本发明专利技术设计医疗技术领域，具体公开了一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，包括病灶三维重建、设置追踪单元、模型结合、定位球安装；模型原点匹配等步骤。本发明专利技术通过调整带有定位球的完整模型原点和光学定位设备软件的原点相匹配，从而完整模型中的追踪物体与追踪物体实体模型重合，既完成病人病灶的配准，本配准方法通过偏差计算，进行准确的调整，从而能够降低精度差，有效提高配准精度，从而使得该配准方法更符合微创手术的需求。该配准方法更符合微创手术的需求。该配准方法更符合微创手术的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种高精度手术导航系统的病灶配准方法
[0001]本专利技术涉及医疗
，具体涉及一种高精度手术导航系统的病灶配准方法。
技术介绍
[0002]目前使用光学导航设备是为了实时获取到目标物体的真实空间的六维度信息(三个坐标轴x、y、z的位置和旋转信息)，从而让虚拟空间的模型物体也获取到相同的信息，让真实空间的坐标与虚拟空间坐标系进行匹配。如果需要同时使用光学导航设备对多个物体进行空间定位时，物体的匹配精度就会成为需要解决的问题。真是空间有两个长条形物体A和B，虚拟空间也有两个相同形状的模型xA和xB，真实空间中A和B，保持一个相对的姿态，通过光学导航设备获取A、B物体的真实位置，再把数据匹配到虚拟空间的xA和xB虚拟物体上，此时虚拟空间的xA、xB的相对姿态和真实空间A、B的相对姿态的误差，就是精度差。
[0003]光学导航设备可以运用到多个领域中，设计、建筑、工业、医疗等。当运用时需要采集多个物体的信息，并需要计算物件间相关位置、旋转信息时，精度对最终计算结果影像特别大。在手术过程中，往往需要对实际手术部位与术前扫描获取手术部位的三维图像进行配准以引导手术进行。目前的手术导航系统配准方法中，医生人工选取并确认配准过程中的特征匹配点而实现配准，但是由于医生的操作误差，产生的精度差较大，配准精度低难以符合微创手术的需求。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，能够解决现有配准方法中产生的精度差较大，配准精度低的问题。
[0005]为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，包括以下步骤，
[0007]病灶三维重建：使用医学图像扫描仪获得患者病灶的影像数据，然后通过医学三维模型重建系统对患者病灶处进行三维重建；
[0008]设置追踪单元：通过建模软件设计追踪物体A，追踪物体A上设置好定位小球的安装位置，然后制造追踪物体A的实体结构，其中追踪物体A的三维模型坐标系为C1；
[0009]模型结合：将追踪物体A的三维模型和患者病灶处重建的三维模型在医学三维模型重建系统中进行结合形成模型B，具体结合方法如下：在三维模型软件中，把两个模型导入同一工程中，然后通过平移和旋转把两个模型按照计划放到预定位置，再通过三维模型软件把两个模型导出成一个整体模型文件；
[0010]定位球安装：设置定位球，定位球分别安装在追踪物体A事先设计好的位置上，然后通过光学定位系统识别出定位球的相对位置，然后将定位球的坐标原点与追踪物体A的坐标系C1的原点相匹配；
[0011]模型原点匹配：让带定位器完整模型的原点与光学定位系统软件的原点进行匹配，即可完成病人病灶的精确定位；由于患者病灶影像数据有自己的坐标系，坐标系原点一
般在CT机的下角处，不同品牌CT机的坐标系都有不同，在医学三维模型重建系统中会按照实际的CT机的原点进行模型重建，导出的模型坐标系原点也在CT机的坐标原点，要做定位的模型原点和光学定位系统配套软件里识别的原点不相同，会导致无法定位，所以需要进行调整原点使其原点匹配。
[0012]进一步的，所述模型原点匹配包括以下步骤，
[0013](1)把追踪物体A模型位置设置在原点，追踪物体A模型上找到三个有特征形状的模型顶点，其世界坐标分别为pa、pb、pc；
[0014](2)将模型B所在位置设置在原点，在模型B上找到追踪物体A上对应的 pa、pb、pc三个特征的对应点特征点pa
′
、pb
′
、pc
′
；
[0015](3)根据三个特征点的偏差计算，将模型B进行偏移和旋转，让模型B上的追踪物体A的模型与追踪物体A的模型完成重合。
[0016]进一步的，所述三个特征点的偏差计算包括以下步骤，
[0017]①
计算出pa、pb、pc三个点组成的平面的中点centerA；
[0018]②
计算出pa
′
、pb
′
、pc
′
三个点组成的平面的中点centerB；
[0019]③
计算出原点到centerB的向量V2；
[0020]④
计算出pa、pb、pc三个点组成的平面的法线Normal1；
[0021]⑤
计算出pa
′
、pb
′
