CN114366144A - 一种口腔图像定位导航方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种口腔图像定位导航方法和系统，其中，口腔图像定位导航方法应用于口腔手术设备的定位导航系统。该方法包括：对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；根据口腔成像结果，计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集；计算金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集；生成转换矩阵；以及获取光学定位装置在光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据光学定位坐标与转换矩阵计算光学定位装置在三维图像空间中的坐标。采用本申请实施例提供的方法与系统既能提高在口腔手术中图像定位导航的精度，又能提高对手术区域定位的速度。

Description

一种口腔图像定位导航方法和系统

技术领域

本申请涉及图像定位领域，具体而言，涉及一种口腔图像定位导航方法、系统、电子设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

随着人们生活水平的提高与人口老龄化，牙科手术需求不断增多，通常使用牙科机器人等牙科手术设备进行手术，此类设备的定位导航系统的定位速度与精确度对于牙科手术至关重要。

目前常用的图像定位导航方法有通过带有金属钉的全口导板施以算法进行定位，或使用带有金属反光球的定位导板施以算法进行定位，但常常伴随着定位时间过长或者精确度差的问题，从而影响手术的质量与进行速度。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种口腔图像定位导航方法和系统，通过对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；进一步地，在三维空间生成包含金属反光装置与定位元件坐标的三维空间坐标集，在光学定位系统中生成包含金属反光球与定位元件坐标的光学定位系统局部坐标集；根据三维空间坐标集与所学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；根据转换矩阵与光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标生成光学定位装置的三维图像，显示在导航系统中进行实时导航；使用此方法进行定位导航，精确度较高，定位速度快。

第一方面，本申请实施例提供一种口腔图像定位导航方法，其特征在于，所述方法应用于口腔手术设备的定位导航系统，以确定手术执行部位；所述方法包括：对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；其中，所述定位装置包括金属反光装置；根据所述口腔成像结果，计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集；计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集；根据所述三维空间坐标集与所述光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；其中，所述转换矩阵用于将所述光学定位系统局部坐标系转换为所述三维空间坐标系；以及获取光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据所述光学定位坐标与所述转换矩阵计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标；其中，所述光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。

在上述实现过程中，对同时使用定位装置与定位元件的口腔图像进行处理，使图像定位的精度大大提高；再计算将金属反光装置与定位元件的光学定位系统局部坐标集转换为三维空间坐标集的转换矩阵；此矩阵表征光学定位系统局部坐标系与三维空间坐标系的转换关系，对转换矩阵与光学定位装置进行运算得到光学定位装置在三维空间的图像，整个过程无人工采集或捕获坐标，效率高，定位速度快。

可选地，在本申请实施例中，所述定位元件安装于手术执行区域的相邻区域，所述定位装置安装于所述定位元件的对侧；所述定位装置还包括定位导板与用于确定光学定位系统坐标系的红外反光装置；所述红外反光装置安装于所述定位导板。

在上述实现过程中，将定位装置安装在手术执行区域的对侧，将定位元件安装在该定位装置的对侧、手术执行区域的相邻区域，定位装置与定位元件的使用使本方法的定位精度大大提高，使光学定位装置能够准确地定位到手术执行区域。

可选地，在本申请实施例中，所述根据所述口腔成像结果计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：从所述成像结果中获取所述金属反光装置与定位元件在三维空间中与坐标原点的偏移量；所述坐标原点由所述红外反光装置确定；将所述口腔成像结果转化为灰度图像；计算所述金属反光装置与定位元件在所述灰度图像上的中心坐标；以及根据所述成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标。

在上述实现过程中，根据成像结果的图片序列号、偏移量与中心坐标计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，每幅图片的序列号固定、每个偏移量由其在三维空间中与坐标原点的偏移量决定、中心坐标由特定的灰度图像确定，由此计算的金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标十分准确。

可选地，在本申请实施例中，所述根据所述成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：确定所述三维图像空间中的横坐标为所述中心坐标横坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量横坐标之和；确定所述三维图像空间中的纵坐标为所述中心坐标纵坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量纵坐标之和；确定所述三维图像空间中的竖坐标为所述成像结果的图片序列号与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量竖坐标之和。

