一種手術(shù)機(jī)器人標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別定位方法，特別是涉及一種手術(shù)機(jī)器人標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]手術(shù)機(jī)器人需要利用二維X線透視圖像進(jìn)行手術(shù)定位，其原理主要是利用C型臂等醫(yī)學(xué)成像設(shè)備拍攝病人在手術(shù)中的X線透視圖像，并根據(jù)X線透視圖像上特定的標(biāo)志點(diǎn)計(jì)算手術(shù)機(jī)器人與手術(shù)空間之間的映射關(guān)系，從而進(jìn)行精準(zhǔn)的手術(shù)路徑規(guī)劃，進(jìn)而協(xié)助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)透視輻射少、手術(shù)精度高且手術(shù)效果優(yōu)良的機(jī)器人輔助手術(shù)。其中，怎樣實(shí)現(xiàn)X線透視圖像上特定標(biāo)志點(diǎn)的自動(dòng)有效識(shí)別是影響手術(shù)時(shí)間和效果的關(guān)鍵步驟。
[0003]目前，標(biāo)志點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別方法是先通過(guò)計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)之間的距離和垂直度識(shí)別符合既定設(shè)置的標(biāo)志點(diǎn)；再對(duì)有限閾值限制范圍內(nèi)能夠搜索到的標(biāo)志位標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并排序和編號(hào)。該方法雖然在一定程度上能夠縮短手術(shù)時(shí)間和提高手術(shù)效率，但是該方法仍具有如下兩種缺陷:第一種是該方法容易受到圖像灰度分布、導(dǎo)針和骨頭等背景因素的干擾，從而使得無(wú)法檢測(cè)到有效的候選點(diǎn)或者檢測(cè)到過(guò)多的候選點(diǎn)而無(wú)法正確識(shí)別出有效標(biāo)志點(diǎn)；第二種是該方法應(yīng)用于不同型號(hào)C型臂輸出的X線透視圖像時(shí)，會(huì)因?yàn)槭艿絏線透視圖像大小等的限制，而需要設(shè)置不同的識(shí)別閾值，所以該方法不能兼容不同型號(hào)的成像設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種手術(shù)機(jī)器人標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別定位方法，不但能夠兼容各種不同型號(hào)的成像設(shè)備，而且對(duì)不同成像質(zhì)量的X線透視圖像上的標(biāo)志點(diǎn)均能夠準(zhǔn)確、有效識(shí)別。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種手術(shù)機(jī)器人標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別定位方法，包括以下步驟:(1)根據(jù)選用具有兩組標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)定標(biāo)尺，獲取相應(yīng)的兩組特征三角形模板表，具體過(guò)程為:1)第一組標(biāo)志點(diǎn)包括一個(gè)特征點(diǎn)和兩個(gè)以上的頂點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)，將第一組標(biāo)志點(diǎn)中的特征標(biāo)志點(diǎn)分別與第一組標(biāo)志點(diǎn)中的任意兩個(gè)頂點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)組成若干特征三角形，分別計(jì)算每一特征三角形三個(gè)內(nèi)角的角度，并將計(jì)算結(jié)果存入第一組特征三角形模板表；2)第二組標(biāo)志點(diǎn)包括一個(gè)特征點(diǎn)和兩個(gè)以上的頂點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)，將第二組標(biāo)志點(diǎn)中的特征標(biāo)志點(diǎn)分別與第二組標(biāo)志點(diǎn)中的任意兩個(gè)頂點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)組成若干特征三角形，分別計(jì)算每一特征三角形三個(gè)內(nèi)角的角度，并將計(jì)算結(jié)果存入第二組特征三角形模板表；(2)通過(guò)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備透過(guò)步驟(1)所選用標(biāo)定標(biāo)尺拍攝獲取X線透視圖像；(3)基于BLOB檢測(cè)方法，對(duì)步驟(2)的X線透視圖像依次進(jìn)行二值化處理和連通域提取，并對(duì)提取的得到BLOB進(jìn)行選擇，如果不能選擇出有效的候選點(diǎn)，則結(jié)束；如果能選擇出有效的候選點(diǎn)，則組成兩組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合；(4)將步驟(3)得到的兩組標(biāo)志點(diǎn)初次的候選點(diǎn)集合中的候選點(diǎn)組成待匹配三角形，并與步驟(1)獲取的兩組特征三角形模板表進(jìn)行匹配，并判斷是否能獲取兩組標(biāo)志點(diǎn)的候選點(diǎn)集合，如果不能，則結(jié)束，如果能，則進(jìn)行下一步計(jì)算，具體過(guò)程為:1)將步驟⑶中的兩組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合的候選點(diǎn)每三個(gè)作為一組構(gòu)成待匹配三角形，計(jì)算待匹配三角形三個(gè)內(nèi)角的角度，并將計(jì)算結(jié)果分別與步驟(1)中獲得的第一組特征三角形模板表和第二組特征三角形模板表進(jìn)行匹配計(jì)算，當(dāng)匹配計(jì)算結(jié)果和待匹配三角形三個(gè)內(nèi)角的角度差值均在-5°?