CN113081265A - 手术导航空间配准方法、装置以及手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种手术导航空间配准方法、装置、手术导航系统、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据；获取X射线设备扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。采用本方法能够在手术中缩短手术导航空间配准的准备时长，提高手术导航空间配准的速度。

Description

手术导航空间配准方法、装置以及手术导航系统

技术领域

本申请涉及医学图像处理技术领域，特别是涉及一种手术导航空间配准方法、装置、手术导航系统、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着医学图像处理技术的发展，出现了手术导航技术，手术导航技术，是将病人的影像数据和病人解剖结构准确对应，手术中跟踪手术器械并将手术器械的位置在病人影像上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医生对手术器械相对病人解剖结构的位置一目了然。

然而，手术导航技术的实现依赖于导航空间和图像空间中相对应点的空间配准，传统的手术导航空间配准方法，首先将带有特殊金属标记点的装置与病人一起进行医学扫描成像，然后通过手动选取或计算机自动识别的方式在医学影像中选取标记点，获得这些标记点在医学影像空间中的坐标，然后使用注册探针获取以上标记点在导航空间中的坐标，最后通过以上两组标记点的坐标数据计算出医学影像空间和导航空间的转换关系，从而实现手术导航的空间配准。传统方法在手术中，不仅需要将带有特殊金属标记点的装置与病人一起进行医学扫描成像，而且，导航空间配准的准备工作流程繁琐，配准所需时间长。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高手术中手术导航空间配准效率的手术导航空间配准方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种手术导航空间配准方法，上述方法包括：

获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据；

获取X射线设备扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；

根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

在一个实施例中，X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵的计算方法包括：

获取X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；

获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标；

根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，上述根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵，包括：

根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标；

确定标定对象在图像空间的位置坐标与标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；

基于转换关系构建X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，标定对象中包括至少三个金属标记物，根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标，包括：

根据第二图像数据计算金属标记物在图像空间的位置坐标；

根据金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；

根据局部坐标系确定标定对象在图像空间的位置坐标。

在一个实施例中，获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标，包括：

接受设置于X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；

根据第一红外线确定X射线设备在导航空间的第二运动轨迹坐标。

在一个实施例中，获取标定对象在导航空间下的位置坐标，包括：

接受设置于标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；

根据第二红外线确定标定对象在导航空间下的位置坐标。

在一个实施例中，根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准，包括：

基于空间转换关系矩阵计算第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标；

在导航空间下将第一运动轨迹坐标与第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标进行配准。

一种手术导航空间配准装置，上述装置包括：

图像数据获取模块，用于获取X射线设备扫描目标对象得到的第一图像数据；

空间坐标获取模块，用于获取X射线设备扫描目标对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；

转换关系计算模块，用于根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

一种手术导航系统，上述系统包括X射线设备、设备追踪器、导航追踪设备和计算机设备；

X射线设备用于采集图像数据；

设备追踪器设置于X射线设备的X射线接收器一端，当X射线接收器运动时，设备追踪器跟随X射线接收器一起运动，设备追踪器用于辅助导航追踪设备确定X射线设备在导航空间下的运动轨迹坐标；

计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时完成上述的手术导航空间配准方法。

在一个实施例中，设备追踪器包括追踪器主体以及多个反射球；追踪器主体呈环形结构且套设于X射线接收器上；追踪器主体外侧分布有多个反射球。

在一个实施例中，X射线设备为C形臂X光机。

在一个实施例中，追踪器主体外侧分布有至少3个反射球，3个反射球不共线。

在一个实施例中，追踪器主体外侧分布有12个反射球，每相邻的3个反射球不共线。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的手术导航空间配准方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的手术导航空间配准方法。

上述手术导航空间配准方法、装置、手术导航系统、计算机设备和存储介质，在手术过程中，仅需要采集X射线设备扫描的术中对象的图像数据以及扫描时X射线设备在导航空间下的运动轨迹坐标作为输入参数，基于预先计算出的导航空间配准所需的该X射线设备的医学影像与运动轨迹之间的空间转换关系矩阵即可快速实现手术导航的空间配准，简化了术中手术导航空间配准的流程，提高了术中手术导航空间配准的效率。

