基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法及装置与流程

本发明涉及电磁跟踪的，尤其涉及一种基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，以及基于电磁跟踪的呼吸相位搜索装置。

背景技术：

1、呼吸运动是一种具有周期性的生理活动，呼吸相位可以视为这种运动的表达，用于反应目标在呼吸运动周期中所处的位置。呼吸相位与目标呼吸运动有着一一对应的映射关系。目前有通过基于呼吸波纹管、基于光学跟踪、基于电磁跟踪、基于荧光透视图像、基于图像内部特征点等技术来进行呼吸相位搜索。

2、电磁跟踪技术通过电磁场发生器构建空间磁场，电磁接收器在空间磁场中依照电磁感应定律接受磁场信号，利用转换关系求解电磁接收器当前位姿信息。电磁定位跟踪是一种具有精度高、响应频率高、操作简单、无遮挡问题等优点的跟踪技术，可以实现在术中实时鲁棒的反应患者的呼吸相位。

3、手术导航系统需要根据患者的术前影像规划目标靶点、手术路径等操作，为术中根据术前影像中的规划进行术中引导定位。手术导航系统能否在术中准确的搜索出患者在术前拍摄影像时的呼吸相位，对于手术导航系统的定位精度尤为重要。由于术中患者呼吸相位与患者拍摄术前ct图像时的呼吸相位无法保证在同一相位，因此根据术前影像规划的目标点会在术中定位会产生偏差。为了在术中找到拍摄术前影像时相同的呼吸相位，术中的呼吸相位搜索是必不可少的。

4、通过将电磁跟踪融合到手术导航系统中，可使得手术导航系统在术中可以实时精准获取患者呼吸相位。通过获取的患者呼吸相位搜索出患者拍摄影像资料时的呼吸相位，使得术中导航时避免因术中术前呼吸相位不符所导致的定位误差。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其能够解决因术中患者呼吸相位与患者拍摄术前影像时的呼吸相位不符导致术中导航与术前规划产生误差的技术问题，能够在术中搜索出患者术前拍摄影像时的呼吸相位。

2、本发明的技术方案是：这种基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其包括以下步骤：

3、(1)术前患者粘贴磁定位标志贴拍摄术前影像，磁定位标志贴上带有标志点，标志点以某种几何结构排布，将多个磁定位标志贴粘贴在患者施术范围附近拍摄影像，获取术前影像数据中标志点在影像坐标系下的位置关系，并以此位置关系记录为患者拍摄术前影像的呼吸相位；

4、(2)术中对磁定位标志贴安装磁传感器进行标定，获取磁定位标志贴转换矩阵，磁定位标志贴转换矩阵代表磁传感器到磁定位标志贴标志点的空间位置转换关系；

5、(3)利用磁定位标志贴转换矩阵记录术中患者多个呼吸周期标志点的位置信息；

6、(4)利用多个呼吸周期标志点位置信息与术前影像中标志点位置信息进行多次术中配准，搜索出术前影像呼吸相位相匹配的呼吸相位。

7、本发明术前患者粘贴磁定位标志贴拍摄术前影像，术中对磁定位标志贴安装磁传感器进行标定，获取磁定位标志贴转换矩阵，利用磁定位标志贴转换矩阵记录术中患者多个呼吸周期标志点的位置信息，利用多个呼吸周期标志点位置信息与术前影像中标志点位置信息进行多次配准，搜索出术前影像呼吸相位相匹配的呼吸相位，利用电磁定位跟踪具有相应快和精度高的特点，可以实时精准的反应患者的呼吸相位，电磁定位跟踪可以避免视线被遮挡的问题发生，电磁定位标志贴可以根据术式改变，更好的获取患者局部的呼吸相位变化，因此能够解决因术中患者呼吸相位与患者拍摄术前影像时的呼吸相位不符导致术中导航与术前规划产生误差的技术问题，能够在术中搜索出患者术前拍摄影像时的呼吸相位。

8、还提供了基于电磁跟踪的呼吸相位搜索装置，其包括：

9、位置关系获取模块，其配置执行：术前患者粘贴磁定位标志贴拍摄术前影像，磁定位标志贴上带有标志点，标志点以某种几何结构排布，将多个磁定位标志贴粘贴在患者施术范围附近拍摄影像，获取术前影像数据中标志点在影像坐标系下的位置关系，并以此位置关系记录为患者拍摄术前影像的呼吸相位；

10、转换矩阵模块，其配置执行：术中对磁定位标志贴安装磁传感器进行标定，获取磁定位标志贴转换矩阵，磁定位标志贴转换矩阵代表磁传感器到磁定位标志贴标志点的空间位置转换关系；

11、位置信息记录模块，其配置执行：利用磁定位标志贴转换矩阵记录术中患者多个呼吸周期标志点的位置信息；

12、配准搜索模块，其配置执行：利用多个呼吸周期标志点位置信息与术前影像中标志点位置信息进行多次术中配准，搜索出术前影像呼吸相位相匹配的呼吸相位。

技术特征：

1.基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：所述步骤(4)中，术中配准是利用磁定位标志贴标志点在影像坐标系中的位置与磁定位标志贴标志点在磁场发生器坐标系中的位置，计算出影像坐标系到磁场发生器坐标系的转换矩阵；配准过程中伴随着患者的呼吸周期进行，进行多次配准获取多个转换矩阵，同时记录下获得每个转换矩阵的磁传感器位置信息；选取配准误差最小的转换矩阵作为影像坐标系到磁场发生器坐标系的转换矩阵，同时得到此时磁传感器的位置坐标信息，此时磁传感器的位置信息作为搜索到与术前患者拍摄影像时相匹配的呼吸相位。

3.根据权利要求2所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：所述步骤(4)完成术中配准后，时刻记录磁定位传感器的位置关系，并且计算每一个时刻下每个传感器与搜索到的呼吸相位下的传感器之间的欧式距离，若距离小于预设值，则代表到达患者呼吸相位到达术前拍摄呼吸相位，实现术中对患者术前拍摄影像时的呼吸相位搜索。

4.根据权利要求3所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：所述步骤(3)包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法，其特征在于：所述步骤(4)包括以下步骤：

7.根据权利要求3所述的基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法的装置，其特征在于：其包括：

技术总结
基于电磁跟踪的呼吸相位搜索方法及装置，术前患者粘贴磁定位标志贴拍摄术前影像，术中对磁定位标志贴安装磁传感器进行标定，获取磁定位标志贴转换矩阵，利用磁定位标志贴转换矩阵记录术中患者多个呼吸周期标志点的位置信息，利用多个呼吸周期标志点位置信息与术前影像中标志点位置信息进行多次配准，搜索出术前影像呼吸相位相匹配的呼吸相位，利用电磁定位跟踪具有相应快和精度高的特点，可以实时精准的反应患者的呼吸相位，电磁定位跟踪可以避免视线被遮挡的问题发生，电磁定位标志贴可以根据术式改变，更好的获取患者局部的呼吸相位变化。

技术研发人员：杨峰,卞景艺
受保护的技术使用者：艾瑞迈迪医疗科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12