基于二维图像的手术规划方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于二维图像的手术规划方法、系统、设备及介质，该手术规划方法包括：利用成像设备对患者进行多角度的术前二维扫描后，生成术前二维医学图像；在术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径；基于预设的三维模型坐标系，进行从成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将成像设备坐标系下的规划路径转换成手术机器人坐标系下的规划路径。本发明专利技术利用预设的三维模型和坐标转换关系，将二维医学图像上的规划路径转换为机器人坐标系下的规划路径，满足了低放射剂量的二维图像手术规划需求；预设的三维模型与成像设备硬件结构相关，稳定性高，提高了二维图像规划的精度。提高了二维图像规划的精度。提高了二维图像规划的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于二维图像的手术规划方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于手术定位领域，尤其涉及一种基于二维图像的手术规划方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着医疗影像和器械技术的进步，基于机械臂技术的手术机器人被越来越多地与医疗影像数据相结合，参与辅助医生的手术过程，极大方便了医生的操作，提升了手术精度。例如，螺钉内固定术，减少手术体力消耗的同时实现了复杂手术简单化和常规手术微创化。
[0003]现有的手术导航系统常基于术前或术中的三维影像进行手术规划，基于三维影像提供最精准的手术规划数据，但是放射剂量大、设备价格高且数据采集时间长；基于术中二维影像能够提供手术规划的数据，虽然放射剂量小、设备价格便宜，但是影像设备和机器人导航设备分离，造成手术规划结果精度低。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中利用二维影像手术规划精度差的缺陷，提供一种基于二维图像的手术规划方法、系统、设备及介质。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]第一方面，提供一种基于二维图像的手术规划方法，所述手术规划方法包括：
[0007]利用成像设备对患者进行多角度的术前二维扫描后，生成术前二维医学图像；
[0008]在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径；所述成像设备坐标系下的规划路径根据所述术前二维医学图像中的入钉点和入钉方向上的目标点形成，用于控制手术机器人动作；
[0009]基于预设的三维模型坐标系，进行从所述成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述成像设备坐标系下的规划路径转换成所述手术机器人坐标系下的规划路径。
[0010]可选地，所述手术规划方法还包括：
[0011]根据所述手术机器人坐标系下的规划路径生成控制指令，并根据所述控制指令驱动所述手术机器人运动；
[0012]利用所述成像设备对患者进行多角度的术中二维扫描后，生成术中二维医学图像；
[0013]当基于所述术中二维医学图像检测到所述患者发生位移时，在所述术中二维医学图像上重新进行手术规划，得到新的所述成像设备坐标系下的规划路径；
[0014]当基于所述术中二维医学图像检测到所述患者未发生位移时，获取实际手术路径；所述实际手术路径根据所述术中二维医学图像中所述手术机器人的导向筒中轴线上的第一检测点和第二检测点形成；
[0015]判断所述实际手术路径与所述成像设备坐标系下的规划路径是否存在误差，若是，则生成运动补偿指令并继续执行根据所述控制指令驱动所述手术机器人运动的步骤；
[0016]和/或，
[0017]所述在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径的步骤之后，所述手术规划方法还包括：
[0018]对所述入钉点和/或所述目标点进行修正，得到修正后的所述成像设备坐标系下的规划路径。
[0019]可选地，所述基于预设的三维模型坐标系，进行从所述成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述成像设备坐标系下的规划路径转换成所述手术机器人坐标系下的规划路径，包括：
[0020]根据第一变换矩阵，计算在所述三维模型坐标系下与所述入钉点相对应的第一位置点和与所述目标点相对应的第二位置点；所述第一变换矩阵用于表征在特定角度下所述成像设备坐标系与所述三维模型坐标系的坐标转换关系；
[0021]根据第二变换矩阵，计算在所述手术机器人坐标系下与所述第一位置点相对应的第一手术点和与所述第二位置点相对应的第二手术点；所述第二变换矩阵用于表征所述三维模型坐标系与所述手术机器人坐标系的坐标转换关系；
[0022]基于所述第一手术点和所述第二手术点生成所述手术机器人坐标系下的规划路径。
[0023]可选地，通过以下公式计算所述第一位置点和所述第二位置点：
[0024]P
入钉点Md1
(x，y)＝Md1*P1(x，y，z)
[0025]P
入钉点Md2
(x，y)＝Md2*P1(x，y，z)
[0026]P
目标点Md1
(x，y)＝Md1*P2(x，y，z)
[0027]P
目标点Md2
(x，y)＝Md2*P2(x，y，z)
[0028]其中，Md1表示第一特定角度下的所述第一变换矩阵，Md2表示第二特定角度下的所述第一变换矩阵，P
入钉点Md1
(x，y)表示在第一特定角度下的所述入钉点的二维坐标，P
入钉点Md2
(x，y)表示在第二特定角度下的所述入钉点的二维坐标，P
目标点Md1
(x，y)表示在第一特定角度下的所述目标点的二维坐标，P
目标点Md2
(x，y)表示在第二特定角度下的所述目标点的二维坐标，P1(x，y，z)表示所述第一位置点的三维坐标，P2(x，y，z)表示所述第二位置点的三维坐标；
[0029]和/或，
[0030]通过以下公式计算所述第一手术点和所述第二手术点：
[0031]P
入钉点
‑
机器
(x，y，z)＝Mp*P1(x，y，z)
[0032]P
目标点
‑
机器
