1.一种用于骨科手术的光学三维扫描设备,用于在骨科手术中对骨骼表面进行测量,其特征在于,所述设备包括:
投影机,用于向骨骼表面投影预设图案;
工业相机,用于拍摄投影有所述预设图案的骨骼表面的图像;以及
控制器,与所述投影机和所述工业相机通信,并在控制所述投影机向骨骼表面投影所述预设图案的同时,控制所述工业相机拍摄投影有所述预设图案的骨骼表面的图像。
2.如权利要求1所述的光学三维扫描设备,其特征在于,还包括:
框架,所述投影机、所述工业相机、所述控制器均安装在所述框架内;以及
光学定位工具,安装在所述框架上,并能够被骨科手术机器人系统中的光学定位跟踪器识别。
3.如权利要求2所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述光学定位工具为安装在所述框架上的多个反光球,所述反光球用于反射所述光学定位跟踪器发出的红外光。
4.如权利要求1所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述预设图案预先设置于所述控制器中,当所述控制器控制所述投影机进行投影时,将所述预设图案发送至所述投影机,以用于投影。
5.如权利要求4所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述预设图案包括一组具有不同频率的黑白数字光栅图案和/或一组至少三种颜色的纯色图案。
6.如权利要求5所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述投影机为彩色投影机,所述工业相机为黑白工业相机。
7.如权利要求6所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述控制器:
通过所述工业相机拍摄的、投影有所述黑白数字光栅图案的所述骨骼表面的图像,计算得到所述骨骼表面上各点的三维坐标,并生成所述骨骼表面的点云数据;
通过所述工业相机拍摄的、投影有所述纯色图案的所述骨骼表面的图像,计算得到所述骨骼表面上各点的色彩信息;并且
利用所述色彩信息将所述骨骼表面的点云数据转换为彩色点云数据。
8.如权利要求7所述的光学三维扫描设备,其特征在于,所述控制器与骨科手术机器人系统中的上位机通信,并向所述上位机发送所述骨骼表面的点云数据或彩色点云数据。
9.一种在骨科手术中利用光学三维扫描设备对骨骼表面进行测量的方法,所述光学三维扫描设备包括投影机和工业相机,其特征在于,所述方法包括:
控制所述投影机向骨骼表面投影预设图案;
控制所述工业相机拍摄投影有所述预设图案的骨骼表面的图像;以及
对所述图像进行处理,以生成所述骨骼表面的点云数据。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述光学三维扫描设备还包括用于自身定位的第一光学定位工具,在所述骨科手术的患者上固定有第二光学定位工具,所述方法还包括:
识别所述第一光学定位工具和所述第二光学定位工具的空间位置;以及
利用所述第一光学定位工具和所述第二光学定位工具的空间位置,将所述骨骼表面的点云数据转换为所述患者的坐标系中的点云数据。
11.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述预设图案包括一组具有不同频率的黑白数字光栅图案和/或一组至少三种颜色的纯色图案,并且
对所述图像进行处理,以生成所述骨骼表面的点云数据包括:
通过所述工业相机拍摄的、投影有所述黑白数字光栅图案的所述骨骼表面的图像,计算得到所述骨骼表面上各点的三维坐标,并生成所述骨骼表面的点云数据;和/或
通过所述工业相机拍摄的、投影有所述纯色图案的所述骨骼表面的图像,计算得到所述骨骼表面上各点的色彩信息,并利用所述色彩信息将所述骨骼表面的点云数据转换为彩色点云数据。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述投影机为彩色投影机,所述工业相机为黑白工业相机,并且所述方法还包括:
向骨科手术机器人系统中的上位机发送所述骨骼表面的点云数据或彩色点云数据。
13.如权利要求11或12所述的方法,其特征在于,还包括:
去除所述骨骼表面的点云数据和/或彩色点云数据中的噪声数据。
14.一种骨科手术中的图像注册方法,用于将术中获取的骨骼表面的图像与术前拍摄的骨骼表面的医学影像进行注册,其特征在于,所述方法包括:
在术前获取骨骼表面的术前医学影像;
利用如权利要求9-13中任一项所述的方法,在术中获取骨骼表面的术中点云数据;以及
将术中获取的骨骼表面的术中点云数据和/或彩色点云数据与术前获取的骨骼表面的术前医学影像进行注册。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,术前获取骨骼表面的医学影像包括:
利用医学影像扫描仪,对人体患处进行扫描;
根据扫描得到的医学影像,获取骨骼表面的等值面数据;以及
对所述等值面数据进行采样,得到所述骨骼表面的术前点云数据。
16.如权利要求14所述的方法,其特征在于,将术中获取的骨骼表面的术中点云数据与术前获取的骨骼表面的术前医学影像进行注册包括:
在所述术前医学影像和所述术中点云数据中选取对应点对;
利用所选取的对应点对,将所述术中点云数据与所述术前医学影像进行粗略注册;以及
基于粗略注册的结果,利用预设的迭代算法,将所述术中点云数据与所述术前医学影像进行精细注册。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,将术中获取的骨骼表面的术中点云数据与术前获取的骨骼表面的术前医学影像进行注册还包括:
将粗略注册得到的第一变换矩阵与精细注册得到的第二变换矩阵相叠加,得到最终注册变换矩阵。
18.一种手术机器人系统,其特征在于,包括如权利要求1-8中任一项所述的光学三维扫描设备。
19.一种电子设备,其特征在于,包括:
处理器;以及
存储器,存储有计算机程序,当所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求9-17中任一项所述的方法。
20.一种非瞬时性计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有计算机可读指令,当所述指令被处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求9-17中任一项所述的方法。