在上述实现过程中，根据中心坐标横坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量横坐标之和确定横坐标；根据中心坐标纵坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量纵坐标之和确定纵坐标；根据成像结果的图片序列号与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量竖坐标之和确定竖坐标。通过这种方法确定金属反光装置与定位元件在三维空间中的坐标轴，可以准确并快速得出金属反光装置与定位元件的三维图像空间中的坐标。

可选地，在本申请实施例中，所述计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标包括：根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系；获取所述金属反光装置、定位元件与定位导板在所述光学定位系统中的坐标；根据所述定位装置获得金属反光装置在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标；根据所述定位元件在光学定位系统中的坐标与所述定位导板在所述光学定位系统中的坐标获得定位元件在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标。

在上述实现过程中，根据定位装置获得金属反光装置在光学定位系统局部坐标系中的坐标，定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标由定位元件在光学定位系统中的坐标与定位导板在光学定位系统中的坐标确定。通过这种方法准确地获得定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，有效地增加了对手术执行区域的定位与识别精度。

可选地，在本申请实施例中，所述根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系包括：将所述红外反装置的中心在光学定位系统中识别为所述定位装置的光学定位系统局部坐标系的坐标原点；所述定位装置在光学定位系统中的横轴、纵轴与竖轴与所述定位装置的预设朝向一致。

在上述实现过程中，在光学定位系统中该红外反光球的中心被识别为坐标轴的原点，横轴、纵轴与竖轴由定位装置的预设方向确定，从而该定位装置在光学定位系统中的坐标轴与其预设的朝向一致，确保了导航系统上显示的画面与口腔实际情况一致，提高了定位导航的精确度，保证了口腔手术的精确进行。

可选地，在本申请实施例中，在所述计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标之后，所述方法还包括：将所述光学定位装置的三维空间图像传输并显示于所述导航系统；所述三维图像指引所述口腔手术设备机械臂进行手术。

在上述实现过程中，将该方法中得到的光学定位装置的三维图像空间的坐标传输于导航系统中，根据导航系统的显示进行手术，根据光学定位装置的三维空间图像精确指引口腔手术，使得利用机械臂进行手术更加准确、快速，改善了患者在手术时的体验。

第二方面，本申请实施例提供一种定位导航系统，其特征在于，所述定位导航系统包括：口腔成像模块，用于对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；其中，所述定位装置包括金属反光装置；三维空间坐标集生成模块，用于根据所述口腔成像结果，计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集；光学定位系统局部坐标集生成模块，用于计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集；转换矩阵生成模块，用于根据所述三维空间坐标集与所述光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；其中，所述转换矩阵用于将所述光学定位系统局部坐标系转换为所述三维空间坐标系；以及光学定位装置导航模块，用于获取光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据所述光学定位坐标与所述转换矩阵计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标；其中，所述光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。

在上述实现过程中，由口腔成像模块生成口腔成像结果，并计算三维空间坐标集；由光学定位系统局部坐标集生成模块生成光学定位系统局部坐标集；由转换矩阵生成模块生成用于将光学定位系统局部坐标系转换为三维空间坐标系的转换矩阵；由光学定位装置导航模块计算光学定位装置在三维图像空间中的坐标，并在导航系统中指引手术的进行，导航系统中的图像与口腔实际情况对应，避免了由定位导航系统的定位不精确导致影响手术的情况。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行上述任一实现方式中的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种口腔图像定位导航方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的口腔图像定位导航方法的应用场景中的位置关系图；

图3为本申请实施例提供的第二种口腔图像定位导航方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的第三种口腔图像定位导航方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的第四种口腔图像定位导航方法的流程图；

图6为本申请实施例提供的口腔图像定位导航方法的光学定位系统局部坐标系示意图；

图7为本申请实施例提供的口腔图像定位导航系统模块示意图；以及

图8为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

申请人在研究的过程中发现目前的口腔手术设备使用的定位导航系统的定位导航方法有通过带有金属钉的全口导板施以算法进行定位，或使用带有金属反光球的定位导板施以算法进行定位，这两种方法存在图像生产缓慢与精确度差的问题，这些问题常常会影响口腔手术的进行。

