一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法技术

本发明专利技术涉及磁导航技术领域，提供一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，通过磁场发生器对配准板的感应，多次利用矩阵坐标系转换，通过已知的相对位置来对未知的相对位置关系进行转换，来将所有需测定物品统一到同一坐标系下，以便完成配准。本发明专利技术结构简单，操作方便的优点，同时因为磁场发生器和配准板的体积较为小巧，可以适应不同的场景，使用范围比价广，成本较低。配准板上设有磁传感器线圈，该磁传感器可被磁场发生器感应到位置；且配准板的标定球球心之间的相对位置需要用三坐标测量仪提前标定。利用矩阵坐标系的转换，通过已知的相对位置来对未知的相对位置关系进行转换，来将所以物品统一到同一坐标系下，以便完成配准。以便完成配准。以便完成配准。

【技术实现步骤摘要】
一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法


[0001]本专利技术涉及磁导航
，特别涉及一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术、医学影像技术等高新的发展，为满足当前对于高精度手术的要求，越来越多的计算机辅助手术导航系统出现。基本工作流程大多是依赖定位系统获取特征位姿与病人术前医学影像的三维建模模型进行配准，来达到位姿映射，并在手术工具末端安装传感器，再由定位系统跟踪末端传感器，以将手术视野中的手术器械的位姿映射到三维影像中，医生可以直观的观察到手术器械和病灶的相对位姿，并有效精准的进行操作。所以，定位系统是整个系统中至关重要的步骤，是建立手术空间和医学影像位姿映射的重要输入，是跟踪手术器械位姿的关键模块。它的精度是决定手术精度的关键模块。
[0003]目前，导航跟踪前一般都需要对手术区域进行配准定位，现有的技术通常是在机械臂上加装配准板，通过对机械臂姿态的标定来实现配准的。但该方法存在以下两个问题，一个是机械臂后端需连接台车，使用不方便，使用场景不够广；二是结构较为复杂，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，通过磁场发生器对配准板的感应，多次利用矩阵坐标系转换，通过已知的相对位置来对未知的相对位置关系进行转换，可将所有需测定物品统一到同一坐标系下，以便完成配准。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，所述方法包括：
[0007](1)制定配准板，并利用三坐标测量仪标定配准板上标定球的坐标；
[0008](2)固定磁场发生器，并将配准板放置到磁场范围内；
[0009](3)以磁场发生器为原点建立坐标系得到磁场坐标系，计算得到在磁场中配准板上标定球和磁传感器的相对位置；
[0010](4)将要配准的物品放置到磁场内，并放置在配准板的正下方，调整C臂机位置对物品进行X光拍照，通过计算得到C臂机在磁场中的绝对位置；
[0011](5)利用C臂机的投影特性及数字影像重建原理，得到C臂机坐标系与CT坐标系间的变换关系；
[0012]其中，C臂机坐标系和CT坐标系均为虚拟坐标系，其中C臂机坐标系以发光点为圆心建立的坐标系，CT坐标系以图像上某个标定球为圆心建立的坐标系。
[0013](6)通过坐标变换得到，得到CT在磁场中的绝对位置；
[0014]通过坐标变换得到，T2和T3中都有C臂机的坐标系，可将T2中C臂机坐标系用T3代
替，即可得到CT坐标系在磁场中的绝对位置。
[0015](7)通过坐标转换得到物品在磁场下的位置。
[0016]进一步的，所述配准板为双层板。
[0017]进一步的，所述配准板的双层板上均固定设有磁传感器和标定球。
[0018]优选的，所述配准板上有设有至少一个自由度的磁传感器，最优可以设置6个自由度的磁传感器，该磁传感器可被磁场发生器感应到位置；且配准板的标定球球心之间的相对位置需要用三坐标测量仪提前标定。
[0019]进一步的，步骤(1)中的坐标是以其中一个标定球的球心为原点建立三维坐标系，并将标定球的坐标用(x，y，z)表示。
[0020]进一步的，步骤(3)中具体计算过程为：
[0021]用标定好的工具对配准板上的标定球进行定位，得出标定球此时在磁场中的绝对位置，标定球在磁场中的坐标为(x1，y1，z1)，因为配准板上的磁传感器位置是已知的，通过矩阵坐标转换原理得出配准板上的标定球与磁传感器的相对位置；
[0022]进一步的，步骤(4)中具体计算过程为：
[0023]已知C臂机影增发出的光为锥形光，即光源为点光源，利用物品投影存在近大远小的特性，根据投影大小和标定球实际尺寸进行逆向投影，即可得到C臂机影增相对于配准板标定球的坐标；
