一种手术导航用x线图像校正靶的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种手术导航用X线图像校正靶，包括：近端钢珠支架、远端钢珠支架、上料板、下料板、固定座一、固定座二、支撑、手轮、球安装架、不锈钢球珠、红外反射小球。本实用新型可以帮助快速识别坐标方向，与相应的校正方法结合对变形图像进行校正，定位结果稳定准确，并且结构简单，可以实现快捷安装，使用方便快捷。
【专利说明】
一种手术导航用X线图像校正靶
技术领域
[0001]本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种手术导航用X线图像校正靶。
【背景技术】
[0002]手术导航技术目前广泛应用于神经外科、脊柱外科、耳鼻喉科、整形外科等领域，其中一类是以C型臂X光机为基础，通过X射线透视获得手术区域的图像资料，并将其转存到图像工作站中，形成导航参考图像，为医生的诊断和手术提供参考。
[0003]由于C型臂X射线成像系统本身固有的特性，输出的X射线图像存在着失真变形。该失真变形使图像中患者信息发生扭曲，影响医生的诊断，若将这种失真变形图像直接用于手术导航，将影响手术器械的定位，从而最终影响到手术导航的精度。因此，研究图像变形校正，即理想图像与失真图像中对应像素之间的坐标转换关系及灰度值映射关系可为医生提供正确的二维参考图像，对缩短手术时间具有重要意义。
[0004]对C型臂X线图像固有的几何变形进行校正需要借助图像中大量的标志点数据对图像理想模型建立以及进行全局校正研究。因此，C型臂X线图像中标志点的自动识别与数据提取成为此类手术导航技术研究的基础之一。为了获取这些标志点的数据往往需要采用专门的校准工具，这些校准工具上都设计有某种形式的特定标志物，一般为金属小球或金属丝网。采用C形臂X光机获取校准工具的图像，特定标志物就会在图像中留下投影，投影的面积及中心位置数据即为所需的标志点数据。而为了获取这些数据，必须首先对特定标志物在图像中的投影进行自动识别，在此基础上再采用一定的方法计算出其面积及中心坐标数据，标志点数据的准确性直接影响图像变形校正精度，进而影响最终的手术导航精度。标记点的设计有对称排布和非对称排布，其中对称排布存在阻碍反射图像检测的问题。因此，非对称排布的定位受到更多青睐。目前的校正靶仍存在着使用繁琐、准确性和稳定性不高的问题。
[0005]并且，目前国内基本都使用进口的校正靶，不仅价格昂贵，而且在技术上受制于人，因此急需发展具有自主知识产权、使用稳定准确的校正靶。
【实用新型内容】
[0006]针对以上问题，本实用新型提供了一种手术导航用X线图像校正靶，能帮助快速识别坐标方向，使图像处理更加快速准确。此外，本实用新型校正靶结构简单，可以实现快捷安装。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是，一种手术导航用X线图像校正靶，包括:近端钢珠支架1、远端钢珠支架2、上料板3、下料板4、固定座一 5、固定座二 6、支撑10、手轮12、球安装架15、不锈钢球珠16、红外反射小球17 ；
[0008]其中，所述近端钢珠支架I固定于上料板3上，远端钢珠支架2固定于下料板4上;近端钢珠支架和远端钢珠支架上均设有盲孔；
[0009]其中，所述上料板3与下料板4通过支撑10连接固定；
[0010]所述支撑10有多个；
[0011 ]所述固定座一 5和固定座二 6设置在上料板3上；
[0012I所述手轮12设置于固定座一上；
[0013]所述上料板和下料板均设置有球安装架15，红外反射小球17位于球安装架中；
[0014]所述不锈钢球珠16嵌于近端钢珠支架和远端钢珠支架的盲孔中。
[0015]所述盲孔是不穿透的孔。
[0016]优选的，所述手术导航用X线图像校正靶还包括调整片7、限位片8、调整垫片9;所述上料板设有3个固定座，包括I个固定座一和2个固定座二;其中，固定座一与调整垫片和调整片依次连接，2个固定座二分别与各自的限位片连接。
