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1、(10)申请公布号 CN 103519895 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103519895 A (21)申请号 201310496572.9 (22)申请日 2013.10.18 A61B 19/00(2006.01) A61B 17/56(2006.01) (71)申请人 江苏艾迪尔医疗科技股份有限公司 地址 215626 江苏省苏州市张家港市锦丰工 业园区东区江苏艾迪尔医疗科技股份 有限公司 (72)发明人 李建祥 (74)专利代理机构 北京世誉鑫诚专利代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11368 代理人 孙国栋 (54) 发明名称 一种骨科手术辅助导引方法 (57。
2、) 摘要 本发明提供了一种骨科手术辅助导引方法， 所述方法包括 ： 步骤 a ： 通过射线装置拍摄患者术 前手术部位骨骼的二维图像 ； 步骤 b ： 通过三维运 动捕捉系统捕捉患者手术部位和手术器械的形 状、 位置和 / 或运动轨迹的三维运动信息， 其中， 所述三维运动捕捉系统具有相连接的一工作端及 一本体 ； 步骤 c ： 通过导引软件对患者手术部位 骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的形 状、 位置和 / 或运动轨迹的三维运动信息分别进 行三维重建， 并将重建后的三维图像在同一坐标 系下进行配准融合得到三维导引图像 ； 步骤 d ： 通 过智能眼镜系统实时显示三维导引图像。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103519895 A CN 103519895 A 1/1 页 2 1. 一种骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： 步骤 a ： 通过射线装置拍摄患者术前手术部位骨骼的二维图像 ； 步骤 b ： 通过三维运动捕捉系统捕捉患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 / 或运动 轨迹的三维运动信息， 其中， 所述三维运动捕捉系统具有相连接的一工作端及一本体， 该工 作端具有针状与可挠曲性， 是供取。
4、得手术部位和手术器械的即时影像， 且该工作端对应自 由穿伸于该手术器械的中空导轨内 ； 步骤 c ： 通过导引软件对患者手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的 形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维运动信息分别进行三维重建， 并将重建后的三维图像在 同一坐标系下进行配准融合得到三维导引图像 ； 步骤 d ： 通过智能眼镜系统实时显示三维导引图像。 2. 根据权利要求 1 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 在所述步骤 a 中， 所述 射线装置为 C 型臂。 3. 根据权利要求 1 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 所述步骤 b 还包括 ： 调 节三维运动捕捉系统距离患。
5、者手术部位皮肤表面的距离， 将医生操作手术器械的范围置于 三维运动捕捉系统的捕捉范围内。 4. 根据权利要求 3 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 建立定位坐标系与世 界坐标系之间的变换矩阵， 其中， 所述世界坐标系是手术前以 C 型臂导轨圆心为中心， 用 C 型臂对患者手术部位进行拍片得到的病人三维图像的坐标系， 所述定位坐标系以三维运动 捕捉系统中心为原点， 三个坐标轴方向分别与世界坐标系的坐标轴方向平行。 5. 根据权利要求 4 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 在所述步骤 c 中， 将所 述重建后的两种三维图像进行配准融合具体包括 ： 将重建出来的患者手术部位骨骼的。
