基于三维视觉的术前定位方法、系统、介质、计算机设备技术方案

本发明专利技术属于CT图像定位技术领域，公开了一种基于三维视觉的术前定位方法、系统、介质、计算机设备，所述基于三维视觉的术前定位系统中UI界面与工控机连接，用于人工控制整个系统操作及其术前规划操作；机械臂与工控机连接，用于传输与接受处理命令；末端手术组件安装在机械臂末端法兰处，用于手术操作；红外反光标记工具安装在末端手术组件某一固定位置，提供关键跟踪点；相机模组安装在空间中某一位置，用于跟踪红外反光标记工具；胫骨安装跟踪工具，CT机与工控机连接用于术前提供3D医疗影像。本发明专利技术中机器人辅助手术过程采用CT图像的3D重建算法，利用机械臂在导航系统的追踪下完成精准辅助定位，提高了TPLO手术的TPA角度精度。提高了TPLO手术的TPA角度精度。提高了TPLO手术的TPA角度精度。

【技术实现步骤摘要】
基于三维视觉的术前定位方法、系统、介质、计算机设备


[0001]本专利技术属于CT图像定位
，尤其涉及一种基于三维视觉的术前定位方法、系统、介质、计算机设备。

技术介绍

[0002]目前，犬具有特殊的膝关节解剖结构，犬的胫骨平台不是平坦的，而是向后倾斜的，前十字韧带是维持膝关节稳定性的重要结构之一，其将两条骨头固定在一起，防止犬站立或奔跑时膝盖不稳定。犬在活动时膝关节过度伸展，从而引起损伤，缓慢、退行性的韧带病变，导致前十字韧带断裂。一般情况下，是从部分撕裂开始，一段时间之后逐渐发展为完全断裂。TPLO(Tibial Plateau Levelling Osteotomy，胫骨平台水平截骨术)是治疗动物前十字韧带断裂的非常有效的方法。当前TPLO手术需要主刀医生根据实际经验进行操作，这样会人为产生手术误差，一项针对新瑞鹏宠物集团手术的调研中，胫骨平台角(Tibial Plateau Angle，TPA)角度误差在5度以上。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中TPLO手术需要主刀医生根据实际经验进行操作，易产生人为手术误差。
[0004]解决以上问题及缺陷的难度为：如何精准的进行TPLO手术，并减少手术的操作要求。解决以上问题及缺陷的意义为：精准且简易的进行TPLO手术，减少手术并发症，恢复宠物正常行走过程，是当前医生和顾客的共同需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于三维视觉的术前定位方法、系统、介质、计算机设备。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种基于三维视觉的术前定位方法，所述基于三维视觉的术前定位方法，包括：
[0007]步骤一，将关键点器具安装到胫骨某一固定位置处，该位置不影响后续手术操作，并且与胫骨存在刚体变换关系，该关键点器具为后续的跟踪提供连接枢纽；
[0008]步骤二，CT机对当前胫骨进行术前CT图像的3D重建，实现CT影像三维可视化，该步骤提供了术前规划的操作影像，更方便了医患沟通；
[0009]步骤三，对重建后的三维影像进行术前规划，制定截骨方案，根据手术医生的手术规划路径记录截骨路径的位置点，该位置点方便医生使用圆锯进行精准截骨；
[0010]步骤四，根据规划的截骨路径旋转三维图像使得TPA角度达到术后标准的TPA角度；在旋转后的界面对CT影像进行骨板设计，系统根据骨板的规划位置自动计算出固定骨板的骨钉位置，在手术前对手术进行规划，做到手术过程的定制化，标准化；
[0011]步骤五，系统根据图像旋转的前后关系，计算未进行截骨旋转前固定骨板的骨钉位置，该位置为真实物理空间位姿，后续自动化设备需操作到达位置；
[0012]步骤六，切开胫骨皮肤，剥离骨头，根据骨板的钉孔数量，相机模组跟踪自动化设
备和宠物病灶附近的关键点器具；通过相应的计算，自动化机械设备自动到达需要打钉各个位置，进行钻孔，该步骤减少了医生的参与，降低手术操作难度；
[0013]步骤七，对术前规划的截骨路径进行截骨，安装骨板到达指定位置，缝合伤口，该截骨位置为规划截骨位置，减少了人为经验带来的误差。
[0014]进一步，所述步骤六中，相机模组跟踪自动化设备到达实际打钉位置点，对相机模组与自动化设备进行标定；
[0015]根据相机模组观察指导自动化机械设备到达指定位置，如果未到达则相机模组反馈给机械臂，进行跟踪补偿，直到可抵达位置点。
[0016]进一步，所述相机模组与自动化机械设备标定后之间的关系公式如下：
[0017]M0＝M1×
R+T；
[0018]其中，M0表示自动化机械设备下的坐标位置，M1表示相机模组坐标系下的坐标位置点，R表示不同坐标系下的旋转角度，T表示不同坐标系下的平移距离。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于三维视觉的术前定位方法的基于三维视觉的术前定位系统，所述基于三维视觉的术前定位方法设置有：
[0020]UI界面；
[0021]UI界面与工控机连接，工控机与机械臂连接，在机械臂末端法兰处安装有末端手术组件；
