一種用於圖像導航手術系統的標定模及標定方法

2023-06-12 13:08:41

專利名稱：一種用於圖像導航手術系統的標定模及標定方法
技術領域：
本發明涉及一種標定模及標定方法，特別是關於一種用於圖像導航手術系統的標定模及標定方法。

背景技術：
在某些傳統的手術中，病灶不能直接用肉眼觀察，例如不開刀的微創手術或者無創手術，或者不方便用肉眼觀察，例如腦部神經外科手術，醫生只能憑藉肉眼觀察病灶的圖像，憑經驗將手術器械放置到目標位置，這種方式造成的手術器件和病灶部位定位之間的誤差，會拖延手術的時間，影響手術的質量，特別是這種誤差有時會給患者帶來不必要的痛苦和損傷。手術導航系統是在醫學影像設備，包括磁共振成像設備、計算機斷層掃描設備(CT)、C型臂、X線設備、超聲波成像系統等，所成圖像的引導下，利用跟蹤系統測量手術器械的位置，從而可以把病灶的圖像和虛擬手術器械融合併顯示在屏幕上，幫助醫生精確定位病灶和手術器械的位置，並觀察病灶周圍的器官和組織，幫助醫生避開重要的器官和組織，將手術器械安全地放置到預定地點，以便完成治療。手術導航設備進入外科並用計算機改進或完善了外科醫師的能力以進行各項操作，在一定程度上降低了外科治療所造成的損傷，縮短了手術時間。最新的導航技術是將病灶圖片和虛擬的手術器械放到同一個坐標系下觀測，即顯示在同一個工作屏幕上(如液晶屏幕、投影屏幕或者其它形式的顯示器材)，並且屏幕上兩者的相對位置和實際的病灶與手術器械的相對位置相同，從而醫生可以通過觀察屏幕既能看到病灶，也能看到手術器械，進而準確而快速地將手術器械放置到目標位置。圖像導航手術實現的關鍵在於建立固定成像設備坐標系與手術器械坐標系之間的轉換關係，為實現這一坐標轉換，需要藉助一個標定裝置，建立轉換關係的過程被稱為導航系統的標定。


發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種用於圖像導航手術系統的標定模及標定方法。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種用於圖像導航手術系統的標定模，其特徵在於它包括標定模本體，在所述本體內設置有至少三個不共線能夠被成像設備識別組成標誌特徵點集I的特徵點，在所述本體的外表面設置有至少三個不共線能夠被跟蹤系統跟蹤組成示蹤特徵點集II的特徵點，特徵點集I與特徵點集II的位置關係已知。
所述特徵點集I的特徵點為三個，其分別位於所述本體的同一平面內。
所述特徵點集I的特徵點為四個，其不對稱地位於所述本體的兩個側面內，兩兩對角、且兩側相互交錯。
所述特徵點集I的特徵點為設置在所述本體內安裝孔中的特徵標記物，所述標記物內設置有可被成像設備識別的物質，所述標記物呈中心對稱的立體形狀；所述特徵點集II的特徵點為在所述本體一側外表面不對稱設置的三個或四個示蹤物。
一種用標定模進行圖像導航手術系統的標定方法，其在固定成像設備、跟蹤系統的基礎上建立一個世界坐標系，並用標定模進行以下標定步驟(1)根據標定模上特徵點集II構成的參考坐標系在測量設備內的矩陣關係Crefcoord以及標定模上特徵點集I在所述測量設備內的坐標Ti，Icoord，得到所述特徵點集I內的每個特徵點在所述參考坐標系下的坐標Tiref，即所述特徵點集I與所述特徵點集II間的幾何關係T1ref、T2ref、…、Tnref；(2)將所述標定模放入成像設備成像區域；(3)設置所述成像設備的斷層掃描圖像的位置、掃描方向、掃描的層厚度和掃描層數；(4)對標定模進行掃描，獲取圖像並校正，所述每幅圖像為包含了所述特徵點集I中所有標誌物的