【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，尤其涉及在导航系统下辅助引导术中三维影像设备获取影像并将三维重建模型拼接的方法和设备。
技术介绍
1、在一些骨科手术中，尤其是在骨盆手术(例如骨盆创伤手术)和脊柱手术(例如长节段脊柱畸形矫正手术)中，使用术中影像设备例如三维c形臂(或称三维锥形束ct/cbct或三维o型臂)来完整重建患者目标生理结构的模型是非常具有挑战性的。
2、这是由于以下原因：第一、绝大多数术中三维c形臂因其有限尺寸的视场(也称fov，一般是小于直径20cm x高度20cm的圆柱体)，无法一次性完整扫描目标生理结构并重建其三维模型以供医生使用。故而，医生只能选择进针点附近的生理结构重建或者放弃术中三维c形臂的三维成像功能，只能退而求其次，通过二维透视将完整的目标生理结构投影在二维x射线投影图像上，从而在轴位切面信息缺乏的情况下，通过多张不同角度的二维透视图像较为不精准的确认进针点的位置、方向和深度等关键信息。这也是骨盆创伤经皮复位和内固定术中，即使仅仅需要植入单颗螺钉，却往往需要采集骨盆正位片、侧位片、(经皮螺钉)入口位片、(经皮螺钉)出口位片、髂骨斜位片、闭孔出口位片等多张骨盆二维透视图像的根本原因。而对于脊柱外科手术，每次三维c形臂扫描由于fov尺寸的限制而只能完成3-4个脊柱节段的手术。对于长节段的脊柱外科导航辅助手术，则需要术中执行多次三维影像采集和配准。在此过程中，三维c形臂的进出、摆位、调整手术床高度、碰撞测试、患者重新铺单等操作严重影响手术连贯性，降低了手术效率，可能造成患者麻醉时间延长，出血量增多，手术风险
3、第二、现有的术中三维影像设备不具备三维影像的拼接功能。虽有部分手术室外的工作站的影像处理软件可以实现多个三维模型的重建和拼接，但多数仅使用术前的ct影像，在实际临床手术中使用，手术医生不便将术中影像设备采集的三维影像模型数据传输至手术室外的计划工作站或者影像科工作站进行拼接和重建、之后再传输回手术室的手术导航系统来辅助导航和定位。
4、第三、即使假设手术室条件和手术情况允许医生使用工作站的影像处理软件，实现多个三维影像或模型的拼接和重建，这依旧需要使用术中影像设备多次获得患者目标生理结构的依次多个部位的影像之后，再将多个三维影像进行拼接以得到完整的目标生理结构的三维模型。而现有三维影像设备例如c形臂的激光指示器只能指示c臂平板的中心位置，而无法显示三维c形臂的fov与需要拼接的患者生理结构的三维空间位置关系。医生只能间接的通过正侧位透视的方法确定三维c形臂的机架与患者目标生理结构的位置关系。而反复的定位透视既对患者造成了额外的辐射伤害，又降低了三维影像的获取效率。且透视片不便于观察已重建结构与待扫描结构的重叠部分是否满足拼接的最低要求，可能导致采集的术中三维影像与已重建结构重叠部分过小或者无重叠，则拼接失败，为重新拼接进而需要在手术室中重新采集术中三维影像，这将增加三维扫描次数，增大患者辐射暴露风险；或导致采集的术中三维影像与已重建结构重叠部分过大，则增加三维扫描次数，同样增大患者辐射暴露风险。
5、导航技术，多用于神经外科和骨科手术中。其中，光学导航因其定位精度高、不易受干扰、使用成本低等优点，在骨科手术中正逐渐被临床所重视。例如在螺钉的置入过程中，导航系统通过对工具和植入物相对于患者生理结构的实时追踪定位和同步显示，辅助医生实现“精准、安全、微创”的临床目标。
技术实现思路
1、本专利技术的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个以及其它技术问题。
2、本专利技术一方面提供了一种引导三维影像设备获取影像并将三维重建模型进行拼接的方法，所述方法包括如下步骤:
3、在先模型获取步骤：获取患者生理结构的一部分在导航系统下的在先重建模型，其中所述在先重建模型至少部分地基于所述影像设备在在先扫描过程中对所述患者生理结构的一部分的扫描而得到；
4、在先模型位置显示步骤：显示所述在先重建模型或与所述在先重建模型相关的第一位置指示特征；
5、视场模型获取步骤：获取所述影像设备在拟扫描位置处的视场所对应的在导航系统下的视场模型；以及
6、视场模型位置显示步骤：显示所述视场模型或与所述视场模型相关的第二位置指示特征；
7、其中所述在先重建模型或与所述在先重建模型相关的第一位置指示特征与所述视场模型或与所述视场模型相关的第二位置指示特征同时显示或不同时显示，并且所述同时显示或不同时显示能够引导操作者对所述拟扫描位置进行调整以获得目标扫描位置。
8、根据本专利技术的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器运行时执行本专利技术的任一技术方案的方法中的步骤。
9、根据本专利技术的另一方面，还提供一种控制装置，所述控制装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，其中在所述处理器运行所述程序时执行本专利技术的任一技术方案的方法中的步骤。
10、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种电子设备，该电子设备包括显示装置和处理器，该处理器具有数据接口，其中的数据接口包括能够连接到三维影像设备的数据接口，以获取该影像设备扫描患者生理结构所获得的数据，所述数据接口还能够连接到导航系统的追踪装置；在处理器运行时，使得所述显示装置上能够显示患者生理结构的一部分在导航系统下的在先重建模型或与所述在先重建模型相关的第一位置指示特征，其中所述在先重建模型至少部分地基于所述影像设备在在先扫描过程中对所述患者生理结构的一部分的扫描而得到，并且使得所述显示装置还能够显示所述影像设备在拟扫描位置处的视场所对应的在导航系统下的视场模型或与所述视场模型相关的第二位置指示特征；其中所述在先重建模型或与所述在先重建模型相关的第一位置指示特征与所述视场模型或与所述视场模型相关的第二位置指示特征在所述显示装置上同时显示或不同时显示；其中所述同时显示或不同时显示能够引导操作者对所述拟扫描位置进行调整以获得目标扫描位置。
11、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种导航系统，其包括追踪装置、显示装置和处理器，其中追踪装置能够追踪设置在三维影像设备上的第一示踪器以及设置在患者生理结构上的第二示踪器；处理器能够连接到追踪装置和三维影像设备，在处理器运行时执行本专利技术的各技术方案中的方法，并通过显示装置实现该方法中的显示。
12、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种导航系统，其包括追踪装置和本专利技术的各方案中的电子设备，其中追踪装置能够追踪设置在三维影像设备上的第一示踪器以及设置在患者生理结构上的第二示踪器；并且电子设备中的处理器能够连接到追踪装置和三维影像设备。
13、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种医疗机器人系统，其包括本专利技术中的导航系统以及医疗机器人。
