一种手术导航通用标记结构及其图像位置获取方法技术

本发明专利技术公开了一种手术导航通用标记结构及其图像位置获取方法，所述标记结构包括：基座、球帽和球杆体；所述基座由一体成形工艺制造而成；球帽外表面和基座半球体外表面都涂有反光层，球帽和基座的空心半球体通过内外螺纹进行配合；所述标记结构基座和球帽都由具有高于皮肤CT值的材料制作而成，能被CT成像设备扫描成像；所述球杆体放置于基座内，所述球杆体内填充有溶液，在MRI成像设备下扫描成像；所述球杆体在拧动球帽后，可放置至标记结构内部或取出；所述涂有反光层的球帽和基座的空心半球体被光学导航系统跟踪识别。具有降低了标记结构的人工定位误差，提高了手术导航系统的导航精度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机辅助手术导航研究领域，具体是一种手术导航通用标记结构及 其图像位置获取方法。
技术介绍
手术导航技术近年来得到了快速的发展，逐渐用于神经外科、口腔颂面外科、骨科 等手术中。手术导航技术是将三维空间定位技术、医学图像重建可视化和临床手术结合，使 用定位仪器对手术器械和病人进行实时跟踪定位，通过坐标系变换，将手术器械在病人的 人体结构三维重建空间中实时显示，以辅助医生完成高精度的手术规划和手术操作。手术 导航的注册过程是手术导航中关键的一个步骤，手术注册通常采用基于标记结构的注册方 法。当前临床上常用的手术导航系统主要使用基于光学的手术导航技术，手术注册时，使用 一个安装有三个以上反光球的注册器，通过注册器的尖端点取多个粘贴在病人身上的标记 结构中心或解剖标记结构，同时在病人三维重建图像中的对应位置手动获取这些标记结构 在图像空间的坐标，然后进行病人注册。 手术导航的导航精度受标记结构注册精度、定位系统和手术工具设计制造精度等 因素的影响。其中注册精度是影响手术导航精度的一个主要因素。当前临床上通用的手动 定位标记结构注册方法受人工操作的个体差异性影响，难以控制最终的注册精度，通常为 了获取满足手术需求的导航精度，需要耗费较长的时间进行多次标记结构定位和注册，大 大延长了手术的时间，增加了医生的负担和手术风险，同时也降低了手术的效率。自动获取 标记结构坐标是解决手工获取标记结构坐标的一种可行方法，但现在的临床上使用的粘贴 标记结构和解剖标记结构难以实现自动定位。另外，对于不同的成像设备，由于其成像原理 不同，能够被一种成像设备识别的标记结构却不能为另外一种成像设备所识别，因而需要 为每种成像设备定制标记结构，导致标记结构种类繁多，为临床上的使用带来不便。 为了解决当前标记结构定位存在的问题，本专利技术设计一种的手术导航通用标记结 构，能够在图像空间和实际空间进行自动定位，从而消除手动定位的个体差异性，提高了手 术注册的精度。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种手术导航通用标记 结构，该手术导航通用标记结构是基于标记结构的制作材料和标记结构的几何结构，实现 了自动获取标记结构的图像空间位置。 本专利技术的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种获取所述的手术导 航通用标记结构的图像位置获取方法，该图像位置获取方法是一种用于手术导航，并同时 用于CT和MRI成像设备的图像位置获取方法。 本专利技术的首要目的通过以下的技术方案实现：一种手术导航通用标记结构，该标 记结构能够被CT/MRI设备扫描成像，并且能够使用定位算法进行自动定位，主要包括：基 座、球帽和球杆体，所述基座具有依次连接的空心半球体和圆柱体底座；所述球杆体放置于 基座内；所述球帽下部的内侧具有内螺纹；所述基座上部的外侧具有外螺纹；所述内螺纹 和外螺纹是相互配合的。 所述的基座和球帽都由具有高于皮肤CT值的材料制作而成，所述的基座和球帽 都被CT成像设备扫描成像。 所述球杆体内填充有溶液，所述溶液被MRI成像设备扫描成像。 所述球帽外表面和基座的空心球体外表面都涂有反射近红外光的反光涂层，所述 反光涂层被光学导航系统识别跟踪。 所述球帽为空心的半球体。 