一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统

本发明涉及医学图像处理与混合现实，特别是涉及一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统。

背景技术：

1、眼眶位于面中部深部区域，其内部包含眼球、眼外肌、视神经、血管神经结构以及复杂骨性结构，是人体解剖结构最为复杂的区域之一。对于深部眼眶肿瘤、眶尖区域病变以及复杂眼眶骨性疾病，对肿瘤及手术相关解剖结构进行三维重建与呈现至关重要。

2、近年来，随着数字医学及计算机辅助设计（computer-aided design，cad）技术的发展，基于医学影像的三维重建、三维打印以及患者个体化手术导板已逐渐应用于口腔颌面外科、颅颌面外科及骨科等领域。通过患者术前ct数据建立三维解剖模型，可实现病变定位、术前模拟及个体化导板设计。

3、尽管患者个体化三维打印导板已在部分眼眶外科手术中显示出一定的应用价值，但目前三维打印导板仍需经历模型打印、导板制作及术前灭菌等流程，增加了术前准备时间及材料成本。近年来，混合现实（mixed reality，mr）技术能够将患者三维解剖信息以虚拟形式叠加于真实场景，为数字化术前规划提供了新的实现方式；但是，现有混合现实导航系统实现三维影像与患者实体头部的完全配准十分困难，往往需要多角度反复校准，过程冗长。因此，我们提出一种基于混合现实的个体化眼眶定位与可视化引导系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，具体包括：

2、医学影像数据获取模块，所述医学影像数据获取模块用于获取患者带反光标记点的眼眶薄层ct医学影像数据，并将ct医学影像数据转换为计算机可处理的医学数字影像格式；

3、眼眶多结构三维重建模块，所述眼眶多结构三维重建模块用于根据患者ct影像数据进行医学图像分割和三维数字模型重建，建立患者个体化眼眶三维数字模型以及确定反光标记点在ct坐标系下的位置坐标矩阵；

4、个体化虚拟导板生成模块，所述个体化虚拟导板生成模块用于根据患者个体化三维数字模型生成虚拟导板；

5、混合现实空间配准模块，所述混合现实空间配准模块用于利用反光标记点的坐标转换完成三维数字模型在ct坐标系与真实空间坐标系之间的转化，以实现虚拟三维数字模型与患者真实脸部的对准；

6、智能引导模块，所述智能引导模块用于通过混合现实设备实时显示配准好的虚拟三维数字模型以及所述虚拟导板的空间位置信息与方位指示信息。

7、优选的，所述医学影像数据获取模块具体包括：

8、第一标记单元，所述第一标记单元用于在影像数据采集前将若干反光标记点标记在患者脸部上；

9、扫描单元，所述扫描单元用于通过ct设备围绕患者头部旋转采集数据，以扫描得到患者头部的医学影像。

10、优选的，所述眼眶多结构三维重建模块具体包括：

11、建立单元，用于根据患者头部医学影像建立患者个体化眼眶三维数字模型；

12、第一整合单元，用于确定各个反光标记点在ct坐标系下的位置坐标，并将所有反光标记点在ct坐标系下的位置坐标整合为反光标记点位置坐标矩阵。

13、优选的，所述个体化虚拟导板生成模块具体包括：

14、虚拟定位导板生成单元，所述虚拟定位导板生成单元用于生成显示预设截骨位置及截骨方向的虚拟定位导板。

15、虚拟深部截骨导板生成单元，所述虚拟深部截骨导板生成单元用于生成显示深部骨质切除范围与深度边界的虚拟深部截骨导板。

16、优选的，所述混合现实空间配准模块具体包括：

17、第二标记单元，所述第二标记单元用于实时在患者脸部原位置粘贴对应数量的反光标记点；

18、定位单元，所述定位单元用于通过光学定位跟踪系统定位各个反光标记点在真实坐标系的位置坐标；

19、第二整合单元，所述第二整合单元用于将所有反光标记点在真实坐标系下的位置坐标整合为反光标记点位置坐标矩阵；

20、计算单元，所述计算单元用于根据各个反光标记点在ct坐标系和真实坐标系下的位置坐标矩阵，计算得到两者之间的转换矩阵。

21、转换单元，所述转换单元用于根据转换矩阵将患者个体化眼眶三维数字模型和虚拟导板从ct坐标系转化为真实坐标系。

22、优选的，所述智能引导模块具体包括：

23、通过混合现实设备实时显示配准好的虚拟三维数字模型后，所述混合现实设备能够同时呈现患者真实面部结构、虚拟眼眶骨模型、虚拟肿瘤模型和虚拟导板的叠加显示画面。

24、优选的，所述患者头部的医学影像数据存储在dicom格式文件中。

25、优选的，所述反光标记点的数量为4-8个。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明通过个体化虚拟导板生成模块，将传统三维打印实体导板的定位与深度约束功能完全数字化，无需实体导板的制作与消毒流程，可直接在计算机上生成并显示虚拟定位导板与虚拟深部截骨导板，显著缩短了术前准备周期，降低了制作成本；

27、（2）本发明利用反光标记点作为空间转换约束，根据各个反光标记点在ct坐标系和真实坐标系下的位置坐标矩阵，计算得到两者之间的转换矩阵；再根据转换矩阵将患者个体化眼眶三维数字模型和虚拟导板从ct坐标系转化为真实坐标系，从而能够将虚拟三维数字模型及虚拟导板精准叠加至患者真实脸部，保证了虚拟引导信息与患者实体的空间一致性；

28、（3）本发明通过混合现实设备实时显示配准后的虚拟三维数字模型及虚拟导板的空间位置与方位指示信息，术中可在不依赖传统导航屏幕的情况下，直观地同时观察患者真实面部结构与虚拟眼眶骨、视神经、肿瘤等模型，有助于在操作过程中提升对视神经、眼球及眼外肌等重要结构的保护能力。

1.一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，具体包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，所述医学影像数据获取模块具体包括：

3.根据权利要求要求2所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，所述眼眶多结构三维重建模块具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，所述个体化虚拟导板生成模块具体包括：

5.根据权利要求3所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，所述混合现实空间配准模块具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于，所述智能引导模块具体包括：

7.根据权利要求2所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于：所述患者头部的医学影像数据存储在dicom格式文件中。

8.根据权利要求2所述的一种基于混合现实的眼眶空间定位与可视化引导系统，其特征在于：所述反光标记点的数量为4-8个。