CN111583314A - 应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法及装置，能够实时显示划取点在划取区域的覆盖范围，帮助医生确定划点过程中的遗漏区域，控制划取点的均匀性，提升配准效率。这种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，包括以下步骤：(1)提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；(2)基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；(3)采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；(4)评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
Description
技术领域
本发明涉及医学图像处理的技术领域，尤其涉及一种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，以及应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，主要适用于图像引导手术导航的领域。
背景技术
图像引导手术导航能够帮助医生在手术过程中定位手术器械，实时获取手术器械在患者CT/MR图像的对应位置，保证手术的安全性。手术导航中的配准方法直接影响导航的精度，目前常用的探针划取点配准方法中，医生只能凭经验确定划取区域，一般选用患者面部从眉骨到鼻尖的T字形区域。
在划取过程中，医生不能确定划取的点数是否合适，划取点的覆盖范围与局部密度不能直观的显示，这将导致划取点存在部分区域未覆盖和分布不均匀的问题。然而配准需要的划取点云需要满足覆盖区域足够广和尽量均匀的条件才能保证配准精度，在配准精度低的情况下需要重新配准，费时费力。因此在划取点配准过程中，需要实时的反馈机制引导医生划点。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其能够实时显示划取点在划取区域的覆盖范围，帮助医生确定划点过程中的遗漏区域，控制划取点的均匀性，提升配准效率。
本发明的技术方案是：这种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其包括以下步骤：
(1)提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
(2)基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
(3)采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
(4)评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
本发明提取患者面部的配准区域，基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵，采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划点，因此能够实时显示划取点在划取区域的覆盖范围，帮助医生确定划点过程中的遗漏区域，控制划取点的均匀性；评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准，因此提升了配准效率。
还提供了应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其包括：
提取模块，其配置来从CT/MRI医学图像数据提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
配准模块，其配置来基于多线程与点云配准方法，利用NDI光学定位跟踪系统和装有定位标志物的探针，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
显示模块，其配置来采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
评估模块，其配置来评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
附图说明
图1是根据本发明的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法的流程图。
图2是根据本发明的方法的一个具体实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示，这种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其包括以下步骤：
(1)提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
(2)基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
(3)采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
(4)评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
本发明提取患者面部的配准区域，基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵，采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划点，因此能够实时显示划取点在划取区域的覆盖范围，帮助医生确定划点过程中的遗漏区域，控制划取点的均匀性；评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准，因此提升了配准效率。
优选地，所述步骤(1)中，通过医学图像的三维表面重建算法，重建患者的皮肤表面点云；使用预先存储的眉骨到鼻尖的T形区域模板点云向患者皮肤点云进行距离映射，映射在患者皮肤对应的T形区域作为配准区域。
优选地，所述步骤(2)中，同步配准使用多线程方法实现，医生根据步骤(1)的配准区域使用探针在对应位置划取点，主线程接收所有点的坐标信息；当点数达到一定数目时，将划取点传递到子线程与配准区域进行点云配准，子线程的配准结束后，发出配准结束信号并将坐标变换矩阵传递回主线程，主线程接收到结束信号后对当前记录的所有划取点进行坐标变换，再将这些点传递到子线程进行配准，如此循环操作。
优选地，所述步骤(3)中，当配准结果出现时，在显示A颜色(例如，绿色)的配准区域的窗口下实时显示所有的划取点，以B颜色(例如，黄色)显示，A、B为不同的颜色；医生通过观察划取点在配准区域的分布确定划取点未覆盖和分布稀疏的区域，经过引导将探针移动到对应位置添加划取点，保证划取点的完整覆盖和均匀性。
优选地，所述步骤(4)中，在划取点同步配准的过程中，系统自动判断划取点配准后是否贴合患者皮肤表面且完整覆盖配准区域，在满足上述要求时，系统自动停止配准，配准过程结束。
具体地，如图2所示，这种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其包括以下步骤：