6、三维 图像与患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维图像进行配准。 6. 根据权利要求 5 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 在所述步骤 c 中， 将所 述重建后的两种三维图像进行配准融合还包括 ： 根据定位坐标系与世界坐标系之间的变换 矩阵， 在同一坐标系下将两种三维图像进行融合， 得到实时的反映手术过程中患者手术部 位骨骼与手术器械位置关系的三维导引图像。 7. 根据权利要求 6 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 所述步骤 d 还包括 ： 通 过智能眼镜系统计算出此刻可透视型智能眼镜在定位坐标系中的坐标信息， 并通过无线网 络将坐标信息传送至导引软件。
7、。 8. 根据权利要求 7 所述的骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 所述导引软件根据定 位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 计算出可透视型智能眼镜在世界坐标系中的坐 标， 根据该坐标计算出此刻可透视型智能眼镜中应该显示的三维导引图像， 并通过无线网 络将计算得到的三维导引图像传送至智能眼镜系统进行显示。 权 利 要 求 书 CN 103519895 A 2 1/7 页 3 一种骨科手术辅助导引方法 技术领域 0001 本发明涉及骨科医疗器械技术领域， 特别是一种骨科手术辅助导引方法。 背景技术 0002 在传统的骨科手术中， 骨科医生通常凭借人体的骨骼解剖特点、 术前患者的影像 学资料和。
8、术中患者的 X 线透视图像进行定位， 但是， 由于解剖标志的缺乏等因素， 往往会导 致术中的定位出现大的偏差， 给手术的进行造成较大障碍， 即便骨科医生的实践经验非常 丰富， 也不能从根本上改变术中定位精度较差的问题。而对于一般经验的骨科医生， 这个 问题会愈加严重， 因为如果定位不准确， 很可能会导致手术失败， 甚至会对患者产生二次伤 害。 因此， 如何避开错综复杂的神经、 血管， 让骨科医生能够更精确、 更安全地进行多种复杂 手术就成为了一个亟待解决的临床问题。 0003 为了解决这一临床问题， 现有技术出现了计算机辅助骨科手术技术， 即骨科计算 机辅助导引技术， 该技术基于术中图像， 采。
9、用相应定位手段对手术部位和术中的手术器械 进行精确的实时跟踪、 显示和引导， 从而使骨科医生能够根据导引图像开展手术。 该导引技 术的工作原理为 ： 在患者的手术部位附近和手术器械上安装能够发出信号的装置， 通常采 用红外线作为发射源、 CCD 相机为接收器， 利用发出的信号对患者的骨骼位置和手术器械的 位置以及运动轨迹进行跟踪， 同时将这些信息通过显示器展示给医生 ； 在术中进行患者手 术部位的 X 线透视， 并将透视图像与得到的患者骨骼位置和手术器械位置图像进行合成， 从而得到医生进行手术采用的导引图像。采用骨科计算机辅助导引技术后， 医生在手术中 首先在患者手术部位附近和手术器械上安装示。
10、踪器， 然后拍摄患者手术部位的透视图像， 此时， 在导引软件上就能看到手术器械进入患者身体内部的虚拟图像， 这样就能在导引显 示器上实时观看手术器械与患者手术部位的位置关系， 并可以根据导引系统制定的手术规 划完成整个手术。目前的导引系统一般由以下几个部分组成 ： 0004 患者示踪器 ： 安装于患者手术部位附近， 可以指示跟踪患者手术部位的位置 ； 0005 导引手术工具 ： 可以发射或反射光信号 ； 0006 手术工具示踪器 ： 跟踪手术器械的位置和运动轨迹 ； 0007 显视器 ： 用于显示患者手术部位和手术器械的位置 ； 0008 C 型臂 ： 用于术前的拍片和术中的透视 ； 0009。
11、 图形工作站 ： 完成整个系统软件部分的工作。 0010 相比于传统的骨科手术， 骨科计算机辅助导引技术虽然能够在一定程度上辅助医 生进行多种复杂的骨科手术， 但也存在着一些问题 ： 0011 一、 骨科医生的操作是在三维空间中完成的， 这就要求导引系统能够提供一个三 维空间图像， 但现有的导引系统仍然停留在二维图像的显示上， 无法匹配出真实的三维手 术操作环境， 由于二维的导引图像不够具体化， 医生无法从任意角度看到患者手术部位的 骨骼图像和手术器械进入患者身体内部具体位置的虚拟图像， 不利于提高手术的高效性和 安全性。 说 明 书 CN 103519895 A 3 2/7 页 4 0012。