斷層圖像；(5)根據所述特徵點集I中各特徵點所對應的標誌物在步驟(4)所獲得各圖像上位置關係，得到所述各特徵點在成像設備內的坐標T1scan、T2scan、…、Tnscan；(6)通過所述跟蹤系統獲得所述參考坐標系矩陣Creftrack和所述世界坐標系在所述跟蹤系統下的矩陣Cworldtrack；(7)將Creftrack、Cworldtrack，T1ref、T2ref、…、Tnref，T1scan、T2scan、…、Tnscan代入公式中，得到如下方程組 解線性方程組，求得Cscanworld。
所述斷層掃描序列參數設定遵循如下原則圖像掃描中心和層厚的設定保證能夠將所述標定模內所有標誌物體包含在一幅掃描圖像中；至少掃描2次，且任意兩次掃描方向互不平行。
由所述特徵點集II構成所述參考坐標系從所述特徵點集II中表示特徵點的各示蹤物中任意選擇三個不共線的示蹤物，從中任取一個所述示蹤物並以其中心作為原點，以所述原點指向另外一個所述示蹤物的射線為X軸，以垂直X軸並指向第三個所述示蹤物的射線為Y軸，以垂直所述特徵點集II所在平面並指向紙外的方向為Z軸方向。
所述參考坐標系的X、Y、Z軸採用測量設備坐標系的歸一化向量Vx、Vy、Vz表示 Vy＝Vz×Vx 其中，norm表示向量的歸一化，Ti，IIcoord表示所述特徵點集II中第i個特徵點在所述測量設備內的坐標；所述參考坐標系在所述測量設備內的矩陣為 求得 所述標定模的一個標誌物體在所述成像設備空間內平面A上所成圖像為I(x，y)，則所述標誌物體在所述平面A的投影a的幾何中心Oa(xc，yc)在圖像坐標系下的坐標由如下公式表示 I(x，y)＞threshold I(x，y)＞threshold I(x，y)＞threshold 所述圖像I(x，y)的每個象素之間的距離在所述成像設備坐標系下表示為p，則所述圖像坐標系在所述成像設備坐標系下的表示為所述Oa在所述成像設備坐標系下的坐標為通過所述標誌物的幾何中心和所述標誌物的投影中心的直線方程可以表示為 Tiscan為所述直線上一點，則設置互不平行的掃描平面m個，且m≥2，任意一個所述標誌物都獲得m條通過所述標誌物體幾何中心的直線方程，所述m個直線方程構成的線性方程組的解即為所述標誌物在所述成像設備內的坐標，其中，Vo表示所述圖像坐標系原點在所述成像設備內的坐標，threshold為所述圖像進行二值化的閾值，V為所述直線上任意一點的坐標；採用上述方法，求得所述特徵點集I中所有特徵點在所述成像設備內的坐標Tiscan。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由於在標定模本體內設置了能夠被成像設備成像並分析得到的特徵點集I，在標定模本體表面設置了能夠通過示蹤器系統識別測量得到特徵點集II，同時由於特徵點集I與特徵點集II之間的關係確定，因此只要知道其中一個特徵點集中特徵點的坐標，就能推算出另一特徵點集中特徵點的坐標，通過它們之間的關係便可以建立成像設備坐標系和跟蹤系統坐標系之間的變換關係，實現本發明進行標定和坐標系變換的目的。2、本發明同時還提供了一種採用上述標定模的圖像導航手術系統的標定方法，可以使醫生能夠精確確定病灶和手術器械的位置，有效地提高了手術效果。3、由於本發明中的手術導航設備利用計算機改進或完善外科醫師的能力，所以有助於醫生實時監控定位和定向、制定治療計劃以及提供最佳進入路徑等各項操作，同時可以在手術中避開重要的器官和組織。4、由於本發明中的手術導航設備實現的準確定位，使得在一定程度上降低了外科治療所造成的損傷，縮短了手術時間。4、由於本發明通過增大掃描層厚使一幅圖像包含了全部標誌物體，因此可以減少掃描次數，同時也避免了定位標誌物體的麻煩。本發明可廣泛應用於外科手術系統。