本专利技术的另一目的通过以下技术方案实现：一种获取所述的手术导航通用标记结 构的图像位置获取方法，所述标记结构图像位置获取方法为自动获取标记结构球帽中心、 基座中心及其对称轴，主要包括如下步骤： 1)将所述手术导航通用标记结构放置在需定位区域，获取CT或MRI设备扫描的图 像序列，所述基座和球帽在CT设备下扫描成像，填充在所述球杆体内的溶液在MRI设备中 扫描成像，然后对CT或MRI图像进行三维重建，形成三维重建模型； 2)对步骤1)的三维重建模型进行滤波去噪，然后根据设定的阈值分割滤波去噪 后的三维重建模型； 3)计算步骤2)分割得到的每个连续子区域的体积，作为候选子区域，与标记结构 的CAD模型体积进行比较，根据设置的阈值范围进行初步的筛选； 4)计算步骤3)筛选后得到的候选子区域的最长主轴，计算子区域的关于最长主 轴的对称性，进行第二次的标记结构筛选； 5)使用主成分分析法计算步骤4)得到的候选子区域的三个相互正交的主轴，并 计算候选子区域在三个相互正交的主轴上的投影范围，同时计算出标记结构CAD模型的主 轴及标记结构CAD模型在三个相互正交的主轴上的投影范围，将候选子区域与标记结构 CAD模型在三个相互正交的主轴上的投影范围进行比较，满足所设定阈值的子区域即为自 动搜索找到的标记结构三维重建模型，并计算出每个标记结构的球帽中心和基座中心。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点： 1、本专利技术由于采用特殊设计的标记结构，既可以被MRI扫描成像，也可以被CT扫 描成像，无论是MRI图像还是CT图像，通过简单地图像处理可以将标记结构与人体的皮肤 及其他组织区分开来，从而本专利技术中涉及到的标记结构可以同时适用于MRI和CT两种成像 设备； 2、本专利技术设计的通用标记结构的球帽的反光涂层能够为光学导航系统识别跟踪， 而在图像空间，本专利技术设计的图像位置获取方法基于标记结构的几何特征能够对标记结构 的球帽中心进行准确地定位，通过图像灰度值的高对比度及标记结构的形状对其进行精确 地自动定位，降低了标记结构的人工定位误差，提高了手术导航系统的导航精度。 3、本专利技术设计的标记结构能够方便地使用医用双面胶粘贴在人体皮肤表面，方便 粘贴和摘除且对病人无伤害。本专利技术为可以用于使用不同医学成像设备的光学手术导航系 统皮肤粘贴标记结构。【附图说明】 图la为手术导航通用标记结构的实施例1的爆炸图。图lb为手术导航通用标记结构的实施例2的爆炸图。 图2a为手术导航通用标记结构的左视图。 图2b为手术导航通用标记结构的剖面图。 图2c为手术导航通用标记结构的基座与球帽结合处的局部放大图。 图中，10表示基座，11表示基座上部的外螺纹，20表示球杆体，30表示球帽，31表 示球帽下部的内螺纹。【具体实施方式】 为便于说明本专利技术于上述
技术实现思路
一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表 达。实施例中各种不同物件是按适于说明的比例、尺寸而描绘，而非按实际元件的比例予以 绘制，事先叙明。且以下的说明中，类似的元件是以相同的编号来表示。请参阅图1和图2， 本专利技术一种手术导航通用标记结构，包括：基座10、球杆体20、球帽30。各部件的组合及位 置关系，详述如下： 实施例1 如图la所示，基座10具有依次连接的空心半球体和圆柱体底座，所述基座10由 一体成形制造工艺制造而成当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于手术导航的通用标记结构，其特征在于，包括基座、球帽和球杆体，所述基座具有依次连接的空心半球体和圆柱体底座，所述基座由一体成形工艺制造而成；所述球杆体放置于基座内，所述球杆体内填充有溶液；所述球帽下部的内侧具有内螺纹；所述基座上部的外侧具有外螺纹；所述内螺纹和外螺纹是相互配合的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣骞，林钦永，吴效明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44