【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗手术导航领域，更具体的说是涉及一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法及系统。
技术介绍
1、下颌骨截角手术是一种重要的口腔颌面外科手术，主要用于治疗由于下颌骨发育异常或外伤导致的下颌角肥大、不对称等问题。这种手术不仅能够改善患者的面部轮廓，还能解决因下颌骨异常引起的功能障碍，如咀嚼困难、颞下颌关节紊乱等，从而提高患者的生活质量。
2、在传统手术中，医生通常依赖于个人经验和手动操作来进行截骨。由于采用口内入路，手术视野和操作空间非常有限，包括：医生难以准确定位手术区域和截骨刀具，容易对周围组织造成不必要的损伤。且难以精确执行手术规划，导致实际结果可能偏离预期，影响手术效果。
3、为了克服这些局限性，手术导航技术被引入，通过实时追踪患者和手术器械的位置，为外科医生提供精确的解剖结构信息和操作引导。然而，现有的单模态导航系统(光学或电磁)在下颌骨截角术中仍存在诸多问题：其需要在下颌骨上固定较大的标记物，并且需要持续的视线，这不仅会影响医生的操作，还容易受到遮挡导致定位失败。虽然不需要视线，但导磁性的截骨刀具会对电磁传感器产生磁场干扰，导致定位失真，而且电磁导航的工作范围较窄。
4、此外，不同导航系统之间的数据格式、传输协议等存在差异，难以实现无缝集成和高效协同工作。这增加了手术准备的复杂性和手术过程中的操作难度。且现有的导航系统大多在手术结束后才进行效果评估，无法为医生提供实时的手术反馈。这可能导致医生在手术过程中难以及时发现并纠正偏差，影响手术质量和患者安全。
5
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，有效克服了现有单模态导航系统的缺陷，提高了手术的准确性和安全性，更好地辅助医生进行精准和安全的手术操作。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，截骨刀具上固定有光学标记，配置光学设备进行追踪；下颌骨上固定有一个六自由度微型电磁传感器，配置电磁设备进行追踪；
4、包括以下步骤：
5、s1、构建三维欧式坐标系；所述三维欧式坐标系包括：光学设备坐标系{opt}、电磁设备坐标系{em}、截骨刀具局部坐标系{ss}、术前ct影像坐标系{ct}和患者坐标系{p}；
6、s2、定义不同三维欧式坐标系之间的齐次坐标变换矩阵
7、
8、其中，为旋转矩阵，为平移向量；
9、s3、基于不同三维欧式坐标系之间的齐次坐标变换矩阵将截骨刀具局部坐标系{ss}中的刀具位姿psss映射至ct影像空间，并结合下颌骨三维模型进行叠加显示，生成导航界面；
10、s4、结合基于距离阈值和时间阈值的自动混合导航策略，对所述导航界面进行更新，获得更新后的导航界面；
11、s5、对更新后的导航界面进行准确性评估，直至输出满足预设条件的导航界面。
12、优选的，所述s2中，齐次坐标变换矩阵包括：
13、光学设备坐标系{opt}和电磁设备坐标系{em}之间的齐次坐标变换矩阵电磁设备坐标系{em}和患者坐标系{p}之间的齐次坐标变换矩阵截骨刀具局部坐标系{ss}和光学设备坐标系{opt}之间的齐次坐标变换矩阵和术前ct影像坐标系{ct}和患者坐标系{p}之间的齐次坐标变换矩阵
14、优选的，所述齐次坐标变换矩阵通过空间注册策略获得，包括：
15、对术前ct影像进行图像分割，重建下颌骨的三维表面点云，获得目标点云{q1，…，qm}；
16、基于电磁追踪探针下的下颌骨表面的轨迹点坐标，将所述轨迹点坐标变换至患者坐标系{p}下，获得源点云{p1，…，pn}；
17、采用点云配准算法将目标点云{q1，…，qm}和源点云{p1，…，pn}进行配准，获得源点云到目标点云的变换矩阵
18、优选的，所述齐次坐标变换矩阵通过设备标定策略获得，包括：
19、建立光磁混合探针下的光学局部坐标系{ol}和电磁局部坐标系{el}；所述光磁混合探针置有六自由度的电磁传感器；
20、通过pivot标定获取探针尖端在{ol}和{el}下的坐标pol和pel，
21、选取n个匹配点对，并通过点配准算法进行配准，获得齐次坐标变换矩阵
22、优选的，所述s3中，截骨刀具局部坐标系{ss}中的刀具位姿psss通过刀具标定策略获得，包括：
23、基于光学追踪探针下的截骨刀具局部坐标系{ss}中的坐标点，将刀具标定问题分解为锯平面法向量标定和锯齿点标定pa、pb两个子问题；
24、对于锯平面法向量标定，拾取n个锯片平面上的点，通过最小二乘法拟合空间平面，取空间平面的法向量作为锯平面法向量；对于锯齿点标定，重复拾取同一点m次，取m个点坐标的平均值作为锯齿点坐标；
