[发明专利]一种基于光学定位法的手术辅助导航方法

说明书

本发明涉及一种基于光学定位法的手术辅助导航方法，人体CT对人体进行扫描，生成具有三维点云数据的三维人体模型；通过光学定位法对手术刀进行初始建模，得到初始手术刀模型；实时对手术刀的空间位置进行定位，并对定位后的手术刀进行实时建模，将手术刀模型在三维人体模型的空间上实时显示。本发明将智能手势识别与手术导航系统相结合，结合病人的CTA扫描数据，利用深度实感相机对病人病灶进行精确定位，并利用openGL实时显示出来病灶位置，以及手术器械当前的位置，局部建模更有针对性，减少硬件资源的耗费，提升系统的运行效率。

技术领域

本发明涉及计算机视觉和虚拟医疗智能领域，具体地说是一种基于光学定位法的手术辅助导航方法。

背景技术

手术导航(surgical navigation)是现代影像技术、立体定向技术与先进的计算机技术在医学应用中有机结合的成果。手术导航系统主要用于神经外科、耳鼻喉科、矫形科等的微侵袭手术辅助设备。它包括医学图像工作站及一套与之相连的空间定位装置。手术导航系统对于减少手术损伤、提高手术定位精度以及手术成功率等具有十分重要的意义。

手术辅助导航系统主要由两部分组成，一部分影像采集和处理，另外一部分是三维定位系统、而三维定位系统是保证手术精度的重要工具，摄像机、标记物、标定精度等都是影响导航系统精度的重要因素。

目前在各种不同的手术导航定位系统中，光学定位方法是最具发展前景的一种定位方法，该方法在当今手术导航领域中使用最为广泛、定位精度最高。光学定位方法通过摄像机观察装有自主发光或者能够反射光线的标记点的目标，然后根据立体视觉原理精确的定位目标上的标记点，从而重建出目标的空间位置。

目前标记点定位最好的方式是红外光学定位，精度高，可三维定位，不受手术室内其他设备以及手术环境的干扰。但是红外光学定位系统价格昂贵，目前国内的医院无法承受。因此开发定位精确、价格适中的红外光学三维定位系统，具有很现实的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于光学定位法的手术辅助导航方法，结合病人的CTA扫描数据，利用深度实感相机对病人病灶进行精确定位，并利用openGL实时显示出来病灶位置，以及手术器械当前的位置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于光学定位法的手术辅助导航方法，包括以下步骤：

步骤1：人体CT对人体进行扫描，生成具有三维点云数据的三维人体模型；

步骤2：通过光学定位法对手术刀进行初始建模，得到初始手术刀模型；

步骤3：实时对手术刀的空间位置进行定位，并对定位后的手术刀进行实时建模，将手术刀模型在三维人体模型的空间上实时显示。

所述通过光学定位法对手术刀进行初始建模包括以下过程：

步骤1：采集当前手术环境的彩色图像和深度图像；

步骤2：对彩色图像依据其对应深度图像中的深度范围进行滤波，得到感兴趣深度范围的彩色图像；

步骤3：在手术刀上设定两个mark点，根据两个mark点的HSV值，在感兴趣深度范围的彩色图像上分别对其进行阈值分割，获取两个mark点的ROI区域二值图像；

步骤4：分别对两个mark点的ROI区域二值图像进行轮廓查找，找出面积最大的轮廓，即为mark点的轮廓，该轮廓的最小外接圆圆心即为mark点的中心点坐标；

步骤5：根据mark点的中心点坐标对应到深度图像的三维世界坐标点；

步骤6：根据两个mark点的深度图像的三维世界坐标点之间的实际距离，计算出手术刀的长度，建立初始手术刀模型。