本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，c形臂x射線機(jī)快捷方便靈活性強(qiáng)已經(jīng)廣泛被用于醫(yī)療診斷領(lǐng)域，但由于難以獲取三維影像與實(shí)際的空間信息的轉(zhuǎn)換關(guān)系，所以在使用的過程中很難確定影像中物體的具體位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠計(jì)算出三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的方法及系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的方法，包括以下步驟：

s1：在c形臂上安裝x射線源以及帶反射紅光定位球的x射線探測(cè)器，c形臂的圓心位置設(shè)有帶反射紅光定位球的空間定位模體，空間定位模體中設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)；

s2：通過具有雙紅光攝像頭的紅光雙目定位系統(tǒng)采集空間定位模體中定位球的坐標(biāo)，根據(jù)空間定位模體中定位球與標(biāo)志點(diǎn)的布局關(guān)系，推算出每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)；然后采集x射線探測(cè)器上定位球的坐標(biāo)，在c形臂滑動(dòng)的過程中，將采集到的x射線探測(cè)器上定位球的坐標(biāo)組成的集合作為x射線探測(cè)器的定位球的運(yùn)動(dòng)軌跡；

s3：根據(jù)空間定位模體的標(biāo)志點(diǎn)建立坐標(biāo)系mxyz；

s4：c形臂掃描空間定位模體時(shí)，紅光雙目定位系統(tǒng)采集c形臂運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)集合cm，坐標(biāo)系為cmxyz，紅光雙目定位系統(tǒng)采集空間定位模體上標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)集合nm，在mxyz坐標(biāo)系下空間定位模體上標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)集合為mm，x射線機(jī)工作站重建空間定位模體得到三維圖像，三維圖像坐標(biāo)系為ixyz，然后提取三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)；

s5：計(jì)算三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

進(jìn)一步，所述步驟s4中，提取三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

s41：標(biāo)志點(diǎn)采用不銹鋼珠結(jié)構(gòu)，更容易在三維圖像中識(shí)別出來；使用三維圖像k均值聚類算法計(jì)算分割閾值，根據(jù)閾值分割出三維圖像中的標(biāo)志點(diǎn)，計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)集合imm，根據(jù)三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)間的距離與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)間的距離計(jì)算出三維圖像坐標(biāo)系ixyz與坐標(biāo)系mxyz之間的放大系數(shù)λ，根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系使用奇異解算法計(jì)算出三維圖像坐標(biāo)系ixyz與坐標(biāo)系mxyz之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系ti；

s42：使用奇異解算法計(jì)算出坐標(biāo)集合nm到坐標(biāo)集合mm的轉(zhuǎn)換關(guān)系tm。根據(jù)坐標(biāo)集合中點(diǎn)與點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，使用奇異解算法(svd矩陣分解算法)，計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣從而計(jì)算轉(zhuǎn)換關(guān)系tm；

s43：使用迭代就近點(diǎn)法計(jì)算坐標(biāo)集合co到坐標(biāo)集合cm的轉(zhuǎn)換關(guān)系tc；

進(jìn)一步，所述步驟s5中，通過λ*tc*tm*ti計(jì)算三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

進(jìn)一步，所述步驟s1中，空間定位模體為正方體結(jié)構(gòu)，標(biāo)志點(diǎn)采用不銹鋼球型結(jié)構(gòu)，共有七個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，分別分布在空間定位模體六個(gè)面的中心位置和空間定位模體的中心位置。

本發(fā)明所述的計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的系統(tǒng)，包括c形臂和x射線機(jī)工作站，c形臂上安裝有x射線源以及帶反射紅光定位球的x射線探測(cè)器，c形臂的圓心位置設(shè)有帶反射紅光定位球的空間定位模體。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1)空間定位模體，每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)精確的分布在六個(gè)面的中心，和模體的中心上，即分布在定義在mxyz坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸上，從而提高坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換時(shí)配準(zhǔn)的精度；

