骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及骨关节置换手术机器人领域，公开了一种骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法及一种基于增强现实的计算机辅助骨科手术系统，首先获取CT图像的骨骼分割数据；然后根据获得的CT图像的骨骼分割数据生成骨骼三维模型；采用一种基于改进的SURF特征点视频图像匹配算法，对视频图像的目标进行匹配跟踪，然后求解目标的空间姿态，再对虚拟的三维物体进行相应的空间变换，从而实现增强现实的效果。本发明专利技术的主要目的是为术前病人CT图像的三维重建提供能建立足够复杂和精确的三维影像技术，以使手术机器人能借此自主完成髋关节、膝关节、肩关节置换骨科手术。膝关节、肩关节置换骨科手术。膝关节、肩关节置换骨科手术。

【技术实现步骤摘要】
骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种机器人，特别是涉及一种骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法及系统。

技术介绍

[0002]医疗机器人行业的市场规模潜力非常大，而在世界范围内，骨科机器人作为医疗机器人的细分行业却长期被美国的医疗器械龙头(如美敦力公司、史赛克公司、捷迈邦美公司)垄断，唯一一家来自于中国的骨科机器人公司是北京天智航医疗科技股份公司，其主要产品正式“天玑”骨科机器人。其是世界上能开展全节段手术的骨科机器人，但是由于其用途为创伤性骨折手术，并非是适合于本专利技术的骨关节置换手术领域。
[0003]由于骨科手术分类以及手术术式的多样性，一般通用机器人难以满足手术需求，因此专科型骨科手术机器人成为未来发展的必然趋势。但国内目前尚没有国产骨科关节置换手术机器人注册获批，虽然申请号201010131125.X的专利申请公开了一种关节手术机器人，但是主要是提供了一种进行多种手术姿态变换的机构。申请号201810167101.6虽然是踝关节手术机器人，但是不是关节置换手术，而是类似于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法，其特征在于，其包含：步骤一、骨骼CT图像进行分割获取CT图像的骨骼分割数据；步骤二、根据获得的CT图像的骨骼分割数据生成骨骼三维模型；采用一种基于改进的SURF特征点视频图像匹配算法，对视频图像的目标进行匹配跟踪，然后求解目标的空间姿态，再对虚拟的三维物体进行相应的空间变换，从而实现增强现实的效果。2.根据权利要求1所述的骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法，其特征在于，步骤一的具体步骤包括：1)输入CT图像序列2)DICOM格式文件解析3)基于中值滤波的各向异性扩散的图像滤波4)基于自适应阈值的骨骼组织粗分割5)基于三维区域生长法的骨骼组织精分割。3.根据权利要求2所述的骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法，其特征在于，其具体步骤还包括：首先用图像锐化处理对CT图像进行图像增强，将图像高频部分加到原图像中，保留图像原来细节的同时达到增强图像边缘的目的；其次采用基于Hessian矩阵的三维结构滤波器进一步增强图像的骨骼边缘，利用Hessian矩阵可以编码三维空间结构的能力，增强包括骨组织较弱的松质骨的骨骼轮廓，为图割算法提供更多的分割依据；然后将图像分割问题转化为图论分割问题，使用标准的6
‑
邻域系统将CT图像的三维数据场映射成图论的存储结构，得到用于图割算法的图；接着使用能量函数最小化来表示图的最小割，利用CT图像骨骼的CT值和增强滤波器的响应值构建图的能量函数；最后使用最大流最小割算法求解图的最小割，将图割的结果转回图像形式，得到骨骼的标签图像；同时，对于图像中紧密相连的骨骼区域，使用形态学的腐蚀运算将两块骨骼连通区域分开，获得相连骨骼的连接区域，针对该连通区域再次进行图割算法即可将相连的骨骼分开，提高骨骼分割的精确性。4.根据权利要求1所述的骨关节置换手术机器人的CT图像的三维重建方法，其特征在于，在步骤二中，首先使用基于Marching Cubes面绘制算法对得到的骨骼像素进行三维重建，得到用于AR系统的数字三维模型；其次采用基于改进的SURF特征点匹配算法，对视频图像中的目标进行匹配跟踪，获得模型在二维图像中的位置；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高焕兵，鲁守银，王涛，高诺，隋首钢，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：