一种编码标识手术导航方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种编码标识手术导航方法、系统和存储介质，所述方法包括：获取编码标识参考板上带有编码信息的板载二维图像；对板载二维图像进行图像处理，识别各个编码标志点；对各个编码标志点进行解码，得到对应的编码信息；通过编码信息，确定各个编码标志点所在参考板上的对应位置；实时扫描板载二维图像，分析得到各个编码标志点的三维坐标；通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息，从而对参考板进行实时定位。编码标识参考板上的四个编码标志点通过各自的中心圆区域和信息环带区域携带编码信息，在导航过程中，经过图像处理、解码和实时定位即可确定编码标识参考板的实时位置，从而实现精确导航。航。航。

【技术实现步骤摘要】
一种编码标识手术导航方法、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及图像处理和医疗
，涉及一种用于在实施手术过程中进行导航的编码标识手术导航方法、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]手术导航系统至少包括光学定位仪、手术仪器、人体参考板和仪器参考板。实施手术过程中，人体参考板与患者手术部件保持相互静止，仪器参考板固定设置于手术仪器上，人体参考板和仪器参考板发出或者折射红外光分别被光学定位仪获取，光学定位仪通过标定配准，将人体参考板坐标系与仪器参考板坐标系统一实时导航图像中。如此即可在实施手术过程中为手术仪器的方向、角度等提供参考，从而实现精准导航。
[0003]在种植牙手术导航领域，目前市面上口腔种植导航系统主要是通过识别参考板上标记点组成的不同几何形状来实现定位的，其过程主要分为两个步骤：一是识别标记点，二是多个标记点组合的几何形状与模型遍历匹配。这样的方式存在以下问题：标记点均为相同的几何结构，在光学定位仪识别并构建三维坐标时，需通过复杂的算法来确定标记点在光学定位仪两个图像传感器上的对应关系；同时，在设计参考板时，需考虑标记点组合的唯一几何形状，对参考板的设计带来很大限制。业界亟需提供一种新方案，能够更好兼顾导航精准度和设计科学性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种编码标识手术导航方法、系统和存储介质，在实施手术的过程中基于编码标识参考板进行动态导航，具有导航精准度高和编码标识参考板设计科学合理等优点。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种编码标识手术导航方法，包括以下步骤：S1.获取编码标识参考板上带有编码信息的板载二维图像，所述编码标识参考板上设置有四个编码标志点，所述编码标志点包括中心圆区域和信息环带区域；S2.对板载二维图像进行图像处理，从经过图像处理后的板载二维图像识别出各个编码标志点；S3.对各个编码标志点进行解码，得到各个编码标志点对应的编码信息；S4.通过各个编码标志点对应的编码信息，确定各个编码标志点所在参考板上的对应位置；S5.实时扫描编码标识参考板上各个编码标志点的板载二维图像，分析得到各个编码标志点的三维坐标；S6.通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息，从而对参考板进行实时定位，进而实现手术导航。
[0006]与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：编码标识参考板上的四个编码标志
点通过各自的中心圆区域和信息环带区域携带编码信息，在导航过程中，经过图像处理、解码和实时定位即可确定编码标识参考板的实时位置，从而实现精确导航。
[0007]进一步地，所述步骤S2中对板载二维图像进行图像处理具体包括：对板载二维图像进行预处理；所述预处理包括图像平滑处理、删除噪声处理、灰度化处理、高斯滤波处理；根据板载二维图像中各个编码标志点的中心圆，对各个编码标志点进行定位；对定位后的编码标志点进行二值化处理，提取编码标志点的轮廓并进行椭圆拟合；通过预设的长短轴比例、椭圆尺寸和白色单位环段的面积占信息环带总面积的比例，对拟合得到的椭圆进行筛选，从而识别出各个编码标志点。
[0008]采用上述方案的有益效果是：对板载二维图像进行图像处理的目的在于识别出光学定位仪视场范围内所有的编码标志点，通过预处理去除信号干扰、再利用中心圆进行定位、并基于椭圆拟合和椭圆筛选，即可在众多疑似识别点中精确识别出携带编码信息的编码标志点。
[0009]进一步地，所述步骤S3中对各个编码标志点进行解码具体包括：根据中心圆定位得到编码标志点，选取编码标志点上的信息环带；所述信息环带等分为10个首尾相连的单位环段，所述单位环段的颜色为白色或者黑色；分析计算确定白色单位环段的面积占信息环带总面积的比例，确定白色单位环段的数量；通过图像识别确定黑色单位环段的角度和位置，从而确定白色单位环段的间隔角度；从预设位置上沿顺时针方向扫描信息环带，通过白色单位环段的数量和间隔角度，解码得到编码标志点对应的编码信息。
[0010]采用上述方案的有益效果是：在编码时将编码信息记载在白色单位环段和黑色单位环段中，利用若干个白色单位环段和若干个黑色单位环段记载编码信息，识别过程中仅需要识别白色单位环段在信息环带区域内的数量、排布方式，即可进行译码，从而区分四个编码标志点。
[0011]进一步地，所述步骤S5中分析得到各个编码标志点的三维坐标具体包括：获取光学定位仪的内参矩阵、畸变矩阵和位置变换矩阵，所述光学定位仪上设置有第一相机和第二相机；分别通过第一相机和第二相机获取同一编码标志点的坐标，结合位置变换矩阵和两个坐标值分析得到编码标志点的三维坐标。