圖1是本發明結構示意圖 圖2是與圖1相對一面的結構示意圖 圖3是本發明設置有平板一側的正視示意圖 圖4是本發明本體結構示意圖 圖5是本發明平板結構示意圖 圖6～8本發明特徵點集I分布示意圖 圖9～11本發明特徵點集I另一種分布示意圖 圖12是本發明特徵點集II分布示意圖 圖13是本發明中圖像導航手術系統的各坐標系 圖14是本發明中標定模參考坐標系示意圖
具體實施例方式 下面結合附圖和實施例，對本發明進行詳細的描述。
本發明圖像導航系統涉及到的硬體設備包括固定成像設備1、跟蹤系統2和標定模10，為實現本發明的標定方法，本發明提供一種新型的標定模10。
如圖1～5所示，本發明的標定模10包括一由尼龍材料或其它材料製成的長方形標定模本體11，在本體11的兩相對的側面，相互交錯的對角上不對稱地設置四個安裝孔12，即在本體11的一個側面對角地設置兩個安裝孔12，在本體11另一個側面對角地設置另兩個安裝孔12，四個安裝孔12不對稱地設置在四個角上。在每一個安裝孔12中通過粘接或其它方式連接一個特徵標記物13。四個特徵標記物13的四個中心構成標誌特徵點集I的四個特徵點I1、I2、I3、I4。在本體11的設置安裝孔2以外的一個側面通過螺釘14固定一平板15，在平板15的四個角上不對稱地設置有四個特徵示蹤物16，四個特徵示蹤物16的四個中心構成示蹤特徵點集II的四個的特徵點II1、II2、II3、II4。
上述實施例中，可以在本體11的頂部設置有一提手17，以提拿使用方便。在本體11的兩側面可以分別設置一個蓋板18將兩側封閉，使本發明的整體更加完善。
上述實施例中，特徵點集I的四個特徵標記物13可以是空心的球體、方體、橢球體、圓柱體、長方體等中心對稱的立體形狀(下面以空心球體為例說明)，四個空心球體內分別充入固定成像設備1可識別的物質，該物質可以是植物油、硫酸銅溶液等。特徵點集II的四個特徵示蹤物16可以是示蹤球，或其它示蹤結構，例如有源的發光裝置或電磁導航系統中的傳感器。
如圖6、圖7、圖8所示，特徵點集I的特徵標記物13的位置要滿足從本體的有特徵示蹤物16的正面、側面和頂面三個方向，將特徵標記物13的四個特徵點I1、I2、I3、I4分別投影在一個平面上時，特徵標記物13的投影形狀彼此均沒有重合。充入物質的特徵標記物13和特徵示蹤物16的相對位置關係可以用精密的坐標測量儀器(例如三維掃描儀或三坐標測量機)測量得到，也可以通過機械加工保證其符合設計的相對位置關係。本發明一旦加工完成，各特徵點集I、II的各特徵點之間的相互位置便是確定的。
上述各實施例中，特徵點集I中特徵點的數量和位置是可以變化的，比如設置在本體11內的特徵標記物13為位於同一平面內但不共線的三個特徵點I1、I2、I3(如圖9～11所示)，又比如，組成特徵點集I特徵點的數量為不對稱設置的五個、六個等，但至少要有不共線的三個。當特徵點為三個以上時，特徵點可以不在同一平面內。特徵點集II各特徵點的數量也是可以變化的(如圖12所示)，但至少也要有三個不共線的特徵點II1、II2、II3。
本發明主要是用於標定和檢驗各坐標系之間的相互位置，由於特徵點集I的特徵點能夠從固定成像設備所成的圖像中分析得到，特徵點集II的特徵點能夠被跟蹤系統識別測量得到，並且特徵點集I與特徵點集II之間的關係已知(稱為標定模的幾何信息)，只要知道其中特徵點集I中特徵點或者特徵點集II中特徵點的坐標，就能推算出特徵點集II中特徵點或特徵點集I中特徵點的坐標，通過它們之間的關係便可以建立固定成像設備坐標系和跟蹤系統坐標系之間的變換關係。