[0017]其中，所述近端钢珠支架上有锥形盲孔92个，其中包括89个Φ3mm锥形盲孔和3个Φ 5mm锥形盲孔，其中89个锥形盲孔呈网格阵列排布，行列间距为20mm;每个Φ 3mm锥形盲孔内各嵌一个S Φ 3mm不锈钢球珠，每个Φ 5mm锥形盲孔中各嵌一个S Φ 5mm不锈钢球珠。
[00? 8] 所述远端钢珠支架上有4个Φ 5mm锥形盲孔，每个锥形盲孔中各嵌一个S Φ 5mm不锈钢球珠。
[0019]其中近端钢柱支架的3个S? 5mm不锈钢球珠和远端钢珠支架的4个S?5mm不锈钢球珠在空间三个坐标轴方向上均不对称，且近端钢珠支架的3个S Φ 5mm不锈钢球珠P1、P2、P3与远端钢珠支架4个S? 5mm不锈钢球珠之间满足如下的几何约束关系:
[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，上料板与下料板边设有光学定位标记物，光学定位标记物为红外反射小球，红外反射小球与上料板和下料板之间通过球安装架连接。
[0027]本实用新型中，所述近端钢珠支架、远端钢珠支架为圆板形，直径为300mm，厚度为4mm ο
[0028]本实用新型手术导航用X线图像校正靶，上料板和下料板采用铝合金材料制作，近端钢珠支架和远端钢珠支架采用有机玻璃材料制作。
[0029]本实用新型可以帮助快速识别坐标方向，使图像处理算法更加快速准确。而且，本实用新型结构简单，可以实现快捷安装，使用方便快捷。
【附图说明】
[0030]图1是本实用新型的结构示意图。图中，1:近端钢珠支架、2:远端钢珠支架、3:上料板、4:下料板、5:固定座一、6:固定座二、7:调整片、8:限位片、9:调整垫片、10:支撑、12:手轮、15:球安装架、16:不锈钢球珠、17:红外反射小球。
[0031]图2是近端钢珠支架、远端钢珠支架的不锈钢球珠的分布示意图。PhP^P3为近端钢珠支架上的3个S Φ 5mm不锈钢球珠，D1、D2、D3、D4为远端近端钢珠支架上的4个S Φ 5mm不锈钢球珠。
【具体实施方式】
[0032]为了便于对本实用新型的理解，下面将结合附图对本实用新型做进一步的解释说明。
[0033]如图1所示，一种手术导航用X线图像校正靶，包括近端钢珠支架1、远端钢珠支架
2、上料板3、下料板4，其中近端钢珠支架I和远端钢珠支架2分别通过螺丝固定于上料板3和下料板4;若干支撑10，其中支撑10通过螺丝与上料板3、下料板4连接固定;3个固定座，包括I个固定座一5和2个固定座二6，固定座一5和固定座二6均通过螺丝固定于上料板3;调整垫片9、调整片7，通过导杆螺丝依次连接于固定座一 5;限位片8通过螺丝固定于固定座二 6;手轮12与固定座一 5和调整垫片9连接;其中红外反射小球17与上料板3和下料板4之间通过球安装架15连接。
[0034]其中，近端钢珠支架和远端钢珠支架按照图2所示的分布位置设置有盲孔，其中每一个盲孔中都设置有等直径的不锈钢球珠16。盲孔是指不穿透的孔，呈锥形，略微上大下小，方便不锈钢球珠嵌于其中。
[0035]其中，近端钢柱支架的3个Φ5_锥形盲孔和远端钢珠支架的4个Φ5_锥形盲孔按照图2的布局进行分布，其在空间三个坐标轴方向上均不对称，且近端钢珠支架的3个Φ5πιπι锥形盲孔Ρι、Ρ2、Ρ3与远端钢珠支架4个Φ5πιπι锥形盲孔D1、D2、D3、D4之间满足如下的几何约束关系:
[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]每个Φ 3mm锥形盲孔内各嵌一个S Φ 3mm不锈钢球珠，每个Φ 5mm锥形盲孔中各嵌一个S Φ 5mm不锈钢球珠。上料板与下料板边
[0043]设有光学定位标记物，光学定位标记物为红外反射小球，红外反射小球与上料板和下料板之间通过球安装架连接。球安装架和红外反射小球的数量和位置可根据所使用的C形臂的不同而调整。
[0044]所述近端钢珠支架、远端钢珠支架为圆板形，直径为300mm，厚度为4mm。上料板和下料板采用铝合金材料制作，近端钢珠支架和远端钢珠支架采用有机玻璃材料制作。
