CN114689041A - 基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备，属于计算机辅助导航系统技术领域，所述系统包括磁场发生器、磁传感器组、控制箱、穿刺装置、上位机和C臂机，C臂机用于拍摄患者手术部位的X光图像并传送至上位机处理，上位机根据C臂机拍摄的X光图像计算所述X光图像与磁场坐标系之间的变换关系和所述X光图像与患者之间的变换关系，规划穿刺装置在手术中的正确位置，并根据穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。通过所述磁导航定位系统可实现辅助医生将导针精准打入手术目标位置，而且所述磁导航定位系统是基于二维图像的，可让医生和患者接受最少的X光辐射，让患者受到最少的侵入伤害。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助导航系统技术领域，尤其涉及一种基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备。
背景技术
近年来，骨科手术取得了巨大的发展，骨科手术已经逐步迈入了精准化微创化的阶段。但由于患者的病情各有差异，手术方案也互不相同，因此精准的置钉操作成为了这些手术的关键和技术难点，为了提高骨科手术中置钉的准确性，减少神经及脏器血管的损伤，提高手术成功率，各式各样的骨科导航系统得以研发应用，包括机器人导航、计算机辅助术中CT三维重建导航、C臂机导航等等。
上述机器人导航一般需要在术中采集三维数据，这就增加了术中的辐射，另外大多数机器人导航系统都需要在患者身上安装参考架和使用双目摄像机，操作复杂，而且价格昂贵。而计算机辅助术中CT三维重建导航，很难为手术提供入路信息。C臂机辅助导航只是提供二维图像，需要在术中拍摄多张X光图像，病人及医护人员接受辐射量大。
发明内容
本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备，用以解决现有技术中骨科手术进行导航定位存在的问题，实现通过磁导航定位系统辅助医生将穿刺装置精准打入手术目标位置。
本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统，包括上位机、分别与所述上位机相接的穿刺装置、控制箱以及C臂机、分别与所述控制箱相接的磁场发生器和磁传感器组，所述磁传感器组包括第一磁传感器、第二磁传感器以及第三磁传感器；其中，
所述磁场发生器用于确定所述磁传感器组的位置和姿态，所述第一磁场传感器用于监控患者的体位信息；所述第二磁传感器用于监控所述C臂机的位置信息，所述第三磁传感器用于监控所述穿刺装置的位置信息；
所述C臂机用于将拍摄患者手术部位的X光图像传送至所述上位机处理，所述上位机根据所述C臂机拍摄的X光图像计算所述X光图像与磁场坐标系之间的变换关系和所述X光图像与患者之间的变换关系，规划穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
根据本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统，还包括固定安装在所述C臂机下方的标记板，所述标记板上设有标记球和所述第二磁传感器。
根据本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统，所述第一磁传感器靠近贴于患者的手术部位。
根据本发明提供一种基于二维图像的磁导航定位系统，所述第三磁传感器设于所述穿刺装置的尖端。
本发明还提供一种根据上述所述基于二维图像的磁导航定位系统的方法，包括：
获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系；
获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系；
将带有第三磁传感器的穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态；
根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
根据本发明所述的一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，包括：
记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置；
根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置；
将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第一X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第一X光图像和磁场坐标系的变换关系。
根据本发明所述的一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算所述第一X光图像与患者之间的变换关系，包括：
记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态；
根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第一X光图像之间的转换关系。
根据本发明所述的一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，包括：
记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置；
根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置；
将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第二X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第二X光图像和磁场坐标系的变换关系。
根据本发明所述的一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算所述第二X光图像与患者之间的变换关系，包括：
记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态；
根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第二X光图像之间的转换关系。
根据本发明所述的一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术，包括：
所述上位机实时采集所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态，并将所述位置和姿态转换至所述第一X光图像和所述第二X光图像坐标系，并实时在上位机显示所述穿刺装置在图像中的投影位置；
根据所述上位机显示的所述穿刺装置在所述第一X光图像和所述第二X光图像中的实时位置和姿态，将所述穿刺装置移动到合适位置；