12、 二、 整个导引图像通过二维显示器进行显示， 医生不得不双眼紧盯着显示器， 而不 能看到正在操作的手术器械， 这不仅会加重医生的手术负担， 也会增加额外的手术风险 ； 同 时， 由于医生的视线必须在患者手术部位与导引显示器上来回切换， 这将降低手术的效率， 延长手术时间 （目前采用骨科计算机辅助导引的骨科手术比传统的骨科手术用时更长） 。 0013 三、 导引图像为二维图像， 但是手术操作却是三维的， 从三维到二维的转换会存在 着真实图像信息以及运动坐标信息的丢失 ； 虽然为了增加导引图像的真实性， 采用了多幅 不同视角的透视图像共同辅助定位过程， 让医生能够从多个视角观看手术器械的运动信 息。
13、， 但是毕竟还是二维图像， 仍然存在位置信息和坐标信息的丢失。 0014 四、 现有的导引系统在设计上无法解决真正的临床需求， 即在手术过程中无法让 医生直接看到患者手术部位骨骼的图像以及手术器械进入患者身体的虚拟图像， 不能真正 让医生更安全、 更高效的完成整个手术过程。 0015 同时， 现有的导引系统在设计上存在以下不足 ： 首先， 定位复杂， 需要在术前进行 患者手术部位位置的标定， 每一件手术器械也必须是特制的， 才能被定位系统识别 ； 其次， 导引系统操作复杂， 在一定程度上增加了手术的负担 ； 并且该导引系统价格昂贵， 一般医院 无法承受。 发明内容 0016 为此， 本发明提出。
14、一种骨科手术辅助导引方法， 可充分地消除由于现有技术的限 制和缺陷导致的一个或多个问题。 0017 本发明另外的优点、 目的和特性， 一部分将在下面的说明书中得到阐明， 而另一部 分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中 学到。 通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明 目的和优点。 0018 本发明提供了一种骨科手术辅助导引方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： 0019 步骤 a ： 通过射线装置拍摄患者术前手术部位骨骼的二维图像 ； 0020 步骤 b ： 通过三维运动捕捉系统捕捉患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 。
15、/ 或 运动轨迹的三维运动信息， 其中， 所述三维运动捕捉系统具有相连接的一工作端及一本体， 该工作端具有针状与可挠曲性， 是供取得手术部位和手术器械的即时影像， 且该工作端对 应自由穿伸于该手术器械的中空导轨内 ； 0021 步骤 c ： 通过导引软件对患者手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器 械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维运动信息分别进行三维重建， 并将重建后的三维图 像在同一坐标系下进行配准融合得到三维导引图像 ； 0022 步骤 d ： 通过智能眼镜系统实时显示三维导引图像。 0023 优选的， 在所述步骤 a 中， 所述射线装置为 C 型臂。 0024 优选的， 所。
16、述步骤 b 还包括 ： 调节三维运动捕捉系统距离患者手术部位皮肤表面 的距离， 将医生操作手术器械的范围置于三维运动捕捉系统的捕捉范围内。 0025 优选的， 建立定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 其中， 所述世界坐标系是 手术前以 C 型臂导轨圆心为中心， 用 C 型臂对患者手术部位进行拍片得到的病人三维图像 的坐标系， 所述定位坐标系以三维运动捕捉系统中心为原点， 三个坐标轴方向分别与世界 说 明 书 CN 103519895 A 4 3/7 页 5 坐标系的坐标轴方向平行。 0026 优选的， 在所述步骤 c 中， 将所述重建后的两种三维图像进行配准融合具体包括 ： 将重建出来的患。
