一種手術導航用x線圖像校正靶的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種手術導航用X線圖像校正靶，包括：近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架、上料板、下料板、固定座一、固定座二、支撐、手輪、球安裝架、不銹鋼球珠、紅外反射小球。本實用新型可以幫助快速識別坐標方向，與相應的校正方法結合對變形圖像進行校正，定位結果穩(wěn)定準確，并且結構簡單，可以實現(xiàn)快捷安裝，使用方便快捷。
【專利說明】
一種手術導航用X線圖像校正靶
技術領域
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療器械領域，具體涉及一種手術導航用X線圖像校正靶。
【背景技術】
[0002]手術導航技術目前廣泛應用于神經外科、脊柱外科、耳鼻喉科、整形外科等領域，其中一類是以C型臂X光機為基礎，通過X射線透視獲得手術區(qū)域的圖像資料，并將其轉存到圖像工作站中，形成導航參考圖像，為醫(yī)生的診斷和手術提供參考。
[0003]由于C型臂X射線成像系統(tǒng)本身固有的特性，輸出的X射線圖像存在著失真變形。該失真變形使圖像中患者信息發(fā)生扭曲，影響醫(yī)生的診斷，若將這種失真變形圖像直接用于手術導航，將影響手術器械的定位，從而最終影響到手術導航的精度。因此，研究圖像變形校正，即理想圖像與失真圖像中對應像素之間的坐標轉換關系及灰度值映射關系可為醫(yī)生提供正確的二維參考圖像，對縮短手術時間具有重要意義。
[0004]對C型臂X線圖像固有的幾何變形進行校正需要借助圖像中大量的標志點數(shù)據(jù)對圖像理想模型建立以及進行全局校正研究。因此，C型臂X線圖像中標志點的自動識別與數(shù)據(jù)提取成為此類手術導航技術研究的基礎之一。為了獲取這些標志點的數(shù)據(jù)往往需要采用專門的校準工具，這些校準工具上都設計有某種形式的特定標志物，一般為金屬小球或金屬絲網。采用C形臂X光機獲取校準工具的圖像，特定標志物就會在圖像中留下投影，投影的面積及中心位置數(shù)據(jù)即為所需的標志點數(shù)據(jù)。而為了獲取這些數(shù)據(jù)，必須首先對特定標志物在圖像中的投影進行自動識別，在此基礎上再采用一定的方法計算出其面積及中心坐標數(shù)據(jù)，標志點數(shù)據(jù)的準確性直接影響圖像變形校正精度，進而影響最終的手術導航精度。標記點的設計有對稱排布和非對稱排布，其中對稱排布存在阻礙反射圖像檢測的問題。因此，非對稱排布的定位受到更多青睞。目前的校正靶仍存在著使用繁瑣、準確性和穩(wěn)定性不高的問題。
[0005]并且，目前國內基本都使用進口的校正靶，不僅價格昂貴，而且在技術上受制于人，因此急需發(fā)展具有自主知識產權、使用穩(wěn)定準確的校正靶。
【實用新型內容】
[0006]針對以上問題，本實用新型提供了一種手術導航用X線圖像校正靶，能幫助快速識別坐標方向，使圖像處理更加快速準確。此外，本實用新型校正靶結構簡單，可以實現(xiàn)快捷安裝。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是，一種手術導航用X線圖像校正靶，包括:近端鋼珠支架1、遠端鋼珠支架2、上料板3、下料板4、固定座一 5、固定座二 6、支撐10、手輪12、球安裝架15、不銹鋼球珠16、紅外反射小球17 ；
[0008]其中，所述近端鋼珠支架I固定于上料板3上，遠端鋼珠支架2固定于下料板4上;近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架上均設有盲孔；
[0009]其中，所述上料板3與下料板4通過支撐10連接固定；
[0010]所述支撐10有多個；
[0011 ]所述固定座一 5和固定座二 6設置在上料板3上；
[0012I所述手輪12設置于固定座一上；
[0013]所述上料板和下料板均設置有球安裝架15，紅外反射小球17位于球安裝架中；
[0014]所述不銹鋼球珠16嵌于近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架的盲孔中。
[0015]所述盲孔是不穿透的孔。
[0016]優(yōu)選的，所述手術導航用X線圖像校正靶還包括調整片7、限位片8、調整墊片9;所述上料板設有3個固定座，包括I個固定座一和2個固定座二;其中，固定座一與調整墊片和調整片依次連接，2個固定座二分別與各自的限位片連接。
[0017]其中，所述近端鋼珠支架上有錐形盲孔92個，其中包括89個Φ3mm錐形盲孔和3個Φ 5mm錐形盲孔，其中89個錐形盲孔呈網格陣列排布，行列間距為20mm;每個Φ 3mm錐形盲孔內各嵌一個S Φ 3mm不銹鋼球珠，每個Φ 5mm錐形盲孔中各嵌一個S Φ 5mm不銹鋼球珠。
[00? 8] 所述遠端鋼珠支架上有4個Φ 5mm錐形盲孔，每個錐形盲孔中各嵌一個S Φ 5mm不銹鋼球珠。