[0024]通过对X片图像处理使用霍夫变换处理，计算得到透视图像中标记球的圆心坐标集合{P
2D
‑
ball
}；
[0025]通过磁导航系统，实时获取磁场坐标系与坐标配准工具磁传感器坐标系间的变换关系，记为T1；
[0026]根据投影变换原理(逆向投影原理)，计算得到磁场坐标系与C臂机(透视设备)坐标系间的变换关系，记为T2；
[0027][0028]其中，{P
3D
‑
ball
}是对配准板的标定，通过三坐标测量仪测量可知；
[0029]A是针孔相机模型的内参矩阵；
[0030]通过求解T2的最优解，获得在磁场作用下C臂机在磁场中的绝对位置。
[0031]进一步的，步骤(5)中的具体计算过程为：
[0032]根据数字影像重建原理，即DRR原理，获取仿真透视投影视图，计算出仿真透视图与真实透视X光片的相似度，通过调整C臂机与CT模型间的相对关系，获取不同的数字影像重建图，即DRR图，通过迭代计算相似度，求解出最优解，即为C臂机(透视设备)坐标系与CT坐标系间的变换关系，记为T3。
[0033]进一步的，步骤(7)中的物品在磁场下的位置为：
[0034]P
2D
＝A*
C
‑
arm
P
3D
；
[0035]其中，A是针孔相机模型的内参矩阵；
[0036]C
‑
arm
P
3D
是标定球在C臂机坐标系下的坐标。
[0037]本专利技术具有以下有益效果：
[0038](1)本专利技术结构简单，操作方便的优点，同时因为磁场发生器和配准板的体积较为
小巧，可以适应不同的场景，使用范围比价广，成本也较低。
[0039](2)本专利技术的配准板上设有自由度的磁传感器线圈，该磁传感器可被磁场发生器感应到位置；且配准板的标定球球心之间的相对位置需要用三坐标测量仪提前标定。
[0040](3)本专利技术利用矩阵坐标系的转换，通过已知的相对位置来对未知的相对位置关系进行转换，来将所以物品统一到同一坐标系下，以便完成配准。
附图说明
[0041]图1是本专利技术的流程图。
[0042]图2是本专利技术的配准板的结构示意图。
[0043]图3是本专利技术的C臂机投影原理示意图。
[0044]图4是本专利技术的C臂机投影示意图。
[0045]图5是本专利技术的得到C臂机在磁场中的绝对位置的流程图。
具体实施方式
[0046]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细描述，应当指出的是，实施例只是对专利技术的具体阐述，不应视为对专利技术的限定，实施例的目的是为了让本领域技术人员更好地理解和再现本专利技术的技术方案，本专利技术的保护范围仍应当以权利要求书所限定的范围为准。
[0047]本专利技术提供一种借助X射线的统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场发生器的配准定位方法，其特征在于，所述方法包括：(1)制定配准板，并利用三坐标测量仪标定配准板上标定球的坐标；(2)固定磁场发生器，并将配准板放置到磁场范围内；(3)以磁场发生器为原点建立坐标系得到磁场坐标系，计算得到在磁场中配准板上标定球和磁传感器的相对位置；(4)将要配准的物品放置到磁场内，并放置在配准板的正下方，调整C臂机位置对物品进行X光拍照，通过计算得到C臂机在磁场中的绝对位置；(5)利用C臂机的投影特性及数字影像重建原理，得到C臂机坐标系与CT坐标系间的变换关系；(6)通过坐标变换得到，得到CT在磁场中的绝对位置；(7)通过坐标转换得到物品在磁场下的位置。2.根据权利要求1所述的一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，其特征在于，所述配准板为双层板。3.根据权利要求2所述的一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，其特征在于，所述配准板的双层板上均固定设有磁传感器和标定球。4.根据权利要求1所述的一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，其特征在于，步骤(1)中的坐标是以其中一个标定球的球心为原点建立三维坐标系。5.根据权利要求1所述的一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，其特征在于，步骤(3)中具体计算过程为：用标定好的工具对配准板上的标定球进行定位，得出标定球此时在磁场中的绝对位置，因为配准板上的磁传感器位置是已知的，通过矩阵坐标转换原理得出配准板上的标定球与磁传感器的相对位置。6.根据权利要求1所述的一种借助X射线的统一断层影像和磁定位工具坐标的方法，其特征在于，步骤(4)中具...

【专利技术属性】
技术研发人员：童睿，黄闻晶，
申请(专利权)人：浙江久择医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：