利用本發明的標定模，本發明實現圖像導航手術的標定方法包括以下內容。
如圖13所示，本發明的固定成像設備1完成對標定模10特徵點的成像，固定成像設備坐標系是固定成像設備1所固有的屬性之一。跟蹤系統2包括位置傳感器和示蹤器，完成對設備、器械以及世界坐標系3的位姿(位置和姿態)跟蹤。世界坐標系3是選定的觀察坐標系，將手術器械和成像設備掃描的圖像均放在這世界坐標系3內觀察。觀察坐標系也可以是成像設備坐標系或者跟蹤系統坐標系，但由於本發明所定義的世界坐標系3與成像設備坐標系存在固定的轉換關係，同時世界坐標系3可以被跟蹤系統2跟蹤，所以選擇世界坐標系3作為觀察坐標系。世界坐標系3一般是固定的，包括一套或者多套示蹤器，每套示蹤器由若干個(大於3個)最小示蹤單位組成。標定模10提供了標誌特徵點集I、示蹤特徵點集II以及特徵點集I和特徵點集II之間的幾何關係。
本發明中涉及的各變量定義如下(見表1)(所使用的坐標系均為右手坐標系) 表1 其中，世界坐標系下的成像設備坐標系矩陣(Cscanworld)是圖像導航手術系統建立圖像坐標系與手術器械坐標系之間的轉換關係的基礎。
如圖14所示，由特徵點集II構成的參考坐標系示蹤物為球狀，以球II3的球心為原點，以球II3指向球II4的射線為X軸，以垂直X軸並在特徵點集II所在平面內的射線為Y軸，保證球II2的Y坐標大於零。以垂直特徵點集II所在平面並指向紙外的方向為Z軸方向。該坐標系右手坐標系，其定義具有任意性，由特徵點集II中選擇任意三個不共線的標識特徵點的示蹤物來確定坐標系，從所選取的這三個示蹤物中任取一個作為坐標原點，以原點指向另外一個示蹤物的射線為X軸，以垂直X軸並在特徵點集II所在平面內的射線為Y軸，保證第三個球的Y坐標大於零。以垂直所述特徵點集II所在平面並選擇與X軸Y軸構成右手坐標系的射線方向的射線為Z軸。
假設Tiref為標定模10內特徵點集I中的第i個點在參考坐標系Cref下的坐標，Tiref和點集I在成像設備坐標系下的坐標Tiscan存在以下關係 (i＝1，2，..，n)(1) 其中，n為特徵點集I內的特徵點數量，矩陣Cworldtrack和Creftrack由跟蹤系統2提供，通過上式可得到n個線性方程，求解該線性方程組即得到Cscanworld矩陣。
標定模10中的特徵點集I與特徵點集II的幾何關係定義為特徵點集I中某一點i在由參考坐標系內的坐標Tiref。標定模10安裝完成後，特徵點集I與特徵點集II之間的幾何關係確定，但尚未知。使用測量設備，如三坐標測量機，測量特徵點集II內的每一個示蹤物的坐標，記為Ti，IIcoord，同樣使用該測量設備測量特徵點集I內每一個點的坐標，記為Ti，Icoord。
由於已知特徵點集II內各個點的在測量設備坐標系內坐標Ti，IIcoord，所以參考坐標系的X、Y、Z軸可以使用測量設備坐標系的歸一化向量Vx、Vy、Vz表示 Vy＝Vz×Vx 其中，norm(X)表示將向量X歸一化得到的新向量。
假設參考坐標系在測量設備內的矩陣為Crefcoord，則存在如下關係 已知Crefcoord和Ti，Icoord就可以得到點集I內的每個點在參考坐標系下的坐標Tiref Tiscan為點集I內第i個點在成像設備坐標系下的坐標，點集I內的第i個標誌物體可以在成像設備中進行斷層成像，所獲得的圖像是標誌物體包含於成像時所設定層厚內部分的圖像平面內的投影。本實施例中所使用的斷層掃描序列的參數並非唯一，但參數設定遵循如下原則圖像掃描中心和層厚的設定保證能夠將標定模內所有標誌物體包含在一幅掃描圖像中；至少掃描2次，且任意兩次掃描方向互不平行。
