CN114587584B - 提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例中提供了一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法及系统，属于手术导航技术领域，该方法包括：获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型；获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1；连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。通过本公开的处理方案，能够直观的帮助术者可视化手术风险，提高手术的效果与安全性。

Description

提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法及系统

技术领域

本公开涉及手术导航技术领域，尤其涉及一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法及系统。

背景技术

置钉是骨科中常见的手术操作，但风险极高。由于手术中骨头不透明，术者要根据自身多年经验间断判断骨头深度，以及骨钉穿出侧的脏器情况。常规的手术导航系统通常只显示器械与器官的位置、角度等坐标相对位置关系，但这类信息对临床医生的帮助极为有限。本发明是骨科手术导航系统可视化技术的一部分，主要描述置钉可视化系统的设计以及实现的技术方法，直观的帮助术者可视化手术风险，提高手术的效果与安全性。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法及系统，以至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法，包括：

获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；

获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；

连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；

基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对钉道入口点进行实时预测和可视化显示，包括：

在移动骨钉确认置钉位置时，对钉子预设距离内的骨表面做高亮显示；

根据骨钉钉尖位置、骨钉朝向和长度构成的线段进行距离的判断；

当骨表面面片在线段垂直方向的过两端点形成的平面区域内时，对面片中心的空间坐标和对应钉子线段上的点坐标做三维空间距离计算，算出的结果在预设范围内时判断为高亮范围，对该高亮范围进行高亮显示。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在手术器械上安装传感器，获得手术器械的空间位置

通过导航系统空间配准，获得骨钉的方向、以及手术器械的空间位置的偏移量，从而计算出一个随器械传感器位置变化而精确算出的钉子空间位置，使得能够在三维空间中可视化钉头位置；

通过医疗器械的空间位置与偏移量的和，计算并显示钉尾的位置。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在获取到钉尾位置、骨钉方向、以及骨钉长度之后，用一个虚拟的骨钉模型将骨钉在真正的空间位置进行可视化处理。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

通过获取钉尖P、交点P1的空间坐标位置，计算出PP1段长度，当PP1段的距离为正数时，用PP1段的长度值表示为骨钉的植入深度，以便于基于所述植入深度进行可视化显示。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在渲染和计算过程中，通过GPU的并行功能进行计算，对基于体素的三维渲染、体表面渲染、入钉点判断和植入深度计算进行优化。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，设定系统为计算法线N，方向为骨表面内部指向外部，设定骨钉法线为M，方向为骨钉针尖P朝钉尾向外。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

对于可视化显示的图像，采用逐像素显示的方式进行显示，在手术操作的器官上显示安全区与危险区， 利用不同的灰度或颜色，显示不同的区域；

对于操作器官在屏幕布上的每一个像素都作计算，判断像素是否处于安全区或是危险区，进而达到显示精度的极限；

在可视化显示的图像渲染和计算过程中，每个像素都计算其所在的安全区以及钉子的深度；

采用并行加速的硬件进行显示计算，并行加速硬件系统拥有多个计算单元，可视化显示的图像中的每一个像素被分配到一个计算单元上，用以提高可视化图像的计算速度。

第二方面，本公开实施例提供了一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化系统，包括：

获取模块，用于获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；

标记模块，用于获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；

确定模块，用于连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；

显示模块，用于基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。

第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

第四方面，本公开实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

第五方面，本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

本公开实施例中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方案，包括获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。通过本公开的处理方案，通过仿真计算，实时显示钉道的位置，入钉口、出钉口以及钉道距入口与出口的深度，更为直观的展示置钉操作的效果与风险。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。

图1为本公开实施例提供的一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法的流程图；

图2a-2d为本公开实施例提供的骨钉入口点的计算示意图；

图3为本公开实施例提供的钉道出口点实时预测与显示示意图；

图4为本公开实施例提供的骨钉在导航系统中可视化示意图；

图5为本公开实施例提供的一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化装置的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的电子设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本公开实施例提供一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。本实施例提供的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法可以由一计算装置来执行，该计算装置可以实现为软件，或者实现为软件和硬件的组合，该计算装置可以集成设置在服务器、客户端等中。

