脑部手术路径引导系统技术方案

本申请涉及医疗器械领域，提供一种脑部手术路径引导系统，包括：手术器械、面部扫描三维相机、定位三维相机与处理器。本申请通过处理器确定手术器械定位码与手术器械之间的第一位姿转换关系、面部扫描三维相机与相机定位码之间的第二位姿转换关系、定位三维相机与相机定位码之间的第三位姿转换关、定位三维相机与手术器械定位码之间的第四位姿转换关系，基于患者的MRI图像进行三维重建得到包括三维手术路径的MRI重建模型，并根据第一、第二、第三、第四位姿转换关系、MRI重建模型及面部扫描三维相机传输的患者面部的三维点云模型，确定手术器械与三维手术路径之间的位置与角度偏移量，提高手术位置与手术角度的精准性，降低手术风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
脑部手术路径引导系统


[0001]本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种脑部手术路径引导系统。

技术介绍

[0002]现行神经外科手术中，需要医生根据临床经验向目标手术区域进行颅骨钻孔、电极插入等操作。但是，若医生没有丰富的临床经验，容易导致医生向目标手术区域进行操作时，工具作用位置及角度不够精准，进而导致手术过程具有较高的安全风险。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种脑部手术路径引导系统，用以解决医生在神经外科手术中需要根据临床经验向目标手术区域进行颅骨钻孔或电极插入等脑部手术操作，容易导致工具进近位置及角度不够精准，进而提高脑部手术的风险。
[0004]第一方面，本申请实施例提供一种脑部手术路径引导系统，包括手术器械、面部扫描三维相机、定位三维相机与处理器：
[0005]所述手术器械上设置有手术器械定位码；
[0006]所述面部扫描三维相机上设置有相机定位码，所述面部扫描三维相机用于对患者的面部进行扫描并将根据扫描结果建立的三维点云模型传输至所述处理器；
[0007]所述定位三维相机用于拍摄所述手术器械定位码的图像及所述相机定位码的图像并传输至所述处理器；
[0008]所述处理器用于：
[0009]获取所述手术器械定位码与所述手术器械之间的第一位姿转换关系，以及所述相机定位码与所述面部扫描三维相机之间的第二位姿转换关系；
[0010]对所述手术器械定位码的图像及所述相机定位码的图像进行识别，分别得到所述定位三维相机与所述相机定位码之间的第三位姿转换关系，以及所述定位三维相机与所述手术器械定位码之间的第四位姿转换关系；
[0011]基于所述患者的MRI图像进行三维重建，得到包括三维手术路径的MRI重建模型；其中，所述MRI图像包含平面手术路径；
[0012]根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第四位姿转换关系、所述三维点云模型以及所述MRI重建模型，确定所述手术器械与所述三维手术路径之间的位置偏移量及角度偏移量。
[0013]在一个实施例中，所述处理器具体用于：
[0014]将所述患者的MRI图像中的平面手术路径转换至三维坐标系，得到三维手术路径；
[0015]基于所述三维手术路径，对所述MRI图像进行像素删减，得到目标图像；
[0016]对所述目标图像进行三维重建，得到MRI重建模型。
[0017]在一个实施例中，所述处理器具体用于：
[0018]通过marching cube算法，对所述目标图像进行三维重建，得到MRI重建模型。
[0019]在一个实施例中，所述处理器具体用于：
[0020]基于所述三维点云模型与所述MRI重建模型，确定所述三维手术路径在所述面部扫描三维相机下的位姿信息；
[0021]根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第四位姿转换关系，确定所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息；
[0022]基于所述三维手术路径在所述面部扫描三维相机下的位姿信息与所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息，确定所述手术器械与所述三维手术路径之间的位置偏移量与角度偏移量。
[0023]在一个实施例中，所述处理器具体还用于：
[0024]基于所述三维点云模型与所述MRI重建模型，确定所述面部扫描三维相机下所述患者的面部，与所述MRI重建模型中所述患者的面部之间的第五位姿转换关系；
[0025]根据所述第五位姿转换关系与所述三维手术路径，确定所述三维手术路径在所述面部扫描三维相机下的位姿信息。
[0026]在一个实施例中，所述处理器具体还用于：
[0027]对所述三维点云模型与所述MRI重建模型进行配准，得到所述面部扫描三维相机下所述患者的面部与所述MRI重建模型中所述患者的面部之间的第五位姿转换关系。
[0028]在一个实施例中，所述处理器具体还用于：
[0029]通过Lepard算法，对所述三维点云模型与所述MRI重建模型进行配准，得到所述面部扫描三维相机下所述患者的面部与所述MRI重建模型中所述患者的面部之间的第五位姿转换关系。
[0030]在一个实施例中，所述处理器具体还用于：
[0031]将所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第四位姿转换关系输入至第一公式进行计算，得到所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息。
