【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療手術導航領域，更具體的說是涉及一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法及系統。
技術介紹
1、下頜骨截角手術是一種重要的口腔頜面外科手術，主要用于治療由于下頜骨發育異常或外傷導致的下頜角肥大、不對稱等問題。這種手術不僅能夠改善患者的面部輪廓，還能解決因下頜骨異常引起的功能障礙，如咀嚼困難、顳下頜關節紊亂等，從而提高患者的生活質量。
2、在傳統手術中，醫生通常依賴于個人經驗和手動操作來進行截骨。由于采用口內入路，手術視野和操作空間非常有限，包括：醫生難以準確定位手術區域和截骨刀具，容易對周圍組織造成不必要的損傷。且難以精確執行手術規劃，導致實際結果可能偏離預期，影響手術效果。
3、為了克服這些局限性，手術導航技術被引入，通過實時追蹤患者和手術器械的位置，為外科醫生提供精確的解剖結構信息和操作引導。然而，現有的單模態導航系統(光學或電磁)在下頜骨截角術中仍存在諸多問題：其需要在下頜骨上固定較大的標記物，并且需要持續的視線，這不僅會影響醫生的操作，還容易受到遮擋導致定位失敗。雖然不需要視線，但導磁性的截骨刀具會對電磁傳感器產生磁場干擾，導致定位失真，而且電磁導航的工作范圍較窄。
4、此外，不同導航系統之間的數據格式、傳輸協議等存在差異，難以實現無縫集成和高效協同工作。這增加了手術準備的復雜性和手術過程中的操作難度。且現有的導航系統大多在手術結束后才進行效果評估，無法為醫生提供實時的手術反饋。這可能導致醫生在手術過程中難以及時發現并糾正偏差，影響手術質量和患者安全。
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技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，有效克服了現有單模態導航系統的缺陷，提高了手術的準確性和安全性，更好地輔助醫生進行精準和安全的手術操作。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，截骨刀具上固定有光學標記，配置光學設備進行追蹤；下頜骨上固定有一個六自由度微型電磁傳感器，配置電磁設備進行追蹤；
4、包括以下步驟：
5、s1、構建三維歐式坐標系；所述三維歐式坐標系包括：光學設備坐標系{opt}、電磁設備坐標系{em}、截骨刀具局部坐標系{ss}、術前ct影像坐標系{ct}和患者坐標系{p}；
6、s2、定義不同三維歐式坐標系之間的齊次坐標變換矩陣
7、
8、其中，為旋轉矩陣，為平移向量；
9、s3、基于不同三維歐式坐標系之間的齊次坐標變換矩陣將截骨刀具局部坐標系{ss}中的刀具位姿psss映射至ct影像空間，并結合下頜骨三維模型進行疊加顯示，生成導航界面；
10、s4、結合基于距離閾值和時間閾值的自動混合導航策略，對所述導航界面進行更新，獲得更新后的導航界面；
11、s5、對更新后的導航界面進行準確性評估，直至輸出滿足預設條件的導航界面。
12、優選的，所述s2中，齊次坐標變換矩陣包括：
13、光學設備坐標系{opt}和電磁設備坐標系{em}之間的齊次坐標變換矩陣電磁設備坐標系{em}和患者坐標系{p}之間的齊次坐標變換矩陣截骨刀具局部坐標系{ss}和光學設備坐標系{opt}之間的齊次坐標變換矩陣和術前ct影像坐標系{ct}和患者坐標系{p}之間的齊次坐標變換矩陣
14、優選的，所述齊次坐標變換矩陣通過空間注冊策略獲得，包括：
15、對術前ct影像進行圖像分割，重建下頜骨的三維表面點云，獲得目標點云{q1，…，qm}；
16、基于電磁追蹤探針下的下頜骨表面的軌跡點坐標，將所述軌跡點坐標變換至患者坐標系{p}下，獲得源點云{p1，…，pn}；
17、采用點云配準算法將目標點云{q1，…，qm}和源點云{p1，…，pn}進行配準，獲得源點云到目標點云的變換矩陣
18、優選的，所述齊次坐標變換矩陣通過設備標定策略獲得，包括：
19、建立光磁混合探針下的光學局部坐標系{ol}和電磁局部坐標系{el}；所述光磁混合探針置有六自由度的電磁傳感器；
20、通過pivot標定獲取探針尖端在{ol}和{el}下的坐標pol和pel，
21、選取n個匹配點對，并通過點配準算法進行配準，獲得齊次坐標變換矩陣
22、優選的，所述s3中，截骨刀具局部坐標系{ss}中的刀具位姿psss通過刀具標定策略獲得，包括：
23、基于光學追蹤探針下的截骨刀具局部坐標系{ss}中的坐標點，將刀具標定問題分解為鋸平面法向量標定和鋸齒點標定pa、pb兩個子問題；
24、對于鋸平面法向量標定，拾取n個鋸片平面上的點，通過最小二乘法擬合空間平面，取空間平面的法向量作為鋸平面法向量；對于鋸齒點標定，重復拾取同一點m次，取m個點坐標的平均值作為鋸齒點坐標；