所述上位机实时采集第一磁传感器的位置和姿态，当第一磁传感器的位置和姿态与拍摄第一X光图像和第二X光图像时记录的第一磁传感器的位置和姿态不同时，将该偏移量补偿到穿刺装置在第一X光图像和第二X光图像中的坐标；
当移动所述穿刺装置的实时位置与所述规划所述穿刺装置在手术中的正确位置一致时发出提示信息，并辅助医生完成穿刺操作的手术。
本发明还提供一种电子设备，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程序时实现如上述任一种所述基于二维图像的磁导航定位系统的方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于二维图像的磁导航定位系统的方法的步骤。
本发明提供的一种基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备，通过所述磁导航定位系统可实现辅助医生将导针精准打入手术目标位置，而且所述磁导航定位系统是基于二维图像的，可让医生和患者接受最少的X光辐射，让患者受到最少的侵入伤害，并且在不改变医生传统手术方式的基础上，为医生提供精准的导航信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的基于二维图像的磁导航定位系统的示意图；
图2是本发明提供的基于二维图像的磁导航定位系统的方法的流程示意图；
图3是本发明提供的计算第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系的流程示意图；
图4是本发明提供的计算第一X光图像与患者之间的变换关系的流程示意图；
图5是本发明提供的计算第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系的流程示意图；
图6是本发明提供的计算第一X光图像与患者之间的变换关系的流程示意图；
图7是本发明提供的辅助医生完成穿刺操作的手术的流程示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
附图标记：
100：基于二维图像的磁导航定位系统
10：上位机； 11：控制箱； 12：C臂机；
13：磁场发生器 14：穿刺装置； 15：第三磁传感器
16：第一磁传感器 17：第二磁传感器； 18：标记板；
19：标记球。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
传统基于手工操作的手术模式不仅需要熟练的技术和丰富的临床经验，同时手术时间长、工作量大，不可避免地导致人员疲劳，轻则影响手术效果、重则导致医疗事故。此外，虽然手术机器人有着诸多优点与巨大潜力，但仍受技术条件制约。手术机器人价格较高，且使用成本较高，其次系统复杂，医务工作者需要花费一定时间才能完全掌握。
因此，本发明提供的一种基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备，通过所述磁导航定位系统可实现辅助医生将穿刺装置精准打入手术目标位置，而且所述磁导航定位系统是基于二维图像的，可让医生和患者接受最少的X光辐射，让患者受到最少的侵入伤害，并且在不改变医生传统手术方式的基础上，为医生提供精准的导航信息
下面结合图1-图8描述本发明所述基于二维图像的磁导航定位系统、方法及相关设备。
图1是本发明提供的基于二维图像的磁导航定位系统的示意图，如图所示。一种基于二维图像的磁导航定位系统100，包括上位机10、控制箱11、C臂机12、磁场发生器13、穿刺装置14、第三磁传感器15、第一磁传感器16、第二磁传感器17、标记板18以及标记球19。
上位机10分别与控制箱11和C臂机12连接。可选的，所述上位机与所述控制箱11和C臂机12连接的方式可以是有线连接、串口连接或无线连接等，本发明不限定上述的连接方式。
控制箱11分别与磁场发生器13、第三磁传感器15、第一磁传感器16以及第二磁传感器17连接，控制箱11用于控制磁场发生器13的磁场大小。
磁场发生器13固定安装在患者手术部位的附近位置或患者身旁的附近位置，用于确定第一磁传感器16、第二磁传感器17以及第三磁传感器15的位置和姿态。
第一磁场传感器16靠近贴于患者的手术部位，用于监控患者的体位信息。第二磁传感器17安装在C臂机12的下方，用于监控C臂机12的位置信息。第三磁传感器15安装在穿刺装置14的尖端，用于监控穿刺装置14的位置信息。在本发明实施例中，穿刺装置14可以是穿刺针。
C臂机12的下方固定安装有标记板18，标记板18上设有标记球19和第二次磁传感器17。所述标记球19的固定位置用于进行磁场坐标系的位置换算。
C臂机12用于将拍摄患者手术部位的X光图像传送至上位机10并在上位机10进行二维成像处理。具体处理步骤如下：
C臂机12旋转至第一姿态，拍摄第一张X光图像，C臂机12将所述第一张X光图像传送至上位机10，上位机10记录此时标记板18上第二磁传感器17在磁场坐标系的位置，并根据标记球19和第二磁传感器的固定位置关系计算出标记球19磁场坐标系的位置。然后和所述第一张X光图像中标记球的位置进行配准，计算第一张X光图像和磁场坐标系的变换关系。上位机10同时记录患者身上的第三磁传感器15在磁场坐标系的位置和姿态，并计算患者和所述第一X光图像之间的转换关系。
需要说明的是，上述X光图像和磁场坐标系的变换关系的计算可通过PNP(Perspective-n-Point)算法完成，但本发明并不限于PNP算法，也可以通过其他现有算法完成。
由此可知，本发明需要将患者的实际位置关系转换成磁场坐标系的位置关系，以便于在上位机上规划穿刺装置14的位置。
C臂机12旋转至第二姿态，拍摄第二张X光图像，C臂机12将所述第二张X光图像传送至上位机10，上位机10记录此时标记板18上第二磁传感器17在磁场坐标系的位置，并根据标记球19和第二磁传感器的固定位置关系计算出标记球19磁场坐标系的位置。然后和所述第二张X光图像中标记球的位置进行配准，计算第二张X光图像和磁场坐标系的变换关系。上位机10同时记录患者身上的第三磁传感器15在磁场坐标系的位置和姿态，并计算患者和所述第二X光图像之间的转换关系。
需要说明的是，C臂机12拍摄第二张X光图像的处理步骤与上述拍摄第一张X光图像的处理步骤是一样的，本发明所述基于二维图像的磁导航定位系统100使用的X光图像的数量大于或等于二，即本发明所述基于二维图像的磁导航定位系统100至少使用上述拍摄的两张X光图像，通过将至少两张X光图像转换为统一的磁场坐标系下规划穿刺通道。
在对上述两张X光图像进行磁场坐标系的变换关系之后，在所述第一张X光图像和所述第二张X光图像之间规划穿刺通道，规划步骤如下：
将穿刺装置(比如穿刺针)14放置于患者手术部位中，上位机10得到穿刺装置14在磁场坐标系的位置和姿态，并将实际穿刺装置14的位置转换到所述第一张X光图像和所述第二张X光图像的坐标系中，上位机10并实时显示穿刺装置14在所述第一张X光图像和所述第二张X光图像的投影位置。
在此过程中，所述上位机实时采集第一磁传感器的位置和姿态，当第一磁传感器的位置和姿态与拍摄第一X光图像和第二X光图像时记录的第一磁传感器的位置和姿态不同时，将该偏移量补偿到穿刺装置在第一X光图像和第二X光图像中的坐标。
医生根据穿刺针在由所述第一张X光图像和所述第二张X光图像构成的二维成像中的实时位置和姿态，将穿刺装置14摆到合适位置，当所述穿刺装置14的位置和上位机10规划位置的轴线重合时发出提示信息，告知医生所述穿刺装置14已摆放到位，医生完成穿刺操作。