+5°范圍內(nèi)時(shí)，將組成該待匹配三角形的三個(gè)候選點(diǎn)作為一個(gè)組，對(duì)應(yīng)存入第一組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合或第二組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合；2)判斷第一組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合中有兩個(gè)共同頂點(diǎn)的兩三角形組合所能組成的其他三角形是否均符合標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，若能符合，則將該兩三角形組合作為一組對(duì)應(yīng)存入第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A，若不能符合，則將該兩三角形組合分別存入第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合B，與此同時(shí)，判斷第二組標(biāo)志點(diǎn)的初次候選點(diǎn)集合中有兩個(gè)共同頂點(diǎn)的兩三角形組合所能組成的其他三角形是否均符合標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第二組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，若能符合，則將該兩三角形組合作為一組對(duì)應(yīng)存入第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A，若不能符合，則將該兩三角形組合分別存入第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合B ；3)將第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A和第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合B組成第一組標(biāo)志點(diǎn)的候選點(diǎn)集合；將第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A和第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合B組成第二組標(biāo)志點(diǎn)的候選點(diǎn)集合；(5)根據(jù)步驟(4)得到的兩組標(biāo)志點(diǎn)的候選點(diǎn)集合中的已知點(diǎn)，分別計(jì)算出該組對(duì)應(yīng)的每一點(diǎn)坐標(biāo)，以得到兩組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合，具體過(guò)程為:1)根據(jù)第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，通過(guò)計(jì)算第一組標(biāo)志點(diǎn)中所有點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)得到第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A ;2)根據(jù)第一組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合B和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，通過(guò)計(jì)算第一組標(biāo)志點(diǎn)中所有點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)得到第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B ;3)根據(jù)第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集合A和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第二組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，通過(guò)計(jì)算第二組標(biāo)志點(diǎn)中所有點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)得到第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A ；4)根據(jù)第二組標(biāo)志點(diǎn)的二次候選點(diǎn)集B和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第二組標(biāo)志點(diǎn)的分布方式，通過(guò)計(jì)算第二組標(biāo)志點(diǎn)中所有點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)得到第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B ; (6)將步驟(5)得到的兩組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合進(jìn)行相互匹配，具體過(guò)程為:1)將步驟(5)得到的第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A進(jìn)行互相匹配關(guān)系驗(yàn)證計(jì)算，若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式相符，則將第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A輸出為初步結(jié)果，則進(jìn)入步驟(8);若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式不符，則進(jìn)入步驟2) ;2)將步驟(5)得到的第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B進(jìn)行互相匹配關(guān)系驗(yàn)證計(jì)算，若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式相符，則將第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B輸出為初步結(jié)果；則進(jìn)入步驟(8);若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式不符，則進(jìn)入步驟3) ;3)將步驟(5)得到的第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A進(jìn)行互相匹配關(guān)系驗(yàn)證計(jì)算，若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式相符，則將第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合A輸出為初步結(jié)果，則進(jìn)入步驟(8);若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式不符，則進(jìn)入步驟4) ;4)將步驟(5)得到的第一組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B和第二組標(biāo)志點(diǎn)的完整候選點(diǎn)集合B進(jìn)行互相匹配關(guān)系驗(yàn)證計(jì)算，若匹配結(jié)果和標(biāo)定標(biāo)尺上既定的第一組標(biāo)志點(diǎn)和第二組標(biāo)志點(diǎn)之間的分布方式相符，則將第一組標(biāo)志點(diǎn)