一种目标点的运动状态相似性判断方法技术

本发明专利技术公开了一种目标点的运动状态相似性判断方法，其包括：放置固定示踪器和随动示踪器，随动示踪器能够表征目标点运动状态；对患者进行影像扫描得到3D影像，同时光学跟踪系统至少捕捉得到随动示踪器的位姿；获取3D影像中的规划通道末端所在的切片的曝光时间作为对准时间，获取对准时间对应的两示踪器的位姿，并计算得到二者之间的目标位姿变换关系；光学跟踪系统实时获取两示踪器的位姿，据此计算得到两示踪器之间的实时位姿变换关系，对实时位姿变换关系与目标位姿变换关系进行相似性比对，在二者之间的相似性满足设定条件则判断目标点的当前运动状态与目标运动状态相似。本方案执行难度低且能提高针对目标点的一次执行成功率。执行成功率。执行成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种目标点的运动状态相似性判断方法


[0001]本专利技术涉及机器人导航
，尤其涉及一种目标点的运动状态相似性判断方法。

技术介绍

[0002]在临床上，特别是肿瘤治疗的临床上，越来越广泛地使用医学影像做引导，然后使用机械臂辅助进行手术工具的定位以实现微创手术，以便减少病人创面、加速病人康复速度。
[0003]医疗手术导航机器人在经皮穿刺、活检、消融等领域为医生提供高精度的位置和角度的导航，降低医生对于手感和经验的依赖，但针对肺部等受呼吸影响较大的器官的穿刺的活检、消融等手术中，穿刺通道规划是医生基于生理学解剖特征和患者当前的实际生理状况执行的，属于静态条件，而实际手术时病人处于持续呼吸的状态，器官内病灶点的位移最大可达5cm，属于动态条件。常规的主动或被动屏气操作很难让患者配合，而目前的手术导航辅助机器人无法精确把握病灶的运动规律，因此难以找到病灶状态与通道规划时的病灶运动状态基本一致的时刻，导致针对病灶的一次执行成功率较低。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种易于实现、计算简单、执行难度低且能提高一次执行成功率的目标点的运动状态相似性判断方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种目标点的运动状态相似性判断方法，包括：放置位姿不随人体呼吸发生改变的固定示踪器和位姿随人体呼吸发生改变用于表征目标点运动状态的随动示踪器；在对患者进行影像扫描得到的3D影像中进行通道规划得到规划通道，获取规划通道末端所在的切片的曝光时间作为对准时间，获取对准时间对应的随动示踪器和固定示踪器的位姿并计算得到二者之间的位姿变换关系作为目标位姿变换关系；通过光学跟踪系统实时获取所述固定示踪器和所述随动示踪器的位姿，并计算得到二者之间的位姿变换关系作为实时位姿变换关系，并对实时位姿变换关系与所述目标位姿变换关系进行相似性比对，在二者之间的相似性满足设定条件则判断目标点的当前运动状态与对准时间对应的运动状态相似。
[0006]优选的，所述固定示踪器放置于床板。
[0007]进一步地，对患者进行影像扫描得到3D影像的同时光学跟踪系统至少捕捉得到所述随动示踪器的位姿；所述对准时间对应的固定示踪器的位姿通过所述3D影像提取得到或通过所述光学跟踪系统捕捉得到；
[0008]所述对准时间对应的随动示踪器的位姿通过所述光学跟踪系统捕捉得到。
[0009]进一步地，所述3D影像还用于配准，通过所述3D影像计算得到所述固定示踪器的位姿，所述光学跟踪系统捕捉得到所述固定示踪器和所述随动示踪器的位姿，采用所述3D影像和所述光学跟踪系统中的所述固定示踪器的位姿进行配准。
[0010]具体地，根据所述光学跟踪系统捕捉得到的在对准时间所述随动示踪器的位姿和从所述3D影像提取得到的所述固定示踪器的位姿计算得到二者之间的目标位姿变换关系。
[0011]具体地，根据所述光学跟踪系统捕捉得到的在对准时间所述随动示踪器和所述固定示踪器的位姿计算得到二者之间的目标位姿变换关系。
[0012]具体地，所述相似性满足设定条件具体为：将所述目标位姿变换关系及所述实时位姿变换关系分别转化为平移变换矩阵V1、V1'和旋转变换矩阵A1、A1'，通过平移变换的欧氏距离||V2–
V1||和旋转变换的欧氏距离||A2–
A1||联合表示所述目标位姿变换关系和所述实时位姿变换关系的相似性。
[0013]优选地，当||V1'
–
V1||＜第一阈值且||A1'
–
A1||＜第二阈值，则判定所述目标位姿变换关系和所述实时位姿变换关系相似。
[0014]优选地，所述第一阈值设为2mm，所述第二阈值设为0.2
°
。
[0015]进一步地，以||V1'
–
V1||为x轴、以||A1'
–
A1||为y轴构建一个平面直角坐标系，通过点(||V1'
–
V1||,||A1'
–
A1||)与坐标系原点之间的距离表征所述实时位姿变换关系和所述目标位姿变换关系之间的相似性。
