專利名稱:一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種標(biāo)定模及使用方法,特別是關(guān)于一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模及使用方法。
背景技術(shù):
在傳統(tǒng)手術(shù)中,病灶不能直接用肉眼觀察,例如不開刀的微創(chuàng)手術(shù)或者無創(chuàng)手術(shù), 或者不方便用肉眼觀察,例如腦部神經(jīng)外科手術(shù),醫(yī)生只能憑借肉眼觀察病灶的圖像,憑經(jīng)驗將手術(shù)器械放置到目標(biāo)位置,這種方式造成的手術(shù)器件和病灶部位定位之間的誤差,會拖延手術(shù)的時間,影響手術(shù)的質(zhì)量,特別是這種誤差有時會給患者帶來不必要的痛苦和損傷。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,包括磁共振成像設(shè)備、計算機斷層掃描設(shè)備(CT)、C 型臂、X線設(shè)備、超聲波成像系統(tǒng)等,所成圖像的引導(dǎo)下,利用跟蹤系統(tǒng)測量手術(shù)器械的位置,從而可以把病灶的圖像和虛擬手術(shù)器械融合并顯示在屏幕上,幫助醫(yī)生精確定位病灶和手術(shù)器械的位置,并觀察病灶周圍的器官和組織,幫助醫(yī)生避開重要的器官和組織,將手術(shù)器械安全地放置到預(yù)定地點,以便完成治療。手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備進入外科并用計算機改進或完善了外科醫(yī)師的能力以進行各項操作,在一定程度上降低了外科治療所造成的損傷,縮短了手術(shù)時間。最新的導(dǎo)航技術(shù)是將病灶圖片和虛擬的手術(shù)器械放到同一個坐標(biāo)系下觀測,即顯示在同一個工作屏幕上(如液晶屏幕、投影屏幕或者其它形式的顯示器材),并且屏幕上兩者的相對位置和實際的病灶與手術(shù)器械的相對位置相同,從而醫(yī)生可以通過觀察屏幕既能看到病灶,也能看到手術(shù)器械,進而準(zhǔn)確而快速地將手術(shù)器械放置到目標(biāo)位置。圖像導(dǎo)航手術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵在于建立固定成像設(shè)備坐標(biāo)系與手術(shù)器械坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,為實現(xiàn)這一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,需要借助一個標(biāo)定裝置,建立轉(zhuǎn)換關(guān)系的過程被稱為導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模及使用方法。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于它包括標(biāo)定模本體,設(shè)置在所述標(biāo)定模本體內(nèi)部的掃描標(biāo)志,設(shè)置在所述標(biāo)定模本體內(nèi)部或表面的導(dǎo)航標(biāo)志;所述掃描標(biāo)志的數(shù)量為三個以上,且各掃描標(biāo)志位于不在同一條直線上的同一平面內(nèi);各所述掃描標(biāo)志的圖像灰度與所述標(biāo)定模本體的圖像灰度有明顯區(qū)別;各所述掃描標(biāo)志均具有一選定的特征點。各所述掃描標(biāo)志均為一圓片,所述圓片的特征點為圓片的圓心。各所述掃描標(biāo)志均為一三角片,所述三角片的特征點為三角片的其中一頂點或三角片的重心。各所述掃描標(biāo)志均為一球體,所述球體的特征點為球體的球心。各所述掃描標(biāo)志為圓片、三角片、球體中的任意兩種或兩種以上的組合,所述圓片的特征點為圓片的圓心,所述三角片的特征點為三角片的其中一頂點或三角片的重心,所述球體的特征點為球體的球心。上述一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法,其包括以下步驟1)設(shè)置一具有掃描標(biāo)志和導(dǎo)航標(biāo)志的標(biāo)定模,所述掃描標(biāo)志的數(shù)量為三個以上,且各掃描標(biāo)志位于不在同一直線上的同一平面內(nèi),各所述掃描標(biāo)志的圖像灰度與所述標(biāo)定模本體的圖像灰度有明顯區(qū)別;幻通過導(dǎo)航設(shè)備讀取標(biāo)定模上導(dǎo)航標(biāo)志在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C:=;根據(jù)= C= * C^er = (CtX)-1 * C^er,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo) C=L,其中,C!,表示各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo);3)通過固定成像設(shè)備對標(biāo)定模進行掃描,獲取標(biāo)定模的圖像序列,進而獲取標(biāo)定模上各掃描標(biāo)志作為整體在固定
