CN106037964B - 基于印模材料的医学图像配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于印模材料的医学图像配准方法，其包括：S1、在病人口腔中行印模操作，在印模外表面选取标记位；S2、在选取的标记位上，设置标记物，扫描病人口腔的CT图像且进行三维数据重建，将设置有标记物的印模取出；S3、获取导航仪坐标系与参考板坐标系、导航仪坐标系与手机定位器械坐标系的转换关系；S4、获取配准特征点在参考板坐标系中的坐标信息；S5、获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息；S6、基于S4、S5中的坐标信息，将手机定位器械坐标系转换到参考板坐标系中。本发明能够统一手术器械的空间坐标系与牙齿所处坐标系，使手术器械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现手术器械对牙齿的高精度操作。

Description

基于印模材料的医学图像配准方法

技术领域

本发明涉及医学图像技术领域，尤其涉及一种基于印模材料的医学图像配准方法。

背景技术

计算机辅助手术导航技术是集医学、计算机技术、材料学、机械等多学科为一体的交叉领域。主要用途为使用计算机图形学技术模拟医学手术所涉及的各种过程，比如手术规划、手术导航、辅助性治疗规划等。

然而，虽然利用计算机辅助手术导航技术能够用于辅助手术中的导航定位，但是，对于口腔医学领域，还存在手术器械坐标与病人牙齿坐标不统一的问题。

因此，针对上述难点，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于印模材料的医学图像配准方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于印模材料的医学图像配准方法，其包括如下步骤：

S1、利用印模材料，在病人口腔中需种牙的区域进行印模操作，并在印模的外表面选取标记位；

S2、在所选取的标记位上，设置标记物，扫描病人口腔的CT图像且进行三维数据重建，将设置有标记物的印模取出；

S3、获取导航仪坐标系与参考板坐标系的转换关系，以及获取导航仪坐标系与手机定位器械坐标系的转换关系；

S4、在牙种植时，将设置有标记物的印模重新放置于病人口腔，并将参考板固定于病人口腔中不种牙区域上，将病人口腔的CT图像数据导入导航仪中，选取标记物上的中心点作为配准特征点，获取配准特征点在参考板坐标系中的坐标信息；

S5、通过手机定位器械获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息；

S6、将手机定位器械坐标系转换到参考板坐标系中。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述印模材料为硅橡胶印模材料。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述需种牙的区域包括：需种牙的牙位及其相邻4个牙位。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述标记位包括均匀分布于所述印模的外表面的至少6个标记位。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S2中，所述标记物为球形或圆柱体形氧化锆或羟基磷灰石标记物，球形的尺寸为：直径2mm；圆柱体的尺寸为：高度2mm或1mm，直径2mm。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，设置标记物时：当印模材料处在未固化状态时，在所选取的标记位上，插入所述球形或圆柱体标记物，同时保持球形突出区域与印模外表面相切或者圆柱体标记物的表面与印模的外表面重合，等待硅橡胶材料固化完全。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S4中，所述不种牙区域为距离种牙的区域3-4颗牙齿的位置。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S4中，所述标记物上的中心点为球形外侧突出点或者圆柱体标记物上表面圆心所在的点。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S5中，所述手机定位器械的前端安装有配准钻针。

作为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的改进，所述步骤S5具体包括，将手机定位器械前端的配准钻针放置于所述配准特征点上，获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于印模材料的医学图像配准方法具备如下优点：(1)基于医生常用的印模方法，方便医生操作；(2)辅助器械尺寸小，简单实用；(3)配准精度高；(4)整个操作过程持续时间短，节省了手术时间；(5)印模方法可为每个病人快速定制配准工具；(5)配准过程操作简易，便于医生接受。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于印模材料的医学图像配准方法的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本发明的基于印模材料的医学图像配准方法能够统一手术器械所处的空间坐标系与牙齿所处坐标系，使手术器械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现手术器械对牙齿的高精度操作。

如图1所示，本发明的基于印模材料的医学图像配准方法包括如下步骤S1～S7：

S1、利用印模材料，在病人口腔中需种牙的区域进行印模操作，并在印模的外表面选取标记位。

其中，所述印模材料优选为硅橡胶印模材料，所述硅橡胶印模材料是常用的齿科印模材料，能够完整精确地复制牙齿和牙龈的表面特征。

具体地，所述步骤S1包括：利用硅橡胶印模材料，在病人口腔中需种牙的牙位及其相邻4个牙位处进行印模操作，如此，硅橡胶印模材料能够良好地贴合在需要种牙的口腔区域表面，准确地复制需放种植体的相邻牙齿、牙龈等表面信息。进一步地，在印模的外表面均匀地选取至少6个标记位。

S2、在所选取的标记位上，设置标记物，扫描病人口腔的CT图像且进行三维数据重建，将设置有标记物的印模取出。

其中，所述标记物为球形或圆柱体形氧化锆或羟基磷灰石标记物，该圆柱体标记物应被设计为具有较小的体积。优选地，球形标记物尺寸为：直径2mm；圆柱体标记物的尺寸为：高度2mm或1mm，直径2mm。

具体地，所述步骤S2包括：当印模材料处在未固化状态时，在所选取的标记位上，插入所述球形或圆柱体标记物，同时保持球形突出区域与印模外表面相切或者圆柱体标记物的表面与印模的外表面重合，等待硅橡胶材料固化完全。扫描病人口腔的CT图像，CT图像可比较容易识别出圆柱体标记物在口腔中的位置，然后，将设置有标记物的印模取出。