[0016]有益效果：本专利技术通过光学跟踪系统实时捕捉固定示踪器和随动示踪器的位姿，据此计算得到两示踪器的实时位姿变换关系，通过实时位姿变换关系和目标位姿变换关系的相似性的比较找到当前呼吸状态与目标呼吸状态相近的时刻，提高了一次性执行成功率；本专利技术仅需要对两示踪器的位姿进行捕捉并进行位姿变换关系求解，降低了运算复杂度和执行难度。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的流程图；
[0018]图2为表征位姿变换相似性的点在平面上的运动轨迹示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。
[0020]图1为本专利技术的流程图，如图1所示，本专利技术包括如下步骤：
[0021](1)放置固定示踪器和随动示踪器；
[0022]固定示踪器的位姿不随患者的呼吸发生变化，优选放置于床板，也可以放置于人体受呼吸影像较小的部位，例如：手臂等部位；随动示踪器放置在靠近患者病灶的人体表面，其能够表征病灶(目标点)的运动状态，其位姿随患者的呼吸发生改变，例如放置于肚脐至膈肌之间，进一步的，放置于肚脐往上2cm处。
[0023](2)计算得到对准时间对应的固定示踪器和随动示踪器的位姿变换关系作为目标位姿变换关系；
[0024]对患者进行影像扫描得到3D影像，同时光学跟踪系统实时捕捉固定示踪器和随动示踪器的运动轨迹，医生对3D影像中的患者病灶进行识别并进行通道规划得到规划通道，提取规划通道末端所在的影像切片的采样时间(即该切片曝光的时间戳)作为对准时间，获得对准时间对应的固定示踪器和随动示踪器的位姿，据此计算得到对准时间对应的固定示踪器和随动示踪器的位姿变换关系，将其作为目标位姿变换关系定义目标位姿变换关
系对应的呼吸状态和病灶的运动状态分别为目标呼吸状态和目标运动状态。
[0025]固定示踪器和随动示踪器的位姿的获取方式可以是从光学跟踪系统同时获得二者的位姿，也可以从3D影像获取固定示踪器的位姿、从光学跟踪系统获取随动示踪器的位姿。
[0026]在前述实施例中，机器人坐标系、影像坐标系、光学跟踪系统坐标系之间的配准在术前已经完成；而在其他实施例中，可以将前述得到的3D影像作为注册影像，即通过该3D影像进行机器人坐标系、影像坐标系、光学跟踪系统坐标系之间的配准，同时在该3D影像上规划得到规划通道，省去术前拍摄注册影像的步骤，在此实施例中，光学跟踪系统和影像设备均需捕捉到固定示踪器的位姿以进行坐标系配准，并且光学跟踪系统还需要捕捉到随动示踪器的位姿用于目标位姿变换关系的计算；(3)获取随动示踪器和固定示踪器的实时位姿变换关系；
[0027]通过光学跟踪系统实时捕捉固定示踪器和随动示踪器的位姿，据此计算得到二者之间的位姿变换关系作为实时位姿变换关系
[0028](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目标点的运动状态相似性判断方法，其特征在于：包括：放置不随人体呼吸发生运动的固定示踪器和用于表征目标点运动状态的随动示踪器；获取患者3D影像，在所述3D影像中进行规划得到规划通道；获取所述规划通道末端所在的影像切片的曝光时间作为对准时间，获取对准时间对应的随动示踪器和固定示踪器的位姿并计算得到二者之间的位姿变换关系作为目标位姿变换关系；通过光学跟踪系统实时获取所述固定示踪器和所述随动示踪器的位姿，并计算得到二者之间的位姿变换关系作为实时位姿变换关系；对实时位姿变换关系与所述目标位姿变换关系进行相似性比对，在二者之间的相似性满足设定条件则判断目标点的当前运动状态与对准时间对应的运动状态相似。2.根据权利要求1所述的目标点的运动状态相似性判断方法，其特征在于：所述固定示踪器放置于床板。3.根据权利要求1所述的目标点的运动状态相似性判断方法，其特征在于：对患者进行影像扫描得到所述3D影像的同时光学跟踪系统至少捕捉得到所述随动示踪器的位姿。4.根据权利要求3所述的目标点的运动状态相似性判断方法，其特征在于：所述3D影像还用于配准，通过所述3D影像获取所述固定示踪器的位姿，所述光学跟踪系统捕捉得到所述固定示踪器和所述随动示踪器的位姿，采用所述3D影像和所述光学跟踪系统捕捉到的所述固定示踪器的位姿进行配准。5.根据权利要求3或4所述的目标点的运动状态相似性判断方法，其特征在于：根据所述光学跟踪系统捕捉得到的所述随动示踪器的位姿和从所述3D影像提取得到的所述固定示踪器的位姿计算得到所述目标位姿变换关系。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英杰，刘孝波，
申请(专利权)人：南京佗道医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：