附图说明

图1为一个实施例中手术导航空间配准方法的应用环境图；

图2为一个实施例中手术导航空间配准方法的流程示意图；

图3为一个实施例中手术导航空间配准装置的结构框图；

图4为一个实施例中手术导航系统的结构示意图；

图5为一个实施例中导航追踪设备对设备追踪器进行追踪的示意图；

图6为一个实施例中追踪器主体上反射球的分布设置示意图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的手术导航空间配准方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。计算机设备404获取X射线设备402扫描术中对象得到的第一图像数据，计算机设备404获取X射线设备402扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标，计算机设备404根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种手术导航空间配准方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：

步骤S202：获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据。

其中，X射线设备是指发生并控制X射线用于对人体组织等放射检查及放射治疗的设备，该类设备具有X射线发生装置、X射线接收装置、患者床及设备支撑装置等必要部分。上述的X射线设备可以包括C型臂X光机、U型臂X光机、G型臂X光机等。优选地，X射线设备为C型臂X光机，C型臂X光机为用于介入放射科及骨科手术中的X射线设备。术中对象指的是在手术中被确定为手术实施目标的对象，可以是病人的病灶部位等。第一图像数据指的是利用X射线设备扫描术中对象所获得的术中对象的三维医学图像数据。

具体地，计算机设备可以接收由X射线设备传入的或由用户输入的第一图像数据，该第一图像数据为X射线设备扫描术中对象得到的该术中对象的三维医学图像数据。

步骤S204：获取X射线设备扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标。

其中，导航空间指的是导航追踪设备所在的空间，也即是手术空间。第一运动轨迹坐标指的是X射线设备在扫描术中对象的过程中所经过的空间运动轨迹的坐标。

具体地，计算机设备可以通过导航追踪设备定位X射线设备在扫描术中对象过程中的空间运动路径，并根据该空间运动路径计算X射线设备在导航空间的坐标系中的运动轨迹坐标，将该运动轨迹坐标作为第一运动轨迹坐标。

步骤S206：根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

其中，根据X射线设备的图像数据可以得到图像数据在医学图像空间的坐标系中的坐标，在手术前，可以预先计算该X射线设备的图像数据在图像空间的坐标与获得图像数据时该X射线设备在导航空间下的运动轨迹坐标之间的空间转换关系，进一步保存计算中两者转换的空间转换关系矩阵等空间配准所需的参数。通常，在X射线设备不发生改变的情况下，其扫描物体得到的图像数据和其扫描该物体时的运动轨迹之间存在一定的对应关系，因此，在手术中，可以将采集的第二图像数据和第二运动轨迹坐标作为输入参数，调用预先计算并存储的手术导航空间配准所需要的图像空间和导航空间的数据之间的空间转换关系矩阵，基于该空间转换关系矩阵和输入参数即可快速进行手术导航的空间配准。

上述手术导航空间配准方法，在手术中，仅需要采集X射线设备扫描的术中对象的图像数据以及扫描时X射线设备在导航空间下的运动轨迹坐标作为输入参数，基于预先计算出的导航空间配准所需的该X射线设备的医学影像与运动轨迹之间的空间转换关系矩阵即可快速实现手术导航的空间配准，简化了术中手术导航空间配准的流程，缩短了配准时间，提高了配准效率。

在传统方法中，每次手术过程中，都需要在病人身上或旁边安装带有特殊金属标记点的装置，将带有特殊金属标记点的装置与病人一起进行医学扫描成像，扫描后还需要手动选取标记点在医学图像中的位置，然后使用注册探针获取以上标记点在导航追踪设备空间中的坐标，最后通过以上两组标记点的坐标数据计算出医学影像空间和导航追踪设备空间的转换关系，因此，会存在以下几个问题：

1、手术中必须引入一个带有特殊标记点的装置，但在某些特殊病例(如体型比较肥胖的病人)的情况下，引入带有特殊标记点的装置会导致医学影像扫描不全的问题。

2、扫描前需要在病人身上或身旁设置标记点，扫描后需要手动选取标记点，然后使用注册探针获取以上标记点在导航追踪设备空间中的坐标，设置标记点增加了手术导航空间配准的准备时长。