25、基于所述锯平面法向量和锯齿点坐标，获得刀具位姿psss。
26、优选的，所述s3中，将截骨刀具局部坐标系{ss}中的刀具位姿psss映射至ct影像空间，表示为：
27、
28、其中，表示截骨刀具局部坐标系{ss}中以齐次坐标表示的刀具位姿，表示ct影像空间中以齐次坐标表示的刀具位姿。
29、优选的，所述s4中，基于距离阈值和时间阈值的自动混合导航策略，包括：
30、基于截骨刀具与电磁传感器之间的距离d以及截骨刀具连续丢失光学标记的时间t，定义预设的距离阈值dth和时间阈值tth；
31、实时更新齐次坐标变换矩阵并基于预设的距离阈值dth和时间阈值tth对齐次坐标变换矩阵的更新进行动态调整。
32、优选的，所述动态调整，包括：
33、当d≤dth，或t≤tth时，停止电磁设备坐标系{em}和患者坐标系{p}之间的齐次坐标变换矩阵更新；
34、当d>dth，或t>tth时，恢复电磁设备坐标系{em}和患者坐标系{p}之间的齐次坐标变换矩阵更新。
35、优选的，所述s5包括：
36、基于更新后的导航界面，识别并定位出预期的解剖标志点位置以及叠加探针位置；
37、计算解剖标志点位置和探针位置之间的偏差g，并基于偏差阈值gth进行准确性评估；若g>gth，则重复上述s2至s4；否则，输出更新后的导航界面。
38、第二方面，本专利技术提供一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航系统，包括：
39、坐标系构建模块：用于构建三维欧式坐标系；所述三维欧式坐标系包括：光学设备坐标系{opt}、电磁设备坐标系{em}、截骨刀具局部坐标系{ss}、术前ct影像坐标系{ct}和患者坐标系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，截骨刀具上固定有光学标记，配置光学设备进行追踪；下颌骨上固定有一个六自由度微型电磁传感器，配置电磁设备进行追踪；
2.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述S2中，齐次坐标变换矩阵包括：
3.根据权利要求2所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述齐次坐标变换矩阵通过空间注册策略获得，包括：
4.根据权利要求2所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述齐次坐标变换矩阵通过设备标定策略获得，包括：
5.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述S3中，截骨刀具局部坐标系{SS}中的刀具位姿psSS通过刀具标定策略获得，包括：
6.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述S3中，将截骨刀具局部坐标系{SS}中的刀具位姿psSS映射至CT影像空间，表示为：
7.根据权利要求1所述的一种应用于
8.根据权利要求7所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述动态调整，包括：
9.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述S5包括：
10.一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，截骨刀具上固定有光学标记，配置光学设备进行追踪；下颌骨上固定有一个六自由度微型电磁传感器，配置电磁设备进行追踪；
2.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述s2中，齐次坐标变换矩阵包括：
3.根据权利要求2所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述齐次坐标变换矩阵通过空间注册策略获得，包括：
4.根据权利要求2所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述齐次坐标变换矩阵通过设备标定策略获得，包括：
5.根据权利要求1所述的一种应用于下颌骨截角手术的光磁混合导航方法，其特征在于，所述s3中，截骨刀具局部...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟偲，申宏彬，林航，程宇奇，李俊博，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。