[发明专利]基于混合现实的手术全息导航方法及系统

权利要求书

1.一种基于混合现实的手术全息导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，获取病人CT断层图像数据；

S2，基于获取的CT断层图像数据对病人病灶组织进行三维模型重建得到病人模型；

S3，将病人CT断层图像数据、三维重建模型等导航所需数据导入全息导航系统；

S4，全息导航系统通过光学追踪设备进行位置数据采集，对手术工具位置进行动态追踪；

S5，加载病人数据，规划手术路径；

S6，病人图像显示空间与病人现实空间配准；

S7，由混合现实设备将虚拟的模型图像空间与病人现实空间配准，并将虚拟模型图像精准叠加到病人身上，实现全息可视化导航。

2.如权利要求1所述的基于混合现实的手术全息导航方法，其特征在于，所述步骤S3具体还包括：

将病人CT断层图像数据、三维模型等导航所需数据集成到单个系统可加载的文件中；

将所述文件导入导航系统。

3.如权利要求1所述的基于混合现实的手术全息导航方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

采用三维扫描仪扫描病人特定身体组织获取其三维信息，将病人身体某一个部位作为特征标记点；

根据术前扫描三维图像与术中病人实时三维图像的特征点匹配关系，实现扫描仪获得病人病灶参考坐标系与虚拟影像坐标系间的转换关系；

通过坐标系的转换关系，完成病人虚拟图像显示空间与其病灶组织现实空间配准。

4.如权利要求1所述基于混合现实的手术全息导航方法，其特征在于，所述所述步骤S7具体包括：

在二维图像空间通过主动形状模型识别图像中的鼻尖与眼睛特征点，获取病人空间特征点的三维坐标；

在模型空间利用三维多尺度不变性和面部特征几何约束计算对应特征点的三维坐标，求解刚性变换矩阵作为粗略配准结果；

粗略注册的结果作为迭代就近点算法(IterativeClosestPoints，ICP)精确注册的输入，最终得到最优的空间变换矩阵，达到虚拟的模型图像空间与病人现实空间精确配准；

将虚拟模型图像精准叠加到病人身上并进行显示，实现全息可视化导航。

5.一种基于混合现实的手术全息导航系统，其特征在于，包括：

导航工作站子系统，用于术前规划部分的手术路径创建，病灶组织三维模型重建以及术中导航部分的图像显示空间与其病灶组织空间配准和手术工具位置进行动态追踪；

混合现实子系统，用于混合现实显示，接收导航工作站子系统的数据进行相关的手术器械位置实时更新，病人模型与病人实际组织部位配准及显示；

病人病灶组织数据库系统：存储病人的CT扫描数据，以及根据CT扫描数据通过三维重建技术获得的不同病人病灶组织的三维模型数据，并根据不同病人、不同病灶甚至不同年龄段进行分类，并加入数据库统一管理，达到快速查找、快速复用的目的。

6.如权利要求5所述的基于混合现实的手术全息导航系统，其特征在于，所述导航工作站子系统包括：

三维重建模块：根据病人CT图像数据对病灶组织进行三维模型重建；

光学追踪模块：获取手术工具位置信息并对手术工具位置进行动态追踪；

手术路径规划模块：根据病人病灶位置情况，规划手术路径；

导航注册模块：用于病人图像显示空间和病人现实空间配准。

7.如权利要求5所述的基于混合现实的手术全息导航系统，其特征在于，所述混合现实子系统包括：

空间配准模块：用于混合现实设备虚拟的图像与病人病灶组织空间配准；

混合现实交互模块：显示导航图像，提供手势交互方法，用于用户与图像交互。