3、手动选取标记点会存在较大的人为误差，导致手术导航空间配准准确性降低。

本申请上述的手术导航空间配准方法，在手术过程中，不需要在术中引入一个带有特殊标记点的装置与病人(术中对象)同时被扫描，而是直接根据术前确定的X射线设备的运动轨迹与医学影像之间的转换关系直接完成手术导航的空间配准。在X射线设备不发生变动的情况下，每台X射线设备只需要进行一次术前标定(即运动轨迹与医学影像之间的转换关系的计算)，之后只需要在扫描术中对象影像数据的同时采集X射线设备的运动轨迹即可完成手术导航的空间配置。从而简化了术中导航空间配准的流程，提高了导航空间配准的速度。

在一个实施例中，X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的转换关系矩阵的计算方法包括：获取X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标；根据二图像数据、第二运动轨迹坐标，以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算转换关系矩阵。

其中，标定对象可以是用于进行设备标定或注册的注册版。第二图像数据指的是利用X射线设备扫描标定对象所获得的该标定对象的三维图像数据。第二运动轨迹坐标指的是X射线设备扫描标定对象时所产生的在导航空间的坐标系下的运动轨迹坐标。

在本实施例中，在术前的标定流程中，可以预先基于该X射线设备采集标定对象在图像空间的图像数据，同时利用导航追踪装置定位标定对象在导航空间的位置，同时利用导航追踪装置记录该X射线设备扫描标定对象时在导航空间中的运动轨迹，从而可以计算出空间配准需要的空间转换关系矩阵。

本实施例，将导航空间配准的大部分工作转移到术前标定流程中，对于同一台X射线设备，只要在该X射线设备没有发生变动的情况下，只需在术前进行一次标定，在手术过程中，即使术中对象发生变化，也不需要重新进行空间配准的准备工作，在手术过程中，直接利用术中对象的医学影像数据和设备的运动轨迹数据即可快速进行空间配准，从而提高了手术中导航空间配准的效率。

在一个实施例中，具体地，根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵，包括：根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标；确定标定对象在图像空间的位置坐标与标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；基于转换关系构建X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，标定对象中包括至少三个金属标记物，根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标，包括：根据第二图像数据计算金属标记物在图像空间的位置坐标；根据金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；根据局部坐标系确定标定对象在图像空间的位置坐标。

其中，金属标记物可以是金属球，例如铝球等。因为金属球在医学设备扫描的图像中其灰度值相对具有特殊性，一般情况下，在医学影像中，金属球的灰度值在2000以上。

具体地，可以根据金属标记物的灰度值从第二图像数据中准确计算出金属标记物在图像空间的位置坐标，再根据空间中的三点构建局部坐标系，从而确定出标定对象在图像空间的位置和姿态。

在一个实施例中，获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标，包括：接受设置于X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；根据第一红外线确定X射线设备在导航空间的第一运动轨迹坐标。

在一个实施例中，获取标定对象在导航空间下的位置坐标，包括：接受设置于标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；根据第二红外线确定标定对象在导航空间下的位置坐标。

在上述两个实施例中，X射线设备以及标定模块上都设置有辅助导航追踪设备进行定位的追踪器，例如，追踪器可以由反射球或光学球等构成。在追踪器的辅助下，导航追踪设备可以在导航空间准确地定位到X射线设备和标定对象的实时的空间位置。进一步，导航追踪设备可以将定位到的位置数据传送至计算机设备。对于术中X射线设备的第一运动轨迹坐标的可以采用与标定时X射线设备的第二运动轨迹坐标相同的确定方式。

在一个实施例中，根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准，包括：基于空间转换关系矩阵计算第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标；在导航空间下将第一运动轨迹坐标与第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标进行配准。

在本实施例中，通过预先计算的空间转换关系矩阵可以快速地将扫描得到第一图像数据转换至导航空间的坐标系下，并计算得出图像数据在导航空间对应的坐标，在导航空间下，将计算出的坐标与实际定位得到的第二运动轨迹坐标两者进行配准，配准完成后即可开始手术。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种手术导航空间配准装置，包括：图像数据获取模块302、空间坐标获取模块304和导航空间配准模块306，其中：

图像数据获取模块302，用于获取X射线设备扫描目标对象得到的第一图像数据；

空间坐标获取模块304，用于获取X射线设备扫描目标对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；

导航空间配准模块306，用于根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

在一个实施例中，上述装置还包括转换关系计算模块308，转换关系计算模块308，用于获取X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标；根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，转换关系计算模块308根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标；确定标定对象在图像空间的位置坐标与标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；基于转换关系构建X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，转换关系计算模块308根据第二图像数据计算金属标记物在图像空间的位置坐标；根据金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；根据局部坐标系确定标定对象在图像空间的位置坐标。

