[发明专利]体表定位装置的配准方法、穿刺引导方法及设备

说明书

本发明提供一种体表定位装置的配准方法、穿刺引导方法及设备，所述配准方法包括：获取布置于体表的光学跟踪装置中各个跟踪点的图像空间坐标；采集定位装置根据所述光学跟踪装置中各个跟踪点的当前位置所生成的手术空间坐标；根据所述图像空间坐标和所述手术空间坐标，确定所述各个跟踪点在图像空间和手术空间中的对应关系，并计算旋转矩阵和/或平移矩阵；根据所述各个跟踪点的图像空间坐标、所述旋转矩阵和所述平移矩阵计算光学跟踪装置的配准误差数据。

技术领域

本发明涉及医学图像数据处理领域，具体涉及一种体表定位装置的配准方法、穿刺引导方法及设备。

背景技术

手术导航定位系统可通过光学跟踪的方式来实现定位，系统中设有配套的光学跟踪装置，该装置中设有反光小球，光学系统通过追踪反光小球来实现对目标的实时跟踪定位。

在目前临床使用的手术导航定位系统中，比如在骨科和神经外科领域，会把跟踪装置固定在骨骼或者头颅框架上，与手术部位保持贴合，导航定位系统通过追踪对应的跟踪装置来实现对手术部位的定位。

对于胸腹部位置，人的呼吸运动会导致体表有起伏运动，这种运动会导致定位产生偏差。对于穿刺术来说，需要先在术前根据CT图像确定穿刺路径，然后在术中按照预定的穿刺路径实施穿刺，但是受到人体呼吸导致体表起伏的影响，实际的穿刺路径可能会与预定穿刺路径不同，本申请将其称之为配准误差。配准误差过大将导致穿刺针无法准确抵达靶点，因此医生实施穿刺术的难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种体表定位装置的配准方法，所述体表定位装置包括多个跟踪点，且任意对跟踪点的间距不同，所述方法包括：

获取布置于体表的光学跟踪装置中各个跟踪点的图像空间坐标；

采集定位装置根据所述光学跟踪装置中各个跟踪点的当前位置所生成的手术空间坐标；

根据所述图像空间坐标和所述手术空间坐标，确定所述各个跟踪点在图像空间和手术空间中的对应关系，并计算旋转矩阵和/或平移矩阵；

根据所述各个跟踪点的图像空间坐标、所述旋转矩阵和所述平移矩阵计算光学跟踪装置的配准误差数据。

可选地，所述图像空间坐标是所述各个跟踪点在计算机断层扫描图像数据中的三维坐标。

可选地，所述手术空间坐标是由双目摄像机对所述各个跟踪点进行拍摄所提供的三维坐标。

可选地，确定所述各个跟踪点在图像空间和手术空间中的对应关系，具体包括：

根据所述图像空间坐标计算图像空间中各个跟踪点的距离矩阵D_Q，根据所述手术空间坐标计算手术空间中各个跟踪点的距离矩阵D_P；

根据距离矩阵D_Q和距离矩阵D_P计算其中每一列的距离得到误差矩阵M；

根据误差矩阵M中各列中最小元素确定所述各个跟踪点在图像空间和手术空间中的对应关系。

可选地，距离矩阵D_Q和距离矩阵D_P中分别包括任意两两跟踪点之间的距离。

可选地，根据间距矩阵D_Q和间距矩阵D_P计算其中每一列的距离得到误差矩阵M，具体包括：

分别对间距矩阵D_Q和间距矩阵D_P进行升序排列；

分别计算升序排列后的两个矩阵中每一列的距离，得到误差矩阵M。

可选地，所述根据所述各个跟踪点的图像空间坐标、所述旋转矩阵和所述平移矩阵计算光学跟踪装置的配准误差数据的步骤中，具体利用如下方式计算所述配准误差数据FRE：