[发明专利]3D相机-医疗成像设备坐标系校准系统和方法及其应用

说明书

本发明涉及3D相机‑医疗成像设备坐标系校准系统和方法及其应用。所述校准系统包括：校准工具，设置在扫描床上，校准工具上设置有标记和参考点，该参考点与医疗成像设备的中心对准以作为医疗成像设备坐标系的原点，并且根据标记到参考点的相对位置计算标记在医疗成像设备坐标系中的位置；3D相机，用于捕捉标记的图像并基于该捕捉到的图像确定标记在3D相机坐标系中的位置；以及计算装置，使用标记在3D相机坐标系中的位置和标记在医疗成像设备坐标系中的位置计算校准矩阵，并使用该校准矩阵在3D相机坐标系和医疗成像设备坐标系之间进行校准。所述方法与上述系统相对应。本发明还涉及上述校准的应用及可实现所述方法和应用的计算机可读存储介质。

技术领域

本发明涉及医疗成像领域，特别涉及用于在三维(3D)相机坐标系和医疗成像设备坐标系之间进行校准的系统和方法，以及上述校准的具体应用及可实现所述校准方法和应用的计算机可读存储介质。

背景技术

在传统的医疗成像过程中，通过医疗成像设备扫描成像装置来获取待扫描患者及待扫描部位的图像信息，然而用户如果想获得更多直观、准确和有效的特征信息，就需要进一步引入基于视频或图像的相机。比如，通过在计算机断层扫描(CT)中使用3D相机，CT用户能够实现许多直观、准确和有效的操作，比如，扫描范围的估算、显示和调整，患者身体厚度的估算等；此外，还能为CT用户提供与安全相关的操作，比如，患者移动检测，扫描床移动前的碰撞预测等。

然而，医疗成像设备和相机有各自的坐标系，因此就需要在这两个坐标系之间实现转换，这种转换在本领域中通常也可以称之为校准。无论是转换还是校准，都需要大量的数据组来得到校准矩阵，然后通过该校准矩阵，就能够将上述相机所获取的信息转换到医疗成像设备中并在后续处理中起作用。

但已有的转换或校准技术都需要医疗成像扫描的介入，具体比如通过对扫描床上的校准物进行CT扫描得到一组数据，同时用3D相机对该校准物进行成像得到另一组数据，然后基于这两组数据计算转换关系。又比如，在公开日为2017年3月30日的美国专利文献US9633435B2中揭示了一种通过转换矩阵对RGB－D传感器和医疗成像扫描仪进行校准的方法，其中医疗成像扫描仪通过成像扫描获得第一数据组，而RGB－D传感器感测到的数据则作为第二数据组，再基于这两个数据组得到上述转换矩阵。

医疗成像扫描的介入，意味着上述转换或校准需要经历额外的辐射，这从辐射安全角度讲肯定是不希望的，而且这必然要占用更多的时间，也需要操作员去扫描室外的操作台上对成像扫描进行操控，非常得不方便。而且，也期望引入3D相机来使用户更加直观、准确和有效地实现各种操作。

因此，亟需一种新的技术能方便并且无辐射地准确实现3D相机与医疗成像设备坐标系间的校准。

发明内容

本发明就旨在克服现有技术中的上述和/或其他问题，通过本发明所提供的校准系统和方法，可以不需要医疗扫描就获得校准矩阵所需数据组，进而无辐射且方便地准确实现3D相机与医疗成像设备坐标系间的校准。通过本发明的校准可以方便地实现很多医疗成像中的应用。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在3D相机坐标系和医疗成像设备坐标系之间进行校准的系统，包括：校准工具，设置在所述医疗成像设备中的扫描床上，所述校准工具上设置有标记和参考点，该参考点与所述医疗成像设备的中心对准以作为所述医疗成像设备坐标系的原点，并且根据所述标记到所述参考点的相对位置计算所述标记在所述医疗成像设备坐标系中的位置；3D相机，用于捕捉所述标记的图像并基于该捕捉到的图像确定所述标记在所述3D相机坐标系中的位置；以及计算装置，使用所述标记在所述3D相机坐标系中的位置作为第一数据组，使用所述标记在所述医疗成像设备坐标系中的位置作为第二数据组，基于所述第一数据组和所述第二数据组计算所述3D相机坐标系和所述医疗成像设备坐标系之间的校准矩阵，并使用该校准矩阵在所述3D相机坐标系和所述医疗成像设备坐标系之间进行校准。