基于此，本方案通过对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；进一步地，在三维空间生成包含金属反光装置与定位元件坐标的三维空间坐标集，在光学定位系统中生成包含金属反光球与定位元件坐标的光学定位系统局部坐标集；根据三维空间坐标集与所学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；根据转换矩阵与光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标生成光学定位装置的三维图像，显示在导航系统中进行实时导航；使用此方法进行定位导航，精确度较高，定位速度快。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的第一种口腔图像定位导航方法的流程图；该口腔图像定位导航方法包括：

步骤S100：对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果。

在上述步骤S100中，对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果，该定位装置包括金属反光装置，示例性地，该定位装置上的金属反光装置可以为金属反光球，金属反光球的个数一般为5至11个，且该金属反光球均匀地分布在该定位装置上，可以不在同一个平面，深度可以不同；该定位元件可以为金属反光贴片。可以说明的是，该金属反光装置与该定位元件的材质一般可以为钛、铁、钢等金属材料。

步骤S101：根据口腔成像结果，计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集。

在上述步骤S101中，根据步骤S100中得到的口腔成像结果计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集，示例性地，在一个实施例中，金属反光装置为7个金属反光球，定位元件为金属反光贴片，根据口腔成像结果中7个金属反光球与金属反光贴片在三维空间中的坐标。这些坐标可以形成三维空间坐标集，通常称作ImagePointSet。

步骤S102：计算金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集。

在上述步骤S102中，通过计算金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，形成光学定位系统局部坐标集。示例性地，在一个实施例中，金属反光装置为7个金属反光球，定位元件为金属反光贴片，在步骤S102中会分别计算7个金属反光球与金属反光贴片在光学定位系统局部坐标系中的坐标。这些坐标形成光学定位系统局部坐标集，通常称作NDIPointSet。

步骤S103：根据三维空间坐标集与光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵。

在上述步骤S103中，将步骤S101与步骤S102得到的三维空间坐标集与光学定位系统局部坐标集进行运算的带将光学定位系统局部坐标系转换为三维空间坐标系的转换矩阵，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片，分别计算7个金属反光球与金属反光贴片的三维空间坐标集与光学定位系统局部坐标集，即ImagePointSet与NDIPointSet，对ImagePointSet与NDIPointSet进行运算，获得转换矩阵，通常称作MatrixTransform，可以说明的是，运算的算法为一种配准算法，可以是ICP(Iterative Closest Point)算法，即最近点迭代算法，也可以是本领域中所熟知的其他算法。

步骤S104：获取光学定位装置在光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标。

在上述步骤S104中，获取光学定位装置在光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标，该光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。示例性地，该光学定位装置可以是探针，捕获探针在光学定位系统中的坐标。进一步地，将该坐标转换成光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标，得到探针在光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标。

步骤S105：根据光学定位坐标与转换矩阵计算光学定位装置在三维图像空间中的坐标。

在上述步骤S105中，将步骤S103中获得的转换矩阵与步骤S104中的光学定位坐标相乘得到该光学定位装置在三维空间中的坐标，从而形成三维空间图像，示例性地，将探针的光学定位坐标与MatrixTransform相乘可以得到该探针在三维空间中的坐标，从而形成三维空间图像并在定位导航系统中指引方向。

由此可见，本申请实施例提供的第一种口腔图像定位导航方法的流程图，通过对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；进一步地，在三维空间生成包含金属反光装置与定位元件坐标的三维空间坐标集，在光学定位系统中生成包含金属反光球与定位元件坐标的光学定位系统局部坐标集；根据三维空间坐标集与所学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；根据转换矩阵与光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标生成光学定位装置的三维图像，显示在导航系统中进行实时导航；使用此方法进行定位导航，精确度较高，定位速度快，使口腔手术更好的进行。