2)采用不銹鋼珠結(jié)構(gòu)，并且使用k均值聚類算法、閾值分割提取標(biāo)志點(diǎn)在ixyz的坐標(biāo)，通過該計(jì)算步驟得到的坐標(biāo)，提高了提取坐標(biāo)值的精度；從而，提高了三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中空間定位模體的坐標(biāo)系示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開了一種計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的方法，如圖3所示，包括以下步驟：

s1：在c形臂7上安裝x射線源2以及帶反射紅光定位球的x射線探測(cè)器1，c形臂7的圓心位置設(shè)有帶反射紅光定位球的空間定位模體4，空間定位模體4中設(shè)有七個(gè)標(biāo)志點(diǎn)6，分別分布在空間定位模體4六個(gè)面的中心位置和空間定位模體4的中心位置，如圖2所示；

s2：通過具有雙紅光攝像頭的紅光雙目定位系統(tǒng)3采集空間定位模體4中定位球的坐標(biāo)，根據(jù)空間定位模體4中定位球與標(biāo)志點(diǎn)6的布局關(guān)系，推算出每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)6的坐標(biāo)；然后采集x射線探測(cè)器1上定位球的坐標(biāo)，在c形臂7滑動(dòng)的過程中，將采集到的x射線探測(cè)器1上定位球的坐標(biāo)組成的集合作為x射線探測(cè)器1的定位球的運(yùn)動(dòng)軌跡；

s3：根據(jù)空間定位模體4的標(biāo)志點(diǎn)6建立坐標(biāo)系mxyz；

s4：c形臂7掃描空間定位模體4時(shí)，紅光雙目定位系統(tǒng)3采集c形臂7運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)集合cm，坐標(biāo)系為cmxyz，紅光雙目定位系統(tǒng)3采集空間定位模體4上標(biāo)志點(diǎn)6的坐標(biāo)集合nm，在mxyz坐標(biāo)系下空間定位模體4上標(biāo)志點(diǎn)6坐標(biāo)集合為mm，x射線機(jī)工作站5重建空間定位模體4得到三維圖像，三維圖像坐標(biāo)系為ixyz，然后提取三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)6的坐標(biāo)；

s5：計(jì)算三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

步驟s4中，提取三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)6的坐標(biāo)通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

s41：使用三維圖像k均值聚類算法計(jì)算分割閾值，根據(jù)閾值分割出三維圖像中的標(biāo)志點(diǎn)6，計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)6在圖像中的坐標(biāo)集合imm，根據(jù)三維圖像中標(biāo)志點(diǎn)6間的距離與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)6間的距離計(jì)算出三維圖像坐標(biāo)系ixyz與坐標(biāo)系mxyz之間的放大系數(shù)λ，根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)6的對(duì)應(yīng)關(guān)系使用奇異解算法計(jì)算出三維圖像坐標(biāo)系ixyz與坐標(biāo)系mxyz之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系ti；

s42：使用奇異解算法計(jì)算出坐標(biāo)集合nm到坐標(biāo)集合mm的轉(zhuǎn)換關(guān)系tm。根據(jù)坐標(biāo)集合中點(diǎn)與點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，使用奇異解算法(svd矩陣分解算法)，計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣從而計(jì)算轉(zhuǎn)換關(guān)系tm；

s43：使用迭代就近點(diǎn)法計(jì)算坐標(biāo)集合co到坐標(biāo)集合cm的轉(zhuǎn)換關(guān)系tc；

步驟s5中，通過λ*tc*tm*ti計(jì)算三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

本具體實(shí)施方式還公開了一種計(jì)算碳納米c形臂三維圖像空間信息的系統(tǒng)，如圖1所示，包括c形臂7和x射線機(jī)工作站5，c形臂7上安裝有x射線源2以及帶反射紅光定位球的x射線探測(cè)器1，c形臂7的圓心位置設(shè)有帶反射紅光定位球的空間定位模體4。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種計(jì)算碳納米C形臂三維圖像空間信息的方法及系統(tǒng)，首先運(yùn)用紅光雙目定位系統(tǒng)標(biāo)定C形臂掃描軌跡的空間坐標(biāo)系和C形臂X射線機(jī)空間定位模體的空間坐標(biāo)系，再掃描空間定位模體計(jì)算三維體數(shù)據(jù)與模體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最后根據(jù)紅外雙目定位系統(tǒng)標(biāo)定的空間坐標(biāo)系與空間定位模體計(jì)算的幾何參數(shù)的關(guān)系，推導(dǎo)出三維圖像坐標(biāo)系與實(shí)物所在的實(shí)際坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出三維圖像中對(duì)應(yīng)的實(shí)際物體的空間位置。

技術(shù)研發(fā)人員：李勁生;吳琨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京普愛醫(yī)療設(shè)備股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.26
技術(shù)公布日：2017.11.07