[發(fā)明專利]用于光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的無標(biāo)記手術(shù)注冊方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110529008.7
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113274130A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李靜;何舟;沈南燕;鄧宗乾
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發(fā)明公開了一種用于光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的無標(biāo)記手術(shù)注冊方法。包括步驟：S1：導(dǎo)入病灶部位CT序列，處理CT圖像并提取上表面皮膚輪廓；S2：將二維皮膚輪廓重建為三維點集，對點集的CT坐標(biāo)系進(jìn)行初步坐標(biāo)變換；S3：將結(jié)構(gòu)光相機(jī)標(biāo)定至手術(shù)空間坐標(biāo)系；S4：使用結(jié)構(gòu)光相機(jī)采集手術(shù)空間點云，并完成點云的分割與變換；S5：手術(shù)空間去除離群點去除，采用分辨率一致性降采樣得到簡化的圖像與手術(shù)空間點云；S6：將CT圖像空間點云配準(zhǔn)到手術(shù)空間，完成手術(shù)注冊。本發(fā)明公開的手術(shù)注冊過程無需人為干預(yù)，能夠在降低手術(shù)注冊操作復(fù)雜度與操作時間的同時保證足夠的手術(shù)導(dǎo)航精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的無標(biāo)記手術(shù)注冊方法。

背景技術(shù)

手術(shù)注冊是手術(shù)導(dǎo)航中的關(guān)鍵技術(shù)，通過手術(shù)注冊實現(xiàn)圖像空間和手術(shù)空間之間的映射，才能在虛擬環(huán)境中反映真實的手術(shù)情況、精準(zhǔn)定位手術(shù)器械，輔助醫(yī)生快速、精準(zhǔn)地完成穿刺消融手術(shù)。

目前，應(yīng)用于臨床的手術(shù)注冊技術(shù)多采用基于標(biāo)記點的手術(shù)注冊方法。基于標(biāo)記點的手術(shù)注冊方法需要在術(shù)前圖像空間的三維模型中識別標(biāo)記點，并與患者術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)上相對應(yīng)的標(biāo)記點進(jìn)行配準(zhǔn)，標(biāo)記點的類型主要分為表面粘貼標(biāo)記點、骨植入標(biāo)記點和解剖標(biāo)記點。其中，基于解剖標(biāo)記點的手術(shù)注冊需要利用人體上顯著特征點作為標(biāo)識，如鼻尖、眼角等，使用于頭部神經(jīng)外科手術(shù)；粘貼式標(biāo)記點需要術(shù)中粘貼，并再次進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像掃描，費力耗時，且一旦手術(shù)過程中任一標(biāo)記點發(fā)生移位，都會極大地影響手術(shù)注冊精度；植入型的標(biāo)記點注冊精度高，但需要借助器械識別標(biāo)記點，會造成額外的手術(shù)創(chuàng)傷。

以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請的現(xiàn)有技術(shù)，在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請的申請日已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評價本申請的新穎性和創(chuàng)造性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的無標(biāo)記手術(shù)注冊方法，該方法能夠滿足光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)在經(jīng)皮消融治療的臨床應(yīng)用需求，手術(shù)注冊過程無需人為干預(yù)，能夠在降低手術(shù)注冊操作復(fù)雜度與操作時間的同時保證足夠的手術(shù)導(dǎo)航精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的無標(biāo)記手術(shù)注冊方法，包括以下步驟：

S1：導(dǎo)入病灶部位CT序列，處理CT圖像并提取上表面皮膚輪廓；

S2：將二維皮膚輪廓重建為三維點集H，對點集H的CT坐標(biāo)系進(jìn)行初步坐標(biāo)變換；

S3：將結(jié)構(gòu)光相機(jī)標(biāo)定至手術(shù)空間坐標(biāo)系，得到結(jié)構(gòu)光相機(jī)坐標(biāo)系與手術(shù)空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

S4：結(jié)構(gòu)光相機(jī)采集從病灶部位到相機(jī)的深度數(shù)據(jù)，從而得到病灶部位的三維坐標(biāo)點集，從該三維點集中分割出皮膚點集V，并根據(jù)步驟S3得到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系將點集V變換到手術(shù)空間坐標(biāo)系下；

S5：去除點集V中的離群點，采用分辨率一致性降采樣對點集H和V進(jìn)行降采樣，得到簡化的點集H’和V’；

S6：將V’作為目標(biāo)點集，把點集H’精配準(zhǔn)到點集V’，從而得到CT圖像空間到手術(shù)空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，即完成手術(shù)注冊。

在步驟S1中，對CT圖像先后進(jìn)行加窗處理、二值化處理與輪廓提取得到二維皮膚輪廓，然后截取輪廓的上四分之一作為上表面皮膚輪廓。

在步驟S2中，初步坐標(biāo)變換是：對原始點集H進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重新指定CT圖像空間坐標(biāo)系的原點以及方向，使得CT圖像空間坐標(biāo)系與手術(shù)空間坐標(biāo)系的方向大致相同。

在步驟S3中，標(biāo)定過程使用專用標(biāo)定板，該標(biāo)定板能同時標(biāo)定結(jié)構(gòu)光相機(jī)與雙目導(dǎo)航系統(tǒng)，從而實現(xiàn)將結(jié)構(gòu)光相機(jī)標(biāo)定至手術(shù)空間坐標(biāo)系。