17、者手术部位骨骼的三维图像与患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维图像进行配准。 0027 优选的， 在所述步骤 c 中， 将所述重建后的两种三维图像进行配准融合还包括 ： 根 据定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 在同一坐标系下将两种三维图像进行融合， 得到实时的反映手术过程中患者手术部位骨骼与手术器械位置关系的三维导引图像。 0028 优选的， 所述步骤 d 还包括 ： 通过智能眼镜系统计算出此刻可透视型智能眼镜在 定位坐标系中的坐标信息， 并通过无线网络将坐标信息传送至导引软件。 0029 优选的， 所述导引软件根据定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 计算出可。
18、 透视型智能眼镜在世界坐标系中的坐标， 根据该坐标计算出此刻可透视型智能眼镜中应该 显示的三维导引图像， 并通过无线网络将计算得到的三维导引图像传送至智能眼镜系统进 行显示。 0030 本发明的技术方案具有如下优点或有益效果 ： 本发明实施例的骨科手术导航系统 及导航方法通过统一的导航软件对患者手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术 器械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维运动信息进行三维重建， 并在同一坐标系下将两 种三维图像进行融合， 得到实时反映手术过程中患者手术部位骨骼与手术器械位置关系的 三维图像， 根据摄像头和红外测距系统测量的可透视智能眼镜在世界坐标系中的三维坐标 信息计算。
19、医生在不同角度下应该观看到的三维图像， 采用可透视型智能眼镜作为图像显示 工具， 让医生戴着可透视型智能眼镜观看患者手术部位的图像， 进而将虚拟的患者手术部 位的骨骼图像和手术器械进入患者身体内部具体位置的三维图像叠加在医生真实的视野 之上， 在手术过程中进行实时导航， 大大加快医生手术操作的效率， 以实现更加安全、 准确、 高效的完成手术。 附图说明 0031 图 1 为根据本发明实施例的、 骨科手术辅助导引系统的结构示意图。 0032 图 2 为根据本发明实施例的、 骨科手术辅助导引软件的工作原理图 ； 0033 图 3 为根据本发明实施例的、 骨科手术辅助导引方法的流程图。 具体实施方式。
20、 0034 下面将结合附图对本发明所述的具体实施方式作进一步说明。 0035 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0036 请参阅图 1， 本发明实施例的骨科手术导引系统包括射线装置、 三维运动捕捉系 统、 智能眼镜系统、 图形工作站和导引软件。 其中， 射线装置在术中起透视作用， 用于在术前 对患者手术部位进行 360的拍片， 拍摄患者手术部位骨骼的二维图像， 并将拍摄的二维图 像传送至导引软件进行三维重建 ； 同时， 以射线装置导轨圆心为中。
21、心， 建立世界坐标系， 该 世界坐标系也为患者三维图像的坐标系 ； 在本发明实施例中， 射线装置为常规的小型 C 型 说 明 书 CN 103519895 A 5 4/7 页 6 臂、 中型 C 型臂或者其他种类的射线装置。 0037 根据本发明一优选实施例， 所述三维运动捕捉系统具有相连接的一工作端及一本 体， 该工作端具有针状与可挠曲性， 是供取得手术部位和手术器械的即时影像， 且该工作端 对应自由穿伸于该手术器械的中空导轨内 0038 根据本发明另一个优选实施例， 三维运动捕捉系统包括至少两个平行放置的摄像 头， 摄像头之间有一定的间距， 利用摄像头对特定手术空间范围内患者手术部位和手术。
22、器 械的形状、 位置和 / 或运动轨迹进行捕捉。在本发明的实施方式中， 摄像头捕捉的内容不限 于是形状、 位置、 运动轨迹或者形状、 位置、 运动轨迹的结合。 摄像头采用双目立体视觉技术 （Binocular Stereo Vision， 是机器视觉的一种重要形式， 它是基于视差原理并利于成像 设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像， 通过计算技术图像对应点之间的位置偏差， 来获取物体三维几何信息的方法。 ） ， 其中， 特定三维空间范围可以为患者手术部位或手术 器械一定范围内的三维空间， 例如 20 厘米或者 1 米等不同的范围。根据捕捉到的图像计算 出患者手术部位和手术器械的形状、 位置和。
