用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质技术方案

本申请公开了一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统包括：环形曲面板，所述环形曲面板上带有自识别视觉标记，用于作为导航定位的参照物；口腔定位器，用于口腔定位，其中，所述口腔定位器上安装有第一相机以及至少三个基准球；牙科手术器械，用于执行口腔咽喉部手术，其中，所述牙科手术器械上安装有第二相机；控制主机，用于在术中通过对所述环形曲面板上的自识别视觉标记进行实时检测与定位，进行口腔导航定位。本申请解决了口腔咽喉部手术过程中病人和医生的舒适性偏低的技术问题。性偏低的技术问题。性偏低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质


[0001]本申请涉及口腔咽喉部手术领域，尤其涉及一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质。

技术介绍

[0002]在现代医学中，口腔咽喉部是一个狭窄、敏感和复杂的区域，暴露不良，周围有许多重要的神经，因此在进行口腔咽喉部手术时的精确度是至关重要的，目前用于口腔手术的导航定位系统是基于视觉跟踪的，因为视觉跟踪有比其他方式更高的鲁棒性和精确性。当前已大规模应用的导航定位系统主要依靠双目相机的长基线以及较大的视觉标记来实现高精度导航定位，但这同时也带来了高昂的硬件成本，并且因为口腔定位器和手术器械上用于进行视觉跟踪的视觉标记的载体的重量偏高和体积偏大，导致了病人和医生在做手术过程中的舒适性偏低。