参见图1，本公开实施例中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法，可以包括如下步骤：

S101，获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；

S102，获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；

S103，连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；

S104，基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。

在实现步骤S101-104的过程中，可以采用光学定位仪、光球标耙、被施以手术的骨头三维模型，各组成部分作用说明如下：

光学定位仪：用于跟踪骨头以及置钉的位置，导航系统可正确的定向骨钉与骨头的空间位置。

光球标耙：一个光球标耙安装在骨头上，经过配准可以精确跟踪骨头的位置；另一个光球标耙安装于骨钉上，通过工具较准，可以精确的定位针尖与骨钉的轴向。

骨头三维模型：被施以手术的骨头三维模型根据CT重建出来，通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头模型的正确映射。

参见图2a-2d，钉道入口点的计算与显示可以包括：

1) 法线定义：本发明设定系统为计算法线N，方向为骨表面内部指向外部。设定骨钉法线为M，方向为骨钉针尖P朝钉尾向外。

2) 钉道入口点的计算方法：

本发明中骨表面由无数个微小的三角形面片S组合而成。在置钉操作过程中，从骨钉针尖P发出一条射线A，此射线A与骨面的交点为P1，过P1点做法线N。如图所示，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，P1为入钉点；大于90°时，P1为出钉点。

3) 计算骨钉插入情况：

① 已插入：连接针尖P与交点P1，若线段PP1与P1的法线N的夹角α＞90°时，表示骨钉己插入骨头。

② 未插入：连接针尖P与交点P1，若线段PP1与P1的法线N的夹角β＜90°时，则表示入口点在骨钉前方，还没有插入骨头。

5) 钉道入口点的显示方法：

本发明中，入钉点显示为在骨表面一个高亮的圆形投影，并对钉道入口点进行实时预测与显示。

① 利用GPU的并行计算功能，在移动钉子确认置钉位置时，对钉子一定距离内的骨表面做高亮显示。

②根据钉尖位置、钉子朝向和长度构成的一条线段进行距离的判断。

③该判断分面片在线段垂直方向的过两端点形成的平面区域内和外两种情况，当骨表面面片在两平面区域内时，对面片中心的空间坐标和对应钉子线段上的点坐标做三维空间距离计算，算出的结果在一定范围内时判断为高亮范围。

钉道出口点实时预测与显示可以包括：

①器械的空间位置：在手术器械上安装传感器，获得器械的空间位置。

②钉子的空间位置：通过导航系统空间配准，获得钉子的方向，以及器械的空间位置的偏移量。从而计算出一个随器械传感器位置变化而精确算出的钉子空间位置，使得能够在三维空间中可视化钉头位置。

③计算钉尾的位置：器械的空间位置+偏移量=钉尾的位置。

参见图3，钉道的显示可包括：获取到钉尾位置、钉子方向、以及钉子长度之后，用一个虚拟的钉子模型将钉子在真正的空间位置进行可视化处理。

植入深度的显示

①植入深度定义：钉头到骨表面之间的距离。

②植入深度的计算方法：通过获取钉尖P、交点P1的空间坐标位置，计算出PP1段长度，当未插入时距离为负数，已插入时距离为正数，正数的值即为骨钉植入深度。

参见图4，为了提高系统的实时响应，系统采用并行加速的硬件，如GPU。并行加速硬件系统拥可上千个计算单。每一个像素被分配到一个计算单元上。可以提速数千倍。

①优化：在上述渲染和计算过程中，通过GPU的并行功能进行计算，对基于体素的三维渲染、体表面渲染、入钉点判断和植入深度计算进行优化。

②效果：整个软件的帧率达到了25帧以上，使得整个计算和渲染过程的实时计算优化。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对钉道入口点进行实时预测和可视化显示，包括：

