C臂机的机械臂导航方法及其系统、计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种C臂机的机械臂导航方法，机械臂在一个位置上与C臂机具有固定的相对位置关系，该方法包括步骤：确定世界坐标系和三维图像坐标系之间的坐标关系；通过所述C臂机的成像装置获取多个二维图像，并基于所述多个二维图像产生三维图像；其中，所述三维图像在所述三维图像坐标系表示；获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系中的第一位置；根据所述坐标关系以及所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系中的第二位置；以及根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载上述C臂机的机械臂导航方法，提高了相关的定位精度、极大简化了在手术时操作复杂程度并缩减了手术时间。

【技术实现步骤摘要】
C臂机的机械臂导航方法及其系统、计算机可读存储介质
本专利技术涉及医疗介入式手术导航领域，特别是涉及C臂机的机械臂导航方法及其系统、计算机可读存储介质。
技术介绍
目前，在介入式手术中机械臂的应用已经是越来越广泛，而对于机械臂在介入式手术中的导航也成为了重要的研究领域。根据采用的跟踪定位系统原理的不同，基于图像的手术导航系统可以分为光学定位、机械定位、电磁定位和超声波定位。而通常地，都采用红外线进行光学定位，即利用红外相机捕捉安装在机械臂上特定位置的红外标志先在定位在房间中的世界坐标系内进行定位，再通过将探测器所定位的世界坐标系与医疗成像设备(例如C臂机)所采集到的图像坐标系进行配准，从而实现导航的功能。但定位在房间中的世界坐标系和医疗成像设备所采集的图像坐标系之间的配准过程因受影响因素较多，容易产生误差。当C臂机的位置相对房间的世界坐标系发生位移时，就必须重新进行配准。此外，红外定位系统需要在场景中布置多个红外发射器和接收器增加了系统结构的复杂度。因此，导致手术准备时间较长，降低了手术效率并且提高了手术风险。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种导航精度高、安全性高、系统结构简单并且直观的C臂机的机械臂导航方法及其系统，并提供一种计算机可读存储介质。本申请的一方面提供一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，所述方法包括步骤：确定世界坐标系Cw和三维图像坐标系C3d之间的坐标关系；通过所述C臂机的成像装置获取多个二维图像，并基于所述多个二维图像产生三维图像，其中，所述三维图像在所述三维图像坐标系C3d表示；获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；根据所述坐标关系以及所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置；以及根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。根据本专利技术的一种实施例，提供了一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，所述方法包括步骤：建立世界坐标系Cw，所述世界坐标系Cw的坐标原点Ow与C臂机的位置相关联；通过所述C臂机获取多个二维图像；基于所述多个二维图像，重建获得三维图像，在所述三维图像上建立三维图像坐标系C3d；计算所述世界坐标系Cw与所述三维图像坐标系C3d的映射关系Tw,3d；基于所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机的固定的相对位置关系以及与所述机械臂关联的机械参数，确定所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；根据所述映射关系Tw,3d和所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置；根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。根据本专利技术的另一个实施例，提供了一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，世界坐标系Cw与重建三维图像的三维图像坐标系C3d重合，所述方法包括步骤：获取所述机械臂的至少一个位置与所述C臂机的相对位置关系；根据所述C臂机的成像装置来获取多个二维图像；通过所述多个二维图像，重建得到三维图像；基于所述机械臂的至少一个位置与所述C臂机的相对位置关系以及与所述机械臂关联的机械参数计算所述机械臂的负载在三维图像中的位置；根据机械臂的负载在三维图像的位置，在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。根据本专利技术的一方面，公开了一种C臂机系统，其包括：C臂机，包括用于获取二维图像的成像设备；机械臂，与所述C臂机在至少一个位置具有固定的相对位置关系；工作站，所述工作站包括处理器和存储器，其中所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现前述方法的步骤。根据本专利技术的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现下述步骤：确定世界坐标系Cw和三维图像坐标系C3d之间的坐标关系；通过所述C臂机的成像装置获取多个二维图像，并基于所述多个二维图像产生三维图像，其中，所述成像装置的位置在所述世界坐标系Cw表示，所述三维图像在所述三维图像坐标系C3d表示；获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；以及根据所述坐标关系以及所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置。根据本专利技术的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现下述步骤：建立世界坐标系Cw，所述世界坐标系Cw的坐标原点Ow与C臂机的位置相关联；获取多个二维图像，基于所述多个二维图像获得三维图像；在所述三维图像上建立三维图像坐标系C3d；计算所述世界坐标系Cw与所述三维图像坐标系C3d的映射关系Tw,3d；基于机械臂的负载的至少一个位置与所述C臂机的相对位置关系，确定所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；以及根据所述映射关系Tw,3d和所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置。进一步地，所述计算机程序被处理器执行时还实现下述步骤：根据所述第二位置，在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。