本发明专利技术提出了一种导航式髋臼磨削的可视化方法，包括以下步骤：S1，将臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置；S2，根据臼杯模型与髋臼模型的重叠区域在髋臼模型上规划出磨削区域，根据规划的磨削区域生成髋臼模型的体绘数据；S3，根据体绘数据对髋臼模型进行着色；S4，导航磨削过程中，随着磨削器械的移动，髋臼模型上的相应部分被除去，露出的磨削区域显示出对应的颜色。本发明专利技术根据规划的磨削区域生成髋臼模型的体绘数据，并根据体绘数据对髋臼模型进行着色，只需要进行一次从表面网格数据至体绘数据的转化，并对髋臼模型的各个区域进行深层着色，磨削可视化仅依靠对体绘数据的更新实现，从而提高了计算速度，提升了可视化显示画面的流畅度。流畅度。流畅度。
【技术实现步骤摘要】
一种导航式髋臼磨削的可视化方法、设备及存储介质
[0001]本专利技术涉及医疗
，尤其涉及一种导航式髋臼磨削的可视化方法、设备及存储介质。
技术介绍
[0002]髋臼磨削是导航式髋臼置换手术的重要步骤，具体包括如下步骤：
[0003]第一步，如图1所示，在术前规划时，在图像空间中(图像坐标系F
image
下)，移动臼杯模型，将其置于患者髋臼模型的合理位置，臼杯模型与髋臼模型重叠的区域(划线阴影区域)即为术中需要被磨削去除的部分。
[0004]第二步，如图2所示，在手术过程中，磨削器械与患者髋臼(盆骨)上分别刚性固连一光学追踪阵列，定位相机可以实时回传定位相机坐标系F
camera
至磨削器械追踪阵列坐标系F
toolRF
的转换矩阵T
cameraToToolRF
，以及F
camera
至髋臼追踪阵列坐标系F
boneRF
的转换矩阵T
cameraToBoneRF
。经过图像配准操作，上述两个矩阵可以被用作图像导航定位，最终的效果是：真实世界中患者髋臼与磨削器械相对位置关系符合图像空间中髋臼模型与磨削器械模型的相对位置关系。移动真实患者髋臼或真实磨削器械，图像中的髋臼模型与磨削器械模型也会发生相应移动。
[0005]第三步，以图像作为引导，移动磨削器械至待磨削区域。
[0006]第四步，使用磨削器械进行磨削，随着真实髋臼被逐渐打磨去除，图像空间中的髋臼模型也需要发生相应形变，直至待磨削部分(图1中划线阴影区域)被全部去除。在磨削过程中，若磨削超过了规划磨削区域，髋臼模型被过度磨削的表面需要显示不同的颜色以警示操作人员。
[0007]现有技术存在的缺点是：
[0008]上述过程的可视化涉及磨削器械模型与髋臼模型间的实时切割运算，现有技术的可视化对象为表面网格数据，在每一次更新显示时，需要进行若干次图像体绘数据与表面网格数据间的转换，并对表面网格数据进行着色判断(是否过度磨削)，运算所需时间较长，容易造成画面卡顿，影响导航操作。
技术实现思路
[0009]本专利技术提出一种导航式髋臼磨削的可视化方法、设备及存储介质，解决了现有技术中在每一次更新显示时，需要进行若干次图像体绘数据与表面网格数据间的转换，并对表面网格数据进行着色判断，运算所需时间较长，容易造成画面卡顿，影响导航操作等问题。
[0010]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0011]根据本专利技术的一个方面，提供了一种导航式髋臼磨削的可视化方法，包括以下步骤：
[0012]S1，将臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置；
[0013]S2，根据臼杯模型与髋臼模型的重叠区域在髋臼模型上规划出磨削区域，根据规划的磨削区域生成髋臼模型的体绘数据；
[0014]S3，根据体绘数据对髋臼模型进行着色；
[0015]S4，导航磨削过程中，随着磨削器械的移动，髋臼模型上的相应部分被除去，髋臼模型表面露出的磨削区域显示对应的颜色展示给操作者。
[0016]本专利技术根据臼杯模型与髋臼模型的重叠区域在髋臼模型上规划出磨削区域，根据规划的磨削区域生成髋臼模型的体绘数据，并根据体绘数据对髋臼模型进行着色，只需要在臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置后，进行一次从表面网格数据至体绘数据的转化，并对髋臼模型的各个区域进行深层着色，可实现在磨削过程中无需再生成表面网格数据用于可视化，磨削可视化仅依靠对体绘数据的更新实现，从而提高了计算速度，提升了可视化显示画面的流畅度。
[0017]具体的，步骤S1具体包括以下步骤：
[0018]S101，生成臼杯半球壳模型：
[0019]在图像坐标系中导入臼杯模型，在臼杯模型与髋臼模型接触的一侧生成一个半球壳模型；
[0020]S102，移动臼杯模型：
[0021]通过平移、旋转的方式将臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置，获取在图像坐标系下，臼杯模型从初始位置移动至预定位置所经历的刚体变换矩阵；
[0022]S103，移动半球壳模型；
[0023]将所述刚体变换矩阵应用于半球壳模型，使其移动至臼杯模型的预定位置。
[0024]半球壳模型与臼杯模型之间的空隙即为规划出的磨削区域，半球壳模型不用作可视化，故实际操作中，该半球壳模型不会被显示。