S3、获取导航仪坐标系与参考板坐标系的转换关系，以及获取导航仪坐标系与手机定位器械坐标系的转换关系。

其中，所述导航仪为计算机辅助手术导航技术的主要组成部分，一般由两个CCD相机为主的光学系统—图形图像处理模块和数据传输模块组成。在手术进行过程中，光学系统实时对导航定位器械上传感标记点进行成像，所述图形图像处理模块通过光学系统拍摄的图片计算出器械的三维空间位置坐标，所述数据传输模块将获取的三维位置信息反馈给手术导航软件，进行后续的手术模拟过程。

所述参考板属于导航定位器械，其固定于仿真头模或病人的牙颌上，与牙齿的相对位置关系固定，用来追踪牙齿的空间位置。

所述手机定位器械是在牙科手机上安装了计算机视觉导航定位装置，可在手术导航过程中，被光学导航仪实时地识别，从而实现了追踪器械的空间位置。

S4、在牙种植时，将设置有标记物的印模重新放置于病人口腔，并将参考板固定于病人口腔中不种牙区域上，将病人口腔的CT图像数据导入导航仪中，选取标记物上的中心点作为配准特征点，获取配准特征点在参考板坐标系中的坐标信息。

其中，在牙种植时，将设置有标记物的印模重新放置于病人口腔，并保持其位置与印模操作时的位置保持一致。将参考板固定于病人口腔中不种牙区域上，固定时，通过参考板的支架将其固定在距离种牙的区域3-4颗牙齿的位置。从而，如上所述，参考板与所述牙齿位置相对固定，因此，能够通过参考板用来追踪牙齿的空间位置。进一步地，当标记物为圆柱体氧化锆或羟基磷灰石标记物时，所述标记物上的中心点为球形外侧突出点或者圆柱体标记物上表面圆心所在的点。

S5、通过手机定位器械获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息。

其中，所述手机定位器械的前端安装有配准钻针，且配准钻针与手机定位器械相对位置关系确定已知。从而，将手机定位器械前端的配准钻针放置于所述配准特征点上，获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息。

S6、将手机定位器械坐标系转换到参考板坐标系中。

由于，根据上述步骤S1～S5能够获得标记物上的点在参考板坐标系和手机定位器械坐标系的坐标信息，且导航仪坐标系与参考板坐标系和手机定位器械坐标系的转换关系已知，从而，通过配准算法可将手机定位器械的坐标系转换到参考板坐标系，也即患者牙齿所在坐标系中，手机定位器械所在坐标系和牙齿所在坐标系的统一。

然后，导航仪获取了手机定位器械和牙齿在空间中的位置信息，将数据输入种植牙手术导航软件中，软件仿真同一坐标系下的牙齿数据模型和牙科手机数据模型，进而，实现了对手术过程的实时模拟与导航。

综上所述，本发明的基于印模材料的医学图像配准方法具备如下优点：(1)基于医生常用的印模方法，方便医生操作；(2)辅助器械尺寸小，简单实用；(3)配准精度高；(4)整个操作过程持续时间短，节省了手术时间；(5)印模方法可为每个病人快速定制配准工具；(5)配准过程操作简易，便于医生接受。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述医学图像配准方法包括如下步骤：

S1、利用印模材料，在病人口腔中需种牙的区域进行印模操作，并在印模的外表面选取标记位；

S2、在所选取的标记位上，设置标记物，扫描病人口腔的CT图像且进行三维数据重建，将设置有标记物的印模取出；

S3、获取导航仪坐标系与参考板坐标系的转换关系，以及获取导航仪坐标系与手机定位器械坐标系的转换关系；

S4、在牙种植时，将设置有标记物的印模重新放置于病人口腔，并将参考板固定于病人口腔中不种牙区域上，将病人口腔的CT图像数据导入导航仪中，选取标记物上的中心点作为配准特征点，获取配准特征点在参考板坐标系中的坐标信息；

S5、通过手机定位器械获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息；

S6、将手机定位器械坐标系转换到参考板坐标系中。

2.根据权利要求1所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述印模材料为硅橡胶印模材料。

3.根据权利要求1所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述需种牙的区域包括：需种牙的牙位及其相邻4个牙位。

4.根据权利要求1所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述标记位包括均匀分布于所述印模的外表面的至少6个标记位。

5.根据权利要求2所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述标记物为球形或圆柱体形氧化锆或羟基磷灰石标记物，球形的尺寸为：直径2mm；圆柱体的尺寸为：高度2mm或1mm，直径2mm。

6.根据权利要求5所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，设置标记物时：当印模材料处在未固化状态时，在所选取的标记位上，插入所述球形或圆柱体标记物，同时保持球形突出区域与印模外表面相切或者圆柱体标记物的表面与印模的外表面重合，等待硅橡胶印模材料固化完全。

7.根据权利要求1所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述不种牙区域为距离种牙的区域3-4颗牙齿的位置。

8.根据权利要求5所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述标记物上的中心点为球形外侧突出点或者圆柱体标记物上表面圆心所在的点。

9.根据权利要求1所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述手机定位器械的前端安装有配准钻针。

10.根据权利要求9所述的基于印模材料的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括，将手机定位器械前端的配准钻针放置于所述配准特征点上，获取配准特征点在手机定位器械坐标系中的坐标信息。