基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，所述检测装置为可放置颌骨模型的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配；本实用新型专利技术结构简单，使用便捷，通用性好，有效解决了现有技术中存在的因颌骨模型解剖结构复杂，虚实图像配准误差无法精确测量的问题。无法精确测量的问题。无法精确测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置


[0001]本技术涉及医学器械
，尤其是基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置。

技术介绍

[0002]口腔颌面部肿瘤是一类严重影响人类健康和生活质量的常见疾病，外科手术切除是累及颌骨的口腔颌面部肿瘤的主要治疗方式。近年来，使用增强现实技术辅助口腔颌面外科手术治疗的应用研究逐渐成为热点。然而对增强现实图像配准误差进行精确检测成为一个棘手的问题。由于缺乏专业检测设备，凭借图纸及常规检测仪器等一些简单的手段对于增强现实图像配准误差进行检测不可避免地存在误差。特别是对于颌骨的识别，由于颌骨在解剖结构上呈现分明的凹凸外形，且在垂直向高度上宽窄不一，现有的检测手段精度难以满足实际应用要求。因此，设计一种基于增强现实环境下多维度颌骨虚实配准误差检测装置，降低实际配准误差，提高数字化手术精度有着急切的需求。

技术实现思路

[0003]本技术提出基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，结构简单，使用便捷，通用性好，有效解决了现有技术中存在的因颌骨模型解剖结构复杂，虚实图像配准误差无法精确测量的问题。
[0004]本技术采用以下技术方案。
[0005]基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，所述检测装置为可放置颌骨模型(100)的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台(4)连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件(1)；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点(2)；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配。
[0006]所述凸台为具有八个轴壁(3)的锥台结构；平面参考标志点为直径3mm的白色圆形图标，圆形图标的圆心以红色为底色，按每个平面参考标志点间隔5mm均匀分布；所述平面参考标志点可使用三坐标测量仪的尖端3mm小球进行接触测量。
[0007]所述颌骨模型固定结构包括固定板(5)、M5螺栓(6)、M5螺栓柱(7)；所述固定板以M5螺栓、M5螺栓柱与颌骨模型底座(101)的底板相连形成组合体；所述组合体以螺栓固定于凸台顶部平台上方。
[0008]所述使用方法包括以下步骤；
[0009]步骤A1、快速成型模型的固定过程，具体为：利用Dicom医学影像数据重建颌骨三维结构形成颌骨模型，然后创建颌骨模型的底座底板，并把颌骨模型打印快速成型模型；
[0010]步骤A2、增强现实场景的创建过程，具体为：把颌骨模型的底座安装于检测装置的顶部平台处，三维扫描仪扫描模型与多维度虚实配准测量装置，输出数据，创建增强现实系统；
[0011]步骤A3、多维度虚实配准误差检测过程，具体为保持多维度颌骨虚实误差检测装
置与三坐标测量仪之间位置不变，对颌骨模型的配准误差进行测量。
[0012]在步骤A1中，获取带病灶组织的人体颌骨Dicom医学影像数据；针对所获取的Dicom医学影像数据，通过设置不同阈值范围提取肿瘤的CT范围，重建颌骨肿瘤的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取颌骨的CT范围，重建颌骨的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取牙列的CT范围，重建牙列的三维虚拟模型，作为识别特征点的虚拟模型，构建统一坐标系，创建颌骨模型底座数据，组合以上四个三维虚拟模型数据，形成完整的颌骨虚拟模型数据，导出并打印。
[0013]步骤A1的具体方法为：将所获取病人颌骨Dicom医学影像数据导入医学图像处理软件，根据不同组织在CT图像中不同的阈值，通过设置阈值范围，创建出所需要的虚拟模型数据；其中人体颌骨的阈值选取555
‑
1800，牙齿的阈值选取1200
‑
3071，肿瘤的阈值选取65
‑
110；再通过区域生长和遮罩功能分离肿瘤、颌骨和软组织；输出stl文件，并将该stl文件导入三维模型制作软件，建立统一坐标系，形成完整的颌骨模型后，向颌骨模型数据中再添加四个边角带M5螺栓的模型底座数据，将该颌骨模型数据以FBX文件格式导出，单位为mm，并打印该颌骨模型。
[0014]在步骤A2中，将颌骨模型放置在固定板上，对齐后一同叠加置于虚实配准误差测量结构的平台上方，使三者的螺栓一一对应，当螺栓柱未拧紧时，能够对模型的安放与位置进行调整，当调整完成并把螺栓柱拧紧后，颌骨模型即固定在所需位置处；
[0015]然后利用三维扫描仪扫描带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置，输出相应的STL数据。将牙齿的虚拟三维模型作为特征提取的虚拟模型。设定识别视角，通过边缘检测算法提取该识别视角下的边缘轮廓特征集，并存入特征集数据库中；
[0016]本步骤的边缘检测需先高斯滤波器平滑图像，其算子表述如下：
[0017][0018][0019]经反复多次操作，获得多方向完整的边缘轮廓识别特征集，创建增强现实场景，添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
[0020]然后创建增强现实场景，即添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
[0021]再创建模型目标，即添加带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置数据；
[0022]最后将增强现实场景导入显示设备中，通过识别牙齿表面特征，实现虚实图像之间的配准。
[0023]步骤A2中，调整模型组的颜色和不透明度，牙齿和下颌骨的RGBA，即红绿蓝和不透明度为255,255,255,70；肿瘤的RGBA为50,70,210,100；步骤A2中可以通过屏幕直接观察到虚拟图像在实体模型上的位置。
[0024]在步骤A3中，先将带有颌骨模型的多维度颌骨虚实配准误差检测装置放置在三坐标测量仪固定的测量位置，保持三坐标测量仪与放有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置之间的位置稳定，再分别在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取多个平面参考标志点；固定增强现实设备摄像头的视角方向与虚实配准识别方向一致，并保持摄像头在距带有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置预设高度的位置，首先在不调取虚
拟图像的条件下打开设备中的相机程序，透过相机画面利用三坐标测量仪测定所选取平面参考标志点的三维空间坐标，即真实场景下的三维空间坐标，之后在保证设备摄像头视角和高度不变的条件下，打开增强现实显示设备，调取虚拟图像，实现虚实配准后同样测定上述选取的平面参考标志点，并记录其三维空间坐标，即增强现实影像中的三维空间坐标；
[0025]通过欧式距离公式计算平面参考标志点真实场景下的三维空间坐标与增强现实影像中的三维空间坐标之间的距离误差，即同一平面参考标志点在虚实影像之间的距离误差。重复测量多次，取其测量结果的平均值即为虚实配准误差
[0026][0027]其中ρ为点(x2，y2，z2)到点(x1，y1，z1)之间的欧式距离。
[0028]步骤A3中，在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取20个平面参考标志点；保持摄像头在距带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置25cm的高度，测量次数不少于3次。
[0029]本技术的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，其特征在于：所述检测装置为可放置颌骨模型的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台（4）连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件（1）；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点（2）；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配。2.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，其特征在于：所述凸台为具有八个轴壁的锥台结构；平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少锋，施斌，廖云阳，戴博文，邹耿森，杜晨，
申请(专利权)人：福建医科大学附属第一医院，
类型：新型
国别省市：