[0019]其中近端鋼柱支架的3個S? 5mm不銹鋼球珠和遠端鋼珠支架的4個S?5mm不銹鋼球珠在空間三個坐標軸方向上均不對稱，且近端鋼珠支架的3個S Φ 5mm不銹鋼球珠P1、P2、P3與遠端鋼珠支架4個S? 5mm不銹鋼球珠之間滿足如下的幾何約束關系:
[0020]1,0.9 < I D2Di I / I PiDi I <1.1；
[0021]2^0.9 < ID3P21 / ID4P21 <1.1；
[0022]3、85。<angle(P2Di,P3D2) <95° ；4.0.9< P3D21 / ID3P3 <1.1；
[0023]5^0.9 < ID3D21 / ID4D31 <1.1；
[0024]6、85。< Bngle(D3D2^D4D3) <95° ；
[0025]7、85。<angle(P3Di,D3P3) <95° ；
[0026]其中，上料板與下料板邊設有光學定位標記物，光學定位標記物為紅外反射小球，紅外反射小球與上料板和下料板之間通過球安裝架連接。
[0027]本實用新型中，所述近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架為圓板形，直徑為300mm，厚度為4mm ο
[0028]本實用新型手術導航用X線圖像校正靶，上料板和下料板采用鋁合金材料制作，近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架采用有機玻璃材料制作。
[0029]本實用新型可以幫助快速識別坐標方向，使圖像處理算法更加快速準確。而且，本實用新型結構簡單，可以實現(xiàn)快捷安裝，使用方便快捷。
【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型的結構示意圖。圖中，1:近端鋼珠支架、2:遠端鋼珠支架、3:上料板、4:下料板、5:固定座一、6:固定座二、7:調整片、8:限位片、9:調整墊片、10:支撐、12:手輪、15:球安裝架、16:不銹鋼球珠、17:紅外反射小球。
[0031]圖2是近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架的不銹鋼球珠的分布示意圖。PhP^P3為近端鋼珠支架上的3個S Φ 5mm不銹鋼球珠，D1、D2、D3、D4為遠端近端鋼珠支架上的4個S Φ 5mm不銹鋼球珠。
【具體實施方式】
[0032]為了便于對本實用新型的理解，下面將結合附圖對本實用新型做進一步的解釋說明。
[0033]如圖1所示，一種手術導航用X線圖像校正靶，包括近端鋼珠支架1、遠端鋼珠支架
2、上料板3、下料板4，其中近端鋼珠支架I和遠端鋼珠支架2分別通過螺絲固定于上料板3和下料板4;若干支撐10，其中支撐10通過螺絲與上料板3、下料板4連接固定;3個固定座，包括I個固定座一5和2個固定座二6，固定座一5和固定座二6均通過螺絲固定于上料板3;調整墊片9、調整片7，通過導桿螺絲依次連接于固定座一 5;限位片8通過螺絲固定于固定座二 6;手輪12與固定座一 5和調整墊片9連接;其中紅外反射小球17與上料板3和下料板4之間通過球安裝架15連接。
[0034]其中，近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架按照圖2所示的分布位置設置有盲孔，其中每一個盲孔中都設置有等直徑的不銹鋼球珠16。盲孔是指不穿透的孔，呈錐形，略微上大下小，方便不銹鋼球珠嵌于其中。
[0035]其中，近端鋼柱支架的3個Φ5_錐形盲孔和遠端鋼珠支架的4個Φ5_錐形盲孔按照圖2的布局進行分布，其在空間三個坐標軸方向上均不對稱，且近端鋼珠支架的3個Φ5πιπι錐形盲孔Ρι、Ρ2、Ρ3與遠端鋼珠支架4個Φ5πιπι錐形盲孔D1、D2、D3、D4之間滿足如下的幾何約束關系:
[0036]1,0.9 < I D2Di I / I PiDi I <1.1；
[0037]2^0.9 < ID3P21 / ID4P21 <1.1；
[0038]3、85。<angle(P2Di,P3D2) <95° ；4.0.9< P3D21 / ID3P3 <1.1；
[0039]5^0.9 < ID3D21 / ID4D31 <1.1；
[0040]6、85。< Bngle(D3D2^D4D3) <95° ；
[0041 ] 7、85。<angle(P3Di,D3P3) <95° ；
[0042]每個Φ 3mm錐形盲孔內各嵌一個S Φ 3mm不銹鋼球珠，每個Φ 5mm錐形盲孔中各嵌一個S Φ 5mm不銹鋼球珠。上料板與下料板邊
[0043]設有光學定位標記物，光學定位標記物為紅外反射小球，紅外反射小球與上料板和下料板之間通過球安裝架連接。球安裝架和紅外反射小球的數(shù)量和位置可根據(jù)所使用的C形臂的不同而調整。
[0044]所述近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架為圓板形，直徑為300mm，厚度為4mm。上料板和下料板采用鋁合金材料制作，近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架采用有機玻璃材料制作。