23、 / 或运动轨迹的三维运动信息， 并将捕捉到的 三维运动信息传输到导引软件上 ； 其中， 在本发明实施例中， 摄像头的数量为两个， 摄像头 固定在电路板上， 并通过线缆用 USB 接口与图形工作站连接， 三维运动捕捉系统通过该 USB 接口传输三维运动信息并获取供电 ； 电路板上还包括其他辅助电子元器件， 辅以整体功能 的实现。 0039 三维运动捕捉系统通过可以伸缩的金属杆固定在射线装置的射线接收端， 并可以 沿着射线装置与射线这个方向上下运动 ； 在手术过程中， 可通过调节三维运动捕捉系统距 离患者手术部位皮肤表面的距离将医生操作手术器械的范围置于三维运动捕捉系统的捕 捉范围内， 同时建立。
24、定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵 ； 本发明实施例通过利用摄 像头并结合双目立体视觉技术实现对任意进入捕捉范围的手术器械的运动轨迹进行捕捉， 能够极大降低设备成本， 有利于本发明的全面推广。 0040 智能眼镜系统包括可透视型智能眼镜、 摄像头及红外测距系统， 摄像头的数量为 至少两个， 并分别对称放置在可透视型智能眼镜的两侧， 红外测距系统位于可透视型智能 眼镜的中间， 在手术过程中由医生佩戴该智能眼镜系统， 戴上该智能眼镜系统后， 周围可见 光能够透过眼镜镜片， 人的双眼能够正常看到四周的环境， 通过摄像头结合红外测距系统， 并采用双目立体视觉技术计算出此刻可透视型智能眼镜在定位坐标系。
25、中的坐标信息 （即代 表医生眼睛位置的三维空间坐标） ， 通过无线网络将坐标信息传送至导引软件 ； 并接收图形 工作站传输的三维导引图像， 通过可透视型智能眼镜将三维导引图像叠加显示于医生的真 实视野上 ； 本发明采用可透视型智能眼镜作为导引图像显示工具， 彻底放弃在骨科计算机 辅助导引系统中观看医学图像所使用的二维显示器， 让医生戴着可透视型智能眼镜观看患 者手术部位的图像， 进而将虚拟的患者手术部位的骨骼图像和手术器械进入患者身体内部 具体位置的三维导引图像叠加在医生真实的视野之上， 医生不必再看着二维显示器上面的 图像进行手术操作， 大大加快医生手术操作效率 ； 在本发明实施例中， 智能。
26、眼镜系统的摄像 头数量为两个。 0041 图形工作站负责所有软件的运行 ； 0042 导引软件运行于图像工作站， 负责三维导引图像的处理， 具体包括 ： 0043 在术前通过射线装置拍摄的二维图像重建出患者手术部位骨骼的三维图像 ； 说 明 书 CN 103519895 A 6 5/7 页 7 0044 在重建患者手术部位骨骼的三维图像后， 对手术过程进行规划， 辅助医生完成手 术计划的制定 ； 0045 获取三维运动捕捉系统捕捉到的三维运动信息， 并对三维运动信息进行三维重 建， 得到三维运动捕捉系统捕捉范围内患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 / 或运动 轨迹的三维图像 ； 0046 。
27、将重建出来的患者手术部位骨骼的三维图像与患者手术部位和手术器械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维图像进行配准， 并根据定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩 阵， 在同一坐标系下将两种三维图像进行融合， 得到实时的反映手术过程中患者手术部位 骨骼与手术器械位置关系的三维导引图像， 其中， 所述世界坐标系是手术前以射线装置导 轨圆心为中心， 用射线装置对患者手术部位进行拍片得到的病人三维图像的坐标系， 所述 定位坐标系以三维运动捕捉系统中心为原点， 三个坐标轴方向分别与世界坐标系的坐标轴 方向平行 ； 0047 接收智能眼镜系统传送过来的此刻可透视型智能眼镜的在定位坐标系中的坐标 信息， 根据定。