根据本专利技术的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现下述步骤：获取机械臂的至少一个位置与C臂机的相对位置关系；根据C臂机的成像装置来获取多个二维图像，通过所述多个二维图像，重建得到三维图像；以及基于所述机械臂的至少一个位置与所述C臂机的相对位置关系，确定所述机械臂的机械臂的负载在三维图像中的位置。进一步地，所述计算机程序被处理器执行时还实现下述步骤：根据所述机械臂的负载在所述三维图像的位置，在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。根据本专利技术的一方面，还公开了一种C臂机系统，其包括：C臂机，包括用于获取二维图像的成像设备；机械臂，与所述C臂机在至少一个位置具有固定的相对位置关系；工作站，所述工作站包括处理器和存储器，其中所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现前述计算机可读存储介质上存储的计算机程序的各步骤。根据上述需要坐标转换以及不需坐标转换的各个实施例，可以实现对机械臂在C臂机的导航。这样，提高了导航精度和手术安全性。同时，由于直接建立与C臂机本身位置相关联的世界坐标系，所以即使C臂机发生了移动，也不需要对系统的坐标系重新进行配准，极大简化了机械臂的导航过程。此外，对于医生来说也增加了直观性，有利于手术的执行，大大降低了在手术时操作复杂程度，极大缩减了手术时间。本领域
人员应当可以理解，以上效果并不是穷尽式的，只是例举式的。附图说明图1为一个实施例中C臂机的机械臂导航方法的应用环境图；图2为一个实施例中C臂机的侧面结构示意图；图3为一个实施例中C臂机的机械臂导航方法的流程图；图4为另一实施例中C臂机的机械臂导航方法的流程图；图5为一个实施例中获取三维图像方法的流程图；图6为另一个实施例中获取三维图像方法的流程图；图7为一个实施例中在三维图像中显示计算机械臂的负载方法的流程图；图8为一个实施例中获取机械臂机械参数方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的优选实施方式。但是，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，其特征在于，所述方法包括步骤：确定世界坐标系Cw和三维图像坐标系C3d之间的坐标关系；通过所述C臂机的成像装置获取多个二维图像，并基于所述多个二维图像产生三维图像，其中，所述三维图像在所述三维图像坐标系C3d表示；获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；根据所述坐标关系以及所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置；以及根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。

【技术特征摘要】
1.一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，其特征在于，所述方法包括步骤：确定世界坐标系Cw和三维图像坐标系C3d之间的坐标关系；通过所述C臂机的成像装置获取多个二维图像，并基于所述多个二维图像产生三维图像，其中，所述三维图像在所述三维图像坐标系C3d表示；获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；根据所述坐标关系以及所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置；以及根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。2.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，所述确定世界坐标系Cw和三维图像坐标系C3d之间的坐标关系包括：建立所述世界坐标系Cw，所述世界坐标系Cw的坐标原点Ow与所述C臂机的位置相关联；以及计算所述世界坐标系Cw与所述三维图像坐标系C3d的映射关系Tw,3d。3.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，在所述C臂机的成像装置获取多个二维图像的步骤之后还包括步骤：对所述二维图像进行图像校正。4.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，所述获得所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置是基于所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机的固定的相对位置关系以及与所述机械臂关联的机械参数得到的。5.根据权利要求4所述的导航方法，其特征在于，与所述机械臂关联的机械参数至少包括所述机械臂的关节位置信息和/或所述机械臂的负载的类型信息。6.一种C臂机的机械臂导航方法，所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机具有固定的相对位置关系，其特征在于，所述方法包括步骤：建立世界坐标系Cw，所述世界坐标系Cw的坐标原点Ow与C臂机的位置相关联；通过所述C臂机获取多个二维图像；基于所述多个二维图像，重建获得三维图像，在所述三维图像上建立三维图像坐标系C3d；计算所述世界坐标系Cw与所述三维图像坐标系C3d的映射关系Tw,3d；基于所述机械臂在至少一个位置与所述C臂机的固定的相对位置关系以及与所述机械臂关联的机械参数，确定所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置；根据所述映射关系Tw,3d和所述第一位置，确定所述机械臂的负载在所述三维图像坐标系C3d中的第二位置；根据所述第二位置在所述三维图像中显示所述机械臂的负载。7.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，在所述通过所述C臂机获取多个二维图像的步骤之后还包括步骤：对所述二维图像进行图像校正。8.根据权利要求7所述的导航方法，其特征在于，与所述机械臂关联的机械参数至少包括所述机械臂的关节位置信息和/或所述机械臂的负载的类型信息。9.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，在确定所述机械臂的负载在所述世界坐标系Cw中的第一位置的步骤前还包括步骤：利用传感器获取所述机械臂的运动数据；根据所获取的所述机械臂的运动数据更新所述机械臂的机械参数。10.根据权利要求9所述的导航方法，其特征在于，所述机械臂的运动数据至少包括各关节旋转信息和/或各关节平移位移信息。11.根据权利要求9所述的导航方法，其特征在于，所述利用传感器获取机械臂的运动数据的步骤为每间隔预定时间执行一次。12.一种C臂机的机械臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：常韫恒，虞倩倩，刘亚军，田伟，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31