[发明专利]图像配准方法、装置、手术机器人以及手术机器人系统

说明书

本公开提供了图像配准方法、装置、手术机器人以及手术机器人系统，具体实现方案为：通过粗配准获取用于表征物理空间的空间坐标系与病灶图像的图像坐标系之间的初始映射关系的第一变换矩阵；通过精配准过程，消除粗配准结果存在的距离偏差以及角度偏差，获取第二变换矩阵、第三变换矩阵以及第四变换矩阵；根据第一变换矩阵、第二变换矩阵、第三变换矩阵以及第四变换矩阵，生成空间坐标系与图像坐标系之间的目标变换矩阵。由此，提高了图像配准的精度，进而提高了后续利用图像配准结果进行手术时的安全性。对于计算机处理器来说，也提高了其运算精度和效率。

技术领域

本公开涉及智能外科领域，具体涉及图像配准方法、装置、手术机器人以及手术机器人系统。

背景技术

机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床上外科上有大量的应用。机器人手术系统完全不同于传统的手术概念，其使得外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。而采用机器人手术系统进行骨科手术时，需要对手术部位的三维图像进行图像配准。

相关技术中的图像配准方法，通常采用迭代最近点(Iterative Closest Point，简称ICP)算法直接对粗配准结果进行优化，然而，ICP算法属于局部优化方法，受初始值的影响较大，鲁棒性不强，从而导致粗配准的结果不精确时，若直接采用ICP算法对粗配准结果进行优化，即使经过多次迭代，也无法得到精确的配准结果，并且配准效率低，对于计算机处理器来说，运算效率低，配准效果差。

发明内容

本公开提供了一种图像配准方法、装置、手术机器人以及手术机器人系统。

根据本公开的一方面，提供了一种图像配准方法，包括：根据用于表征物理空间的空间坐标系与病灶图像的图像坐标系之间的初始映射关系的第一变换矩阵，以及物理空间内在骨面采集的多个配准参考点的坐标，得到多个所述配准参考点在所述图像坐标系下的第一坐标；基于所述第一坐标，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行距离修正，得到第二变换矩阵及修正后的第二坐标；基于所述第二坐标，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行角度修正，得到第三变换矩阵集及修正后的第三坐标集；基于所述第三坐标集及所述第三变换矩阵集，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行精配准，得到第四变换矩阵及其对应的第三变换矩阵；根据所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵、所述第三变换矩阵以及所述第四变换矩阵，生成所述空间坐标系与所述图像坐标系之间的目标变换矩阵。

根据本公开的另一方面，提供了一种图像配准装置，包括：获取模块，用于根据用于表征物理空间的空间坐标系与病灶图像的图像坐标系之间的初始映射关系的第一变换矩阵，以及物理空间内在骨面采集的多个配准参考点的坐标，得到多个所述配准参考点在所述图像坐标系下的第一坐标；第一修正模块，用于基于所述第一坐标，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行距离修正，得到第二变换矩阵及修正后的第二坐标；第二修正模块，用于基于所述第二坐标，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行角度修正，得到第三变换矩阵集及修正后的第三坐标集；配准模块，用于基于所述第三坐标集及所述第三变换矩阵集，对所述图像坐标系下的多个所述配准参考点与骨面区域之间进行精配准，得到第四变换矩阵及其对应的第三变换矩阵；生成模块，用于根据所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵、所述第三变换矩阵以及所述第四变换矩阵，生成所述空间坐标系与所述图像坐标系之间的目标变换矩阵。

根据本公开的另一方面，提供了一种手术机器人，包括处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如上所述的图像配准方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种手术机器人系统，包括如上所述的手术机器人、与所述手术机器人通信连接的定位系统和辅助控制台。