[0022]在末端手术组件上安装有红外反光标记工具，工控机与相机模组连接。
[0023]进一步，所述机械臂为六轴机械臂或七轴机械臂，末端手术组件为钻孔机。
[0024]进一步，所述相机模组安装在空间中某一位置，该位置满足关键点器具位于相机模组视野内。
[0025]进一步，所述CT机与工控机连接，CT机左端安装有手术台；手术台上侧放置有胫骨，胫骨安装跟踪工具。
[0026]本专利技术的另一目的在于提供一种所述基于三维视觉的术前定位方法在动物骨科手术TPLO中的应用，特别是针对犬的TPLO手术应用。
[0027]本专利技术的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述基于三维视觉的术前定位方法包括下列步骤：
[0028]步骤一，将关键点器具安装到胫骨某一固定位置处，该位置不影响后续手术操作，并且与胫骨存在刚体变换关系；
[0029]步骤二，CT机对当前胫骨进行术前CT图像的3D重建，实现CT影像三维可视化；
[0030]步骤三，对重建后的三维影像进行术前规划，制定截骨方案，根据手术医生的手术规划路径记录截骨路径的位置点；
[0031]步骤四，根据规划的截骨路径旋转三维图像使得TPA角度达到术后标准的TPA角度；在旋转后的界面对CT影像进行骨板设计，系统根据骨板的规划位置自动计算出固定骨板的骨钉位置；
[0032]步骤五，系统根据图像旋转的前后关系，计算未进行截骨旋转前固定骨板的骨钉位置；
[0033]步骤六，切开胫骨皮肤，剥离骨头，根据骨板的钉孔数量，相机模组跟踪自动化设备和宠物病灶附近的关键点器具；通过相应的计算，自动化机械设备自动到达需要打钉各
个位置，进行钻孔；
[0034]步骤七，对术前规划的截骨路径进行截骨，安装骨板到达指定位置，缝合伤口。
[0035]本专利技术的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于三维视觉的术前定位方法。
[0036]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术中机器人辅助手术过程采用CT图像的3D重建算法，术前规划置钉位置，利用机械臂在导航系统的追踪下完成精准辅助定位，做到手术过程的标准化，定制化，填补了医疗领域机器人在宠物TPLO手术中的空白，解决传统TPLO手术存在的临床痛点，提高TPLO手术的TPA角度精度，减少手术并发症。
附图说明
[0037]图1是本专利技术实施例提供的基于三维视觉的术前定位方法流程图。
[0038]图2是本专利技术实施例提供的基于三维视觉的术前定位系统结构示意图；
[0039]图中：1、UI界面；2、工控机；3、机械臂；4、末端手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维视觉的术前定位方法，其特征在于，所述基于三维视觉的术前定位方法，包括：步骤一，将关键点器具安装到胫骨某一固定位置处，并且与胫骨存在刚体变换关系；步骤二，CT机对当前胫骨进行术前CT图像的3D重建，实现CT影像三维可视化；步骤三，对重建后的三维影像进行术前规划，制定截骨方案，根据手术医生的手术规划路径记录截骨路径的位置点；步骤四，根据规划的截骨路径旋转三维图像使得TPA角度达到术后标准的TPA角度；在旋转后的界面对CT影像进行骨板设计，系统根据骨板的规划位置自动计算出固定骨板的骨钉位置；步骤五，系统根据图像旋转的前后关系，计算未进行截骨旋转前固定骨板的骨钉位置；步骤六，根据骨板的钉孔数量，相机模组跟踪自动化设备和宠物病灶附近的关键点器具；通过相应的计算，自动化机械设备自动到达需要打钉各个位置，进行钻孔；步骤七，对术前规划的截骨路径进行截骨，安装骨板到达指定位置。2.如权利要求1所述基于三维视觉的术前定位方法，其特征在于，所述步骤六中，相机模组跟踪自动化设备到达实际打钉位置点，对相机模组与自动化设备进行标定；根据相机模组观察指导自动化机械设备到达指定位置，如果未到达则相机模组反馈给机械臂，进行跟踪补偿，直到可抵达位置点。3.如权利要求2所述基于三维视觉的术前定位方法，其特征在于，所述相机模组与自动化机械设备标定后之间的关系公式如下：M0＝M1×
R+T；其中，M0表示自动化机械设备下的坐标位置，M1表示相机模组坐标系下的坐标位置点，R表示不同坐标系下的旋转角度，T表示不同坐标系下的平移距离。4.一种实施如权利要求1～3任意一项所述基于三维视觉的术前定位方法的基于三维视觉的术前定位系统，其特征在于，所述基于三维视觉的术前定位方法设置有：UI界面；UI界面与工控机连接，工控机与机械臂连接，在机械臂末端法兰处安装有末端手术组件；在末端手术组件上安装有红外反光标记工具，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丰伟，赵国军，刘律文，张帅，周华明，陈健，李昂，
申请(专利权)人：上海由格医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：