一种基于无线传输的脑组织变形矫正系统的制作方法

技术特征：

1.一种基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，该系统由脑组织变形工作台和三维激光扫描仪工作台组成，所述脑组织变形工作台搭载脑组织变形矫正软件系统；三维激光扫描仪的扫描分辨率为500微米以上，精度1mm以上。

2.按权利要求1所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述的脑组织变形矫正软件系统包括三维可视化模块、标定模块、脑组织提取模块、网格化模块、边界条件获取模块、有限元计算模块、术前图像更新模块以及通讯模块。

3.按权利要求1所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述脑组织变形矫正软件系统其工作流程是：

(1)通过通讯模块将术前图像从神经外科手术导航系统传输到脑组织变形工作台；

(2)采用自动分割与手动分割相结合的算法将脑组织从术前图像中提取出，获得目标组织；

(3)结合类八叉树和MT算法对上述目标进行三维网格；

(4)对每一网格单元赋予相应的生物力学属性，建立目标组织的物理模型；

(5)借助三维激光扫描仪和子块式表面跟踪算法获得边界条件；

(6)结合边界条件与物理模型进行有限元计算，获目标组织任意位置的变形；

(7)采用插回算法用获得的变形后网格更新术前三维数据场；

(8)将预测更新后图像通过通讯模块传输会神经外科导航系统 。

4.按权利要求3所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于所述步骤(3)中的三维网格是四面体网格或六面体网格。

5.按权利要求3所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述步骤(5)中，所述的子块式表面跟踪算法包括步骤：

(1)通过三维激光扫描仪获取变形后软组织表面点集，作为变形后的软组织表面；

(2)使用刚性配准方法将对变形后软组织表面和初始软组织表面进行初配准；

(3)基于子块式能量函数最小非刚性配准算法获得两个点集中点与点之间的映射关系。

6.按权利要求3所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述步骤(6)中，使用基于PETSc(Portable,Extensible Toolkit for Scientific Computation)构建的线性求解器实现多处理器并行计算，加快运算速度。

7.按权利要求5所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述步骤(2)中的刚性配准方法基于不同空间的坐标系转换。

8.按权利要求3所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述步骤(5)中， 其子块式表面跟踪算法包括步骤：

(1)将需要跟踪的软组织初始表面网格节点X＝{x,i＝1,2,……M}划分成若干小块：P＝{p,k＝1,2,……L}，除了小块p_L以外，其它每个小块p_k包含l个节点，小块p_L包含M-(L-1)*l个节点；

(2)为每个点集小块p_k构建能量最小方程获得点其表面位移：

其中p_k＝{p,o＝1,2,……l}为点集小块，Y＝{y,j＝1,2,……N}为点云的点集，c_jk是定义两个点集之间对应概率的相关性矩阵，λ为权重因子；用薄板样条(Thin-plate Spline)非刚性配准算法计算变形皮层(Y)与未变形皮层(p_k)之间映射函数f，获得点集小块表面位移Disp_pk；

(3)集合每个点集小块的位移Disp_pk，获得需要跟踪的软组织表面网格节点的位移Disp_x。

9.按权利要求5所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，所述步骤(2)中的刚性配准方法基于不同空间的坐标系转换，其实现初始软组织表面和变形后软组织表面的初配准包括步骤；

(1)将三维激光扫描仪空间变换到跟踪工具空间；

(2)将跟踪工具空间变换到跟踪设备空间；

(3)将跟踪设备空间变换到参考架空间；

(4)将参考架空间变换到图像空间，图像空间为变形前软组织所在空间。

10.按权利要求9所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，其中，所述的跟踪工具固定在三维激光扫描仪上，跟踪工具被跟踪设备跟踪；参考架固定在患者身体上，参考架被跟踪设备跟踪。

11.按权利要求9所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，其中，所述(1)的空间坐标变换通过术前标定过程中在脑组织变形矫正软件系统中实现；所述(2)(3)(4)的空间坐标变换在手术导航系统中实现，通过通讯模块传输给脑组织变形矫正软件体统使用。

12.按权利要求11所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，其中，所述的术前标定过程包括步骤：

(1)启动3D扫描仪扫描校准靶，将扫描所得点云文件存入脑组织变形工作台；

(2)打开点云文件，使用鼠标从标定靶点云图像中选取5-7个特征点；

(3)借助跟踪设备和可被跟踪的探针在标定靶上选取与点云图像中对应的特征点；

(4)采用点配准算法，将二者配准，得到三维激光扫描仪空间到跟踪工具空间之间的坐标变 换关系。

13.按权利要求1所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统，其特征在于，脑组织变形工作台通过无线通讯与神经外科手术导航系统进行数据交换，手术导航系统作为服务器端，脑组织变形矫正系统作为客户端。

14.权利要求13所述的基于无线传输的脑组织变形矫正系统在用于神经外科手术导航系统集成中的用途；其中包括：由客户端首先发出请求，服务器端按照握手命令做出回应；对于空间变换矩阵的传输：首先通过命令进行握手，然后传输数据，最后通过命令结束传输，所有命令用字符串表示，以CMD开始，其中握手命令为：CMDASKTRANS(请求传输变换矩阵，客户端发出)；CMDREQACK(同意传输，服务器端发出)；结束命令为CMDSENDFIN(传输结束，服务器端发出)；术前图像的传输与空间变换矩阵传输的方式同；对于预测更新后图像的传输，图像数据放在一个一维数组中，应用层的握手命令如下：CMDSENDREQ(请求传输图像，客户端发出)；CMDREQACK(同意接收图像更新后数据，客户端发出)；CMDSENDFIN传输结束，客户端发出)。