對於中心對稱的標誌物體，如球體、橢球體、圓柱體和長方體等，其在任意平面內的投影為中心對稱圖形。通過圖像處理方法可以求得標記物體的斷層圖像的幾何對稱中心。如圖15所示，假設平面A、B為非平行平面，圖形a、b分別為標誌物體T在平面A和B內的投影，Oa和Ob為a和b的幾何對稱中心，O為標誌物體T的幾何中心，L1和L2分別為過Oa和Ob且垂直於平面A和B的直線，L1和L2相交於O。
假設標誌物體T在斷層成像設備空間內平面A上所成圖像為I(x，y)，則標誌物體T在平面A的投影a的幾何中心Oa(xc，yc)在圖像坐標系下的坐標可以用以下公式計算 I(x，y)＞threshold I(x，y)＞threshold I(x，y)＞threshold 其中，threshold為圖像進行圖像二值化的閾值，I(x，y)表示在圖像坐標系下坐標為(x，y)的象素的灰度值。M00表示所計算的圖像象素灰度值之和。
假設圖像I(x，y)的每個象素之間的距離在成像設備坐標系下表示為p，圖像坐標系在成像設備坐標系下的表示為 其中，Vo表示圖像坐標系原點在成像設備坐標系下的坐標， 則Oa在成像設備坐標系下的坐標為 直線L2的方程可以表示為 其中，V為直線上任意一點的坐標；而Tiscan是方程的一個解，即 通過設置互不平行的掃描平面，根據上述方法可以求出m(m為掃描的平面數，且m≥2)條通過標誌物體幾何中心的直線方程，物體幾何中心Tiscan即為m個直線方程構成的線性方程組的解，採用最小二乘法可得到其最優解。採用該方法，求得特徵點集I中所有特徵點在成像設備坐標系下的坐標Tiscan。
將所求的Tiscan和Tiref代入方程(1)得到n個關於Cscanworld的線性方程，通過求解線性方程組得到Cscanworld。
本實施例中，特徵點集I包含4個特徵點I1、I2、I3、I4，使用MRI作為固定成像設備，標定方法包括如下步驟 1、求取特徵點集I與特徵點集II間的幾何關係T1ref、T2ref、T3ref、T4ref； 2、將標定模10放入成像設備成像區域； 3、設置成像設備的掃描參數，主要包括斷層掃描圖像的位置、掃描方向、掃描的層厚度和掃描層數，如掃描三幅斷層圖像圖像中心位置均為成像設備坐標系原點，掃描方向分別為Axial(橫軸位)、coronal(冠狀位)和Sagital矢狀位，掃描層厚度為200mm，掃描層數為1； 4、掃描圖像，獲取三幅圖像P1、P2和P3，且三幅圖像中均包含了4個標誌物體的斷層圖像； 5、如果圖像存在變形，對圖像進行必要的校正； 6、根據圖像P1、P2、P3，求出T1scan、T2scan、T3scan、T4scan； 7、通過跟蹤系統2獲得標定模10上參考坐標系矩陣Creftrack和世界坐標系在跟蹤系統2下的矩陣Cworldwtrack； 8、將Creftrack、Cworldtrack、T1ref、T2ref、T3ref、T4ref、Tiref、T1scan、T2scan、T3scan、T4scanT1scan代入公式中，得到如下方程組 解線性方程組，求得Cscanworld。
儘管為說明目的公開了本發明的具體實施例和附圖，其目的在於幫助理解本發明的內容並據以實施，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於最佳實施例和附圖所公開的內容，要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
權利要求