[0012]采用上述方案的有益效果是：基于三角定位测量，通过光学定位仪的第一相机和第二相机，利用内参矩阵、畸变矩阵和位置变换矩阵等对各个编码标志点进行分析，即可分析得到各个编码标志点的三维坐标。
[0013]进一步地，所述步骤S6中通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息具体包括：结合四个编码标志点的三维坐标分析出编码标识参考板的重心坐标，从而得到编码标识参考板在光学定位仪的坐标系中的三维坐标；
通过四个编码标志点的三维坐标拟合得到编码标识参考平面；确定编码标识参考平面在光学定位仪的坐标系中的X轴、Y轴和Z轴，进而得到获取编码标识参考板的位姿信息。
[0014]采用上述方案的有益效果是：综合四个编码标志点的三维坐标即可分析得到编码标识参考板的重心坐标，拟合出编码标识参考平面并确定该平面在光学定位仪的坐标系中的X轴、Y轴和Z轴后，即可实时获取编码标识参考板的位姿信息。
[0015]一种编码标识手术导航系统，包括：图像获取模板，用于获取编码标识参考板上带有编码信息的板载二维图像，所述编码标识参考板上设置有四个编码标志点，所述编码标志点包括中心圆区域和信息环带区域；标志点识别模块，用于对板载二维图像进行图像处理，从经过图像处理后的板载二维图像识别出各个编码标志点；信息解码模块，用于对各个编码标志点进行解码，得到各个编码标志点对应的编码信息；关联定位模块，用于通过各个编码标志点对应的编码信息，确定各个编码标志点所在参考板上的对应位置；坐标采集模块，用于实时扫描参考板上各个编码标志点的板载二维图像，分析得到各个编码标志点的三维坐标；位姿获取模块，用于通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息，从而对参考板进行实时定位，进而实现手术导航。
[0016]进一步地，所述标志点识别模块具体包括：图像预处理单元，用于对板载二维图像进行预处理；所述预处理包括图像平滑处理、删除噪声处理、灰度化处理、高斯滤波和处理；标志点定位单元，用于根据板载二维图像中各个编码标志点的中心圆，对各个编码标志点进行定位；椭圆拟合单元，用于对定位后的编码标志点进行二值化处理，提取编码标志点的轮廓并进行椭圆拟合；椭圆筛选单元，用于通过预设的长短轴比例、椭圆尺寸和白色单位环段的面积占信息环带总面积的比例，对拟合得到的椭圆进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编码标识手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取编码标识参考板上带有编码信息的板载二维图像，所述编码标识参考板上设置有四个编码标志点，所述编码标志点包括中心圆区域和信息环带区域；S2.对板载二维图像进行图像处理，从经过图像处理后的板载二维图像识别出各个编码标志点；S3.对各个编码标志点进行解码，得到各个编码标志点对应的编码信息；S4.通过各个编码标志点对应的编码信息，确定各个编码标志点所在参考板上的对应位置；S5.实时扫描编码标识参考板上各个编码标志点的板载二维图像，分析得到各个编码标志点的三维坐标；S6.通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息，从而对参考板进行实时定位，进而实现手术导航。2.根据权利要求1所述的一种编码标识手术导航方法，其特征在于，所述步骤S2中对板载二维图像进行图像处理具体包括：对板载二维图像进行预处理；所述预处理包括图像平滑处理、删除噪声处理、灰度化处理、高斯滤波处理；根据板载二维图像中各个编码标志点的中心圆，对各个编码标志点进行定位；对定位后的编码标志点进行二值化处理，提取编码标志点的轮廓并进行椭圆拟合；通过预设的长短轴比例、椭圆尺寸和白色单位环段的面积占信息环带总面积的比例，对拟合得到的椭圆进行筛选，从而识别出各个编码标志点。3.根据权利要求1所述的一种编码标识手术导航方法，其特征在于，所述步骤S3中对各个编码标志点进行解码具体包括：根据中心圆定位得到编码标志点，选取编码标志点上的信息环带；所述信息环带等分为10个首尾相连的单位环段，所述单位环段的颜色为白色或者黑色；分析计算确定白色单位环段的面积占信息环带总面积的比例，确定白色单位环段的数量；通过图像识别确定黑色单位环段的角度和位置，从而确定白色单位环段的间隔角度；从预设位置上沿顺时针方向扫描信息环带，通过白色单位环段的数量和间隔角度，解码得到编码标志点对应的编码信息。4.根据权利要求1所述的一种编码标识手术导航方法，其特征在于，所述步骤S5中分析得到各个编码标志点的三维坐标具体包括：获取光学定位仪的内参矩阵、畸变矩阵和位置变换矩阵，所述光学定位仪上设置有第一相机和第二相机；分别通过第一相机和第二相机获取同一编码标志点的坐标，结合位置变换矩阵和两个坐标值分析得到编码标志点的三维坐标。5.根据权利要求1所述的一种编码标识手术导航方法，其特征在于，所述步骤S6中通过多个编码标志点的三维坐标分析获取编码标识参考板的位姿信息具体包括：结合四个编码标志点的三维坐标分析出编码标识参考板的重心坐标，从而得到编码标识参考板在光学定位仪的坐标系中的三维坐标；
通过四个编码标志点的三维坐标拟合得到编码标识参考平面；确定编码标识参考平面在光学定位仪的坐标系中的X轴、Y轴和Z轴，进而得到获取编码标识参考板的位姿信息。6.一种编码标识手术导航系统，其特征在于，包括：图像获取模板，用于获取编码标识参考板上带有编码信息的板载二维图像，所述编码标识参考板上设置有四个编码标志点，所述编...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昀，
申请(专利权)人：深圳卡尔文科技有限公司，
类型：发明
国别省市：