[发明专利]一种基于结构光的增强现实骨科透视导航方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于结构光的增强现实骨科透视导航方法及系统，包括以下步骤：S1：利用标定靶，将X光透视设备的成像源坐标系与结构光重建模型的坐标系转换至同一坐标系下；S2：获取X光透视设备拍摄的病人患处透视图片以及结构光扫描病人患处得到的三维重建点云模型；S3：在同一坐标系下，将透视图片与三维重建点云模型进行匹配融合，得到融合信息；S4：将融合信息输出到结构光中进行图像叠加后进行显示。本发明利用增强现实在骨科手术中导航的要求，结合结构光，满足医生在骨科手术中对透视信息的需求。

技术领域

本发明涉及手术导航技术领域，具体涉及一种基于结构光的增强现实骨科透视导航方法及系统。

背景技术

在医疗行业，增强现导航实术中技术越来得到重视，部分技术在微创神经外科以及整形外科和创伤外科迅速发展。而在骨科手术领域，术中变形更小的特点与增强现实技术的特点更加搭配。对于引入增强现实来实现骨科手术术中导航，国外目前研究较少，国内更是凤毛麟角。德国、英国和美国等国在这方面的研究处于世界的领先地位，部分研究团队在将增强现实用于头部、小腿、脊柱等部位的骨科手术，研制出了许多先进的系统和设备，虽然其中一些已经在临床试验中取得了成功，但仍然没有投入实际的大规模临床使用中，这些产品离商业化和产业化还有很长的距离。

现有技术分无标记和有标记配准两种增强现实导航技术，有标记配准是采用可跟踪标记点植入患者体内或表面皮肤，再进行CT扫描获得透视信息，利用高精度跟踪设备获得标记点现实中空间位置，再利用CT扫描信息中的标记点位置与现实中空间坐标所配准，以此找到CT中患者患处在实际空间中的位置，最后利用摄像头将虚实信息融合指导医生操作，如2003年，Jaramaz等人基于CT机研发的HipNav手术导航系统；无标记配准，则是利用线下标定靶配准，将透视设备与相机在某一固定空间位置配准，配准完毕后即可将患者移动至固定位置进行透视拍摄以此来进行手术导航，如1999年，Navab教授等人研究开发的双镜融合X光透视图像的手术导航系统。

传统有标记配准增强现实导航系统配准时间长、流程复杂、集成度低，需要大量的时间和人力来调整装置的位置，手术空间狭小，若配准流程出错、误触标记点或者在术中移动了跟踪设备就需要重新配准，会增加手术流程，延长手术时间，增加手术风险；

传统无标记配准增强现实导航系统结构复杂，需要对透视设备进行改造，线下配准虽然减少了术中配准时间，但操作依然繁琐并且透视设备必须在固定位置，固定在透视设备上的大体积的机械结构也影响透视设备平时的普通使用，难以使医生接受；

目前大多数增强现实导航平台结构复杂，价格高昂，普通医院难以支付高昂的费用购买这类平台，难以普及；而增强现实以外的骨科导航技术，如传统机械或电磁导航等与其相比，导航不够直观，操作也虽然简化但依旧繁琐，且依旧要多次透视，依然会对患者和医生产生大量辐射；

将现阶段绝大多数的基于X光透视信息的手术导航系统需要借助外部光学定位设备来对术中医生患者位置以及手术操作进行追踪，这需要高精度的术前配准流程，并且术中附加的手术部位跟踪标记也会对患者的身体造成额外的伤害。并且由于手术系统的组成复杂，各设备间的交互会影响手术中的效率以及精确度，并且也会对狭小的手术操作空间造成很大的负担。对于医生而言，更希望手术导航系统是操作中的辅助设备，而不需要改变原有的手术流程，而不兼容医生操作的手术设备也缺乏临床上的可靠性，难以让医生接受。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于结构光的增强现实骨科透视导航方法及系统，利用增强现实在骨科手术中导航的要求，结合结构光，满足医生在骨科手术中对透视信息的需求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于结构光的增强现实骨科透视导航方法，包括以下步骤：

S1：利用标定靶，将X光透视设备的成像源坐标系与结构光重建模型的坐标系转换至同一坐标系下；

S2：获取X光透视设备拍摄的病人患处透视图片以及结构光扫描病人患处得到的三维重建点云模型；