动态配准定位装置及方法

摘要

本发明实施例提供一种动态配准定位装置及方法，装置包括：光学定位跟踪系统、夹具、体感摄像头和处理装置；光学定位跟踪系统包括红外跟踪摄像头和跟踪定位工具，跟踪定位工具装在夹具末端，体感摄像头装在夹具前端，夹具固定在机械臂末端；机械臂按照规划路径移动时，处理装置通过红外跟踪摄像头实时采集跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据，根据采集的位置信息和跟踪定位工具与体感摄像头的位置转换关系，获取体感摄像头拍摄的体表位置信息，将患者各个呼吸时相肺部的体表数据和体表位置信息与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。可实现术中无侵入性无辐射地配准定位。

权利要求

1.一种动态配准定位装置，其特征在于，包括：光学定位跟踪系统、夹具、体感摄像头、显示装置和处理装置；

所述光学定位跟踪系统，包括：红外跟踪摄像头和跟踪定位工具，所述红外跟踪摄像头、所述体感摄像头和所述显示装置分别与所述处理装置连接，所述跟踪定位工具加装在所述夹具的末端，所述体感摄像头加装在所述夹具的前端，所述夹具用于固定在机械臂末端；

所述体感摄像头包括：单目体感摄像头、双目体感摄像头或红绿蓝深度图像体感摄像头；

所述处理装置，用于在机械臂按照规划路径进行移动时，通过所述红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息；将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数；

所述显示装置，用于显示所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据、所述体表位置信息以及患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学定位跟踪系统包括：红外光学跟踪系统。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述跟踪定位工具包括：至少三个间隔设于支架上的跟踪定位标记。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述跟踪定位标记为红外定位小球。

说明书

动态配准定位装置及方法

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种动态配准定位装置及方法。

背景技术

[0002] 在外部物体可视的环境条件下，对于外部内体内部的非可视位置点或物体的位置确定仍然存在一定的困难，在外部物体不可破除的情况下，虽然可通过扫描等方式对外部物体轮廓进行确定，但对内部非可视的目标物体的定位依旧不能方便快捷且满足一定精度和准确度的进行。

[0003] 例如，在传统的肺部结节手术中，通常使用术前定位方法和术中定位方法实现肺部定位。其中，术前定位方法主要由经CT(Computed Tomography，计算机体层摄影)引导下肺经皮穿刺注射染料、造影剂或放射性核素，或者是CT引导下经气管镜注射造影剂定位、电磁导航气管镜引导下注射染料定位等方法进行定位；术中定位方法包括术中超声、术中CT、胸腔镜下肉眼观察或用手指触诊和用胸腔镜器械等方法。

[0004] 但是，传统的术前定位方法通常需要对患者植入侵入性定位材料，并且必须立即进行手术否则定位材料脱落、晕染可能会造成定位不准；而在传统的术中定位方法中，超声定位会受到患者肺部气体的影响，CT定位会对患者及医务人员造成较大的辐射损伤。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种动态配准定位装置及方法。

[0006] 本发明实施例提供一种动态配准定位装置，包括：光学定位跟踪系统、夹具、体感摄像头和处理装置；

[0007] 所述光学定位跟踪系统，包括：红外跟踪摄像头和跟踪定位工具，所述红外跟踪摄像头和所述体感摄像头分别与所述处理装置连接，所述跟踪定位工具加装在所述夹具的末端，所述体感摄像头加装在所述夹具的前端，所述夹具用于固定在机械臂末端；

[0008] 所述处理装置，用于在机械臂按照规划路径进行移动时，通过所述红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息；将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0009] 本发明实施例提供一种动态配准定位装置，其体感摄像头，包括：单目体感摄像头、双目体感摄像头或红绿蓝深度图像体感摄像头。

[0010] 本发明实施例提供一种动态配准定位装置，还包括：与所述处理装置连接的显示装置；

[0011] 所述显示装置，用于显示所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据、所述体表位置信息以及患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0012] 本发明实施例提供一种利用上述动态配准定位装置进行动态配准定位的方法，应用于处理装置，包括：

[0013] 在机械臂按照规划路径进行移动时，通过红外跟踪摄像头实时采集跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；

[0014] 根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息；

[0015] 将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0016] 本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。

