[发明专利]基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统

权利要求书

1.一种基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统，其特征在于，该系统包括：设置于相机端的获取模块、模型构建模块、模型匹配模块；设置于PC端的位置计算模块；设置于MR端的融合显示模块；所述相机端、所述PC端、所述MR端通过通信链路连接；

所述获取模块，配置为通过扫描相机对患者待手术的股骨头部位及周围预设的标记物进行扫描，获取包含有股骨头部位、标记物的扫描图像以及深度信息；

所述模型构建模块，配置为基于所述扫描图像、所述深度信息，构建包含有股骨头部位、标记物的三维点云模型，作为第一模型；

将预存储的标记有进针路径的患者待手术部位的股骨头的CT模型，作为第二模型；

所述模型匹配模块，配置为将所述第二模型与所述第一模型进行自动配准，并获取第一矩阵；所述第一矩阵为所述第二模型与相机坐标系之间的转换矩阵；

所述位置计算模块，配置为通过所述PC端的相机获取所述标记物的图像，并结合标记物坐标系与相机坐标系的平移参数、旋转参数、缩放参数以及所述第一矩阵，获取配准后的第二模型在Unity 3D中的位置信息；

所述标记物的坐标系与所述相机坐标系下的平移参数，其获取方法为：

构建第一标记点与第三标记点、第二标记点与第三标记点之间的直线方程；所述第一标记点、所述第二标记点、所述第三标记点分别为第一图像左上、左下与右上预设的标记点；所述第一图像为标记物对应图像；

分别获取各直线方程对应的直线在所述标记物对应的坐标系下与x轴的交点，作为第一交点、第二交点；

分别计算所述第一交点到所述第三标记点、所述第二交点到所述第三标记点的距离与对应的直线的比例；

对所述第一交点、所述第二交点，结合其对应的比例，计算其在相机坐标系的坐标，作为第三交点、第四交点；

根据所述标记物的坐标系的原点在所述第一交点与所述第二交点之间直线上的位置，并结合所述第三交点与所述第四交点的直线，得到所述标记物的坐标系的原点在相机坐标系下的坐标；

基于所述原点分别在所述标记物的坐标系、所述相机坐标系下的坐标，可得到两坐标系之间的平移参数；

所述标记物的坐标系与所述相机坐标系之间的x轴、z轴旋转参数，其获取方法为：

α＝Atan(-C/B)/π*180

β＝Atan(-A/B)/π*180

A＝(p2_y-p1_y)*(p3_z-p1_z)-(p3_y-p1_y)*(p2_z-p1_z)

B＝-(p2_x-p1_x)*(p3_z-p1_z)+(p3_x-p1_x)*(p2_z-p1_z)

C＝(p2_x-p1_x)*(p3_y-p1_y)-(p3_x-p1_x)*(p2_y-p1_y)

其中，α表示x轴旋转参数，β表示z轴旋转参数，p1、p2、p3分别表示第一标记点、第二标记点、第三标记点，(x，y，z)表示坐标；

所述标记物的坐标系与所述相机坐标系之间的y轴的旋转参数，其获取方法为：

分别计算经过x轴、z轴旋转后的各标记点的坐标、所述标记物坐标系下各标记点的坐标与原点之间连线的夹角，并取平均值，作为y轴的旋转参数；

所述融合显示模块，配置为基于所述位置信息，将配准后的第二模型平移至MR端的坐标系下进行显示，并结合实时采集的骨钻的位姿，对骨钻的进针方向进行导航。

2.根据权利要求1所述的基于混合现实的股骨头髓芯减压手术导航实现系统，其特征在于，所述标记物的坐标系为左手坐标系，该坐标系以第一图像的中心点为原点、垂直于所述第一图像的轴为y轴、所述第一图像的左右方向为x轴、所述图像的上下方向为z轴；所述第一图像为标记物对应图像。