^track — ^track * prefer * ^marker
成像設(shè)備下的坐標(biāo)胃4)根據(jù)公式^^二 = ct ,, 廣,最終獲得固定
Cmarker ;scanrefermarker ‘ marker 乂
成像設(shè)備在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C:=,完成標(biāo)定。所述步驟2)中,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo)Gtto的步驟如下①開啟導(dǎo)航設(shè)備,在一探針的針尖上綁定另一導(dǎo)航標(biāo)志,從導(dǎo)航設(shè)備中能夠直接獲取探針針尖在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)②將探針針尖和各個掃描標(biāo)志的特征點進行接觸,得到各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)(Xi,Ii, Z1) (l^i^n);③根據(jù)各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)(Xi,Yi, Zi) (1 ^ i ^ η),計算各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C!,;④從導(dǎo)航設(shè)備中讀取導(dǎo)航標(biāo)志在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C:=;⑤根據(jù) CtLr = C;: * C: = C * c:,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo)
prefer marker °所述步驟③中,根據(jù)各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo),計算各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C=,的步驟如下i選擇第一個掃描標(biāo)志的特征點(Xl, Y1, Z1)作為原點ο ;ii計算從第一個掃描標(biāo)志的特征點指向第二個掃描標(biāo)志的特征點的向量作為χ軸,x = ;iii求其余各掃描標(biāo)志特征點坐標(biāo)值的平均值,得到P'點,計算第一個掃描標(biāo)志的特征點指向ρ'點的向量作為參考y軸,;> = ; iv將和;進行向量叉乘,得到的向量作為Z軸,Z = XX;'; V將進行向量叉乘,得到的向量作為最終的y軸, P = ZXχ ; Vi通過原點ο、χ軸、y軸、ζ軸,形成坐標(biāo)系,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C!,。所述步驟3)中,獲取標(biāo)定模上各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)的步驟如下①根據(jù)掃描標(biāo)志所用材料在固定成像設(shè)備下的成像特征,得到各個掃
描標(biāo)志對應(yīng)的圖像灰度值區(qū)間(Pixell,Pixel2);通過對固定成像設(shè)備分層掃描間隔的設(shè)置,獲得包含K張圖像的標(biāo)定模圖像序列,每張圖像包含I X J個像素,總共有I X JXK個像素,進而得到每個像素對應(yīng)的灰度值和空間坐標(biāo)(X,1,ζ);根據(jù)各掃描標(biāo)志在標(biāo)定模上的位置,得到任意掃描標(biāo)志a到任意掃描標(biāo)志b之間的距離Dab ;②針對標(biāo)定模圖像序列,利用各個掃描標(biāo)志對應(yīng)的圖像灰度值區(qū)間(Pixell,Pixel2)進行灰度分割,將區(qū)間外的像素的灰度值全部置為0,將區(qū)間內(nèi)的像素的灰度值全部置為某一非零的固定值;在I X JXK個像
素中進行遍歷,查找空間連續(xù)像素塊,得到n+m個連續(xù)像素塊,其中,η表示有η個掃描標(biāo)志,
m表示有m個噪聲塊;③根據(jù)步驟①中得到的每個像素對應(yīng)的空間坐標(biāo)(x,y,z),計算空間
第i個連續(xù)像素塊的空間坐標(biāo)(Xi,Yi, Zi)
權(quán)利要求