请参看图2，图2为本申请实施例提供的口腔图像定位导航方法的应用场景中的位置关系图。如图2中所示，定位元件203安装于手术执行区域的相邻区域201，定位装置200安装于定位元件203的对侧；定位装置200还包括定位导板220与用于确定光学定位系统坐标系的红外反光装置210；所述红外反光装置210安装于所述定位导板。示例性地，该口腔图像定位导航方法的位置关系图包括：定位装置200、手术执行区域的相邻区域201、手术执行区域202，其中定位装置200包括红外反光球210、定位导板220与金属反光球230。手术执行区域202在下颌骨的左侧，金属反光球230安装在下颌骨的右侧；定位元件203安装于手术执行区域的相邻区域201，本例中为手术执行区域的邻牙牙冠；定位装置200安装于定位元件的对侧；定位装置还包括定位导板220与用于确定光学定位系统坐标系的红外反光球210，该定位导板220通常能覆盖下颌骨或是上颌骨的三分之一的区域，红外反光球210安装于定位导板220。通过定位装置与定位元件的安装，有提高了手术执行区域的成像定位精度，有利于形成高精度的三维导航图像。

请参看图3，图3为本申请实施例提供的第二种口腔图像定位导航方法的流程图，该口腔图像定位导航方法，包括：

步骤S300：从成像结果中获取金属反光装置与定位元件在三维空间中与坐标原点的偏移量。

在上述步骤S300中，从成像结果中获取金属反光装置与定位元件在三维空间中与坐标原点的偏移量，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片，该口腔成像结果可以是CBCT，直接获取CBCT图像相对三维图像空间原点的偏移量，本实施例中该偏移量为(100，200，300)。

步骤S301：将口腔成像结果转化为灰度图像。

在上述步骤S301中，将口腔成像结果转化为灰度图像，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片；该口腔成像结果可以是CBCT图像；该灰度图像可以是JPEG图像格式或PNG图像格式等常用的图像格式；将CBCT图像的DICOM格式转化为JPEG或PNG等常用的图像格式。

步骤S302：计算金属反光装置与定位元件在灰度图像上的中心坐标。

在上述步骤S302中，计算金属反光装置与定位元件在灰度图像上的中心坐标，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片；该口腔成像结果是CBCT图像；本实施例中CBCT图像中的像素间隔为0.25mm，X、Y与Z三个方向的间隔都是0.25mm，三维图像的大小为640×640×400，即每张图片的像素大小为640×640，一共有400张图片。将CBCT图像序列的格式由DICOM格式转化为JPEG图像格式，本实施例中的金属球的直径为3.5mm，像素间的间隔为0.25mm，根据金属球的直径除以像素间的间隔，即3.5÷0.25＝14，得出金属反光球的直径为14个像素长度；进一步地，使用OpenCV中的霍夫圆变换识别金属反光球并返回圆心坐标，将其中霍夫找园函数识别的圆形的半径设置为金属反光球的半径，即7个像素长度。

步骤S303：根据成像结果的图片序列号、偏移量与中心坐标计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标。

在上述步骤S303中，根据成像结果的图片序列号、偏移量与中心坐标计算金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片；该口腔成像结果是CBCT图像，像素间隔为0.25mm，每张图片的像素大小为640×640，一共有400张图片，每张图片有固定的序列号，该序列号可表征口腔固定位置，如001表征接近下颌部分、400表示接近上颌部分；使用OpenCV中的霍夫圆变换识别金属反光球并返回圆心坐标，即中心坐标；发现在序号为320的JPEG图像中有一直径为14个像素的圆，其中心坐标为(500，450)，CBCT图像相对三维坐标原点的偏移量为(100，200，300)，则根据该序列号、中心坐标、偏移量计算金属反光球与定位贴片在三维空间中的坐标。

由此可见，本申请实施例提供的第二种口腔图像定位导航方法的流程图，根据口腔成像结果对金属反光装置与定位元件在三维空间中的坐标进行计算，由此计算的三维空间中的坐标准确，无需人工获取坐标，方便快速。