、pc
′
三个点组成的平面的法线Normal2；
[0022]⑥
计算出Normal1和Normal2旋转的四元数Q1；
[0023]⑦
分别计算出点pa
′
、pb
′
、pc
′
与点centerB的向量，然后以Q1对求得的向量进行旋转后得出向量s1、s2、s3；
[0024]⑧
计算出点pa、pb、pc与点centerA的向量va、vb、vc；
[0025]⑨
计算出s1、s2、s3和va、vb、vc角度的平均角度aveAngle1；
[0026]⑩
将V2使用四元数Q1进行旋转；
[0027]11计算出Normal1向量旋转aveAngle1角度的四元数Q2；
[0028]12把Q2作为模型B的旋转值，将模型B进行旋转；
[0029]13把centerA加上V2作为模型B的位置；
[0030]14最终模型B的追踪物体A模型会与物体A模型完全重合，没有误差。
[0031]进一步的，所述患者病灶的影像数据包括dicom格式的CT或核磁数据；医学三维模型重建系统采用mimics重建工具，同时可根据用户需求实际选择其他能完成医疗重建的软件。
[0032]进一步的，所述追踪物体A采用3D打印建模软件进行模型设计，然后通过高精度3D打印机打印出追踪物体A的实体，所述打印材料采用光敏树脂进行打印，其打印精度控制在0.1mm以内。
[0033]进一步的，所述定位球至少设置有4个，所述定位球采用直径为1cm的荧光小球。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术通过调整带有定位球的完整模型原点和光学定位设备软件的原点相匹配，从而完整模型中的追踪物体与追踪物体实体模型重合，既完成病人病灶的配准，本配准方法通过偏差计算，进行准确的调整，从而能够降低精度差，有效提高配准精度，从而使得该配准方法更符合微创手术的需求。
附图说明：
[0036]图1为本专利技术的配准步骤流程图。
具体实施方式
[0037]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0038]实施例
[0039]一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，首先使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，其特征在于：包括以下步骤，病灶三维重建：使用医学图像扫描仪获得患者病灶的影像数据，然后通过医学三维模型重建系统对患者病灶处进行三维重建；设置追踪单元：通过建模软件设计追踪物体A，追踪物体A上设置好定位小球的安装位置，然后制造追踪物体A的实体结构，其中追踪物体A的三维模型坐标系为C1；模型结合：将追踪物体A的三维模型和患者病灶处重建的三维模型在医学三维模型重建系统中进行结合形成模型B；定位球安装：设置定位球，定位球分别安装在追踪物体A事先设计好的位置上，然后通过光学定位系统识别出定位球的相对位置，然后将定位球的坐标原点与追踪物体A的坐标系C1的原点相匹配；模型原点匹配：让带定位器完整模型的原点与光学定位系统软件的原点进行匹配，即可完成病人病灶的精确定位；由于患者病灶影像数据有自己的坐标系，坐标系原点一般在CT机的下角处，不同品牌CT机的坐标系都有不同，在医学三维模型重建系统中会按照实际的CT机的原点进行模型重建，导出的模型坐标系原点也在CT机的坐标原点，要做定位的模型原点和光学定位系统配套软件里识别的原点不相同，会导致无法定位，所以需要进行调整原点使其原点匹配。2.根据权利要求1所述的一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，其特征在于：所述模型原点匹配包括以下步骤，(1)把追踪物体A模型位置设置在原点，追踪物体A模型上找到三个有特征形状的模型顶点，其世界坐标分别为pa、pb、pc；(2)将模型B所在位置设置在原点，在模型B上找到追踪物体A上对应的pa、pb、pc三个特征的对应点特征点pa
′
、pb
′
、pc
′
；(3)根据三个特征点的偏差计算，将模型B进行偏移和旋转，让模型B上的追踪物体A的模型与追踪物体A的模型完成重合。3.根据权利要求2所述的一种高精度手术导航系统的病灶配准方法，其特征在于：所述三个特征点的偏差计算包括以下步骤，
①
计算出pa、pb、pc三个点组成的平面的中点centerA；
②
计算出pa
′
、pb
′<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李石，梁禧，姬红，夏曦煜，朱思仰，
申请(专利权)人：云南微乐数字医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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