28、位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 计算出可透视型智能眼镜在世界坐 标系中的坐标， 并根据该坐标计算出此刻可透视型智能眼镜中应该显示的三维导引图像， 包括在此角度下患者手术部位的骨骼图像以及手术器械进入患者身体内部的三维导引图 像 ； 0048 通过无线网络将计算得到的三维导引图像传送给医生所戴的智能眼镜系统进行 显示， 医生通过可透视智能眼镜就能够在任意角度看到患者手术部位内部的骨骼图像以及 手术器械进入患者身体内部的虚拟图像， 就像有了 “透视” 功能， 实现准确高效的手术 ； 在开 始正式的手术操作后， 任意的手术器械在进入三维运动捕捉系统的捕捉范围之后都能在导 引软件的界面中显示出来。
29、， 并在手术器械进入患者手术部位身体内部后， 显示出手术器械 进入身体内部的位置以及深度的虚拟三维图像， 同时， 根据医生所戴智能眼镜系统计算出 来的医生眼睛此刻在三维图像中的坐标信息， 导引软件根据该坐标信息重新计算在此种角 度下医生应该看到的患者手术部位的骨骼以及手术器械进入患者身体内部的虚拟图像， 在 手术过程中进行实时导引， 以实现更加安全、 准确、 高效的完成手术。具体请一并参阅图 2， 是本发明实施例的骨科手术导引系统的导引软件的工作原理图。 0049 请参阅图3， 为本发明实施例的骨科手术导引系统的导引方法的流程图。 本发明实 施例的骨科手术导引系统的导引方法包括以下步骤 ： 0。
30、050 骤 S10 ： 通过射线装置拍摄患者手术部位骨骼的二维图像， 并将拍摄的二维图像 传送至导引软件进行三维重建 ； 0051 在步骤 S10 中， 射线装置在术中起透视作用， 用于在术前对患者手术部位进行 360的拍片， 同时， 以射线装置导轨圆心为中心， 建立世界坐标系， 该世界坐标系也为患者 三维图像的坐标系 ； 在本发明实施例中， 射线装置为常规的小型 C 型臂、 中型 C 型臂或者其 他类型的射线装置。 0052 步骤 S20 ： 导引软件根据射线装置拍摄的二维图像重建出患者手术部位骨骼的三 维图像 ； 0053 在步骤 S20 中， 导引软件运行于图形工作站上， 负责三维导引图。
31、像的数量。 0054 步骤 S30 ： 根据重建的手术部位骨骼三维图像对手术过程进行规划， 辅助医生完 说 明 书 CN 103519895 A 7 6/7 页 8 成手术计划的制定 ； 0055 步骤 S40 ： 调节三维运动捕捉系统距离患者手术部位皮肤表面的距离， 将医生操 作手术器械的范围置于三维运动捕捉系统的捕捉范围内， 同时建立定位坐标系与世界坐标 系之间的变换矩阵 ； 0056 步骤 S50 ： 通过三维运动捕捉系统对特定三维空间范围内患者手术部位和手术器 械的形状、 位置和 / 或运动轨迹进行捕捉， 采用双目立体视觉技术根据捕捉到的图像计算 出患者手术部位和手术器械的形状、 位置。
32、和 / 或运动轨迹的三维运动信息， 并将捕捉到的 三维运动信息传输到导引软件上 ； 0057 在步骤 S50 中， 三维运动捕捉系统包括至少两个平行放置的摄像头， 摄像头固定 在电路板上， 摄像头之间有一定的间距， 并通过线缆用 USB 接口与图形工作站连接， 三维运 动捕捉系统通过该 USB 接口传输三维运动信息并获取供电 ； 其中， 在本发明实施例中， 摄像 头的数量为两个， 电路板上还包括其他辅助电子元器件， 辅以整体功能的实现。 0058 步骤 S60 ： 通过导引软件对三维运动捕捉系统捕捉到的三维运动信息进行三维重 建， 得到三维运动捕捉系统捕捉范围内患者手术部位和手术器械的形状、 。
33、位置和 / 或运动 轨迹的三维图像 ； 0059 步骤 S70 ： 将重建出来的患者手术部位骨骼的三维图像与患者手术部位和手术器 械的形状、 位置和 / 或运动轨迹的三维图像进行配准， 并根据定位坐标系与世界坐标系之 间的变换矩阵， 在同一坐标系下将两种三维图像进行融合， 得到实时的反映手术过程中患 者手术部位骨骼与手术器械位置关系的三维导引图像 ； 0060 步骤 S80 ： 通过智能眼镜系统计算出此刻可透视型智能眼镜在定位坐标系中的坐 标信息， 并通过无线网络将坐标信息传送至导引软件 ； 0061 在步骤 S80 中， 智能眼镜系统包括可透视型智能眼镜、 摄像头及红外测距系统， 摄 像头的。
34、数量为至少两个， 并分别对称放置在可透视型智能眼镜的两侧， 红外测距系统位于 可透视型智能眼镜的中间， 在手术过程中由医生佩戴该智能眼镜系统， 戴上该智能眼镜系 统后， 周围可见光能够透过眼镜镜片， 人的双眼能够正常看到四周的环境， 通过两个摄像头 结合红外测距系统， 并采用双目立体视觉技术计算出此刻可透视型智能眼镜在定位坐标系 中的坐标信息， 即代表医生眼睛位置的坐标信息 ； 0062 步骤 S90 ： 导引软件根据定位坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵， 计算出可透 视型智能眼镜在世界坐标系中的坐标， 根据该坐标计算出此刻可透视型智能眼镜中应该显 示的三维导引图像， 并通过无线网络将计算得到。