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1.一种引导三维影像设备获取影像并将三维重建模型进行拼接的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在所述目标扫描位置处，所述在先重建模型和所述视场模型的重叠范围大于或等于能满足将要在该目标扫描位置处扫描所获得的在后重建模型与所述在先重建模型的拼接要求的最小优化重叠范围。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述视场模型的获取借助于从导航系统的追踪装置(1)获取位于所述设备上的第一示踪器(2)的位置来进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述视场模型位置显示步骤之后还包括重叠判定和指示步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述指示通过使所述视场模型高亮的方式或弹出指示框的方式进行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在后模型获取步骤：获取至少部分地基于所述设备在所述目标扫描位置处对患者生理结构的扫描所得到的在后重建模型；以及
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括重复所述在先模型获取
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括基于所述设备对患者生理结构的首部分进行的扫描来生成或获取在先重建模型的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述在后模型获取步骤以及基于对患者生理结构的首部分进行的扫描而获取在先重建模型的步骤中，将从所述设备处获得的扫描数据与从导航系统的追踪装置(1)获取的位于所述设备上的第一示踪器(2)和/或位于患者生理结构上的第二示踪器(3)的位置相结合，以获得该在后重建模型或在先重建模型。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述在先重建模型与所述视场模型同时显示。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，还包括基于拼接后的三维重建模型而获得矢状面的切面视图、冠状面的切面视图、轴状面的切面视图中的一者或多者。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的所述三维锥形束影像设备为术中三维C形臂。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-12中任一项所述的方法的步骤。
14.一种控制装置，其特征在于，所述控制装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，其中在所述处理器运行所述程序时执行权利要求1-12中任一项所述的方法的步骤。
15.一种电子设备，所述电子设备包括显示装置(4)和处理器(5)，其特征在于，所述处理器具有数据接口，
16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，在所述显示装置(4)上以在后重建模型与所述在先重建模型拼接之后所获得的模型来代替所述在先重建模型而显示。
17.根据权利要求15或16所述的电子设备，其特征在于，在所述显示装置上以使所述视场模型高亮的方式或弹出指示框的方式进行来指示当前拟扫描位置为合适的目标扫描位置。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述在先重建模型与所述视场模型在所述显示装置上同时显示。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的电子设备，其特征在于，在所述显示装置(4)上还显示基于拼接后的三维重建模型而获得的矢状面的切面视图、冠状面的切面视图、轴状面的切面视图中的一者或多者。
20.一种导航系统，其特征在于，所述导航系统包括：
21.一种导航系统，其特征在于，所述导航系统包括：
22.一种医疗机器人系统，其特征在于，所述医疗机器人系统包括根据权利要求20或21所述的导航系统。
...【技术特征摘要】
1.一种引导三维影像设备获取影像并将三维重建模型进行拼接的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在所述目标扫描位置处，所述在先重建模型和所述视场模型的重叠范围大于或等于能满足将要在该目标扫描位置处扫描所获得的在后重建模型与所述在先重建模型的拼接要求的最小优化重叠范围。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述视场模型的获取借助于从导航系统的追踪装置(1)获取位于所述设备上的第一示踪器(2)的位置来进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述视场模型位置显示步骤之后还包括重叠判定和指示步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述指示通过使所述视场模型高亮的方式或弹出指示框的方式进行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在后模型获取步骤：获取至少部分地基于所述设备在所述目标扫描位置处对患者生理结构的扫描所得到的在后重建模型；以及
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括重复所述在先模型获取步骤、所述在先模型位置显示步骤、所述视场模型获取步骤和所述视场模型位置显示步骤以及所述在后模型获取步骤和拼接步骤的循环，直到完成整个患者生理结构的重建模型的拼接。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括基于所述设备对患者生理结构的首部分进行的扫描来生成或获取在先重建模型的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述在后模型获取步骤以及基于对患者生理结构的首部分进行的扫描而获取在先重建模型的步骤中，将从所述设备处获得的扫描数据与从导航系统的追踪装置(1)获取的位于所述设备上的第一示踪器(2)和/或位于患者生理结构上的第二示踪器(3)的位置相结合，以获得该在后重建模型或在先重建模型。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述在先重...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕鑫，张三强，吴建斌，宋赵男，
申请(专利权)人：常州市康辉医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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