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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种基于超声图像的骨折远近端空间位姿实时获取与配准系统，包括术前数据采集模块、超声图像分割模块、点云获取模块、配准与定位模块、可视化模块。本发明所提出的基于超声影像数据的配准系统通过对超声探头进行改造，添加红外标记球并进行标定，可以准确无创地提取骨表面特征，进而通过配准获取患骨的空间位姿。同时本发明使用超声设备进行术中患骨数据的采集，极大的降低了患者所受到的辐射损害。本发明能够在术中精确定位患骨的位置并与术前重建的模型进行配准，为骨折复位手术提供准确的三维信息，并且系统具有无辐射损害、操作简便、适用各种类型的骨折手术等优点。

主权项：1.基于超声图像的骨折远近端空间位姿实时获取与配准系统，其特征在于，包括以下子模块：术前数据采集模块、超声图像分割模块、点云获取模块、配准与定位模块、可视化模块；所述的术前数据采集模块用于从人体骨折部位CT数据中提取近端骨、远端骨和健侧骨区域并进行三维重建，之后将结果导出为STL网络模型作为标准模型骨，用于后续的配准和可视化呈现；所述的超声图像分割模块使用深度学习的方法获取超声图像分割模型，然后基于该模型对术中实时采集的图像进行分割，提取图像中包含的骨表面位置信息；所述的点云获取模块用于从术前STL网络模型中提取CT点云数据以及从术中超声图像分割结果中提取超声点云数据；所述的配准与定位模块用于将术前CT点云和术中超声点云进行配准，得到两者的转换矩阵，进而得到标准模型骨与实际患骨在空间位置上的对应关系；所述的可视化模块用于搭建三维虚拟场景，将经过配准和定位的患骨和健侧骨实时渲染至显示设备上，为医生提供直观的参考；对超声探头进行改造，将带有红外标记球的十字光学坐标架分别与远端骨和近端骨固连，然后使用双目视觉跟踪系统跟踪坐标架的空间位姿，可选取一个初始位姿作为参照点，记为则对于某一时刻坐标架的位姿变换矩阵为： 式中为当前时刻对应的坐标架空间位姿；由于坐标架与患骨之间是刚性连接，因此该矩阵即对应患骨的空间位姿变化矩阵；所述配准与定位模块通过对光学坐标系下的点云数据和CT坐标系下的点云数据进行配准，获取CT骨模型和实际患骨之间的对应关系，从而实时跟踪断骨的空间位姿；具体步骤如下：1利用最近点迭代算法，对所得的PCT和PUS进行配准，获取相应的转换矩阵该矩阵对应初始位姿时CT骨模型和实际患骨之间的转换矩阵；2记录实时获取的骨位姿变化矩阵，记为ΔTN，则CT坐标系下的标准骨模型和光学坐标系下实际患骨之间实时的映射关系为： 3分别得到近端骨和远端骨对应的映射关系之后，对CT坐标系中的近端骨和远端骨进行空间位姿变换，从而实时获取在光学坐标系下标准骨模型对应的空间位姿；4将经过镜像处理的健侧骨作为复位目标，然后通过最近点迭代算法对健侧骨和近端骨进行模型间配准，获取光学坐标系下健侧骨的空间位姿，此时远端骨相对于健侧骨的偏移量，即为骨折部位所需的复位量。

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百度查询： 天津大学 基于超声图像的骨折远近端空间位姿实时获取与配准系统