[0017] 本发明实施例提供的动态配准定位装置及方法，通过处理装置在机械臂按照规划路径进行移动时，通过红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据，根据预先确定的跟踪定位工具与体感摄像头的位置转换关系和所采集的跟踪定位工具的位置信息，获取体感摄像头拍摄的体表位置信息，将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，由此，能够解决传统定位手术中需要植入侵入性材料、CT辐射等问题，达到术中动态无侵入性、无辐射地配准定位。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0019] 图1为本发明一实施例提供的一种动态配准定位装置的结构示意图；

[0020] 图2为本发明一实施例提供的一种动态配准定位方法的流程示意图；

[0021] 图3为本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 图1示出了本发明一实施例提供的一种动态配准定位装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的动态配准定位装置，包括：光学定位跟踪系统、夹具1、体感摄像头2和处理装置3；

[0024] 所述光学定位跟踪系统，包括：红外跟踪摄像头4和跟踪定位工具5(也称tracker定位工具)，所述红外跟踪摄像头4和所述体感摄像头2分别与所述处理装置3连接，所述跟踪定位工具5加装在所述夹具1的末端，所述体感摄像头2加装在所述夹具1的前端，所述夹具1用于固定在机械臂末端；

[0025] 所述处理装置3，用于在机械臂按照规划路径进行移动时，通过所述红外跟踪摄像头4实时采集所述跟踪定位工具5的位置信息，同时通过所述体感摄像头2采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；根据预先确定的所述跟踪定位工具5与所述体感摄像头2的位置转换关系和所述跟踪定位工具5的位置信息，获取所述体感摄像头2拍摄的体表位置信息；将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0026] 可以理解的是，在具体应用中，所述处理装置3还可以用于进行机械臂控制、配准、术前术中坐标注册、分析配准参数等操作，本实施例并不对其进行限制。

[0027] 可以理解的是，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，可以提供患者术中呼吸过程中肺部的位置的参考，对患者呼吸过程进行阶段化、定量化的描述。

[0028] 本发明实施例提供的动态配准定位装置，通过处理装置在机械臂按照规划路径进行移动时，通过红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据，根据预先确定的跟踪定位工具与体感摄像头的位置转换关系和所采集的跟踪定位工具的位置信息，获取体感摄像头拍摄的体表位置信息，将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，由此，能够解决传统定位手术中需要植入侵入性材料、CT辐射等问题，达到术中动态无侵入性、无辐射地配准定位。

[0029] 进一步地，在上述实施例的基础上，所述光学定位跟踪系统可以包括：红外光学跟踪系统，例如Polaris光学定位跟踪系统等，本实施例并不对其进行限制。

[0030] 在具体应用中，所述跟踪定位工具可以包括：至少三个间隔设于支架上的跟踪定位标记51。

[0031] 可以理解的是，所述红外跟踪摄像头4可以向所述跟踪定位标记51发射红外光线，红外光线又被所述跟踪定位标记51反射回所述红外跟踪摄像头4，从而所述红外跟踪摄像头4能够得到所述跟踪定位工具的位置信息。

[0032] 具体地，所述跟踪定位标记51可以为红外定位小球。

[0033] 本发明实施例提供一种动态配准定位装置，其体感摄像头包括：单目体感摄像头、双目体感摄像头或红绿蓝深度图像体感摄像头。

[0034] 本发明实施例提供一种动态配准定位装置，还包括：与所述处理装置连接的显示装置；

[0035] 所述显示装置，用于显示所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据、所述体表位置信息以及患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0036] 进一步地，在上述实施例的基础上，所述处理装置3，还可用于

[0037] 在将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前三维CT数据进行配准之前，获取患者术前CT数据并进行三维重建，获得患者术前CT三维模型；

[0038] 相应地，所述通过所述体感摄像头2采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据，可以包括：

[0039] 通过所述体感摄像头2采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据并生成点云数据，将所述点云数据进行三维重建，获得患者各个呼吸时相的三维模型；

[0040] 相应地，所述将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，可以包括：

[0041] 将所述体表位置信息加入所述患者各个呼吸时相的三维模型后，与患者术前CT三维模型进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0042] 可以理解的是，患者各个呼吸时相的三维模型为连续的三维模型，形象地记录了肺部呼吸时的动态变化，将这些连续的三维模型与术前CT重建的三维模型分别进行配准，根据匹配程度可得到一系列的配准参数。配准参数和各个呼吸时相按照一定关系形成曲线，可以分析患者整个呼吸过程肺部的起伏变化。一定范围内的配准参数可对应一个特定呼吸时相，选择配准参数较高的呼吸时相进行配准，可较准确地进行后续操作。