(x，y，z)＝Mp*P2(x，y，z)
[0033]其中，Mp表示所述第二变换矩阵，P
入钉点
‑
机器
(x，y，z)表示所述第一手术点的三维坐标，P
目标点
‑
机器
(x，y，z)表示所述第二手术点的三维坐标，P1(x，y，z)表示所述第一位置点的三维坐标，P2(x，y，z)表示所述第二位置点的三维坐标。
[0034]第二方面，提供一种基于二维图像的手术规划系统，所述手术规划系统包括：
[0035]第一图像生成模块，用于利用成像设备对患者进行多角度的术前二维扫描后，生成术前二维医学图像；
[0036]手术规划模块，用于在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径；所述成像设备坐标系下的规划路径根据所述术前二维医学图像中的入钉点和入钉方向上的目标点形成，用于控制手术机器人动作；
[0037]转换模块，用于基于预设的三维模型坐标系，进行从所述成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述成像设备坐标系下的规划路径转换成所述手术机器人坐标系下的规划路径。
[0038]可选地，所述手术规划系统还包括：
[0039]驱动模块，用于根据所述手术机器人坐标系下的规划路径生成控制指令，并根据所述控制指令驱动所述手术机器人运动；
[0040]第二图像生成模块，用于利用所述成像设备对患者进行多角度的术中二维扫描后，生成术中二维医学图像；
[0041]第一检测模块，用于当基于所述术中二维医学图像检测到所述患者发生位移时，在所述术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维图像的手术规划方法，其特征在于，所述手术规划方法包括：利用成像设备对患者进行多角度的术前二维扫描后，生成术前二维医学图像；在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径；所述成像设备坐标系下的规划路径根据所述术前二维医学图像中的入钉点和入钉方向上的目标点形成，用于控制手术机器人动作；基于预设的三维模型坐标系，进行从所述成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述成像设备坐标系下的规划路径转换成所述手术机器人坐标系下的规划路径。2.如权利要求1所述的基于二维图像的手术规划方法，其特征在于，所述手术规划方法还包括：根据所述手术机器人坐标系下的规划路径生成控制指令，并根据所述控制指令驱动所述手术机器人运动；利用所述成像设备对患者进行多角度的术中二维扫描后，生成术中二维医学图像；当基于所述术中二维医学图像检测到所述患者发生位移时，在所述术中二维医学图像上重新进行手术规划，得到新的所述成像设备坐标系下的规划路径；当基于所述术中二维医学图像检测到所述患者未发生位移时，获取实际手术路径；所述实际手术路径根据所述术中二维医学图像中所述手术机器人的导向筒中轴线上的第一检测点和第二检测点形成；判断所述实际手术路径与所述成像设备坐标系下的规划路径是否存在误差，若是，则生成运动补偿指令并继续执行根据所述控制指令驱动所述手术机器人运动的步骤；和/或，所述在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路径的步骤之后，所述手术规划方法还包括：对所述入钉点和/或所述目标点进行修正，得到修正后的所述成像设备坐标系下的规划路径。3.如权利要求1所述的基于二维图像的手术规划方法，其特征在于，所述基于预设的三维模型坐标系，进行从所述成像设备坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述成像设备坐标系下的规划路径转换成所述手术机器人坐标系下的规划路径，包括：根据第一变换矩阵，计算在所述三维模型坐标系下与所述入钉点相对应的第一位置点和与所述目标点相对应的第二位置点；所述第一变换矩阵用于表征在特定角度下所述成像设备坐标系与所述三维模型坐标系的坐标转换关系；根据第二变换矩阵，计算在所述手术机器人坐标系下与所述第一位置点相对应的第一手术点和与所述第二位置点相对应的第二手术点；所述第二变换矩阵用于表征所述三维模型坐标系与所述手术机器人坐标系的坐标转换关系；基于所述第一手术点和所述第二手术点生成所述手术机器人坐标系下的规划路径。4.如权利要求3所述的基于二维图像的手术规划方法，其特征在于，通过以下公式计算所述第一位置点和所述第二位置点：P
入钉点Md1
(x，y)＝Md1*P1(x，y，z)P
入钉点Md2
(x，y)＝Md2*P1(x，y，z)P
目标点Md1
(x，y)＝Md1*P2(x，y，z)
P
目标点Md2
(x，y)＝Md2*P2(x，y，z)其中，Md1表示第一特定角度下的所述第一变换矩阵，Md2表示第二特定角度下的所述第一变换矩阵，P
入钉点Md1
(x，y)表示在第一特定角度下的所述入钉点的二维坐标，P
入钉点Md2
(x，y)表示在第二特定角度下的所述入钉点的二维坐标，P
目标点Md1
(x，y)表示在第一特定角度下的所述目标点的二维坐标，P
目标点Md2
(x，y)表示在第二特定角度下的所述目标点的二维坐标，P1(x，y，z)表示所述第一位置点的三维坐标，P2(x，y，z)表示所述第二位置点的三维坐标；和/或，通过以下公式计算所述第一手术点和所述第二手术点：P
入钉点
‑
机器
(x，y，z)＝Mp*P1(x，y，z)P
目标点
‑
机器
(x，y，z)＝Mp*P2(x，y，z)其中，Mp表示所述第二变换矩阵，P
入钉点
‑
机器
(x，y，z)表示所述第一手术点的三维坐标，P
目标点
‑
机器
(x，y，z)表示所述第二手术点的三维坐标，P1(x，y，z)表示所述第一位置点的三维坐标，P2(x，y，z)表示所述第二位置点的三维坐标。5.一种基于二维图像的手术规划系统，其特征在于，所述手术规划系统包括：第一图像生成模块，用于利用成像设备对患者进行多角度的术前二维扫描后，生成术前二维医学图像；手术规划模块，用于在所述术前二维医学图像上进行手术规划，得到成像设备坐标系下的规划路...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪晓勇，胡琦逸，张恒雁，
申请(专利权)人：上海阅行医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：