1.一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于它包括標(biāo)定模本體,設(shè)置在所述標(biāo)定模本體內(nèi)部的掃描標(biāo)志,設(shè)置在所述標(biāo)定模本體內(nèi)部或表面的導(dǎo)航標(biāo)志;所述掃描標(biāo)志的數(shù)量為三個以上,且各掃描標(biāo)志位于不在同一條直線上的同一平面內(nèi);各所述掃描標(biāo)志的圖像灰度與所述標(biāo)定模本體的圖像灰度有明顯區(qū)別;各所述掃描標(biāo)志均具有一選定的特征點。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于各所述掃描標(biāo)志均為一圓片,所述圓片的特征點為圓片的圓心。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于各所述掃描標(biāo)志均為一三角片,所述三角片的特征點為三角片的其中一頂點或三角片的重心。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于各所述掃描標(biāo)志均為一球體,所述球體的特征點為球體的球心。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模,其特征在于各所述掃描標(biāo)志為圓片、三角片、球體中的任意兩種或兩種以上的組合,所述圓片的特征點為圓片的圓心,所述三角片的特征點為三角片的其中一頂點或三角片的重心,所述球體的特征點為球體的球心。
6.一種如權(quán)利要求1 5任一項所述的用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法, 其包括以下步驟1)設(shè)置一具有掃描標(biāo)志和導(dǎo)航標(biāo)志的標(biāo)定模,所述掃描標(biāo)志的數(shù)量為三個以上,且各掃描標(biāo)志位于不在同一直線上的同一平面內(nèi),各所述掃描標(biāo)志的圖像灰度與所述標(biāo)定模本體的圖像灰度有明顯區(qū)別;2)通過導(dǎo)航設(shè)備讀取標(biāo)定模上導(dǎo)航標(biāo)志在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C:=;根據(jù) C:- = C= * C^er = (C::)Λ * C^er,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo) C^ker,其中, =,表示各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo);3)通過固定成像設(shè)備對標(biāo)定模進行掃描,獲取標(biāo)定模的圖像序列,進而獲取標(biāo)定模上各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)Cr/Lr ; 4)根據(jù)公式
7.如權(quán)利要求6所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法,其特征在于所述步驟2)中,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo)C^tto的步驟如下①開啟導(dǎo)航設(shè)備,在一探針的針尖上綁定另一導(dǎo)航標(biāo)志,從導(dǎo)航設(shè)備中能夠直接獲取探針針尖在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)^=;②將探針針尖和各個掃描標(biāo)志的特征點進行接觸,得到各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)(Xi, Ii, Zi) (1 ^ i ^ η);③根據(jù)各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)(Xyyi^i)(1 ^ i Sn),計算各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C!,;④從導(dǎo)航設(shè)備中讀取導(dǎo)航標(biāo)志在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)C:=;⑤根據(jù)C!: = C;二 * C二 = (C:r * C二,得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo)C=L。
8.如權(quán)利要求7所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法,其特征在于所述步驟③中,根據(jù)各個掃描標(biāo)志的特征點在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo),計算各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)的步驟如下i選擇第一個掃描標(biāo)志的特征點(Xl,Y1, Z1)作為原點ο ;ii計算從第一個掃描標(biāo)志的特征點指向第二個掃描標(biāo)志的特征點的向量作為X軸,iii求其余各掃描標(biāo)志特征點坐標(biāo)值的平均值,得到P'點,計算第一個掃描標(biāo)志的特征點指向P'點的向量作為參考y軸,P =;':;;i ν將;^和;進行向量叉乘,得到的向量作為ζ軸,