[0045]本实用新型的具体使用方法为:首先，将X射线图像校正靶悬挂在C型臂的X光接受面上，调节手轮进行锁紧固定将校正靶固定在C型臂上;控制C型臂拍摄X射线图像校正靶，得到本校正靶的透视图像;对得到的校正靶的透视图像进行分割;根据近端钢珠支架、远端钢珠支架上对S?5mm不锈钢球珠设定的几何约束条件完成全部识别;利用近端钢珠支架上的3个S?5mm不锈钢球珠以仿射变换为模型计算得到矢量域;利用上述矢量域结合薄板样条插值算法消除X射线图像失真效应;进而参比线性相机利用DLT算法计算得到投影矩阵对C臂进行标定校正。
[0046]上料板、下料板设置的红外反射小球起到标记的作用，术中定位传感器通过追踪红外反射小球定位校正靶的空间位置。
[0047]本实用新型采用非对称排布的标记点，且其中不锈钢球珠定位点具有一定的几何约束条件，结合该约束条件可以更加准确地完成校正过程。
[0048]本实用新型可以帮助快速识别坐标方向，与相应的校正方法结合对变形图像进行校正，图像处理算法更加快速准确。而且，本实用新型结构简单，可以实现快捷安装，使用方便快捷。
[0049]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此。
【主权项】
1.一种手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述手术导航用X线图像校正靶包括:近端钢珠支架、远端钢珠支架、上料板、下料板、固定座一、固定座二、支撑、手轮、球安装架、不锈钢球珠、红外反射小球； 所述近端钢珠支架固定于上料板上，远端钢珠支架固定于下料板上;近端钢珠支架和远端钢珠支架上均设有盲孔； 所述上料板和下料板之间由支撑连接； 所述固定座一和固定座二设置在上料板上； 所述手轮设置于固定座一上； 所述上料板和下料板均设置有球安装架，红外反射小球位于球安装架中； 所述不锈钢球珠嵌于近端钢珠支架和远端钢珠支架的盲孔中。2.根据权利要求1所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述手术导航用X线图像校正靶还包括调整片、调整垫片、限位片;所述上料板设有3个固定座，包括I个固定座一和2个固定座二;其中，固定座一与调整垫片和调整片依次连接，2个固定座二分别与各自的限位片连接。3.根据权利要求1所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述近端钢珠支架上有锥形盲孔92个，其中包括89个Φ 3mm锥形盲孔和3个Φ 5mm锥形盲孔。4.根据权利要求3所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述近端钢珠支架上的89个Φ 3mm锥形盲孔呈网格阵列排布，行列间距为20mm。5.根据权利要求3所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述近端钢珠支架每个Φ 3mm锥形盲孔内各嵌一个S Φ 3mm不锈钢球珠，每个Φ 5mm锥形盲孔内各嵌一个S Φ 5mm不锈钢球珠。6.根据权利要求1所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述远端钢珠支架上有4个Φ 5mm锥形盲孔，每个锥形盲孔中各嵌一个S Φ 5mm不锈钢球珠。7.根据权利要求3所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述近端钢珠支架的3个SC> 5mm不锈钢球珠和远端钢珠支架的4个SC> 5mm不锈钢球珠在空间三个坐标轴方向上均不对称，且近端钢珠支架的3个S Φ 5mm不锈钢球珠Pl、P2、P3与远端钢珠支架4个Φ 5mm不锈钢球珠D1、D2、D3、D4之间满足如下的几何约束关系: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.根据权利要求1所述的手术导航用X线图像校正靶，其特征在于，所述球安装架上的红外反射小球是光学定位标记物。
【文档编号】A61B34/20GK205514898SQ201620087727
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】钱济先, 高浩然
【申请人】钱济先