一种脊柱配准方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种脊柱配准方法、装置、设备及存储介质。其中，所述装置包括图像分割与粗配准点选取模块、影像标定模块、CT

【技术实现步骤摘要】
一种脊柱配准方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及医学图像处理领域，具体涉及一种脊柱配准方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在机器人导航的脊柱微创手术中，脊柱配准是最为关键的一步，它可以得到从术前规划的坐标系（通常为术前CT的坐标系）到实际术中病人手术部位的坐标系的转换关系，为置钉导航的路径提供指引。然而脊柱配准在手术过程中往往需要考虑到很多实际因素，如配准时间、操作复杂度、手术创口、辐射剂量等，因此脊柱配准成为本领域亟待解决的问题。随着计算机技术以及图像处理技术的进步，现在较为先进的方式是利用计算机辅助进行手术，例如C型臂脊柱手术辅助设备，其主要原理是采用手术导航系统定位病患部位，精确定位，避免了医生依靠经验手术的误差。
[0003]专利CN 111429491 A提供了一种脊柱术前三维影像与术中二维影像配准的方法与系统，通过使用术前CT生成DRR图像，并进行椎体分割，将术中C型臂拍摄的X光图像进行椎体分割，最后将术前、术中对应椎体进行配准。该方法通过对脊柱进行椎体分割，采用单椎配准的方法，解决了术前、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脊柱配准方法，其特征在于，包括以下步骤：S101，图像分割与粗配准点选取：对术前CT图像进行分割，获得脊椎的三维模型，并在三维模型上选取粗配准点；S102，影像标定：使用影像标定工具对C型臂拍摄的X光片进行标定，获取待手术部位阵列坐标到X光片图像坐标的投影矩阵；其中，所述影像标定工具上至少有6个不共面且不被X射线穿透的标定点以及一个光学追踪阵列，所述光学追踪阵列能够被双目相机识别并定位；S103，CT
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X光配准：对术前CT图像与术中拍摄的待手术部位的X光片图像进行2D
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3D配准，并利用配准结果和DRR算法获取术前选取的粗配准点在X光片图像上的坐标；S104，粗配准：基于三角测量法对待手术部位的X光片图像上的粗配准点进行三维重建，并与术前选取的粗配准点进行粗配准；S105，精配准：对术前分割得到的脊椎模型进行降采样，将降采样后的点投影至X光片图像上，再利用投影矩阵进行三维重建，得到待手术部位阵列坐标系下的脊椎点云，并通过ICP点云配准算法与术前分割得到的脊椎模型进行配准，得到最终的脊柱配准结果。2.根据权利要求1所述的一种脊柱配准方法，其特征在于，S101中所述在三维模型上选取的粗配准点至少有3个。3.根据权利要求1所述的一种脊柱配准方法，其特征在于，S102中所述影像标定，使用影像标定工具对C型臂拍摄的X光片进行标定，获取待手术部位阵列坐标到X光片图像坐标的投影矩阵，包括以下步骤：使用C型臂拍摄影像标定工具，得到两张不同角度下的X光片；通过图像处理方法识别两张X光片图像上影像标定工具的标定点，分别得到影像标定工具的标定点在两张X光片图像上的坐标；在待手术部位安装阵列，并建立待手术部位阵列坐标系；其中，所述待手术部位阵列坐标系由阵列上的三个反光贴的位置来确定：根据三个反光贴圆心位置确定待手术部位阵列的中心点，并将中心点作为待手术部位阵列坐标系的原点，三个反光贴圆心点所在的平面为XOY平面，垂直该平面向外的轴为Z轴，原点到任意一个反光贴圆心点的连线的延长线为Y轴，通过叉乘确定X轴的方向；双目相机识别待手术部位的阵列与影像标定工具上的光学追踪阵列，得到待手术部位的阵列与影像标定工具上的光学追踪阵列的位置转换关系，并计算影像标定工具上的标定点在待手术部位阵列坐标系下的坐标；根据获取的影像标定工具上的标定点在两张X光片图像上的坐标与一组标定点在待手术部位阵列坐标系下的坐标，通过直接线性变换法分别得到标定点的待手术部位阵列坐标到两组X光片图像坐标的投影矩阵，也即待手术部位阵列坐标系到两个不同角度下的X光片图像坐标系之间的投影矩阵，分别记为P1，P2；其中，影像标定工具上的标定点在X光片图像上的坐标为2D坐标，影像标定工具上的标定点在待手术部位阵列坐标系下为3D坐标。4.根据权利要求3所述的一种脊柱配准方法，其特征在于，所述图像处理方法采用阈值分割或者连通域分析中的一种。5.根据权利要求3所述的一种脊柱配准方法，其特征在于，S103中所述CT
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X光配准，对
术前CT图像与术中拍摄的待手术部位的X光片图像进行2D
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3D配准，并利用配准结果和DRR算法获取术前选取的粗配准点在X光片图像上的坐标，包括以下步骤：使用C型臂拍摄待手术部位的X光片；对术前CT图像与术中待手术部位的X光片图像进行2D
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3D配准，得到R
x
，R
y
，R
z
，t
x
，t
y
，t
z 6个参数，其中，R
x
，R
y
，R
z
，t
x
，t
y
，t
z
分别代表术前CT图像在CT坐标系的X、Y、Z三个轴向上的旋转分量与平移分量；通过DRR算法以及配准结果，计算得到术前选取的粗配准点在当前X光片图像上的位置坐标，其中DRR算法为数字重建放射影像；拍摄另一角度的待手术部位的X光片，两次拍摄角度与影像标定中拍摄影像标定工具时保持一致，重复上述步骤，分别得到粗配准点在两张待手术部位的X光片图像上的坐标，也即粗配准点在两个不同角度下的X光片图像坐标系下的坐标，分别记为C1，C2。6.根据权利要求5所述的一种脊柱配准方法，其特征在于，所述对术前CT图像与术中待手术部位的X光片图像进行2D
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【专利技术属性】
技术研发人员：聂智林，上官佳荣，乔天，文理为，
申请(专利权)人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：