1.一種用於圖像導航手術系統的標定模，其特徵在於它包括標定模本體，在所述本體內設置有至少三個不共線能夠被成像設備識別組成標誌特徵點集I的特徵點，在所述本體的外表面設置有至少三個不共線能夠被跟蹤系統跟蹤組成示蹤特徵點集II的特徵點，特徵點集I與特徵點集II的位置關係已知。
2.如權利要求1所述的一種用於圖像導航手術系統的標定模，其特徵在於所述特徵點集I的特徵點為三個，其分別位於所述本體的同一平面內。
3.如權利要求1所述的一種用於圖像導航手術系統的標定模，其特徵在於所述特徵點集I的特徵點為四個，其不對稱地位於所述本體的兩個側面內，兩兩對角、且兩側相互交錯。
4.如權利要求1或2或3所述的一種用於圖像導航手術系統的標定模，其特徵在於所述特徵點集I的特徵點為設置在所述本體內安裝孔中的特徵標記物，所述標記物內設置有可被成像設備識別的物質，所述標記物呈中心對稱的立體形狀；所述特徵點集II的特徵點為設置在所述本體一側外表面的一平板，在所述平板上不對稱地設置有三個或三個以上示蹤物。
5.一種用權利要求1～4所述的標定模進行圖像導航手術系統的標定方法，其在固定成像設備、跟蹤系統的基礎上建立一個世界坐標系，並用標定模進行以下標定步驟
(1)根據標定模上特徵點集II構成的參考坐標系在測量設備內的矩陣關係Crefcoord以及標定模上特徵點集I在所述測量設備內的坐標Ti，Icoord，得到所述特徵點集I內的每個特徵點在所述參考坐標系下的坐標Tiref，即所述特徵點集I與所述特徵點集II間的幾何關係T1fef、T2ref、…、Tnref；
(2)將所述標定模放入成像設備成像區域；
(3)設置所述成像設備的斷層掃描圖像的位置、掃描方向、掃描的層厚度和掃描層數；
(4)對標定模進行掃描，獲取圖像並校正，所述每幅圖像為包含了所述特徵點集I中所有標誌物的斷層圖像；
(5)根據所述特徵點集I中各特徵點所對應的標誌物在步驟(4)所獲得各圖像上位置關係，得到所述各特徵點在成像設備內的坐標T1scan、T2scan、…、Tnscan；
(6)通過所述跟蹤系統獲得所述參考坐標系矩陣Creftrack和所述世界坐標系在所述跟蹤系統下的矩陣Cworldtrack；
(7)將Creftrack、Cworldtrack，T1ref、T2ref、…、Tnref，T1scan、T2scan、…、Tnscan代入公式中，得到如下方程組
解線性方程組，求得Cscanworld。
6.如權利要求5所述的一種圖像導航手術系統的標定方法，其特徵在於所述斷層掃描序列參數設定遵循如下原則圖像掃描中心和層厚的設定保證能夠將所述標定模內所有標誌物體包含在一幅掃描圖像中；至少掃描2次，且任意兩次掃描方向互不平行。
7.如權利要求5所述的一種圖像導航手術系統的標定方法，其特徵在於由所述特徵點集II構成所述參考坐標系從所述特徵點集II中表示特徵點的各示蹤物中任意選擇三個不共線的示蹤物，從中任取一個所述示蹤物並以其中心作為原點，以所述原點指向另外一個所述示蹤物的射線為X軸，以垂直X軸並指向第三個所述示蹤物的射線為Y軸，以垂直所述特徵點集II所在平面並指向紙外的方向為Z軸方向。
8.如權利要求6所述的一種圖像導航手術系統的標定方法，其特徵在於由所述特徵點集II構成所述參考坐標系從所述特徵點集II中表示特徵點的各示蹤物中任意選擇三個不共線的示蹤物，選取其中任意一個所述示蹤物的中心為原點，以所述原點指向另外一個所述示蹤物的射線為X軸，以垂直X軸並指向第三個所述示蹤物的射線為Y軸，以垂直所述特徵點集II所在平面並指向紙外的方向為Z軸方向。