[0025]具体的，步骤S2具体包括以下步骤：
[0026]S201，构建髋臼模型的最小包围盒，并对包围盒进行三维网格划分，得到若干个小立方体，每个小立方体均为一个体素；
[0027]S202，对于包围盒中的每一个体素，若体素位于髋臼模型外部，则将该体素的值设为a；若体素位于髋臼模型内部，则将该体素的值设为b；
[0028]S203，对于髋臼模型内部的每一个体素，若体素位于髋臼模型上规划的磨削区域内，则将该体素的值修改为c；
[0029]S204，对于髋臼模型内部的每一个体素，若体素的位置超出髋臼模型上规划的磨削区域，且超出的厚度在允许误差范围内，则将该体素的值修改为d。
[0030]进一步的，步骤S201中，构建髋臼模型的最小包围盒的方法为：
[0031]遍历髋臼模型表面各个顶点的坐标值，记录这些坐标值中x轴、y轴、z轴方向上的坐标最大值和坐标最小值分别为：x_max、x_min、y_max、y_min、z_max、z_min；由点(x_max,y_max,z_max)、(x_min,y_max,z_max)、(x_max,y_min,z_max)、(x_max,y_max,z_min)、(x_min,y_min,z_max)、(x_min,y_max,z_min)、(x_max,y_min,z_min)、(x_min,y_min,z_min)八个顶点构成的空间封闭图形即为髋臼模型的最小包围盒。
[0032]进一步的，步骤S204中，记磨削允许的最大偏离厚度为d
’
，则允许最大偏离厚度对应的体素个数为n＝ceil(d
’
/l)，其中，ceil表示向上取整数；l为体素的尺寸，即小立方体
的边长；
[0033]遍历包围盒中的体素，若某体素的值为b，且该体素的相邻体素中存在值为c或a的体素(若相邻体素的值为c，则表明当前体素与规划的磨削区域边缘相邻，若相邻体素的值为a，则表明当前体素与髋臼模型外部边缘相邻，即当前体素在髋臼模型的表面蒙皮上)，则将该体素的值修改为d；遍历完成后，更新n值为n＝n
‑
1；
[0034]执行以下步骤增加体素值为d的模型区域厚度至最大偏离厚度d
’
：
[0035]step1，判断n>0是否成立，若是，则执行步骤step2，否则结束进程；
[0036]step2，遍历包围盒中的体素，若某体素的值为b，且该体素的相邻体素中存在值为d的体素，则将该体素的值设为e；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种导航式髋臼磨削的可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置；S2，根据臼杯模型与髋臼模型的重叠区域在髋臼模型上规划出磨削区域，根据规划的磨削区域生成髋臼模型的体绘数据；S3，根据体绘数据对髋臼模型进行着色；S4，导航磨削过程中，随着磨削器械的移动，髋臼模型上的相应部分被除去，髋臼模型表面露出的磨削区域显示对应的颜色展示给操作者。2.如权利要求1所述的一种导航式髋臼磨削的可视化方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S101，生成臼杯半球壳模型：在图像坐标系中导入臼杯模型，在臼杯模型与髋臼模型接触的一侧生成一个半球壳模型；S102，移动臼杯模型：通过平移、旋转的方式将臼杯模型移动至髋臼模型的预定位置，获取在图像坐标系下，臼杯模型从初始位置移动至预定位置所经历的刚体变换矩阵；S103，移动半球壳模型；将所述刚体变换矩阵应用于半球壳模型，使其移动至臼杯模型的预定位置。3.如权利要求1所述的一种导航式髋臼磨削的可视化方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S201，构建髋臼模型的最小包围盒，并对包围盒进行三维网格划分，得到若干个小立方体，每个小立方体均为一个体素；S202，对于包围盒中的每一个体素，若体素位于髋臼模型外部，则将该体素的值设为a；若体素位于髋臼模型内部，则将该体素的值设为b；S203，对于髋臼模型内部的每一个体素，若体素位于髋臼模型上规划的磨削区域内，则将该体素的值修改为c；S204，对于髋臼模型内部的每一个体素，若体素的位置超出髋臼模型上规划的磨削区域，且超出的厚度在允许误差范围内，则将该体素的值修改为d。4.如权利要求3所述的一种导航式髋臼磨削的可视化方法，其特征在于，步骤S201中，构建髋臼模型的最小包围盒的方法为：遍历髋臼模型表面各个顶点的坐标值，记录这些坐标值中x轴、y轴、z轴方向上的坐标最大值和坐标最小值分别为：x_max、x_min、y_max、y_min、z_max、z_min；由点(x_max,y_max,z_max)、(x_min,y_max,z_max)、(x_max,y_min,z_max)、(x_max,y_max,z_min)、(x_min,y_min,z_max)、(x_min,y_max,z_min)、(x_max,y_min,...
【专利技术属性】
技术研发人员：周再望，黄志俊，刘金勇，钱坤，
申请(专利权)人：杭州柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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