请参看图4，图4为本申请实施例提供的第三种口腔图像定位导航方法的流程图，该口腔图像定位导航方法包括：

步骤S400：确定三维图像空间中的横坐标为中心坐标横坐标与成像结果的像素间隔之积与偏移量横坐标之和。

步骤S401：确定三维图像空间中的纵坐标为中心坐标纵坐标与成像结果的像素间隔之积与偏移量纵坐标之和。

步骤S402：确定三维图像空间中的竖坐标为成像结果的图片序列号与成像结果的像素间隔之积与偏移量竖坐标之和。

在上述步骤S400、步骤S401、步骤S402中，分别根据中心坐标横坐标与成像结果的像素间隔之积与偏移量横坐标之和确定三维图像空间中的横坐标，根据中心坐标纵坐标与成像结果的像素间隔之积与偏移量纵坐标之和确定三维图像空间中的纵坐标，根据成像结果的图片序列号与成像结果的像素间隔之积与偏移量竖坐标之和确定三维图像空间中的竖坐标。示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球，该定位元件为金属反光贴片；该口腔成像结果是CBCT图像，像素间隔为0.25mm，每张图片的像素大小为640×640，一共有400张图片，每张图片有固定的序列号，该序列号可表征口腔固定位置，如001表征接近下颌部分、400表示接近上颌部分；使用OpenCV中的霍夫圆变换识别金属反光球并返回圆心坐标，即中心坐标；发现在序号为320的JPEG图像中有一直径为14个像素的圆，其中心坐标为(500，450)，CBCT图像相对三维坐标原点的偏移量为(100，200，300)，则该金属球在三维图像空间的坐标值为(100+500×0.25，200+450×0.25，300+320×0.25)。

请参看图5，图5为本申请实施例提供的第四种口腔图像定位导航方法的流程图，该口腔图像定位导航方法包括：

步骤S500：根据定位导板建立定位装置的光学定位系统局部坐标系。

在上述步骤S500中：根据定位导板的实体结构建立定位装置的光学定位系统局部坐标系，示例性地，在光学定位系统中设置定位装置的局部坐标系时，将坐标系原点、横轴、纵轴与竖轴设置成与定位导板的实体结构朝向一致。

步骤S501：根据定位装置获得金属反光装置在光学定位系统局部坐标系中的坐标。

在上述步骤S501中，在步骤S500中建立的光学定位系统局部坐标系中获取金属反光装置与定位元件的坐标，示例性地，该金属反光装置为7个金属反光球；第一个金属反光球距离原点在横轴正方向上差值为20，竖轴正方向上差值为50，纵轴负方向上差值为80，则该金属反光球在定位装置的光学定位系统局部坐标系中的数值为(20,50,-80)，其余6个金属反光球也是同样的计算原理。

步骤S502：根据定位元件在光学定位系统中的坐标与定位导板在光学定位系统中的坐标获得定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标。

在上述步骤S502中，定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标由定位元件在光学定位系统中的坐标与定位导板在光学定位系统中的坐标确定。示例性地，用带有光学定位装置的工具去捕获定位元件在光学定位系统中的坐标，该工具可以是探针，该定位元件可以是金属反光贴片，即用带有光学定位装置的探针去捕获金属反光贴片圆心处在光学定位系统中的坐标值，若探针捕获到的光学定位系统中的位置为探针矩阵MatrixProbe、定位导板在光学定位系统中的位置为导板矩阵MatrixGuide，导板矩阵的逆矩阵为InverseMatrixGuide，则探针在光学定位系统局部坐标系中的坐标矩阵为导板矩阵的逆矩阵与探针矩阵相乘，即探针在光学定位系统局部坐标系中的坐标矩阵P＝InverseMatrixGuide×MatrixProbe，然后将这些圆心加入到NDIPointSet点集中。

由此可见，本申请实施例提供的第四种口腔图像定位导航方法的流程图，分别得到金属反光装置与定位元件在在光学定位系统局部坐标系中的坐标，中间计算过程为矩阵运算，捕获到的坐标口腔实际情况相符，精确度高。

