[发明专利]一种三维图像专用标定器、手术定位系统及定位方法

说明书

本发明涉及一种三维图像专用标定器、手术定位系统及定位方法，其中，所述的三维图像专用标定器包括一标定器面和一标定器柄，所述标定器面为平面或者弧形面，在所述标定器面上设置有至少四个用于被三维成像设备识别的标记点；所述标定器柄的一端与所述标定器面固定连接，另一端设置一用于与手术机械臂连接的接头。

技术领域

本发明涉及一种三维图像专用标定器、手术定位系统及定位方法，属于手术定位技术领域。

背景技术

随着近年来微创手术的普遍应用和对手术当中器械或者内植入物定位精度的要求不断提高，基于医学图像引导的辅助定位或者手术导航产品有了很大的发展。该类产品的原理实现通常包括几个步骤，首先是空间映射与图像注册，即利用某种空间坐标映射方法，计算出手术目标(患者)、手术图像、辅助定位装置各自坐标系之间的空间映射关系，该步骤通常称为多坐标系标定或者图像注册。接下来是手术规划与引导，即显示映射关系准确的术前或术中图像，由医生在图像上或者重建的三维模型上规划手术路径。接着是手术实施部分，主要是手术路径定位，即引导医生手持手术工具引导器放置到手术路径上或者直接控制机械臂等执行机构准确的将引导器摆放到手术路径上，保证手术路径的引导精度，医生通过引导器完成手术器械置入等操作。

在上述步骤中，空间映射与图像注册时极为关键的一步，其通常含义是指在图像引导手术定位系统当中将多个坐标系(通常包括图像坐标系、工具(辅助定位装置)坐标系、患者坐标系)统一到同一坐标系下，此过程即称为注册或配准。注册的精度决定着辅助定位或者手术导航的精度。

按照所用的医学图像的类型(透视图像、三维图像)和医学图像的来源(术前获取的图像、术中现场获取的图像)，目前常用的图像注册方法如下：

场景1：图像注册要求为“术前获取三维图像，术中注册”

用于实现该图像注册要求的图像注册方法有：①术中采用空间坐标测量设备测量人体解剖特征点与图像当中的对应特征点进行配对后，实现图像注册。②术中采用空间坐标测量设备连续获取人体特征轮廓对应的坐标信息后与术前图像当中的相应位置形状信息进行点云配对后，实现图像注册。③患者手术部位外部固定标记点进行术前三维图像获取，术中采用空间坐标测量设备获取标记点坐标同时配对标出图像当中对应点，重复多个不同位置上的标记点后实现图像注册。

场景2：图像注册邀请为“术前获取三维图像，术中与透视图像进行注册”

用于实现该图像注册要求的图像注册方法为：采用特殊算法识别透视图像当中的解剖结构的轮廓或边缘形状与术前三维图像进行比对，实现术前三维图像到术中透视图像的注册。

场景3：图像注册要求为“术中获取二维透视图像，现场注册”

用于实现该图像注册要求的图像注册方法为：引入空间坐标测位仪跟踪患者示踪器与机器人示踪器，患者身体上固定安装患者示踪器，双平行平面结构的专用标定器安装在机械臂末端，机械臂上安装机器人示踪器，术中从至少两个不同的角度获取透视图像，通过识别图像当中的标定器标记点，实现术中透视图像注册

场景4：图像注册要求为“术中获取三维图像，现场注册”

用于实现该图像注册要求的图像注册方法为：采用空间坐标测位仪获取术中三维成像设备(术中CT、术中磁共振、术中三维C臂)的坐标信息后，同时获取安装在患者身体或者与患者身体相对固定的位置的患者跟踪器来获取患者坐标信息，通过实现标定或者成像设备厂家提供的成像设备内参数，换算出术中三维图像坐标系到患者坐标系的空间变换关系(旋转与平移矩阵)，实现术中三维图像注册。

对于上述场景4所用的方法，其依赖于在术中成像设备上安装示踪器，同时需要事先标定成像设备的一系列成像参数，因此，该方法不易实现。

发明内容