35、的三维导引图像传送给医生所戴的智能眼 镜系统 ； 0063 在步骤 S90 中， 在实时的三维手术图像中， 三维导引图像不是固定的， 而是根据可 透视型智能眼镜在定位坐标系中的坐标信息计算可透视型智能眼镜中应该显示的三维导 引图像即相当于医生从不同角度观看三维导引图像， 此刻可透视型智能眼镜中应该显示的 三维导引图像包括在此角度下医生应该看到的患者手术部位的骨骼图像以及手术器械进 入患者身体内部的三维导引图像。 0064 步骤 S100 ： 通过可透视眼镜实时显示三维导引图像， 医生根据患者手术部位的骨 骼图像以及手术器械进入患者身体内部的三维导引图像完成手术。 0065 在步骤 S100 中。
36、， 医生开始正式的手术操作后， 任意的手术器械在进入捕捉系统的 说 明 书 CN 103519895 A 8 7/7 页 9 捕捉范围之后都能在导引软件的界面中显示出来， 并在手术器械进入患者手术部位身体内 部后， 显示出手术器械进入患者身体内部的位置以及深度的虚拟图像。 同时， 根据医生所戴 智能眼镜系统计算出来的医生眼睛此刻在三维导引图像中的坐标信息， 导引软件根据该坐 标信息重新计算在此种角度下医生应该看到的患者手术部位的骨骼以及手术器械进入患 者身体内部的三维导引图像， 实现实时导引 ； 本发明采用可透视型智能眼镜作为图像显示 工具， 彻底放弃在骨科计算机辅助导引系统中观看医学图像所使。
37、用的二维显示器， 让医生 戴着可透视型智能眼镜观看患者手术部位的图像， 进而将虚拟的患者手术部位的骨骼图像 和手术器械进入患者身体内部具体位置的三维图像叠加在医生真实的视野之上， 医生不必 再看着二维显示器上面的图像进行手术操作， 大大加快医生手术操作的效率。 0066 本发明实施例的骨科手术导引系统及导引方法通过统一的导引软件对患者手术 部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的形状、 位置及运动轨迹的三维运动信息 进行三维重建， 并在同一坐标系下将两种三维图像进行融合， 得到实时反映手术过程中患 者手术部位骨骼与手术器械位置关系的三维图像， 根据两个摄像头和一个红外测距系统测 量的可透视。
38、智能眼镜在世界坐标系中的三维坐标信息计算医生在不同角度下应该观看到 的三维图像， 采用可透视型智能眼镜作为图像显示工具， 让医生戴着可透视型智能眼镜观 看患者手术部位的图像， 进而将虚拟的患者手术部位的骨骼图像和手术器械进入患者身体 内部具体位置的三维图像叠加在医生真实的视野之上， 在手术过程中进行实时导引， 大大 加快医生手术操作的效率， 以实现更加安全、 准确、 高效的完成手术 ； 通过利用两个摄像头 并结合双目立体视觉技术实现对特定三维手术空间范围的手术器械的运动轨迹进行捕捉， 能够极大降低设备成本， 有利于本发明的全面推广 ； 另外， 本发明采用统一的导引软件， 并 采用了更为简单的定。
39、位技术， 省去了目前导引技术的定位环节， 便于医生学习操作 ； 同时， 本发明不仅仅局限于骨科手术的导引应用， 只要在手术过程中需要经常看到身体内部器 官、 骨骼采的手术均可用本发明进行手术导引。 0067 以上内容仅为本发明的较佳实施例， 对于本领域的普通技术人员， 依据本发明的 思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 本说明书内容不应理解为对本发明 的限制。 说 明 书 CN 103519895 A 9 1/3 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103519895 A 10 2/3 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 103519895 A 11 3/3 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103519895 A 12 。