一种种植导航配准方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种种植导航配准方法、系统和存储介质，根据CBCT数据构建CT三维模型后获取多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值，对配准参考设备的CT三维模型和三维数据模型进行融合得到融合三维模型，获取光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系和探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，在CT操作界面中的融合三维模型上显示探针抵接于配准凹坑内的图像，从而具有操作直观方便等优点；进一步获取配准凹坑在CT三维模型坐标系下和参考板坐标系下的坐标值，分析得到参考板坐标系、CT三维模型坐标系和光学定位仪坐标系三者相互之间的精确矩阵变换关系，能够有效修正结构形变而引入的导航配准精度误差。导航配准精度误差。导航配准精度误差。

【技术实现步骤摘要】
一种种植导航配准方法、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及医疗
，涉及一种用于在实施种植手术前进行可视化、高精度导航配准的方法、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]在实施口腔种植手术过程中，通过导航系统进行实时导航前，需要事先获知参考板、CT和光学定位仪三者相互之间坐标的精确矩阵变换关系。
[0003]导航配准至少需要用到配准参考设备、探针和光学定位仪。其中，配准参考设备包括参考板和配准器，参考板和配准器之间通过连接杆固定连成整体结构，配准器上设置有多个配准球体和配准凹坑；探针的前端设置有球形端，探针通过球形端抵接于配准凹坑内；参考板和探针上均设置有反光标识点，光学定位仪发出红外光后再采集反光标识点所反射回来的光信息，便可获取参考板和探针在光学定位仪坐标系下的实时坐标值。
[0004]现有技术在进行导航配准操作时存在以下问题：操作人员在配准过程中使用探针点击配准凹坑时，无法在CT影像中观察到此时采集的是哪一个配准凹坑，需要刻意记下已经点了哪些点、还有哪些点未点，操作不方便直观；同时，由于配准参考设备中参考板和配准器是通过一根细长的连接杆固定的，在生产、运输、储存、使用等过程中，均有可能造成变形，从而导致参考板和配准器的相对位置发生变化，影响导航配准精度。

