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CN109692050B - 一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置 - Google Patents

一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置 Download PDF

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CN109692050B
CN109692050B CN201811602134.5A CN201811602134A CN109692050B CN 109692050 B CN109692050 B CN 109692050B CN 201811602134 A CN201811602134 A CN 201811602134A CN 109692050 B CN109692050 B CN 109692050B
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Abstract

本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置，其中标定方法包括：基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取扫描区域相对于第二视觉标记的位置；将扫描区域相对于第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。本发明实施例提供的方法和装置，通过设置在手术区域上的第二视觉标记和设置在扫描设备上的第一视觉标记，获取转换矩阵，并将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。

Description

一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及医疗技术领域，尤其涉及一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置。
背景技术
近年来，随着口腔种植技术在临床中的推广，以及人们对口腔健康要求的提高，越来越多的患者选择对缺失牙进行种植修复治疗。而口腔种牙手术是在狭小空间内局部麻醉下的精密操作，由于口腔的非直视环境、操作空间狭小以及医生缺乏经验等因素，导致种植手术的失败率较高。
随着计算机技术的发展，手术导航以其精准、灵活、微创等优点，给外科手术带来了革命性的变化，也为口腔医学的进一步发展提供了方向。目前国内外开展的口腔种植导航技术，其基本方法是基于CT扫描数据重建患者的三维图像，在辅助设计软件中预先规划种植体理想的三维位置。手术时利用光学或电磁导航仪器实时追踪手术器械的空间位置，按照事先确定的理想位置、角度和深度预备种植窝洞并完成种植体植入。
上述口腔种植导航手术中关键的一步是要确定虚拟图像空间与视觉空间的映射关系，以实现手术器械的空间位置的实时追踪。目前，临床上常采用标记点配准法实现，即通过确立医学图像上的标记点与人体上相对应的标记点间的映射关系，来建立两个空间的映射关系。该标记点既可以是颌骨或牙齿解剖标志点，也可以是体积较小的人造标记点。然而，采用解剖标志点进行准配，存在配准精度较低的问题，而采用人造标记点进行配准，需要将人造标记点植入患者的牙槽突或颌骨，这会给患者造成不必要的创伤甚至引发感染。
发明内容
本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置，用以解决现有的牙科种植手术器械追踪时标记点的设置存在配准精度低或给患者带来不必要的创伤的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的标定方法，包括：
基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；
将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
第二方面，本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的追踪方法，包括：
捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；
基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；
其中，所述转换矩阵是基于如第一方面所提供的方法获取的。
第三方面，本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的标定装置，包括：
相对位置获取单元，用于基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；
转换矩阵获取单元，用于将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
第四方面，本发明实施例提供一种牙科种植导航手术的追踪装置，包括：
捕捉单元，用于捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；
追踪单元，用于基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；
其中，所述转换矩阵是基于如第一方面所提供的方法获取的。
第五方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信，处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如第一方面或第二方面所提供的方法的步骤。