在一个实施例中，空间坐标获取模块304还用于接受设置于X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；根据第一红外线确定X射线设备在导航空间的第二运动轨迹坐标。

在一个实施例中，空间坐标获取模块304还用于接受设置于标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；根据第二红外线确定标定对象在导航空间下的位置坐标。

在一个实施例中，导航空间配准模块306基于空间转换关系矩阵计算第一图像数据在导航空间的坐标系中对应转换为的坐标；在导航空间下将第一运动轨迹坐标与第一图像数据在导航空间的坐标系中对应转换为的坐标进行配准。

关于手术导航空间配准装置的具体限定可以参见上文中对于手术导航空间配准方法的限定，在此不再赘述。上述手术导航空间配准装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，如图4所示，一种手术导航系统，上述系统包括X射线设备402、设备追踪器401、导航追踪设备403和计算机设备404；X射线设备402用于采集图像数据；设备追踪器401设置于X射线设备402的X射线接收器405一端，当X射线接收器405运动时，设备追踪器401跟随X射线接收器405一起运动，设备追踪器401用于辅助导航追踪设备403确定X射线设备402在导航空间下的运动轨迹坐标；计算机设备404包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时完成上述的手术导航空间配准方法。

其中，设备追踪器设置在X射线接收器一端，其形状与设置方式不限，例如，可以是圆筒型且以套设于X射线接收器的方式进行设置，也可以是方型、平板型等，且可以根据X射线接收器形状的不同以适应X射线接收器形状的方式进行设置。

在一个实施例中，设备追踪器包括追踪器主体以及多个反射球；追踪器主体呈环形结构且套设于X射线接收器上；追踪器主体外侧分布有多个反射球。

在一个实施例中，X射线设备为C形臂X光机。

在一个实施例中，追踪器主体外侧分布有至少3个反射球，该3个反射球不共线。由3个不共线的反射球可以唯一确定出一个有效可识别的平面。例如，如图5所示，图5示出了一个实施例中导航追踪设备对设备追踪器进行追踪的示意图。导航追踪设备403可能在的位置由图中403a至403d所示，以至少可以确定出四个不同方向的平面的方式设置多个反射球，可以确保导航追踪设备403在X射线设备402的四个方向上都能追踪到设备追踪器的位置，因此，可以更准确地定位到X射线设备402的运动轨迹坐标。

在一个实施例中，追踪器主体外侧分布有12个反射球，每相邻的3个反射球不共线。例如，如图6所示，图6示出了一个实施例中追踪器主体上反射球的分布设置示意图。反射球601在追踪器主体的展开图上的分布规律如图6所示，总计设置反射球601的数量为12个，在设备追踪器工作时，12个反射球中相邻的3个球能形成一面，能在八个不同的角度供导航追踪设备进行识别。采用八面可识别结构的设备追踪器，能更好地辅助导航追踪设备定位X射线设备的位置，从而更准确地得到X射线设备的运动轨迹坐标。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种手术导航空间配准方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据；获取X射线设备扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标；根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵时，具体实现以下步骤：根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标；确定标定对象在图像空间的位置坐标与标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；基于转换关系构建X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵

在一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标时，具体实现以下步骤：根据第二图像数据计算金属标记物在图像空间的位置坐标；根据金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；根据局部坐标系确定标定对象在图像空间的位置坐标。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序实现获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标时，具体实现以下步骤：接受设置于X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；根据第一红外线确定X射线设备在导航空间的第二运动轨迹坐标。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序实现获取标定对象在导航空间下的位置坐标时，接受设置于标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；根据第二红外线确定标定对象在导航空间下的位置坐标。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准时，具体实现以下步骤：基于空间转换关系矩阵计算第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标；在导航空间下将第一运动轨迹坐标与第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标进行配准。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据；获取X射线设备扫描术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标；根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现根据第二图像数据、第二运动轨迹坐标以及标定对象在导航空间下的位置坐标计算空间转换关系矩阵时，具体实现以下步骤：根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标；确定标定对象在图像空间的位置坐标与标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；基于转换关系构建X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现根据第二图像数据计算标定对象在图像空间的位置坐标时，具体实现以下步骤：根据第二图像数据计算金属标记物在图像空间的位置坐标；根据金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；根据局部坐标系确定标定对象在图像空间的位置坐标。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现获取X射线设备扫描标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标时，具体实现以下步骤：接受设置于X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；根据第一红外线确定X射线设备在导航空间的第二运动轨迹坐标。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现获取标定对象在导航空间下的位置坐标时，接受设置于标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；根据第二红外线确定标定对象在导航空间下的位置坐标。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行实现根据第一图像数据、第一运动轨迹坐标，以及预先计算的X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准时，具体实现以下步骤：基于空间转换关系矩阵计算第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标；在导航空间下将第一运动轨迹坐标与第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标进行配准。

