执行步骤S102前，还包括：
[0040]S201：判断第p个顶点与对应的第k环邻接顶点是否有公共球心；若是，执行S202；若否，执行S203；
[0041]S202：使k＝k+1，以及在k<q的情况下，重新执行步骤S201；其中q<n；
[0042]若否，删除第p个顶点。
[0043]另一方面，本申请提供一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定装置，包括：
[0044]数据获取单元，用于获取CT扫描后输出的3D模型数据；所述3D模型数据包括顶点
坐标和所述顶点之间的邻接关系；
[0045]数组构建单元，用于在i<n并且在判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点有公共球心的情况下，添加第一球心坐标至第m个顶点的坐标数组，使i＝i+1；以及，用于在判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点没有公共球心的情况下，删除第m个顶点的坐标数组；
[0046]第二球心坐标计算单元，用于求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标；所述第二球心坐标为未删除坐标数组中所述第一球心坐标的平均值；
[0047]标记球球心计算单元，用于求取所述第二球心坐标的平均值，作为所述标记球的球心坐标。
[0048]可选地，所述数组构建单元包括：
[0049]分组子单元，用于对所述第i环邻接顶点进行分组；每组包括三个第i环中的邻接顶点；
[0050]第三球心坐标计算子单元，用于分别根据各个所述分组中邻接顶点的坐标和第m个顶点的坐标，计算对应的第三球心坐标；
[0051]第四球心坐标计算子单元，用于求取第m个顶点对应的所有所述第三球心坐标的平均值，作为第四球心坐标；
[0052]第一判断子单元，用于在判定所述第四球心坐标与各个所述第三球心坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，包括：S101：获取CT扫描后输出的3D模型数据；所述3D模型数据包括顶点和顶点之间的邻接关系；针对所述3D模型中的各个顶点，执行步骤S102
‑
S104：S102：判断第m个顶点与对应的第i环邻接顶点是否有公共球心；若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104；S103：添加第一球心坐标至第m个顶点的坐标数组，使i＝i+1，以及在i<N的情况下重新执行步骤S102；所述第一球心坐标为第m个顶点与所述第i环邻接顶点确定的球心坐标；S104：删除第m个顶点的坐标数组；S105：求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标；所述第二球心坐标为未删除坐标数组中所述第一球心坐标的平均值；S106：求取所述第二球心坐标的平均值，作为所述标记球的球心坐标。2.根据权利要求1所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，判断第m个顶点与对应的第i环邻接顶点是否有公共球心，包括：对第i环邻接顶点进行分组；每个分组包括三个第i环中的邻接顶点；分别根据各个所述分组中邻接顶点的坐标和第m个顶点的坐标，计算对应的第三球心坐标；求取第m个顶点对应的所有所述第三球心坐标的平均值，作为第四球心坐标；判断所述第四球心坐标与各个所述第三球心坐标之间的距离是否均小于第一阈值；若是，判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点有公共球心；若否，判定第m个顶点与对应的第i环邻接顶点没有公共球心。3.根据权利要求2所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于：所述第一球心坐标为所述第四球心坐标。4.根据权利要求2所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于：所述第一球心坐标为所述第三球心坐标；求取各个未删除坐标数组对应的第二球心坐标，包括：判断未删除坐标数组中的所述第一球心坐标数量是否大于预设数量；若是，求取所述坐标数组对应的所述第二球心坐标。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，步骤S102还包括：判断第i环邻接顶点对应的第四球心坐标与第j环邻接顶点对应的第四球心坐标距离是否小于第二阈值；其中，j＝i
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1；若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104。6.根据权利要求2
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4任一项所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，还包括：根据所述顶点坐标和所述顶点之间的邻接关系确定平均边长；所述第一阈值根据所述平均边长确定。7.根据权利要求1
‑
4任一项所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，所述3D模型数据包括表征o个所述标记球的顶点数据，o≥2；求取所述第二球心坐标的平均值，作为所述标记球的球心坐标，包括：
对所述第二球心坐标进行聚类处理而确定聚类组；求取各个所述聚类组中第二球心坐标的平均值，作为所述聚类组对应的所述标记球的球心坐标。8.根据权利要求7所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于：求取所述聚类组中第二球心坐标的平均值，作为各个所述标记球的球心坐标，包括：判断所述聚类组的数量大于o；若是，获取前o个第二球心坐标最多的聚类组，作为选定聚类组；求取各个所述选定聚类组中第二球心坐标的平均值，作为对应的所述标记球的球心坐标。9.根据权利要求1
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4任一项所述骨科手术用光学跟踪标记球位置确定方法，其特征在于，在执行步骤S102前，还包括：S201：判断第p个顶点与对应的第k环邻接顶点是否有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李体雷，刘昊扬，戴若犁，顾永飞，
申请(专利权)人：北京诺亦腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：