9.如權(quán)利要求6所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法,其特征在于所述步驟3)中,獲取標(biāo)定模上各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)CrUA 步驟如下①根據(jù)掃描標(biāo)志所用材料在固定成像設(shè)備下的成像特征,得到各個掃描標(biāo)志對應(yīng)的圖像灰度值區(qū)間(PiXell,PiXel2);通過對固定成像設(shè)備分層掃描間隔的設(shè)置,獲得包含K張圖像的標(biāo)定模圖像序列,每張圖像包含IX J個像素,總共有IX JXK個像素,進而得到每個像素對應(yīng)的灰度值和空間坐標(biāo)(X,1,ζ);根據(jù)各掃描標(biāo)志在標(biāo)定模上的位置,得到任意掃描標(biāo)志a到任意掃描標(biāo)志b之間的距離Dab ;②針對標(biāo)定模圖像序列,利用各個掃描標(biāo)志對應(yīng)的圖像灰度值區(qū)間(Pixell,Pixel2) 進行灰度分割,將區(qū)間外的像素的灰度值全部置為0,將區(qū)間內(nèi)的像素的灰度值全部置為某一非零的固定值;在I X JXK個像素中進行遍歷,查找空間連續(xù)像素塊,得到n+m個連續(xù)像素塊,其中,η表示有η個掃描標(biāo)志,m表示有m個噪聲塊;③根據(jù)步驟①中得到的每個像素對應(yīng)的空間坐標(biāo)U,1,z),計算空間第i個連續(xù)像素塊的空間坐標(biāo)(Xpyi^i)其中,f表示連續(xù)像素塊中包含f個像素,(Xij,Yij, Zij)表示第i個連續(xù)像素塊中第j 個像素的空間坐標(biāo);④根據(jù)空間第i個連續(xù)像素塊的空間坐標(biāo)(Xi,Ii, Zi),計算任意兩個連續(xù)像素塊間的距離
10.如權(quán)利要求9所述的一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模的使用方法,其特征在于所述步驟⑦中,掃描標(biāo)志為圓片,則從平面圖形中,使用圖像分割技術(shù)得到η個近似圓的邊界,對η個近似圓的邊界進行圓擬合,得到η個圓心,即為圓片的特征點,根據(jù)獲取的η 個圓片的圓心坐標(biāo),計算各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)的步驟如下i選擇第一個圓片圓心(X1, Y1, Z1)作為原點ο ;ii計算從第一個圓片圓心指向第二個圓片圓心的向量作為χ軸,χ = ;iii將其余各圓片圓心點的坐標(biāo)值,求平均值,得到P'點,計算第一個圓片圓心指向 P'點的向量作為參考y軸,/ = p'-p,;i ν將;^和;進行向量叉乘,得到的向量作為ζ軸,ζ = χ χ ;ν將1和2進行向量叉乘,得到的向量作為最終的y軸,;=ζ χ χ ;Vi通過原點o、x軸、y軸、Z軸,形成坐標(biāo)系,得到各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定模及使用方法,其特征在于它包括標(biāo)定模本體,與標(biāo)定模本體固定的掃描標(biāo)志和導(dǎo)航標(biāo)志;掃描標(biāo)志的數(shù)量為三個以上,且各掃描標(biāo)志位于不在同一條直線上的同一平面內(nèi);各掃描標(biāo)志的圖像灰度與標(biāo)定模本體的圖像灰度有明顯區(qū)別;各掃描標(biāo)志均具有一選定的特征點。本發(fā)明通過導(dǎo)航設(shè)備讀取標(biāo)定模上導(dǎo)航標(biāo)志在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)進而得到各掃描標(biāo)志作為整體在導(dǎo)航標(biāo)志下的坐標(biāo)再通過固定成像設(shè)備對標(biāo)定模進行掃描,獲取標(biāo)定模的圖像序列,進而獲取標(biāo)定模上各掃描標(biāo)志作為整體在固定成像設(shè)備下的坐標(biāo)最終獲得固定成像設(shè)備在導(dǎo)航設(shè)備下的坐標(biāo)完成標(biāo)定。本發(fā)明可廣泛用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定過程中。
文檔編號A61B19/00GK102429730SQ20111030612
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者寧隨軍, 徐進, 解煥南, 趙磊 申請人:新博醫(yī)療技術(shù)有限公司