9.如權利要求5或6或7或8所述的一種圖像導航手術系統的標定方法，其特徵在於所述參考坐標系的X、Y、Z軸採用測量設備坐標系的歸一化向量Vx、Vy、Vz表示
Vy＝Vz×Vx
其中，norm表示向量的歸一化，Ti，IIcoord表示所述特徵點集II中第i個特徵點在所述測量設備內的坐標；所述參考坐標系在所述測量設備內的矩陣為
求得
10.如權利要求5或6或7或8所述的一種圖像導航手術系統的標定方法，其特徵在於所述標定模的一個標誌物體在所述成像設備空間內平面A上所成圖像為I(x，y)，則所述標誌物體在所述平面A的投影a的幾何中心Oa(xc，yc)在圖像坐標系下的坐標由如下公式表示
所述圖像I(x，y)的每個象素之間的距離在所述成像設備坐標系下表示為p，則所述圖像坐標系在所述成像設備坐標系下的表示為所述Oa在所述成像設備坐標系下的坐標為通過所述標誌物的幾何中心和所述標誌物的投影中心的直線方程可以表示為
Tiscan為所述直線上一點，則
設置互不平行的掃描平面m個，且m≥2，任意一個所述標誌物都獲得m條通過所述標誌物體幾何中心的直線方程，所述m個直線方程構成的線性方程組的解即為所述標誌物在所述成像設備內的坐標，其中，Vo表示所述圖像坐標系原點在所述成像設備內的坐標，threshold為所述圖像進行二值化的閾值，V為所述直線上任意一點的坐標；採用上述方法，求得所述特徵點集I中所有特徵點在所述成像設備內的坐標Tiscan。
11.如權利要求9所述的一種圖像導航手術系統標定方法，其特徵在於所述標定模的一個標誌物體在所述成像設備空間內平面A上所成圖像為I(x，y)，則所述標誌物體在所述平面A的投影a的幾何中心Oa(xc，yc)在圖像坐標系下的坐標由如下公式表示
所述圖像I(x，y)的每個象素之間的距離在所述成像設備坐標系下表示為p，則所述圖像坐標系在所述成像設備坐標系下的表示為所述Oa在所述成像設備坐標系下的坐標為通過所述標誌物的幾何中心和所述標誌物的投影中心的直線方程可以表示為
Tiscan為所述直線上一點，則
設置互不平行的掃描平面m個，且m≥2，任意一個所述標誌物都獲得m條通過所述標誌物體幾何中心的直線方程，所述m個直線方程構成的線性方程組的解即為所述標誌物在所述成像設備內的坐標，其中，Vo表示所述圖像坐標系原點在所述成像設備內的坐標，threshold為所述圖像進行二值化的閾值，V為所述直線上任意一點的坐標；採用上述方法，求得所述特徵點集I中所有特徵點在所述成像設備內的坐標Tiscan。
全文摘要
本發明涉及一種圖像導航手術系統的標定模及標定方法，本發明包括固定成像設備、跟蹤系統和標定模，標定模包括標定模本體、至少三個不共線的特徵標記物、平板和至少三個不共線的示蹤物。標定方法如下求取特徵點集I與特徵點集II間的幾何關係；將標定模放入成像設備成像區域；設置成像設備的掃描參數；掃描並獲取圖像，並進行適當的校正；根據所獲取的圖像，求出各圖像在成像坐標系中的坐標；通過跟蹤系統獲得標定模上的參考坐標系矩陣Creftrack和世界坐標系在跟蹤系統下的矩陣Cworldtrack；根據Cscanworld＊Tiscan=(Cworldtrack)-1＊Creftrack＊Tiref求得Cscanworld。由於本發明提供了一種標定圖像導航手術系統的方法，所以醫生能精確確定病灶和手術器械的位置，縮短了手術時間。本發明可廣泛應用於外科手術系統。
文檔編號G06F17/16GK101108140SQ200710121388
公開日2008年1月23日 申請日期2007年9月5日 優先權日2007年9月5日
發明者磊 趙, 巍 韋, 亮 代, 劉華根, 青 湯 申請人:新奧博為技術有限公司