CN112790783A - 匹配ct图像与定位被动式红外反光球位置的工具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具及方法，精确匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，包括牙套、连杆、支架主体和定位被动式红外反光球组件；所述支架主体为十字型臂结构，具有四个呈十字型分布的安装点；在每个安装点，均对应安装一个所述定位被动式红外反光球组件；其中，每个所述定位被动式红外反光球组件均包括连接螺柱、反光钛珠和被动式红外反光球；被动式红外反光球和所述反光钛珠同心设置。本发明有效节省对目标点E定位的操作繁琐度，节约对目标点E定位的时间，提高对目标点E定位的精度。本发明具有装配简单，使用方便的优点。

Description

匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具及方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具及方法。
背景技术
在对口齿进行修复或种植时，需要在患者的牙齿外面套入牙套，然后采用CBCT扫描牙齿，得到牙齿CT图像；通过分析读取牙齿CT图像，可以得到牙齿目标位置点在CT坐标系{C}下的三维坐标；其中，牙齿目标位置点为牙齿缺陷位置；然后，在对牙齿修复过程中，需要使患者躺在牙椅上，采用修复工具对牙齿进行修复。
其中，在修复工具对牙齿进行修复时，需要得到牙齿目标位置点在定位仪坐标系下的三维坐标，才能实现对牙齿目标位置点的有效定位。
现有技术中，采用与牙套分离的另一套辅助工具，手动操作方式，才能得到牙齿目标位置点在定位仪坐标系下的三维坐标，实现对牙齿目标位置点的定位，具有实现过程复杂以及定位准确度低的问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具及方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，包括牙套(1)、连杆(2)、支架主体(3)和定位被动式红外反光球组件(4)；
所述牙套(1)的前面与所述连杆(2)的一端固定连接；所述连杆(2)的另一端伸出口腔外面，并与所述支架主体(3)的中心位置固定连接；
其中，所述支架主体(3)为十字型臂结构，具有四个呈十字型分布的安装点，分别为第1安装点(3.1)、第2安装点(3.2)、第3安装点(3.3)和第4安装点(3.4)；在每个安装点，均对应安装一个所述定位被动式红外反光球组件(4)；
其中，每个所述定位被动式红外反光球组件(4)均包括连接螺柱(4.1)、反光钛珠(4.2)和被动式红外反光球(4.3)；
所述连接螺柱(4.1)的一端嵌入安装到对应的所述支架主体(3)的安装点；所述连接螺柱(4.1)的另一端固定安装所述反光钛珠(4.2)；所述被动式红外反光球(4.3)套于所述反光钛珠(4.2)的外面，并旋入到所述连接螺柱(4.1)外面，使所述被动式红外反光球(4.3)和所述反光钛珠(4.2)同心设置。
优选的，所述牙套(1)的前面安装第一内六角螺钉(5)，所述第一内六角螺钉(5)的末端穿过所述连杆(2)的一端，再采用直纹旋纽(6)旋紧，实现所述牙套(1)和所述连杆(2)的固定连接。
优选的，所述支架主体(3)的中心位置开设第1螺纹孔(3.5)；所述连杆(2)的另一端开设第2螺纹孔(2.1)；使第二内六角螺钉(7)的末端穿过第2螺纹孔(2.1)后，旋进所述第1螺纹孔(3.5)，进而实现所述连杆(2)和所述支架主体(3)的固定连接。
优选的，所述反光钛珠(4.2)和所述连接螺柱(4.1)的另一端粘接。
本发明还提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具的定位方法，包括以下步骤：
步骤1，设支架主体(3)的四个安装点，各安装的反光钛珠(4.2)为反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D；反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D对应的被动式红外反光球分别为：被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D；
步骤2，CBCT扫描牙齿，得到牙齿CT图像；对牙齿CT图像进行处理，得到CT坐标系{CT}下各个反光钛珠的三维位置坐标，以及目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
由于反光钛珠和被动式红外反光球同心设置，因此，各个反光钛珠在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，等于各个被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
步骤3，被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D组成一个示踪器；示踪器坐标系表示为{S}，示踪器得到各个被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
采用光学定位仪对示踪器的各个被动式红外反光球进行定位，识别到各个被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
根据被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，得到光学定位仪坐标系{O}和示踪器坐标系{S}之间的坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000031
步骤4，根据被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，得到示踪器坐标系{S}和CT坐标系{CT}之间的坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000032
步骤5，根据坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000033
将目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，转换为目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
步骤6，根据坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000034
