[發明專利]脊柱三維定位方法

有效

• 申請號: 201810305256.1
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108451656B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 王作偉
• 申請（專利權）人: 北京醫院
• 主分類號: A61B90/11
• 分類號: A61B90/11;A61B17/34
• 代理公司: 天津欣達睿誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12216
• 代理人: 李欣

1.一種基于三維空間定位算法的脊柱穿刺的定位方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、通過X光照片獲取脊柱正位圖和側位圖圖像，拍照時設定正位圖和側位圖的目標位參考比例尺；

步驟2、導入X光照片圖像，根據給定比例尺在正位圖和側位圖中均確定標記點C和D兩點空間位置；

步驟3、分別在正位圖和側位圖的圖像中標記原點及坐標系，設定比例尺；

步驟4、在圖像中標記相關點：穿刺起始位點A、皮膚進入點B和穿刺終止點E的縱向坐標，系統計算生成各點的坐標值；

步驟5、根據正位圖和側位圖的參考比例尺，分別計算出垂直方向和水平方向的X光縮放比例P1和P2；

步驟6、根據兩點確定一條空間直線，計算出相關點的空間坐標并通過縮放比例P1和P2進行糾正，以及C、D兩點確定的直線與水平面和垂直平面的夾角，通過反三角函數，從而確定穿刺針的穿刺位置、角度和距離；

步驟7、根據步驟6的輸出參數，設定脊柱穿刺定位儀穿刺針的位置和角度；

所述步驟3中，標記坐標系可根據圖像偏轉角度自由設定，系統可以自動進行旋轉矯正；

所述步驟4中系統計算生成各點的坐標值的方法是：

(1)將已知的Az坐標帶入方程，得到Ax和Ay值，

Ax＝(Az-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

Ay＝(Az-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy

(2)將已知的Bz坐標帶入方程，得到Bx和By值，

Bx＝(Bz-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

By＝(Bz-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy

(3)將已知的Ez坐標帶入方程，得到Ex和Ey值，

Ex＝(Ez-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

Ey＝(Ez-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy；

所述步驟4中，通過在正位圖中標記相關點，在側位圖中根據正位圖的坐標自動畫出相關點的位置輔助線；

所述步驟6中距離的計算方法為：

(1)A點到C點的距離：

AC_Dist＝sqrt(pow(Cx-Ax,2)+pow(Cy-Ay,2)+pow(Cz-Az,2))；

(2)A點到D點的距離：

AD_Dist＝sqrt(pow(Ax-Dx,2)+pow(Ay-Dy,2)+pow(Az-Dz,2))；

(3)A點到E點的距離：

AE_Dist＝sqrt(pow(Ax-Ex,2)+pow(Ay-Ey,2)+pow(Az-Ez,2))；

其中sqrt是開平方根函數，pow是冪函數；

所述步驟6中，通過反三角函數確定直線與水平面和垂直平面的夾角，計算方法是：

(1)直線在yz平面上的投影與xz平面的夾角：

Angle_xz＝atan((Cy-Dy)/(Cz-Dz))

(2)直線在xz平面上的投影與yz平面的夾角：

Angle_yz＝atan((Cx-Dx)/(Cz-Dz))

(3)直線與xy平面的夾角：

Angle_xy＝atan((Dz-Cz)/(sqrt(pow(Cx-Dx,2)+pow(Cy-Dy,2))))

其中，sqrt是開平方根函數，pow是冪函數，atan是反正切三角函數。

2.一種基于權利要求1所述的三維空間定位算法的脊柱穿刺的定位系統，其特征在于包括:圖像輸入模塊，用于導入X光照片；圖像分析模塊，用于設定圖像的坐標系、設定圖像的比例尺、標記圖像上的相關點；數據檢查模塊，用于檢查數據的完整性；數據計算和顯示模塊，用于計算并輸出穿刺位置、角度的計算結果；

所述圖像輸入模塊輸入的圖像為X光照片，包括脊柱正位圖圖像和脊柱側位圖圖像；所述圖像分析模塊，具有圖像角度校準功能；

所述相關點為穿刺起始位點A、皮膚進入點B、穿刺終止點E的縱向坐標、脊柱正位圖和脊柱側位圖中的標記點C和D；

所述數據計算和顯示模塊計算并輸出以下數據：

生成各點的坐標值：

(1)將已知的Az坐標帶入方程，得到Ax和Ay值，

Ax＝(Az-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

Ay＝(Az-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy

(2)將已知的Bz坐標帶入方程，得到Bx和By值，

Bx＝(Bz-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

By＝(Bz-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy

(3)將已知的Ez坐標帶入方程，得到Ex和Ey值，

Ex＝(Ez-Cz)*(Cx-Dx)/(Cz-Dz)+Cx

Ey＝(Ez-Cz)*(Cy-Dy)/(Cz-Dz)+Cy

距離的值：

(1)A點到C點的距離：

AC_Dist＝sqrt(pow(Cx-Ax,2)+pow(Cy-Ay,2)+pow(Cz-Az,2))；

(2)A點到D點的距離：

AD_Dist＝sqrt(pow(Ax-Dx,2)+pow(Ay-Dy,2)+pow(Az-Dz,2))；

(3)A點到E點的距離：

AE_Dist＝sqrt(pow(Ax-Ex,2)+pow(Ay-Ey,2)+pow(Az-Ez,2))；

其中sqrt是開平方根函數，pow是冪函數；

直線與水平面和垂直平面的夾角：

(1)直線在yz平面上的投影與xz平面的夾角：

Angle_xz＝atan((Cy-Dy)/(Cz-Dz))

(2)直線在xz平面上的投影與yz平面的夾角：

Angle_yz＝atan((Cx-Dx)/(Cz-Dz))

(3)直線與xy平面的夾角：

Angle_xy＝atan((Dz-Cz)/(sqrt(pow(Cx-Dx,2)+pow(Cy-Dy,2))))

其中，sqrt是開平方根函數，pow是冪函數，atan是反正切三角函數。