[0032]在一个实施例中，所述第一公式如下所示：
[0033][0034]其中，Pose为所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息；为的逆矩阵；为第一位姿转换关系；为的逆矩阵；为第四位姿转换关系；为的逆矩阵；为第二位姿转换关系；为第三位姿转换关系。
[0035]在一个实施例中，所述处理器具体还用于：
[0036]根据所述三维手术路径、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第五位姿转换关系，确定所述三维手术路径在所述定位三维相机下的位姿信息。
[0037]在一个实施例中，所述脑部手术路径引导系统还包括标记投影器、投影器机械臂与面部扫描三维相机机械臂；
[0038]其中，所述标记投影器用于对所述三维手术路径进行投影；
[0039]所述投影器机械臂与所述标记投影器连接，用于控制所述标记投影器的位姿，以调整所述标记投影器的投影位置；
[0040]所述面部扫描三维相机机械臂与所述面部扫描三维相机连接；
[0041]所述处理器还用于获取所述投影器机械臂的第一运动学关系以及所述面部扫描三维相机机械臂的第二运动学关系；根据所述第一运动学关系和所述第二运动学关系，确定所述标记投影器与所述面部扫描三维相机之间的第六位姿转换关系；根据所述第六位姿转换关系确定所述三维手术路径在所述标记投影器下的位置信息；控制所述投影器机械臂将所述标记投影器的当前位姿调整为所述位置信息对应的位姿。
[0042]本申请实施例提供的脑部手术路径引导系统，处理器可以确定手术器械定位码与手术器械之间的第一位姿转换关系、面部扫描三维相机与相机定位码之间的第二位姿转换关系、定位三维相机与相机定位码之间的第三位姿转换关、定位三维相机与手术器械定位码之间的第四位姿转换关系，以及基于患者的MRI图像进行三维重建，得到包括三维手术路径的MRI重建模型，进而可以根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系、第三位姿转换关系、第四位姿转换关系、MRI重建模型以及面部扫描三维相机传输的患者面部的三维点云模型，确定出手术器械与三维手术路径之间的位置偏移量及角度偏移量，可以为手术过程提供钻孔辅助，提高手术位置与手术角度的精准性，降低手术过程的安全风险。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑部手术路径引导系统，其特征在于，包括手术器械、面部扫描三维相机、定位三维相机与处理器：所述手术器械上设置有手术器械定位码；所述面部扫描三维相机上设置有相机定位码，所述面部扫描三维相机用于对患者的面部进行扫描并将根据扫描结果建立的三维点云模型传输至所述处理器；所述定位三维相机用于拍摄所述手术器械定位码的图像及所述相机定位码的图像并传输至所述处理器；所述处理器用于：获取所述手术器械定位码与所述手术器械之间的第一位姿转换关系，以及所述相机定位码与所述面部扫描三维相机之间的第二位姿转换关系；对所述手术器械定位码的图像及所述相机定位码的图像进行识别，分别得到所述定位三维相机与所述相机定位码之间的第三位姿转换关系，以及所述定位三维相机与所述手术器械定位码之间的第四位姿转换关系；基于所述患者的MRI图像进行三维重建，得到包括三维手术路径的MRI重建模型；其中，所述MRI图像包含平面手术路径；根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第四位姿转换关系、所述三维点云模型以及所述MRI重建模型，确定所述手术器械与所述三维手术路径之间的位置偏移量及角度偏移量。2.根据权利要求1所述的脑部手术路径引导系统，其特征在于，所述处理器具体用于：将所述患者的MRI图像中的平面手术路径转换至三维坐标系，得到三维手术路径；基于所述三维手术路径，对所述MRI图像进行像素删减，得到目标图像；对所述目标图像进行三维重建，得到MRI重建模型。3.根据权利要求2所述的脑部手术路径引导系统，其特征在于，所述处理器具体用于：通过marching cube算法，对所述目标图像进行三维重建，得到MRI重建模型。4.根据权利要求1所述的脑部手术路径引导系统，其特征在于，所述处理器具体用于：基于所述三维点云模型与所述MRI重建模型，确定所述三维手术路径在所述面部扫描三维相机下的位姿信息；根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系、所述第三位姿转换关系、所述第四位姿转换关系，确定所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息；基于所述三维手术路径在所述面部扫描三维相机下的位姿信息与所述手术器械在所述面部扫描三维相机下的位姿信息，确定所述手术器械与所述三维手术路径之间的位置偏移量与角度偏移量。5.根据权利要求4所述的脑部手术路径引导系统，其特征在于，所述处理器具体还用于：基于所述三维点云模型与所述MRI重建模型，确定所述面部扫描三维相机下所述患者的面部...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏斌，陈明聪，张子惠，杨冰钰，
申请(专利权)人：中国科学院香港创新研究院人工智能与机器人创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：