请参看图6，图6为本申请实施例提供的口腔图像定位导航方法的光学定位系统局部坐标系示意图，该光学定位系统局部坐标系建立方法包括：将所述红外反装置的中心在光学定位系统中识别为所述定位装置的光学定位系统局部坐标系的坐标原点；所述定位装置在光学定位系统中的横轴、纵轴与竖轴与所述定位装置的预设朝向一致。示例性地，该坐标系包括原点O、横轴X、纵轴Y和竖轴Z，该定位导板上的红外反光装置为4个红外反光球，在光学定位系统中将四个红外反光球的中心识别为坐标原点；定位装置在光学定位系统中的横轴、纵轴与竖轴与定位装置实体结构的预设朝向一致。通过此坐标系设置方法建立光学定位系统局部坐标系，将所有光学定位系统中的坐标统一至光学定位系统局部坐标系中，方便后期计算，能建立出与口腔实际情况相符的坐标系。

在一可选地实施例中，在计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标之后，将光学定位装置的三维空间图像传输并显示于导航系统；三维图像指引口腔手术设备机械臂进行手术。

请参看图7，图7为本申请实施例提供的口腔图像定位导航系统模块示意图。本实施例中的口腔图像定位导航系统用于执行上述方法实施例中的各个步骤，口腔图像定位导航系统700，包括：口腔成像模块701、三维空间坐标集生成模块702、光学定位系统局部坐标集生成模块703、转换矩阵生成模块704、光学定位装置导航模块705。

口腔成像模块701，用于对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；其中，所述定位装置包括金属反光装置。

三维空间坐标集生成模块702，用于根据所述口腔成像模块701输出的口腔成像结果，计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集。

光学定位系统局部坐标集生成模块703，用于计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集。

转换矩阵生成模块704，用于根据所述三维空间坐标集生成模块702生成的三维空间坐标集与所述光学定位系统局部坐标集生成模块703生成的光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；其中，所述转换矩阵用于将所述光学定位系统局部坐标系转换为所述三维空间坐标系。

光学定位装置导航模块705，用于获取光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据所述光学定位坐标与所述转换矩阵生成模块704生成的转换矩阵计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标；其中，所述光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。

在一可选地实施例中，所述根据所述口腔成像模块701输出的口腔成像结果计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：从所述口腔成像模块701输出的成像结果中获取所述金属反光装置与定位元件在三维空间中与坐标原点的偏移量；所述坐标原点由所述红外反光装置确定；将所述口腔成像模块701输出的口腔成像结果转化为灰度图像；计算所述金属反光装置与定位元件在所述灰度图像上的中心坐标；以及根据所述口腔成像模块701输出的成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标。

在一可选地实施例中，三维空间坐标集生成模块702根据所述口腔成像模块701输出的成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：确定所述三维图像空间中的横坐标为所述中心坐标横坐标与所述口腔成像模块701输出的成像结果的像素间隔之积与所述偏移量横坐标之和；确定所述三维图像空间中的纵坐标为所述中心坐标纵坐标与所述口腔成像模块701输出的成像结果的像素间隔之积与所述偏移量纵坐标之和；确定所述三维图像空间中的竖坐标为所述成像结果的图片序列号与所述口腔成像模块701输出的成像结果的像素间隔之积与所述偏移量竖坐标之和。

在一可选地实施例中，光学定位系统局部坐标集生成模块703计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标包括：根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系；根据所述定位装置获得金属反光装置在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标；根据所述定位元件在光学定位系统中的坐标与所述定位导板在所述光学定位系统中的坐标获得定位元件在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标。

在一可选地实施例中，光学定位系统局部坐标集生成模块703根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系包括：将所述红外反装置的中心在光学定位系统中识别为所述定位装置的光学定位系统局部坐标系的坐标原点；所述定位装置在光学定位系统中的横轴、纵轴与竖轴与所述定位装置的预设朝向一致。

在一可选地实施例中，光学定位装置导航模块705在计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标之后，所述方法还包括：光学定位装置导航模块705将所述光学定位装置的三维空间图像传输并显示于所述导航系统；所述三维图像指引所述口腔手术设备机械臂进行手术。

