[发明专利]利用形状传感光纤网格进行手术配准系统

说明书

本发明涉及一种利用形状传感光纤网格进行手术配准系统，由于体位不同、脉搏跳动和自主呼吸运动等原因，术中病人目标脏器的真实形状可能与术前影像测量得到的形状不一致，手术导航系统需要将术前影像与真实人体进行实时配准，依据配准图像进行手术操作。人体表面形状信息是进行配准的重要信息来源。本系统使用形状传感光纤编制成网面，贴合在人体表面，进行实时人体表面形状测量。得到的结果输入手术导航装置的配准系统，计算机依据术前人体扫描的CT扫描图像，生成人体的实时立体图像，指导医生进行更准确的手术操作。

技术领域

本发明涉及一种手术图像技术，特别涉及一种利用形状传感光纤网格进行手术配准系统。

背景技术

在许多临床手术中，必须精确的获得人体目标器官的形状和位置，然而呼吸作用和心脏的跳动会使人体内部的器官位置产生微弱的变化。获得传统的医学图像在手术中总会产生误差，数字化以与软件程序不能完全在手术中发挥作用，目前配准主要是通过手术导航技术来进行，配准的图像具有局限性。

光纤具有柔韧性，能够对人体表面形状的精准重建。利用形状传感光纤网格贴合在人体表面，不仅能够对人体外部形状精准感测，还可以最大程度保护患者隐私。同时光纤还是十分廉价的材料，为实现光纤测形状大规模应用提供可能。

手术前利用X射线扫描人体，获取CT扫描图像。原理是人体不同组织对X射线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的CT扫描图像输入计算机，形状传感光纤网格获取的人体表面形状信息传入计算机系统，计算机依据人体形状边缘提取特征点，计算机利用机器学习配准出人体目标位置的立体形状。配准是指同一个人体内以不同获取图像手段得的不同图像的位置的匹配过程，配准就是将实际情况和虚拟图像进行匹配，通过配准可以实现手术中的人体与电脑虚拟的模型的重合，保证对手术计划的精准执行。

发明内容

本发明是针对手术图像配准的问题，提出了一种利用形状传感光纤网格进行手术配准系统，在光纤上贴有多个视觉标签，多个摄像头构成双目视觉系统，可以测得手术中的多个视觉标签的位置，计算机系统的处理视觉标签位姿得到人体在三维空间的位置。手术前电子计算机X射线扫描人体，获取人体的CT扫描图像。原理是人体不同组织对X射线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将术前获取的图像输入计算机，获得不同情况下人体目标位置的立体的图像用于配准。计算机依据人体形状边缘提取特征点，计算机利用机器学习算法，结合术前影像，生成实时动态的立体图像，网格上贴有多个视觉标签，多个摄像头从不同方向获取视觉标签位姿，依据视觉标签信息，定位出目标脏器的空间位置。

本发明的技术方案为：一种利用形状传感光纤网格进行手术配准系统，包括由多条形状感测光纤构成的测量网络、光学感知模块、光学处理模块、、机器学习配准模块、CT扫描图像和成像系统；

采集测量网络各条光纤输出的光送入光学感知模块，光学感知模块依据形状传感光纤模型的输入和输出信号，得到每条形状传感光纤的形状送光学处理模块，光学处理模块将拟合出人体的表面形状送机器学习配准模块；手术前电子计算机X射线扫描人体，获取人体CT扫描图像送立体模块，立体模块利用计算机生成人体的立体模型送机器学习配准模块；机器学习配准模块依据人体边缘配准出人体图像，将配准的立体图像传入成像系统，医生依据成像系统进行实时手术操作。

所述利用形状传感光纤网格进行手术配准系统，光纤为形状敏感光纤，输入已知的光源，用测量设备测量光纤的输出，输入输出的光作为已知信息，用多目视觉定位光纤上的多个视觉标签位姿，使用深度学习方法拟合已知信息与光纤形状的对应关系，得到光纤的形状传感模型。

本发明的有益效果在于：本发明利用形状传感光纤网格进行手术配准系统,测量方便，精度高，抗干扰性强。使手术更加精确的操作。

附图说明

图1为本发明利用形状传感光纤网格进行手术配准的原理图；