一种基于导航标尺的制造技术

本发明专利技术公开了一种基于导航标尺的

【技术实现步骤摘要】
一种基于导航标尺的X光图像的空间定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及手术导航定位
，特别涉及一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法及装置
。

技术介绍

[0002]骨科微创手术中常借助术中
C
型臂透视生成的
X
光图像中获取患者的解剖信息，从而进行穿刺定位，使手术器械安全到达患者的目标手术区域
。
然而
X
光图像是一种二维图像，单张
X
光图像不能提供足够的信息来确定最佳的定位深度
、
定位角度及其他定位所需要的参数，因此，骨科手术医生经常对患者从多角度进行透视，从而来补充医生所需要的目标位置信息
。
尽管如此，这种方式仍然对医生的空间想象能力提出了较高的要求
。
因此对于年轻的医生而言，该种方式具有极为陡峭的学习曲线
。
[0003]随着科学技术的进步，术中的三维
C
臂和
O
型臂应运而生，它们可以直接在术中为医生提供患者的三维解剖信息，很好地解决了上述问题；但是三维
C
臂或者
O
型臂价格昂贵，只有少数大型医院才会配备，大多数的医院尤其是基层医院，仍采用多角度的二维
X
光片来实现定位
。
通过两张
X
光图像实现定位具有广泛的应用场景和极大的应用价值
。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术提供了一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法及装置，能够解决上述存在的技术问题
。
[0005]本专利技术的一个方面，提供了一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，该方法包括：
[0006]当所述手术导航标尺位于闭合状态时，手术导航标尺包括可在医学成像设备下成像的第一圆形部
、
第二圆形部和线段部；其中，所述第一圆形部和所述第二圆形部同轴，所述第一圆形部的直径小于所述第二圆形部的直径，所述线段部沿着所述第一圆形部的径向方向延伸；
[0007]所述
X
光图像的空间定位方法，包括如下步骤：
[0008]获取手术导航标尺闭合状态时的正位
X
光图像和侧位
X
光图像；
[0009]分别提取两张
X
光图像中对应第一圆形部
、
第二圆形部和线段部的双圆环特征和直线特征；
[0010]根据所述双圆环特征和直线特征，求解
X
光成像装置的成像模型的参数值；所述
X
光成像装置的成像模型表示世界坐标系和屏幕坐标系之间的变换关系；
[0011]根据空间中的待定位点投影到所述正位
X
光图像和侧位
X
光图像上的坐标值以及
X
光成像装置的成像模型的参数值，计算该待定位点在世界坐标系下的三维坐标值
。
[0012]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0013]将
X
光成像环境中的任意位置作为世界坐标系的原点；
[0014]将
X
光成像装置的放射源作为
X
光成像装置坐标系的原点；
[0015]将
X
光成像环境中的物体通过
X
光成像装置与某一平面的二维投影作为图像坐标系，将光轴和图像平面的交点作为图像坐标系的原点；
[0016]将所述二维投影转换的图像信息呈现于计算机屏幕中，将该屏幕中的二维坐标系作为屏幕坐标系；
[0017]计算所述世界坐标系
、X
光成像装置坐标系
、
图像坐标系和屏幕坐标系之间的坐标变换关系，以构建
X
光成像装置的成像模型
。
[0018]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0019]将
X
光成像装置坐标系的原点作为光心，令
X
光成像装置坐标系的
z
轴与光轴重合，则空间中的待定位点在世界坐标系和
X
光成像装置坐标系中的坐标关系通过下式计算：
[0020][0021][0022][0023]其中，
t
x
、t
y
、t
z
为两个坐标之间的平移分量，
α
、
β
、
γ
为两个坐标系之间的旋转分量，
x、y、z
是空间中的待定位点在
X
光成像装置坐标系下的三维坐标，
X、Y、Z
是空间中的待定位点在世界坐标系下的三维坐标
。
[0024]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0025]令
X
光成像装置坐标系的
x、y
轴与图像坐标系的横纵坐标轴平行，通过下式计算所述空间中的待定位点在图像坐标系中的投影位置坐标：
[0026][0027][0028]其中，
u'
和
v'
是空间中的待定位点在图像坐标系中的投影位置的横坐标和纵坐标，
f
为
X
光成像装置的焦距
。