综上所述，本发明所述基于二维图像的磁导航定位系统无需术前或术中的三维CT扫描，整套系统简单，术中只需要两张X光图像即可定位，能够实时捕捉患者的体位信息，当患者移动时，患者身上的第三磁传感器会对显示在X光图像中的穿刺装置的位置进行补偿，确保导航精度。
下面对本发明提供的基于二维图像的磁导航定位系统的方法进行描述，下文描述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法与上文描述的基于二维图像的磁导航定位系统可相互对应参照。
图2是本发明提供的基于二维图像的磁导航定位系统的方法的流程示意图，如图2所示，一种基于二维图像的磁导航定位系统的方法，包括：
步骤201，获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像。
步骤202，基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系。
步骤203，获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像。
步骤204，基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系。
步骤205，将穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态。
步骤206，根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，以及根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，确规划所述穿刺装置在手术中的正确位置后辅助医生完成穿刺操作的手术。
由此可知，本发明为了帮助医生在精准穿刺的过程中，让医生和患者接受最少的X光辐射，让患者受到最少的侵入伤害，并且在不改变医生传统手术方式的基础上，为医生提供精准的导航信息。
图3是本发明提供的计算第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系的流程示意图，如图3所示。所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，包括：
步骤301，记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置。
步骤302，根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置。
步骤303，将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第一X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第一X光图像和磁场坐标系的变换关系。
可选的，本发明实施例通过C臂机下方标记板上的标记球作为参照计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，但本发明不限于采用标记球的方式。
图4是本发明提供的计算第一X光图像与患者之间的变换关系的流程示意图，如图4所示。所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算所述第一X光图像与患者之间的变换关系，包括：
步骤401，记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态。
步骤402，根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第一X光图像之间的转换关系。
图5是本发明提供的计算第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系的流程示意图，如图所示。所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，包括：
步骤501，记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置。
步骤502，根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置。
步骤503，将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第二X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第二X光图像和磁场坐标系的变换关系。
图6是本发明提供的计算第一X光图像与患者之间的变换关系的流程示意图，如图所示。所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算所述第二X光图像与患者之间的变换关系，包括：
步骤601，记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态。
步骤602，根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第二X光图像之间的转换关系。
图7是本发明提供的辅助医生完成穿刺操作的手术的流程示意图，如图所示。所述根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术，包括：
步骤701，上位机将所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态转换至所述第一X光图像和所述第二X光图像坐标系，上位机并实时在显示所述穿刺装置在图像中的投影位置。
步骤702，根据所述上位机显示的所述穿刺装置在所述第一X光图像和所述第二X光图像中的实时位置和姿态，将所述穿刺装置移动到合适位置。
在此过程中，所述上位机实时采集第一磁传感器的位置和姿态，当第一磁传感器的位置和姿态与拍摄第一X光图像和第二X光图像时记录的第一磁传感器的位置和姿态不同时，将该偏移量补偿到穿刺装置在第一X光图像和第二X光图像中的坐标。
步骤703，当移动所述穿刺装置的实时位置与所述规划所述穿刺装置在手术中的正确位置一致时发出提示信息，并辅助医生完成穿刺操作的手术。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述方法包括：
获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系；
获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系；
将带有第三磁传感器的穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态；
根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述所提供的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述方法包括：
获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系；