将目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，转换为目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
步骤7，在得到目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标后，即实现对目标点E的最终定位。
本发明提供的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具以及方法具有以下优点：
本发明有效节省对目标点E定位的操作繁琐度，节约对目标点E定位的时间，提高对目标点E定位的精度。本发明具有装配简单，使用方便的优点。
附图说明
图1为本发明提供的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具的立体结构示意图；
图2为本发明提供的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具的分解结构示意图；
图3为本发明提供的反光钛珠和被动式红外反光球相对位置的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，属于医疗器械、计算机、导航、医疗器械机器人定位领域，本发明巧妙的将反光钛珠与被动式红外反光球结合一起，使反光钛珠与被动式红外反光球同心设置，因此，反光钛珠与被动式红外反光球具有相同的三维位置坐标，由于反光钛珠成像于CT图像，而被动式红外反光球通过光学定位仪得到三维位置坐标，因此，可建立CT坐标系{CT}和光学定位仪坐标系{O}的坐标转换矩阵，进而通过CT图像得到目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标后，可得到目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标，实现对目标点E的最终定位。
本发明有效节省对目标点E定位的操作繁琐度，节约对目标点E定位的时间，提高对目标点E定位的精度。本发明具有装配简单，使用方便的优点。
参考图1和图2，本发明提供一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，包括牙套1、连杆2、支架主体3和定位被动式红外反光球组件4；
牙套1的前面与连杆2的一端固定连接；在具体实现上，牙套1的前面安装第一内六角螺钉5，第一内六角螺钉5的末端穿过连杆2的一端，再采用直纹旋纽6旋紧，实现牙套1和连杆2的固定连接。
连杆2的另一端伸出口腔外面，并与支架主体3的中心位置固定连接；在具体实现上，支架主体3的中心位置开设第1螺纹孔3.5；连杆2的另一端开设第2螺纹孔2.1；使第二内六角螺钉7的末端穿过第2螺纹孔2.1后，旋进第1螺纹孔3.5，进而实现连杆2和支架主体3的固定连接。
其中，支架主体3为十字型臂结构，具有四个呈十字型分布的安装点，分别为第1安装点3.1、第2安装点3.2、第3安装点3.3和第4安装点3.4；在每个安装点，均对应安装一个定位被动式红外反光球组件4；
其中，每个定位被动式红外反光球组件4均包括连接螺柱4.1、反光钛珠4.2和被动式红外反光球4.3；
参考图3，连接螺柱4.1的一端嵌入安装到对应的支架主体3的安装点；连接螺柱4.1的另一端固定安装反光钛珠4.2；在具体实现上，反光钛珠4.2和连接螺柱4.1的另一端粘接。
被动式红外反光球4.3套于反光钛珠4.2的外面，并旋入到连接螺柱4.1外面，使被动式红外反光球4.3和反光钛珠4.2同心设置。
因此，每个被动式红外反光球内部均同心安装一个反光钛珠。反光钛珠和被动式红外反光球具有相同的三维位置坐标。通过坐标转换，可简单快速的得到CT图像上目标点E在光学定位仪坐标系下的三维位置坐标，避免定位仪识别误差和二次装配误差，提高对目标点E的定位精度。其中，目标点E可以为牙齿损伤位置或需要种植牙齿的位置。
上述匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具的定位方法，包括以下步骤：
步骤1，设支架主体3的四个安装点，各安装的反光钛珠4.2为反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D；反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D对应的被动式红外反光球分别为：被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D；
步骤2，在曲面牙套里面涂上医用的环氧树脂胶水，粘牢在牙齿上面，CBCT扫描牙齿，得到清晰的牙齿CT图像；对牙齿CT图像进行处理，得到CT坐标系{CT}下各个反光钛珠的三维位置坐标，以及目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
由于反光钛珠和被动式红外反光球同心设置，因此，各个反光钛珠在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，等于各个被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
步骤3，被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D组成一个示踪器；示踪器坐标系表示为{S}，示踪器得到各个被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
其中，示踪器坐标系{S}可以任意建立。
采用光学定位仪对示踪器的各个被动式红外反光球进行定位，识别到各个被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
其中，光学定位仪坐标系{O}，即为目标坐标系，其他坐标系的坐标，统一换算到光学定位仪坐标系{O}下，即可实现对相关工具的操纵。
根据被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，得到光学定位仪坐标系{O}和示踪器坐标系{S}之间的坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000071
步骤4，根据被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，得到示踪器坐标系{S}和CT坐标系{CT}之间的坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000072
步骤5，根据坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000073