[0043] 可以理解的是，本实施例经过大量的实验，可以建立一套连续呼吸时相的体表变化标准，根据配准参数、呼吸时相形成相应的对应关系，建立相应的规范，使患者呼吸时相有规律可循进而进行动态配准定位。

[0044] 本发明实施例提供的动态配准定位装置，能够解决传统定位手术中需要植入侵入性材料、CT辐射等问题，达到术中动态无侵入性、无辐射地配准定位。

[0045] 图2示出了本发明一实施例提供的一种动态配准定位方法的流程示意图，本实施例所述方法利用图1所示实施例所述的动态配准定位装置，本实施例所述方法应用于所述动态配准定位装置中的处理装置，如图2所示，本实施例的动态配准定位方法，包括：

[0046] S1、在机械臂按照规划路径进行移动时，通过红外跟踪摄像头实时采集跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据。

[0047] 可以理解的是，跟踪定位工具可以包括：至少三个间隔设于支架上的跟踪定位标记，红外跟踪摄像头可以向所述跟踪定位标记发射红外光线，红外光线又被所述跟踪定位标记反射回所述红外跟踪摄像头，从而所述红外跟踪摄像头能够得到所述跟踪定位工具的位置信息。

[0048] S2、根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息。

[0049] 可以理解的是，由于跟踪定位工具加装在夹具的末端，体感摄像头加装在夹具的前端，因此，可以预先确定所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系，进而，根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，能够获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息。

[0050] S3、将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0051] 可以理解的是，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，可以提供患者术中呼吸过程中肺部的位置的参考，对患者呼吸过程进行阶段化、定量化的描述。

[0052] 本发明实施例提供的动态配准定位方法，应用于处理装置，通过在机械臂按照规划路径进行移动时，通过红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据，根据预先确定的跟踪定位工具与体感摄像头的位置转换关系和所采集的跟踪定位工具的位置信息，获取体感摄像头拍摄的体表位置信息，将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数，由此，能够解决传统定位手术中需要植入侵入性材料、CT辐射等问题，达到术中动态无侵入性、无辐射地配准定位。

[0053] 进一步地，在上述实施例的基础上，在所述步骤S3之前，本实施例所述方法还可以包括：

[0054] 获取患者术前CT数据并进行三维重建，获得患者术前CT三维模型；

[0055] 相应地，所述步骤S1中的“通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据”，可以包括：

[0056] 通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据并生成点云数据，将所述点云数据进行三维重建，获得患者各个呼吸时相的三维模型；

[0057] 相应地，所述步骤S3，可以包括：

[0058] 将所述体表位置信息加入所述患者各个呼吸时相的三维模型后，与患者术前CT三维模型进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0059] 可以理解的是，患者各个呼吸时相的三维模型为连续的三维模型，形象地记录了肺部呼吸时的动态变化，将这些连续的三维模型与术前CT重建的三维模型分别进行配准，根据匹配程度可得到一系列的配准参数。配准参数和各个呼吸时相按照一定关系形成曲线，可以分析患者整个呼吸过程肺部的起伏变化。一定范围内的配准参数可对应一个特定呼吸时相，选择配准参数较高的呼吸时相进行配准，可较准确地进行后续操作。

[0060] 可以理解的是，本实施例经过大量的实验，可以建立一套连续呼吸时相的体表变化标准，根据配准参数、呼吸时相形成相应的对应关系，建立相应的规范，使患者呼吸时相有规律可循进而进行动态配准定位。

[0061] 本发明实施例提供的动态配准定位方法，能够解决传统定位手术中需要植入侵入性材料、CT辐射等问题，达到术中动态无侵入性、无辐射地配准定位。

[0062] 图3示出了本发明一实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括存储器302、处理器301、总线303及存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序，其中，处理器301，存储器302通过总线303完成相互间的通信。所述处理器301执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤，例如包括：在机械臂按照规划路径进行移动时，通过所述红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息；将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0063] 本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤，例如包括：在机械臂按照规划路径进行移动时，通过所述红外跟踪摄像头实时采集所述跟踪定位工具的位置信息，同时通过所述体感摄像头采集患者各个呼吸时相肺部的体表数据；根据预先确定的所述跟踪定位工具与所述体感摄像头的位置转换关系和所述跟踪定位工具的位置信息，获取所述体感摄像头拍摄的体表位置信息；将所述患者各个呼吸时相肺部的体表数据和所述体表位置信息，与患者术前CT数据进行配准，获取患者呼吸阶段各个时相的配准参数。

[0064] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0065] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0066] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。