在移动骨钉确认置钉位置时，对钉子预设距离内的骨表面做高亮显示；

根据骨钉钉尖位置、骨钉朝向和长度构成的线段进行距离的判断；

当骨表面面片在线段垂直方向的过两端点形成的平面区域内时，对面片中心的空间坐标和对应钉子线段上的点坐标做三维空间距离计算，算出的结果在预设范围内时判断为高亮范围，对该高亮范围进行高亮显示。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在手术器械上安装传感器，获得手术器械的空间位置

通过导航系统空间配准，获得骨钉的方向、以及手术器械的空间位置的偏移量，从而计算出一个随器械传感器位置变化而精确算出的钉子空间位置，使得能够在三维空间中可视化钉头位置；

通过医疗器械的空间位置与偏移量的和，计算并显示钉尾的位置。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在获取到钉尾位置、骨钉方向、以及骨钉长度之后，用一个虚拟的骨钉模型将骨钉在真正的空间位置进行可视化处理。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

通过获取钉尖P、交点P1的空间坐标位置，计算出PP1段长度，当PP1段的距离为正数时，用PP1段的长度值表示为骨钉的植入深度，以便于基于所述植入深度进行可视化显示。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

在渲染和计算过程中，通过GPU的并行功能进行计算，对基于体素的三维渲染、体表面渲染、入钉点判断和植入深度计算进行优化。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，设定系统为计算法线N，方向为骨表面内部指向外部，设定骨钉法线为M，方向为骨钉针尖P朝钉尾向外。

参见图4，为了实现显示的高精度，采用逐像素计算的方法。对于屏墓上的每一个像素，都会进行上述方法实施例中的计算。根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：对于可视化显示的图像，采用逐像素显示的方式进行显示，对于需要显示的像素点采用与骨头颜色不同的一种颜色显示。例如，对于采用白色描述的骨头三维模型，可以采用蓝色高亮的方式表示入钉点，采用红色高亮圆形投影的方式来描述出钉点。当然，也可以根据其他的颜色来进行设定，从而实现可视化显示部分采用不同的颜色来呈现半透明的效果。本发明在此不作具体的限制。

具体的，系统软件可以根据穿入点与穿出点的位置与手术要求定义安全区与危险区。为了清晰的显示操作空间跟安全区域。系统采用了逐像素显示的方法。显示安全区可以有许多方法，比如用球或方块表示安全区间，或是利用标注说明。但是这种方法精度在手术中有许多问题：

1）边界精度不够，球或方块只是近似，不能精确的显示边界。，标注很难清晰的显示边界；

2）由于安全区与危险区正好在手术操作范围内，加入的显示物理容易对医生视界造成遮挡。

本发明提出一种方案为逐像素精准显示。

1）其特点在于，在手术操作的器官上显示安全区与危险区，不加入新的指性物体，利用不同的灰度或颜色，显示不同的区域。

2）高精度：对于操作器官在屏幕布上的每一个像素都作计算，判断像素是否处于安全区或是危险区，达到显示精度的极限。

①优化：在上述渲染和计算过程中，每个像素都要计算其所在的安全区以及钉子的深度，为了提高系统的实时响应，系统采用并行加速的硬件，如GPU。并行加速硬件系统拥可上千个计算单，每一个像素被分配到一个计算单元上，可以提速数千倍。

②效果：整个软件的帧率达到了25帧以上，医生手术中可以实时调整方案，看到手术的风险与效果。

与上面的方法实施例相对应，参见图5，本公开实施例还提供了一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化系统50，包括：

获取模块501，用于获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；

标记模块502，用于获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；

确定模块503，用于连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；

显示模块504，用于基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示。

本实施例未详细描述的部分，参照上述方法实施例中记载的内容，在此不再赘述。

参见图6，本公开实施例还提供了一种电子设备60，该电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述方法实施例中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

本公开实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述方法实施例中的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述方法实施例中的的提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化方法。

下面参考图6，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备60的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA（个人数字助理）、PAD（平板电脑）、PMP（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终端）等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备60可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等）601，其可以根据存储在只读存储器（ROM）602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器（RAM）603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有电子设备60操作所需的各种程序和数据。处理装置601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出（I/O）接口605也连接至总线604。