获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系；
将带有第三磁传感器的穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态；
根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述所提供的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，所述方法包括：
获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系；
获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系；
将带有第三磁传感器的穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态；
根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种基于二维图像的磁导航定位系统，其特征在于，包括上位机、分别与所述上位机相接的穿刺装置、控制箱以及C臂机、分别与所述控制箱相接的磁场发生器和磁传感器组，所述磁传感器组包括第一磁传感器、第二磁传感器以及第三磁传感器；其中，
所述磁场发生器用于确定所述磁传感器组的位置和姿态，所述第一磁场传感器用于监控患者的体位信息；所述第二磁传感器用于监控所述C臂机的位置信息，所述第三磁传感器用于监控所述穿刺装置的位置信息；
所述C臂机拍摄患者手术部位的X光图像并传送至所述上位机处理，所述上位机根据所述C臂机拍摄的X光图像计算所述X光图像与磁场坐标系之间的变换关系和所述X光图像与患者之间的变换关系，规划穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
2.根据权利要求1所述的基于二维图像的磁导航定位系统，其特征在于，还包括固定安装在所述C臂机下方的标记板，所述标记板上设有标记球和所述第二磁传感器。
3.根据权利要求1所述的基于二维图像的磁导航定位系统，其特征在于，所述第一磁传感器靠近贴于患者的手术部位。
4.根据权利要求1所述的基于二维图像的磁导航定位系统，其特征在于，所述第三磁传感器设于所述穿刺装置的尖端。
5.一种根据权利要求1所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，包括：
获取C臂机旋转至第一姿态拍摄的第一X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系；
获取所述C臂机旋转至第二姿态拍摄的第二X光图像；
基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，以及基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系；
将带有第三磁传感器的穿刺装置放置于患者的手术部位，得到所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态；
根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术。
6.根据权利要求5所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第一X光图像与磁场坐标系之间的变换关系，包括：
记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置；
根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置；
将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第一X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第一X光图像和磁场坐标系的变换关系。
7.根据权利要求5所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第一X光图像之间的变换关系，包括：
记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态；
根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第一X光图像之间的转换关系。
8.根据权利要求5所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，所述基于所述C臂机的第二磁传感器计算所述第二X光图像与磁场坐标系的变换关系，包括：
记录所述C臂机下方的标记板上的第二磁传感器在磁场坐标系的位置；
根据所述标记板上的标记球与所述第二磁传感器的固定位置关系计算所述标记球在磁场坐标系的位置；
将所述标记球在磁场坐标系的位置与所述第二X光图像中标记球的位置进行配准，并计算所述第二X光图像和磁场坐标系的变换关系。
9.根据权利要求5所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，所述基于患者手术部位附近的第一磁传感器计算患者与所述第二X光图像之间的变换关系，包括：
记录患者身上的第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态；
根据所述第一磁传感器在磁场坐标系下的位置和姿态，计算患者和所述第二X光图像之间的转换关系。
10.根据权利要求5所述的基于二维图像的磁导航定位系统的方法，其特征在于，所述根据所述第一X光图像与患者之间的变换关系、所述第二X光图像与患者之间的变换关系，规划所述穿刺装置在手术中的正确位置，并根据所述穿刺装置在磁场坐标系下的位置和姿态，辅助医生完成穿刺操作的手术，包括：
所述上位机实时采集所述穿刺装置在磁场坐标系的位置和姿态，并将所述位置和姿态转换至所述第一X光图像和所述第二X光图像坐标系，并实时在上位机显示所述穿刺装置在图像中的投影位置；
根据所述上位机显示的所述穿刺装置在所述第一X光图像和所述第二X光图像中的实时位置和姿态，将所述穿刺装置移动到合适位置；
所述上位机实时采集第一磁传感器的位置和姿态，当第一磁传感器的位置和姿态与拍摄第一X光图像和第二X光图像时记录的第一磁传感器的位置和姿态不同时，将该偏移量补偿到穿刺装置在第一X光图像和第二X光图像中的坐标；
当移动所述穿刺装置的实时位置与所述规划所述穿刺装置在手术中的正确位置一致时发出提示信息，并辅助医生完成穿刺操作的手术。
11.一种电子设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5-10任一项所述基于二维图像的磁导航定位系统的方法的步骤。
12.一种非暂态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执行时实现如权利要求5-10任一项所述基于二维图像的磁导航定位系统的方法的步骤。
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