请参见图8示出的本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。本申请实施例提供的一种电子设备800，包括：处理器801和存储器802，存储器802存储有处理器801可执行的机器可读指令，机器可读指令被处理器801执行时执行如上的方法。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等各种可以存储程序代码的介质。其中，存储介质用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序，本发明实施例任一实施例揭示的过程定义的电子终端所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

可以替换的，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。

所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种口腔图像定位导航方法，其特征在于，所述方法应用于口腔手术设备的定位导航系统，以确定手术执行部位；所述方法包括：

对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；其中，所述定位装置包括金属反光装置；

根据所述口腔成像结果，计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集；

计算所述金属反光装置与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集；

根据所述三维空间坐标集与所述光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；其中，所述转换矩阵用于将所述光学定位系统局部坐标系转换为所述三维空间坐标系；以及

获取光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据所述光学定位坐标与所述转换矩阵计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标；

其中，所述光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述定位元件安装于手术执行区域的相邻区域，所述定位装置安装于所述定位元件的对侧；

所述定位装置还包括定位导板与用于确定光学定位系统坐标系的红外反光装置；所述红外反光装置安装于所述定位导板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述口腔成像结果计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：

从所述成像结果中获取所述金属反光装置与定位元件在三维空间中与坐标原点的偏移量；所述坐标原点由所述红外反光装置确定；

将所述口腔成像结果转化为灰度图像；

计算所述金属反光装置与定位元件在所述灰度图像上的中心坐标；以及

根据所述成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述成像结果的图片序列号、所述偏移量与所述中心坐标计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标包括：

确定所述三维图像空间中的横坐标为所述中心坐标横坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量横坐标之和；

确定所述三维图像空间中的纵坐标为所述中心坐标纵坐标与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量纵坐标之和；

确定所述三维图像空间中的竖坐标为所述成像结果的图片序列号与所述成像结果的像素间隔之积与所述偏移量竖坐标之和。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标包括：

根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系；

根据所述定位装置获得金属反光装置在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标；

根据所述定位元件在光学定位系统中的坐标与所述定位导板在所述光学定位系统中的坐标获得定位元件在所述光学定位系统局部坐标系中的坐标。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述定位导板建立所述定位装置的光学定位系统局部坐标系包括：

将所述红外反装置的中心在光学定位系统中识别为所述定位装置的光学定位系统局部坐标系的坐标原点；

所述定位装置在光学定位系统中的横轴、纵轴与竖轴与所述定位装置的预设朝向一致。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标之后，所述方法还包括：将所述光学定位装置的三维空间图像传输并显示于所述导航系统；所述三维图像指引所述口腔手术设备机械臂进行手术。

8.一种定位导航系统，其特征在于，所述定位导航系统包括：

口腔成像模块，用于对带有定位装置与定位元件的口腔进行口腔成像并生成口腔成像结果；其中，所述定位装置包括金属反光装置；

三维空间坐标集生成模块，用于根据所述口腔成像结果，计算所述金属反光装置与定位元件在三维图像空间中的坐标，并形成三维空间坐标集；

光学定位系统局部坐标集生成模块，用于计算所述金属反光球与定位元件在光学定位系统局部坐标系中的坐标，并形成光学定位系统局部坐标集；

转换矩阵生成模块，用于根据所述三维空间坐标集与所述光学定位系统局部坐标集，生成转换矩阵；其中，所述转换矩阵用于将所述光学定位系统局部坐标系转换为所述三维空间坐标系；以及

光学定位装置导航模块，用于获取光学定位装置在所述光学定位系统局部坐标系中的光学定位坐标；根据所述光学定位坐标与所述转换矩阵计算所述光学定位装置在三维图像空间中的坐标；其中，所述光学定位装置用于捕获其在光学定位系统中的位置并在定位导航系统中指引方向。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令时，执行权利要求1-7中任一项所述方法中的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器运行时，执行权利要求1-7任一项所述方法中的步骤。

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