[0045]本實用新型的具體使用方法為:首先，將X射線圖像校正靶懸掛在C型臂的X光接受面上，調節(jié)手輪進行鎖緊固定將校正靶固定在C型臂上;控制C型臂拍攝X射線圖像校正靶，得到本校正靶的透視圖像;對得到的校正靶的透視圖像進行分割;根據(jù)近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架上對S?5mm不銹鋼球珠設定的幾何約束條件完成全部識別;利用近端鋼珠支架上的3個S?5mm不銹鋼球珠以仿射變換為模型計算得到矢量域;利用上述矢量域結合薄板樣條插值算法消除X射線圖像失真效應;進而參比線性相機利用DLT算法計算得到投影矩陣對C臂進行標定校正。
[0046]上料板、下料板設置的紅外反射小球起到標記的作用，術中定位傳感器通過追蹤紅外反射小球定位校正靶的空間位置。
[0047]本實用新型采用非對稱排布的標記點，且其中不銹鋼球珠定位點具有一定的幾何約束條件，結合該約束條件可以更加準確地完成校正過程。
[0048]本實用新型可以幫助快速識別坐標方向，與相應的校正方法結合對變形圖像進行校正，圖像處理算法更加快速準確。而且，本實用新型結構簡單，可以實現(xiàn)快捷安裝，使用方便快捷。
[0049]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此。
【主權項】
1.一種手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述手術導航用X線圖像校正靶包括:近端鋼珠支架、遠端鋼珠支架、上料板、下料板、固定座一、固定座二、支撐、手輪、球安裝架、不銹鋼球珠、紅外反射小球； 所述近端鋼珠支架固定于上料板上，遠端鋼珠支架固定于下料板上;近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架上均設有盲孔； 所述上料板和下料板之間由支撐連接； 所述固定座一和固定座二設置在上料板上； 所述手輪設置于固定座一上； 所述上料板和下料板均設置有球安裝架，紅外反射小球位于球安裝架中； 所述不銹鋼球珠嵌于近端鋼珠支架和遠端鋼珠支架的盲孔中。2.根據(jù)權利要求1所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述手術導航用X線圖像校正靶還包括調整片、調整墊片、限位片;所述上料板設有3個固定座，包括I個固定座一和2個固定座二;其中，固定座一與調整墊片和調整片依次連接，2個固定座二分別與各自的限位片連接。3.根據(jù)權利要求1所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述近端鋼珠支架上有錐形盲孔92個，其中包括89個Φ 3mm錐形盲孔和3個Φ 5mm錐形盲孔。4.根據(jù)權利要求3所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述近端鋼珠支架上的89個Φ 3mm錐形盲孔呈網格陣列排布，行列間距為20mm。5.根據(jù)權利要求3所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述近端鋼珠支架每個Φ 3mm錐形盲孔內各嵌一個S Φ 3mm不銹鋼球珠，每個Φ 5mm錐形盲孔內各嵌一個S Φ 5mm不銹鋼球珠。6.根據(jù)權利要求1所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述遠端鋼珠支架上有4個Φ 5mm錐形盲孔，每個錐形盲孔中各嵌一個S Φ 5mm不銹鋼球珠。7.根據(jù)權利要求3所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述近端鋼珠支架的3個SC> 5mm不銹鋼球珠和遠端鋼珠支架的4個SC> 5mm不銹鋼球珠在空間三個坐標軸方向上均不對稱，且近端鋼珠支架的3個S Φ 5mm不銹鋼球珠Pl、P2、P3與遠端鋼珠支架4個Φ 5mm不銹鋼球珠D1、D2、D3、D4之間滿足如下的幾何約束關系:0.9< D2Di I / I PiDi <1.1； 0.9< D3P21 / ID4P2 <1.1； 85。<angle(P2Di,P3D2) <95° ；0.9< P3D21 / ID3P3 <1.1； 0.9< D3D21 / ID4D3 <1.1；85° < Bngle(D3D2^D4D3) <95° ； 85° <angle(P3Di,D3P3) <95°。8.根據(jù)權利要求1所述的手術導航用X線圖像校正靶，其特征在于，所述球安裝架上的紅外反射小球是光學定位標記物。
【文檔編號】A61B34/20GK205514898SQ201620087727
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】錢濟先, 高浩然
【申請人】錢濟先