[发明专利]一种新型骨科导航系统及方法、信息数据处理终端

权利要求书

1.一种新型骨科导航系统，其特征在于，所述的新型骨科导航系统包括：

信息采集模块，与信息处理模块连接，用于通过光学设备获取图像信息；利用GPS完成位置的追踪，获取位置信息，完成信息的采集；

信息处理模块，与信息采集模块连接，用于对采集信息通过术前建模与规则进行信息的对比与分析，获得匹配数据；

信息传输模块，用于传输患者信息同步至信息处理模块及将传输匹配数据同步至信息终端模块；

显示终端模块，与信息传输模块连接，采用头戴式AR设备显示所获得的匹配数据，增强显示手术的指引工作。

2.如权利要求1所述的新型骨科导航系统，其特征在于，所述信息采集模块包括有图像采集单元、位置追踪单元。

3.如权利要求1所述的新型骨科导航系统，其特征在于，所述信息处理模块包括有术前建模与规则单元、信息对比单元、信息分析单元。

4.一种运行权利要求1所述新型骨科导航系统的新型骨科导航方法，其特征在于，所述新型骨科导航方法包括：

步骤一，首先，扫描患者手术部位的薄层CT，并进行3D重建，再将三维CT医学影像数据投射成数字重建影像；

步骤二，然后，再将二维的数字重建影像和二维的C型臂X线机图像进行基于灰度方法的医学图像配准，并不断校正优化，改进算法，最终实现基于2D-3D图像配准技术的骨科术中导航；

步骤三，使用C型臂X线影像和三维图像表面预定义点的灰度梯度，重点研究CT体数据的刚性变换，通过幅度和方向信息实现表面法线和逆投影梯度之间的最佳匹配。

5.如权利要求4所述的新型骨科导航系统，其特征在于，所述步骤二中图像不断校正优化，改进算法为：

迭代地求解从3D图像计算的2D投影即数字重建的射线照片DRR，以产生与术中2D图像的最大相似性。

6.如权利要求4所述的新型骨科导航系统，其特征在于，所述步骤三中刚性变换过程，具体包括：

首先基于水的CT值将CT影像从Hounsfield单位(HU)转换为线性衰减系数μ，单位mm^-1，同时将术中X射线投影或射线或荧光透视进行对数标准化的。然后根据梯度信息GI度量来定义术中X射线照片即pF，固定图像和DRR即pM，运动图像之间的相似性：

这里i,j是图像域像素的坐标，且梯度函数g的定义是：

权重函数w的定义是：

当获取多个投影图像(DDR，至少是二个以上)时，可以获得相似度的总和：

因此需要最优化求解六个空间变换值(tx,ty,tz,rx,ry,rz)以的到最大化的相似度总和GIsum：

这里的3D到2D的注册就是通过迭代寻找最优解的平移(t_x,t_y,t_z)和旋转(r_x,r_y,r_z)；

总体来说这就是一个迭代寻找最优解的过程，所求解的即平移(t_x,t_y,t_z)和旋转(r_x,r_y,r_z)就是刚性变换。