[0029]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0030]通过下式计算所述空间中的待定位点在屏幕坐标系下的坐标值：
[0031][0032][0033]其中，
u
和
v
是空间中的待定位点在屏幕坐标系下的横
、
纵坐标值，
u0、v0是图像坐标
系的原点在屏幕坐标系中的横
、
纵坐标值，
dx
为屏幕像素对应的实际横轴尺寸，
dy
为屏幕像素对应的实际纵轴尺寸
。
[0034]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0035]将上述各关系式联立，得到世界坐标系到屏幕坐标系的转换关系式为：
[0036][0037]进一步的，所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，还包括：
[0038]根据上述世界坐标系到屏幕坐标系的转换关系式，得到
X
光成像装置的成像模型：
[0039][0040][0041]和图像坐标系上的一点对应的空间直线方程：
[0042][0043]其中，其中，
[0044]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，其特征在于，当所述手术导航标尺位于闭合状态时，手术导航标尺包括可在医学成像设备下成像的第一圆形部
、
第二圆形部和线段部；其中，所述第一圆形部和所述第二圆形部同轴，所述第一圆形部的直径小于所述第二圆形部的直径，所述线段部沿着所述第一圆形部的径向方向延伸；所述
X
光图像的空间定位方法，包括如下步骤：获取手术导航标尺闭合状态时的正位
X
光图像和侧位
X
光图像；分别提取两张
X
光图像中对应第一圆形部
、
第二圆形部和线段部的双圆环特征和直线特征；根据所述双圆环特征和直线特征，求解
X
光成像装置的成像模型的参数值；所述
X
光成像装置的成像模型表示世界坐标系和屏幕坐标系之间的变换关系；根据空间中的待定位点投影到所述正位
X
光图像和侧位
X
光图像上的坐标值以及
X
光成像装置的成像模型的参数值，计算该待定位点在世界坐标系下的三维坐标值
。2.
根据权利要求1所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，其特征在于，还包括：将
X
光成像环境中的任意位置作为世界坐标系的原点；将
X
光成像装置的放射源作为
X
光成像装置坐标系的原点；将
X
光成像环境中的物体通过
X
光成像装置与某一平面的二维投影作为图像坐标系，将光轴和图像平面的交点作为图像坐标系的原点；将所述二维投影转换的图像信息呈现于计算机屏幕中，将该屏幕中的二维坐标系作为屏幕坐标系；计算所述世界坐标系
、X
光成像装置坐标系
、
图像坐标系和屏幕坐标系之间的坐标变换关系，以构建
X
光成像装置的成像模型
。3.
根据权利要求2所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，其特征在于，还包括：将
X
光成像装置坐标系的原点作为光心，令
X
光成像装置坐标系的
Z
轴与光轴重合，则空间中的待定位点在世界坐标系和
X
光成像装置坐标系中的坐标关系通过下式计算：光成像装置坐标系中的坐标关系通过下式计算：光成像装置坐标系中的坐标关系通过下式计算：其中，
t
x
、t
y
、t
z
为两个坐标之间的平移分量，
α
、
β
、
γ
为两个坐标系之间的旋转分量，
x、y、z
是空间中的待定位点在
X
光成像装置坐标系下的三维坐标，
X、Y、Z
是空间中的待定位点
在世界坐标系下的三维坐标
。4.
根据权利要求3所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，其特征在于，还包括：令
X
光成像装置坐标系的
X、Y
轴与图像坐标系的横纵坐标轴平行，通过下式计算所述空间中的待定位点在图像坐标系中的投影位置坐标：间中的待定位点在图像坐标系中的投影位置坐标：其中，
u'
和
v'
是空间中的待定位点在图像坐标系中的投影位置的横坐标和纵坐标，
f
为
X
光成像装置的焦距
。5.
根据权利要求4所述的一种基于导航标尺的
X
光图像的空间定位方法，其特征在于，还包括：通过下式计算所述空间中的待定位点在屏幕坐标系下的坐标值：通过下式计算所述空间中的待定位点在屏幕坐标系下的坐标值：其中，
u
和
v
是空间中的待定位点在屏幕坐标系下的横
、
纵坐标值，
u0、v0是图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓君，奚强，覃建伟，郭宸恺，杨标，
申请(专利权)人：苏州铸正机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：