通常，以下装置可以连接至I/O接口605：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置606；包括例如液晶显示器（LCD）、扬声器、振动器等的输出装置607；包括例如磁带、硬盘等的存储装置608；以及通信装置609。通信装置609可以允许电子设备60与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备60，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置609从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从ROM602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF（射频）等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取至少两个网际协议地址；向节点评价设备发送包括所述至少两个网际协议地址的节点评价请求，其中，所述节点评价设备从所述至少两个网际协议地址中，选取网际协议地址并返回；接收所述节点评价设备返回的网际协议地址；其中，所获取的网际协议地址指示内容分发网络中的边缘节点。

或者，上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：接收包括至少两个网际协议地址的节点评价请求；从所述至少两个网际协议地址中，选取网际协议地址；返回选取出的网际协议地址；其中，接收到的网际协议地址指示内容分发网络中的边缘节点。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、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，该模块、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，两个接连地表示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操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。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，第一获取单元还可以被描述为“获取至少两个网际协议地址的单元”。

应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种提高骨科置钉操作安全性的导航系统可视化系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取需要进行置钉操作的骨头的三维模型，所述三维模型通过CT重建的方式构建，以便于通过空间配准完成现实中患者的骨头和软件中患者骨头三维模型的正确映射；

标记模块，用于获取三维模型中骨钉形成的射线与骨面的交点P1，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角小于90°时，将P1标记为入钉点，当P1的法线N与骨钉的法线M的夹角大于90°时，将P1标记为出钉点；

确定模块，用于连接定位针尖P与交点P1形成线段PP1，通过线段PP1与P1的法线N之间的夹角，确定骨钉是否已经插入骨头，形成插入状态判断结果；

显示模块，用于基于所述插入状态判断结果、所述入钉点和所述出钉点，在所述骨头的三维模型上，对钉道入口点进行实时预测和可视化显示；其中

钉道出口点实时预测与显示包括：在手术器械上安装传感器，获得手术器械的空间位置；通过导航系统空间配准，获得骨钉的方向、以及手术器械的空间位置的偏移量，从而计算出一个随器械传感器位置变化而精确算出的钉子空间位置，使得能够在三维空间中可视化钉头位置；通过医疗器械的空间位置与偏移量的和，计算并显示钉尾的位置；

钉道的显示包括：在获取到钉尾位置、骨钉方向、以及骨钉长度之后，用一个虚拟的骨钉模型将骨钉在真正的空间位置进行可视化处理；

设定系统为计算法线N，方向为骨表面内部指向外部，设定骨钉法线为M，方向为骨钉针尖P朝钉尾向外。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述对钉道入口点进行实时预测和可视化显示，包括：

在移动骨钉确认置钉位置时，对钉子预设距离内的骨表面做高亮显示；

根据骨钉钉尖位置、骨钉朝向和长度构成的线段进行距离的判断；

当骨表面面片在线段垂直方向的过两端点形成的平面区域内时，对面片中心的空间坐标和对应钉子线段上的点坐标做三维空间距离计算，算出的结果在预设范围内时判断为高亮范围，对该高亮范围进行高亮显示。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还用于：

通过获取钉尖P、交点P1的空间坐标位置，计算出PP1段长度，当PP1段的距离为正数时，用PP1段的长度值表示为骨钉的植入深度，以便于基于所述植入深度进行可视化显示。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还用于：

在渲染和计算过程中，通过GPU的并行功能进行计算，对基于体素的三维渲染、体表面渲染、入钉点判断和植入深度计算进行优化。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还用于：

对于可视化显示的图像，采用逐像素显示的方式进行显示，在手术操作的器官上显示安全区与危险区， 利用不同的灰度或颜色，显示不同的区域；

对于操作器官在屏幕布上的每一个像素都作计算，判断像素是否处于安全区或是危险区，进而达到显示精度的极限；

在可视化显示的图像渲染和计算过程中，每个像素都计算其所在的安全区以及钉子的深度；

采用并行加速的硬件进行显示计算，并行加速硬件系统拥有多个计算单元，可视化显示的图像中的每一个像素被分配到一个计算单元上，用以提高可视化图像的计算速度。