(1)从CT/MRI医学图像数据提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域，通过医学图像的三维表面重建算法，重建患者的皮肤表面点云；使用预先存储的眉骨到鼻尖的T形区域模板点云向患者皮肤点云进行距离映射，映射在患者皮肤对应的T形区域作为配准区域；
(2)医生根据步骤(1)的配准区域使用探针在对应位置划取点，主线程接收所有点的坐标信息；当点数达到一定数目时，将划取点传递到子线程与配准区域进行点云配准，子线程的配准结束后，发出配准结束信号并将坐标变换矩阵传递回主线程，主线程接收到结束信号后对当前记录的所有划取点进行坐标变换，再将这些点传递到子线程进行配准，；
(3)进行融合显示；
(4)评估划取点的配准效果，判断是否完全覆盖且贴合皮肤表面，如果是则执行步骤(5)，否则执行步骤(2)；
(5)结束配准。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，该装置通常以与方法各步骤相对应的功能模块的形式表示。该装置包括：
提取模块，其配置来从CT/MRI医学图像数据提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
配准模块，其配置来基于多线程与点云配准方法，利用NDI光学定位跟踪系统和装有定位标志物的探针，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
显示模块，其配置来采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
评估模块，其配置来评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
优选地，所述提取模块中，通过医学图像的三维表面重建算法，重建患者的皮肤表面点云；使用预先存储的眉骨到鼻尖的T形区域模板点云向患者皮肤点云进行距离映射，映射在患者皮肤对应的T形区域作为配准区域。
优选地，所述配准模块中，同步配准使用多线程方法实现，医生根据步骤(1)的配准区域使用探针在对应位置划取点，主线程接收所有点的坐标信息；当点数达到一定数目时，将划取点传递到子线程与配准区域进行点云配准，子线程的配准结束后，发出配准结束信号并将坐标变换矩阵传递回主线程，主线程接收到结束信号后对当前记录的所有划取点进行坐标变换，再将这些点传递到子线程进行配准，如此循环操作。
优选地，所述显示模块中，当配准结果出现时，在显示A颜色的配准区域的窗口下实时显示所有的划取点，以B颜色显示，A、B为不同的颜色；医生通过观察划取点在配准区域的分布确定划取点未覆盖和分布稀疏的区域，经过引导将探针移动到对应位置添加划取点，保证划取点的完整覆盖和均匀性。
优选地，所述评估模块中，在划取点同步配准的过程中，系统自动判断划取点配准后是否贴合患者皮肤表面且完整覆盖配准区域，在满足上述要求时，系统自动停止配准，配准过程结束。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
(2)基于多线程与点云配准方法，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
(3)采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
(4)评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
2.根据权利要求1所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过医学图像的三维表面重建算法，重建患者的皮肤表面点云；使用预先存储的眉骨到鼻尖的T形区域模板点云向患者皮肤点云进行距离映射，映射在患者皮肤对应的T形区域作为配准区域。
3.根据权利要求2所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其特征在于：所述步骤(2)中，同步配准使用多线程方法实现，医生根据步骤(1)的配准区域使用探针在对应位置划取点，主线程接收所有点的坐标信息；当点数达到一定数目时，将划取点传递到子线程与配准区域进行点云配准，子线程的配准结束后，发出配准结束信号并将坐标变换矩阵传递回主线程，主线程接收到结束信号后对当前记录的所有划取点进行坐标变换，再将这些点传递到子线程进行配准，如此循环操作。
4.根据权利要求3所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其特征在于：所述步骤(3)中，当配准结果出现时，在显示A颜色的配准区域的窗口下实时显示所有的划取点，以B颜色显示，A、B为不同的颜色；医生通过观察划取点在配准区域的分布确定划取点未覆盖和分布稀疏的区域，经过引导将探针移动到对应位置添加划取点，保证划取点的完整覆盖和均匀性。
5.根据权利要求4所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取方法，其特征在于：所述步骤(4)中，在划取点同步配准的过程中，系统自动判断划取点配准后是否贴合患者皮肤表面且完整覆盖配准区域，在满足上述要求时，系统自动停止配准，配准过程结束。
6.应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其特征在于：其包括：
提取模块，其配置来从CT/MRI医学图像数据提取患者面部眉骨到鼻尖的配准区域；
配准模块，其配置来基于多线程与点云配准方法，利用NDI光学定位跟踪系统和装有定位标志物的探针，同步计算划取点到患者面部的坐标变换矩阵；
显示模块，其配置来采用实时的三维图形处理技术，在配准过程中显示划取点在配准区域的对应位置，为医生提供视觉反馈引导划取点；
评估模块，其配置来评估划取点的配准效果，达到条件后自动停止配准。
7.根据权利要求6所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其特征在于：所述提取模块中，通过医学图像的三维表面重建算法，重建患者的皮肤表面点云；使用预先存储的眉骨到鼻尖的T形区域模板点云向患者皮肤点云进行距离映射，映射在患者皮肤对应的T形区域作为配准区域。
8.根据权利要求7所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其特征在于：所述配准模块中，同步配准使用多线程方法实现，医生根据步骤(1)的配准区域使用探针在对应位置划取点，主线程接收所有点的坐标信息；当点数达到一定数目时，将划取点传递到子线程与配准区域进行点云配准，子线程的配准结束后，发出配准结束信号并将坐标变换矩阵传递回主线程，主线程接收到结束信号后对当前记录的所有划取点进行坐标变换，再将这些点传递到子线程进行配准，如此循环操作。
9.根据权利要求8所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其特征在于：所述显示模块中，当配准结果出现时，在显示A颜色的配准区域的窗口下实时显示所有的划取点，以B颜色显示，A、B为不同的颜色；医生通过观察划取点在配准区域的分布确定划取点未覆盖和分布稀疏的区域，经过引导将探针移动到对应位置添加划取点，保证划取点的完整覆盖和均匀性。
10.根据权利要求9所述的应用于手术导航系统中的同步配准框架获取装置，其特征在于：所述评估模块中，在划取点同步配准的过程中，系统自动判断划取点配准后是否贴合患者皮肤表面且完整覆盖配准区域，在满足上述要求时，系统自动停止配准，配准过程结束。
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