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流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术导航空间配准方法，所述方法包括：

获取X射线设备扫描术中对象得到的第一图像数据；

获取所述X射线设备扫描所述术中对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；

根据所述第一图像数据、所述第一运动轨迹坐标以及预先计算的所述X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵的计算方法包括：

获取所述X射线设备扫描标定对象得到的第二图像数据；

获取所述X射线设备扫描所述标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标以及所述标定对象在导航空间下的位置坐标；

根据所述第二图像数据、所述第二运动轨迹坐标以及所述标定对象在导航空间下的位置坐标计算所述空间转换关系矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二图像数据、所述第二运动轨迹坐标以及所述标定对象在导航空间下的位置坐标计算所述空间转换关系矩阵，包括：

根据所述第二图像数据计算所述标定对象在图像空间的位置坐标；

确定所述标定对象在图像空间的位置坐标与所述标定对象在导航空间的位置坐标之间的转换关系；

基于所述转换关系构建所述X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定对象中包括至少三个金属标记物，所述根据所述第二图像数据计算所述标定对象在图像空间的位置坐标，包括：

根据所述第二图像数据计算所述金属标记物在图像空间的位置坐标；

根据所述金属标记物在图像空间的位置坐标构建局部坐标系；

根据所述局部坐标系确定所述标定对象在图像空间的位置坐标。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述X射线设备扫描所述标定对象时产生的在导航空间下的第二运动轨迹坐标，包括：

接受设置于所述X射线设备上的第一追踪器所反射的第一红外线；

根据所述第一红外线确定所述X射线设备在导航空间的第二运动轨迹坐标；和/或，

所述获取所述标定对象在导航空间下的位置坐标，包括：

接受设置于所述标定对象上的第二追踪器所反射的第二红外线；

根据所述第二红外线确定所述标定对象在导航空间下的位置坐标。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一图像数据、所述第一运动轨迹坐标，以及预先计算的所述X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准，包括：

基于所述空间转换关系矩阵计算所述第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标；

在导航空间下将所述第一运动轨迹坐标与所述第一图像数据对应转换为的在导航空间下的坐标进行配准。

7.一种手术导航空间配准装置，其特征在于，所述装置包括：

图像数据获取模块，用于获取X射线设备扫描目标对象得到的第一图像数据；

空间坐标获取模块，用于获取所述X射线设备扫描所述目标对象时产生的在导航空间下的第一运动轨迹坐标；

转换关系计算模块，用于根据所述第一图像数据、所述第一运动轨迹坐标以及预先计算的所述X射线设备的图像数据与运动轨迹坐标之间的空间转换关系矩阵进行手术导航空间配准。

8.一种手术导航系统，所述系统包括X射线设备、设备追踪器、导航追踪设备和计算机设备；

所述X射线设备用于采集图像数据；

所述设备追踪器设置于所述X射线设备的X射线接收器一端，当所述X射线接收器运动时，所述设备追踪器跟随所述X射线接收器一起运动，所述设备追踪器用于辅助所述导航追踪设备确定所述X射线设备在导航空间下的运动轨迹坐标；

所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时完成上述权利要求1至6任意一项所述的手术导航空间配准方法。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述设备追踪器包括追踪器主体以及多个反射球；

所述追踪器主体呈环形结构且套设于所述X射线接收器上；

所述追踪器主体外侧分布有多个所述反射球；

优选地，所述X射线设备为C形臂X光机；

优选地，所述追踪器主体外侧分布有至少3个所述反射球，3个所述反射球不共线；

优选地，所述追踪器主体外侧分布有12个所述反射球，每相邻的3个所述反射球不共线。

10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

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