将目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，转换为目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
步骤6，根据坐标转换矩阵
Figure BDA0002964355500000074
将目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，转换为目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
步骤7，在得到目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标后，即实现对目标点E的最终定位。
本发明提供一种精确匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，在被动式红外反光球内同心安装反光钛珠，反光钛珠为钛合金钢珠，钢珠选用钛合金原因：在CT扫描下不会发生衍射，会得到更加清晰的CT图像，而且钛合金钢珠中心位置与被动式红外反光球中心位置始终保持重合，便于后期光学定位仪快速、精准识别，减少因人为装配而引起的误差，提高定位精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，其特征在于，包括牙套(1)、连杆(2)、支架主体(3)和定位被动式红外反光球组件(4)；
所述牙套(1)的前面与所述连杆(2)的一端固定连接；所述连杆(2)的另一端伸出口腔外面，并与所述支架主体(3)的中心位置固定连接；
其中，所述支架主体(3)为十字型臂结构，具有四个呈十字型分布的安装点，分别为第1安装点(3.1)、第2安装点(3.2)、第3安装点(3.3)和第4安装点(3.4)；在每个安装点，均对应安装一个所述定位被动式红外反光球组件(4)；
其中，每个所述定位被动式红外反光球组件(4)均包括连接螺柱(4.1)、反光钛珠(4.2)和被动式红外反光球(4.3)；
所述连接螺柱(4.1)的一端嵌入安装到对应的所述支架主体(3)的安装点；所述连接螺柱(4.1)的另一端固定安装所述反光钛珠(4.2)；所述被动式红外反光球(4.3)套于所述反光钛珠(4.2)的外面，并旋入到所述连接螺柱(4.1)外面，使所述被动式红外反光球(4.3)和所述反光钛珠(4.2)同心设置。
2.根据权利要求1所述的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，其特征在于，所述牙套(1)的前面安装第一内六角螺钉(5)，所述第一内六角螺钉(5)的末端穿过所述连杆(2)的一端，再采用直纹旋纽(6)旋紧，实现所述牙套(1)和所述连杆(2)的固定连接。
3.根据权利要求1所述的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，其特征在于，所述支架主体(3)的中心位置开设第1螺纹孔(3.5)；所述连杆(2)的另一端开设第2螺纹孔(2.1)；使第二内六角螺钉(7)的末端穿过第2螺纹孔(2.1)后，旋进所述第1螺纹孔(3.5)，进而实现所述连杆(2)和所述支架主体(3)的固定连接。
4.根据权利要求1所述的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具，其特征在于，所述反光钛珠(4.2)和所述连接螺柱(4.1)的另一端粘接。
5.一种权利要求1-4任一项所述的匹配CT图像与定位被动式红外反光球位置的工具的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设支架主体(3)的四个安装点，各安装的反光钛珠(4.2)为反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D；反光钛珠A、反光钛珠B、反光钛珠C和反光钛珠D对应的被动式红外反光球分别为：被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D；
步骤2，CBCT扫描牙齿，得到牙齿CT图像；对牙齿CT图像进行处理，得到CT坐标系{CT}下各个反光钛珠的三维位置坐标，以及目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
由于反光钛珠和被动式红外反光球同心设置，因此，各个反光钛珠在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，等于各个被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标；
步骤3，被动式红外反光球A、被动式红外反光球B、被动式红外反光球C和被动式红外反光球D组成一个示踪器；示踪器坐标系表示为{S}，示踪器得到各个被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
采用光学定位仪对示踪器的各个被动式红外反光球进行定位，识别到各个被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
根据被动式红外反光球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，得到光学定位仪坐标系{O}和示踪器坐标系{S}之间的坐标转换矩阵
Figure FDA0002964355490000021
步骤4，根据被动式红外反光球在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，以及被动式红外反光球在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，得到示踪器坐标系{S}和CT坐标系{CT}之间的坐标转换矩阵
Figure FDA0002964355490000031
步骤5，根据坐标转换矩阵
Figure FDA0002964355490000032
将目标点E在CT坐标系{CT}下的三维位置坐标，转换为目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标；
步骤6，根据坐标转换矩阵
Figure FDA0002964355490000033
将目标点E在示踪器坐标系{S}下的三维位置坐标，转换为目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；
步骤7，在得到目标点E在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标后，即实现对目标点E的最终定位。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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