技术实现思路

[0003]本申请的主要目的在于提供一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质，旨在解决口腔咽喉部手术过程中病人和医生的舒适性偏低的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本申请提供一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统包括：
[0005]环形曲面板，所述环形曲面板上带有自识别视觉标记，用于作为导航定位的参照物；
[0006]口腔定位器，用于口腔定位，其中，所述口腔定位器上安装有第一相机以及至少三个基准球；
[0007]牙科手术器械，用于执行口腔咽喉部手术，其中，所述牙科手术器械上安装有第二相机；
[0008]控制主机，用于在术前执行所述口腔定位器上的第一相机与口腔三维模型的配准以及所述牙科手术器械的手术工作端与第二相机标定，并在术中通过对所述环形曲面板上的自识别视觉标记进行实时检测与定位，进行口腔导航定位。
[0009]可选地，所述环形曲面板上附带所述自识别视觉标记，所述自识别视觉标记是一种黑白块交替的棋盘格图案，其中，各所述黑白块中至多包含一个圆点，所述圆点用于对所述自识别视觉标记进行编码，在所述棋盘格的区域黑白格之间的交叉点为标记点，各所述标记点具有对应的标号。
[0010]可选地，所述口腔定位器包括口外部分和口内部分，其中，所述口外部分包括所述第一相机，所述第一相机用于检测所述自识别视觉标记；所述口内部分整体呈倒凹形，用于包裹口腔内牙齿的咬合面、颊面以及舌面，所述口内部分至少包括三个基准球，所述基准球用于建立口腔三维模型和确定所述第一相机的位姿。
[0011]可选地，所述牙科手术器械的上安装有所述第二相机，所述第二相机用于检测所
述自识别视觉标记。
[0012]可选地，所述控制主机用于在术中控制所述第一相机对所述自识别视觉标记进行检测，基于检测到的标记点在相机平面内的二维像素坐标和所述标记点在标记坐标系中的三维坐标计算得到第一相机坐标系与所述标记坐标系之间的第二位姿；根据所述第一相机坐标系与口腔三维模型的坐标系之间的第一位姿以及所述第二位姿，求出所述口腔三维模型下的坐标系与所述标记坐标系之间的第三位姿；根据所述第三位姿，将所述口腔三维模型投射到所述标记坐标系中，得到所述口腔三维模型在所述标记坐标系中的三维坐标；控制所述第二相机对所述自识别视觉标记进行检测，基于检测到的标记点在相机平面内的二维像素坐标和所述标记点在标记坐标系中的三维坐标计算得到第二相机坐标系与所述标记坐标系之间的第四位姿；根据所述牙科所述器械的手术工作端在所述第二相机坐标系下的三维工作坐标以及所述第四位姿，求出所述手术工作端在所述标记坐标系下的三维坐标；根据得到所述口腔三维模型与所述手术工作端分别在所述标记坐标系中的三维坐标，以进行口腔导航定位。
[0013]可选地，所述控制主机用于在术前对手术病患在佩戴所述口腔定位器时对应的多源扫描数据进行配准与融合，建立所述口腔三维模型以及所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标；基于所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标，标定出所述第一相机坐标系与所述口腔三维模型下的坐标系之间的第一位姿；获取所述自识别视觉标记在不同角度下的拍摄图像，并根据各所述拍摄图像建立所述自识别视觉标记的标记点坐标系及标记三维模型，得到所述自识别视觉标记中各标记点在所述标记点坐标系的三维坐标；将所述牙科手术器械的手术工作端与所述牙科手术器械上的第二相机进行标定，得到所述手术工作端在所述第二相机坐标系下的三维工作坐标。
[0014]可选地，所述控制主机用于控制所述第一相机获取至少三个基准球共同在至少三个不同位置下的拍摄图像；提取各所述拍摄图像中基准球的中心二维像素位置，再根据所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标以及各所述中心二维像素位置，标定出所述第一相机坐标系与所述口腔三维模型的坐标系之间的第一位姿。
[0015]可选地，所述控制主机用于控制所述第二相机拍摄所述环形曲面板上的自识别视觉标记或标准棋盘格标定板至少六张不同角度的图像，其中，在拍摄的过程中，所述手术工作端的位置不变；分析各所述图像，确定所述第二相机与所述标记三维模型下坐标系或标准棋盘格标定板坐标系在各所述图像中的位姿；根据各所述第二相机与所述标记三维模型下坐标系的位姿，确定所述手术工作端在所述第二相机坐标系下的三维工作坐标。
[0016]本申请还提供一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位方法，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位方法采用了所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位方法包括：
[0017]通过控制主机对手术病患在佩戴口腔定位器时对应的多源扫描数据进行配准与融合，建立口腔三维模型以及所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标；
[0018]基于所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标，
对所述口腔定位器上的第一相机与口腔三维模型进行配准，得到第一相机坐标系与所述口腔三维模型下的坐标系之间的第一位姿；
[0019]获取自识别视觉标记的不同角度下的拍摄图像，并根据各所述拍摄图像建立所述自识别视觉标记的标记点坐标系及标记三维模型，得到所述自识别视觉标记中各标记点在所述标记点坐标系的三维坐标；
[0020]将牙科手术器械的手术工作端与所述牙科手术器械上的第二相机进行标定，得到所述手术工作端在第二相机坐标系下的三维工作坐标；
[0021]基于所述口腔三维模型、所述自识别视觉标记中各标记点在所述标记点坐标系的三维坐标、所述第一位姿以及所述三维工作坐标，通过所述第一相机与所述第二相机对所述自识别视觉标记进行检测，将所述口腔三维模型与所述手术工作端统一在所述标记三维模型的坐标系中，以进行口腔导航定位。
[0022]本申请还提供一种电子设备，所述电子设备为实体设备，所述电子设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位方法的程序，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位方法的程序被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统包括：环形曲面板，所述环形曲面板上带有自识别视觉标记，用于作为导航定位的参照物；口腔定位器，用于口腔定位，其中，所述口腔定位器上安装有第一相机以及至少三个基准球；牙科手术器械，用于执行口腔咽喉部手术，其中，所述牙科手术器械上安装有第二相机；控制主机，用于在术前执行所述口腔定位器上的第一相机与口腔三维模型的配准以及所述牙科手术器械的手术工作端与第二相机标定，并在术中通过对所述环形曲面板上的自识别视觉标记进行实时检测与定位，进行口腔导航定位。2.根据权利要求1所述的用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述环形曲面板上附带所述自识别视觉标记，所述自识别视觉标记是一种黑白块交替的棋盘格图案，其中，各所述黑白块中至多包含一个圆点，所述圆点用于对所述自识别视觉标记进行编码，在所述棋盘格的区域黑白格之间的交叉点为标记点，各所述标记点具有对应的标号。3.根据权利要求1所述的用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述口腔定位器包括口外部分和口内部分，其中，所述口外部分包括所述第一相机，所述第一相机用于检测所述自识别视觉标记；所述口内部分整体呈倒凹形，用于包裹口腔内牙齿的咬合面、颊面以及舌面，所述口内部分至少包括三个基准球，所述基准球用于建立口腔三维模型和确定所述第一相机的位姿。4.根据权利要求1所述的用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述牙科手术器械的上安装有所述第二相机，所述第二相机用于检测所述自识别视觉标记。5.根据权利要求1所述的用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述控制主机用于在术中控制所述第一相机对所述自识别视觉标记进行检测，基于检测到的标记点在相机平面内的二维像素坐标和所述标记点在标记坐标系中的三维坐标计算得到第一相机坐标系与所述标记坐标系之间的第二位姿；根据所述第一相机坐标系与口腔三维模型的坐标系之间的第一位姿以及所述第二位姿，求出所述口腔三维模型下的坐标系与所述标记坐标系之间的第三位姿；根据所述第三位姿，将所述口腔三维模型投射到所述标记坐标系中，得到所述口腔三维模型在所述标记坐标系中的三维坐标；控制所述第二相机对所述自识别视觉标记进行检测，基于检测到的标记点在相机平面内的二维像素坐标和所述标记点在标记坐标系中的三维坐标计算得到第二相机坐标系与所述标记坐标系之间的第四位姿；根据所述牙科所述器械的手术工作端在所述第二相机坐标系下的三维工作坐标以及所述第四位姿，求出所述手术工作端在所述标记坐标系下的三维坐标；根据得到所述口腔三维模型与所述手术工作端分别在所述标记坐标系中的三维坐标，以进行口腔导航定位。6.根据权利要求5所述的用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统，其特征在于，所述控制主机用于在术前对手术病患在佩戴所述口腔定位器时对应的多源扫描数据进行配准与融合，建立所述口腔三维模型以及所述口腔定位器上的各基准球在所述口腔三维模型的坐标系下的三维坐标；基于所述口腔定位器上的各基准球在...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻俊志，胡耀清，朱明珠，李东岳，王绍安，原福松，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：