技术实现思路

[0005]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，提供一种种植导航配准方法、系统和存储介质，能够在CT影像中显示配准过程中探针的实时影像，具有操作直观方便等优点；同时能够有效修正结构形变而引入的导航配准精度误差。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种种植导航配准方法，包括以下步骤：S1.采集患者口腔内的配准参考设备的CBCT数据，根据CBCT数据构建CT三维模型，获取多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值；所述配准参考设备包括参考板和配准器，所述参考板和所述配准器之间通过连接杆固定连成整体结构，所述配准器上设置有多个配准球体和配准凹坑；S2.根据配准参考设备的三维数据模型，获取多个配准球体在数模三维坐标系下的坐标值；S3.基于配准球体在CT三维模型坐标系下的坐标值和在数模三维坐标系下的坐标值，根据刚体配准算法分析CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，同时分析CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系；S4.根据CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，对配准参考设备的CT三维模型和三维数据模型进行融合，得到融合三维模型；S5.通过光学定位仪采集参考板的实时位姿数据，根据参考板的实时位姿数据分
析参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系；S6.根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于所述参考板和所述配准参考设备的结构关系，结合参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，获取光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；S7.获取探针的三维数据模型，当探针抵接于配准凹坑内时，通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，根据光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，得到探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；S8.根据探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，在CT操作界面中的融合三维模型上显示探针抵接于配准凹坑内的图像；S9.通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，结合探针的三维数据模型，获取配准凹坑在光学定位仪坐标系下的坐标值，同时基于参考板在光学定位仪坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值；S10.根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于配准器上配准球体和配准凹坑的结构关系，通过多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在CT三维模型坐标系下的坐标值；S11.根据配准凹坑在CT三维模型坐标系下的坐标值和配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值，以及参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，分析得到参考板坐标系、CT三维模型坐标系和光学定位仪坐标系三者相互之间的精确矩阵变换关系。
[0007]与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：根据探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系在CT操作界面中的融合三维模型上显示探针抵接于配准凹坑内的图像，在CT影像中显示配准过程中探针的实时影像，具有操作直观方便等优点；进一步获取配准凹坑在CT三维模型坐标系下和参考板坐标系下的坐标值，分析得到参考板坐标系、CT三维模型坐标系和光学定位仪坐标系三者相互之间的精确矩阵变换关系，能够有效修正结构形变而引入的导航配准精度误差。
[0008]对应地，一种种植导航配准系统，包括：CT模型构建模块，用于采集患者口腔内的配准参考设备的CBCT数据，根据CBCT数据构建CT三维模型，获取多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值；所述配准参考设备包括参考板和配准器，所述参考板和所述配准器之间通过连接杆固定连成整体结构，所述配准器上设置有多个配准球体和配准凹坑；三维数模获取模块，用于根据配准参考设备的三维数据模型，获取多个配准球体在数模三维坐标系下的坐标值；第一变换矩阵分析模块，用于基于配准球体在CT三维模型坐标系下的坐标值和在数模三维坐标系下的坐标值，根据刚体配准算法分析CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，同时分析CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系；模型融合模块，用于根据CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，对配准参考设备的CT三维模型和三维数据模型进行融合，得到融合三维模型；第二变换矩阵分析模块，用于通过光学定位仪采集参考板的实时位姿数据，根据参考板的实时位姿数据分析参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系；第一粗略矩阵变换分析模块，用于根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的
矩阵变换关系，基于所述参考板和所述配准参考设备的结构关系，结合参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，获取光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；第二粗略矩阵变换分析模块，用于获取探针的三维数据模型，当探针抵接于配准凹坑内时，通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，根据光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，得到探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；可视化显示模块，用于根据探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，在CT操作界面中的融合三维模型上显示探针抵接于配准凹坑内的图像；第一坐标分析模块，用于通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，结合探针的三维数据模型，获取配准凹坑在光学定位仪坐标系下的坐标值，同时基于参考板在光学定位仪坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值；第二坐标分析模块，用于根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于配准器上配准球体和配准凹坑的结构关系，通过多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在CT三维模型坐标系下的坐标值；精确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种种植导航配准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采集患者口腔内的配准参考设备的CBCT数据，根据CBCT数据构建CT三维模型，获取多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值；所述配准参考设备包括参考板和配准器，所述参考板和所述配准器之间通过连接杆固定连成整体结构，所述配准器上设置有多个配准球体和配准凹坑；S2.根据配准参考设备的三维数据模型，获取多个配准球体在数模三维坐标系下的坐标值；S3.基于配准球体在CT三维模型坐标系下的坐标值和在数模三维坐标系下的坐标值，根据刚体配准算法分析CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，同时分析CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系；S4.根据CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系，对配准参考设备的CT三维模型和三维数据模型进行融合，得到融合三维模型；S5.通过光学定位仪采集参考板的实时位姿数据，根据参考板的实时位姿数据分析参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系；S6.根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于所述参考板和所述配准参考设备的结构关系，结合参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，获取光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；S7.获取探针的三维数据模型，当探针抵接于配准凹坑内时，通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，根据光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，得到探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系；S8.根据探针三维坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系，在CT操作界面中的融合三维模型上显示探针抵接于配准凹坑内的图像；S9.通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，结合探针的三维数据模型，获取配准凹坑在光学定位仪坐标系下的坐标值，同时基于参考板在光学定位仪坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值；S10.根据CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于配准器上配准球体和配准凹坑的结构关系，通过多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在CT三维模型坐标系下的坐标值；S11.根据配准凹坑在CT三维模型坐标系下的坐标值和配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值，以及参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，分析得到参考板坐标系、CT三维模型坐标系和光学定位仪坐标系三者相互之间的精确矩阵变换关系。2.根据权利要求1所述的一种种植导航配准方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S101.加载配准参考设备的CBCT数据，并对CBCT数据进行预处理；S102.基于投影重建算法建立重建空间，获取CBCT数据的投影数据，通过将每个投影像素值按照其在CT扫描中的位置进行插值而将投影数据反投射至重建空间，将滤波后的重建空间通过二次反投影处理后，得到配准参考设备的CT三维模型；S103.基于图像处理算法，在CT三维模型中提取配准球体的边界数据，通过边界数据分析得到配准球体的位置和大小，进而得到配准球体在CT三维坐标系下的坐标值，具体包括：对CT三维模型进行阈值分割处理，通过V>T判断配准球体体素的灰度值是否高于设定
的阈值，其中，V是体素的灰度值，T为阈值；遍历每个像素，基于阈值分割处理数据分析图像连通域，并提取边界数据；基于高斯滤波公式进行边缘平滑处理，具体为：其中，为是高斯滤波后的像素值，是原始像素值， 是高斯滤波核的权重。3.根据权利要求1所述的一种种植导航配准方法，其特征在于，步骤S4具体包括：S401.根据CT三维模型坐标系和数模三维坐标系之间的矩阵变换关系进行坐标系对齐，将CT三维模型坐标系和数模三维坐标系统一到同一坐标系下；S402.对配准参考设备的CT三维模型进行网格划分得到多个CT网格单元，对三维数据模型进行网格划分得到多个数模网格单元，基于最近邻匹配算法对多个CT网格单元和多个数模网格单元进行对齐；S403.基于对齐后的多个CT网格单元和多个数模网格单元将CT三维模型和三维数据模型进行融合，得到融合三维模型。4.根据权利要求1所述的一种种植导航配准方法，其特征在于，步骤S6具体包括：S601.获取配准参考设备的三维数据模型，分析得到所述参考板和所述配准参考设备的结构关系；S602.获取CT三维模型坐标系和配准器坐标系之间的矩阵变换关系，基于所述参考板和所述配准参考设备的结构关系，得到CT三维模型坐标系与参考板坐标系之间的矩阵变换关系；S603.获取参考板坐标系和光学定位仪坐标系之间的矩阵变换关系，结合CT三维模型坐标系与参考板坐标系之间的矩阵变换关系，计算得到光学定位仪坐标系与CT三维模型坐标系之间的粗略矩阵变换关系。5.根据权利要求1所述的一种种植导航配准方法，其特征在于，步骤S9具体包括：S901.通过光学定位仪采集探针的实时位姿数据，获取探针的三维数据模型，同时获取参考板在光学定位仪坐标系下的坐标值；S902.基于光学定位仪采集探针的实时位姿数据和探针的三维数据模型，分析得到配准凹坑在光学定位仪坐标系下的坐标值；S903.结合参考板在光学定位仪坐标系下的坐标值和配准凹坑在光学定位仪坐标系下的坐标值，分析得到配准凹坑在参考板坐标系下的坐标值。6.一种种植导航配准系统，其特征在于，包括：CT模型构建模块，用于采集患者口腔内的配准参考设备的CBCT数据，根据CBCT数据构建CT三维模型，获取多个配准球体在CT三维坐标系下的坐标值；所述配准参考设备包括参考板和配准器，所述参考板和所述配准器之间通过连接杆固定连成整体结构，所述配准器上设置有多个配准球体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐钊，
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：