25、基于所述鋸平面法向量和鋸齒點坐標，獲得刀具位姿psss。
26、優選的，所述s3中，將截骨刀具局部坐標系{ss}中的刀具位姿psss映射至ct影像空間，表示為：
27、
28、其中，表示截骨刀具局部坐標系{ss}中以齊次坐標表示的刀具位姿，表示ct影像空間中以齊次坐標表示的刀具位姿。
29、優選的，所述s4中，基于距離閾值和時間閾值的自動混合導航策略，包括：
30、基于截骨刀具與電磁傳感器之間的距離d以及截骨刀具連續丟失光學標記的時間t，定義預設的距離閾值dth和時間閾值tth；
31、實時更新齊次坐標變換矩陣并基于預設的距離閾值dth和時間閾值tth對齊次坐標變換矩陣的更新進行動態調整。
32、優選的，所述動態調整，包括：
33、當d≤dth，或t≤tth時，停止電磁設備坐標系{em}和患者坐標系{p}之間的齊次坐標變換矩陣更新；
34、當d>dth，或t>tth時，恢復電磁設備坐標系{em}和患者坐標系{p}之間的齊次坐標變換矩陣更新。
35、優選的，所述s5包括：
36、基于更新后的導航界面，識別并定位出預期的解剖標志點位置以及疊加探針位置；
37、計算解剖標志點位置和探針位置之間的偏差g，并基于偏差閾值gth進行準確性評估；若g>gth，則重復上述s2至s4；否則，輸出更新后的導航界面。
38、第二方面，本專利技術提供一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航系統，包括：
39、坐標系構建模塊：用于構建三維歐式坐標系；所述三維歐式坐標系包括：光學設備坐標系{opt}、電磁設備坐標系{em}、截骨刀具局部坐標系{ss}、術前ct影像坐標系{ct}和患者坐標系本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，截骨刀具上固定有光學標記，配置光學設備進行追蹤；下頜骨上固定有一個六自由度微型電磁傳感器，配置電磁設備進行追蹤；
2.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述S2中，齊次坐標變換矩陣包括：
3.根據權利要求2所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述齊次坐標變換矩陣通過空間注冊策略獲得，包括：
4.根據權利要求2所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述齊次坐標變換矩陣通過設備標定策略獲得，包括：
5.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述S3中，截骨刀具局部坐標系{SS}中的刀具位姿psSS通過刀具標定策略獲得，包括：
6.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述S3中，將截骨刀具局部坐標系{SS}中的刀具位姿psSS映射至CT影像空間，表示為：
7.根據權利要求1所述的一種應用于
8.根據權利要求7所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述動態調整，包括：
9.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述S5包括：
10.一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，截骨刀具上固定有光學標記，配置光學設備進行追蹤；下頜骨上固定有一個六自由度微型電磁傳感器，配置電磁設備進行追蹤；
2.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述s2中，齊次坐標變換矩陣包括：
3.根據權利要求2所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述齊次坐標變換矩陣通過空間注冊策略獲得，包括：
4.根據權利要求2所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述齊次坐標變換矩陣通過設備標定策略獲得，包括：
5.根據權利要求1所述的一種應用于下頜骨截角手術的光磁混合導航方法，其特征在于，所述s3中，截骨刀具局部...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟偲，申宏彬，林航，程宇奇，李俊博，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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