第六方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第二方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的一种牙科种植导航手术的标定、追踪方法和装置，通过设置在手术区域上的第二视觉标记和设置在扫描设备上的第一视觉标记，获取转换矩阵，并将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的标定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的追踪方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的标定装置的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的牙科种植导航手术的标定装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的追踪装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图；
附图标记说明：
301-光学导航仪； 302-扫描设备； 303-手术区域；
304-扫描区域； 305-第一视觉标记； 306-第二视觉标记。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
现有的口腔种植导航手术中，通过标记点配准法确定虚拟图像空间与视觉空间的映射关系，以实现手术器械的空间位置的实时追踪。采用解剖标志点进行准配，存在配准精度较低的问题，而采用人造标记点进行配准，需要将人造标记点植入患者的牙槽突或颌骨，这会给患者造成不必要的创伤甚至引发感染。针对上述问题，本发明实施例提供了一种牙科种植导航手术的标定方法。图1为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的标定方法的流程示意图，如图1所示，标定方法包括：
110，基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取扫描区域相对于第二视觉标记的位置。
具体地，在对牙科种植手术器械进行追踪前，需要获取转换矩阵，构建空间坐标与三维坐标下的转换关系。在获取转换矩阵时，应用扫描设备对手术区域进行扫描。此处，手术区域是指在牙科手术中需要进行医疗处理的相关区域，例如患者的口腔颌骨或者患者的牙齿等，本发明实施例对此不作具体限定。扫描设备用于对手术区域进行扫描，构建三维场景中的手术区域。扫描设备扫描得到的扫描区域，是手术区域中的一部分，与三维场景中的扫描区域对应，扫描区域的扫描位置是相对于扫描设备的中心的位置坐标。视觉标记为能够被视觉传感器等设备实时捕获位置信息的标记，第一视觉标记和第二视觉标记均用于对视觉标记设置的位置进行区分。第一视觉标记设置在扫描设备上，第二视觉标记设置在手术区域，第一视觉标记的空间位置用于指示扫描设备的空间位置，第二视觉标记用于指示手术区域的空间位置，扫描位置用于表征扫描区域相对于扫描设备的位置。对第一视觉标记的空间位置、第二视觉标记的空间位置和扫描区域的扫描位置进行空间坐标转换，能够得到扫描区域相对于第二视觉标记的位置。
120，将扫描区域相对于第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
具体地，将扫描区域相对于第二视觉标记的位置，与三维场景中扫描区域对应的位置进行配准，可以得到相对于第二视觉标记的位置到三维场景中的位置的转换关系，即转换矩阵，通过转换矩阵，可以将任意相对于第二视觉标记的位置转换为三维场景中的位置。且由于第二视觉标记能够表征手术区域的位置，因此基于转换矩阵的转换，不受实际操作过程中手术区域位置变化的扰动，将手术器械相对于第二视觉标记的位置通过转换矩阵进行转换，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现手术器械的实时追踪。
本发明实施例提供的方法，通过设置在手术区域上的第二视觉标记和设置在扫描设备上的第一视觉标记，获取转换矩阵，将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
基于上述实施例，步骤110具体包括：
111，基于第一视觉标记的空间位置，获取扫描设备的空间位置。
具体地，第一视觉标记设置在扫描设备上的任意位置，第一视觉标记的空间位置仅能够用于表征扫描设备上第一视觉标记设置位置的空间位置，而无法准确代表扫描设备，尤其是扫描设备中心点的位置。因此，在获取第一视觉标记的空间位置后，基于第一视觉标记处于扫描设备上的具体位置，获取扫描设备的空间位置。
进一步地，假设第一视觉标记的空间位置由齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000051
表示，第一视觉标记相对于扫描设备的中心的位置，由齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000052
表示。式中，S表示扫描设备坐标系，M1表示第一视觉标记坐标系，V表示空间坐标系，则基于第一视觉标记的空间位置
Figure BDA0001922755170000053
以及第一视觉标记相对于扫描设备的中心的位置
Figure BDA0001922755170000054
获取扫描设备的空间位置
Figure BDA0001922755170000055
112，基于扫描区域的扫描位置，以及扫描设备的空间位置，获取扫描区域的空间位置。
假设扫描区域的扫描位置，即扫描设备在某一时刻获取的相对于扫描设备的中心的三维坐标点为SP，将扫描区域的扫描位置转换到空间坐标系下，得到扫描区域的空间位置为
Figure BDA0001922755170000056
113，基于扫描区域的空间位置，以及第二视觉标记的空间位置，获取扫描区域相对于第二视觉标记的位置。
假设第二视觉标记的空间位置为
Figure BDA0001922755170000061
式中，M2表示第二视觉标记坐标系。基于扫描区域的空间位置VP和第二视觉标记的空间位置
Figure BDA0001922755170000062
将扫描区域的空间位置转换到第二视觉标记坐标系下，得到扫描区域相对于第二视觉标记的位置
Figure BDA0001922755170000063
基于上述任一实施例，步骤120具体包括：基于迭代最近点算法获取三维场景中扫描区域对应的位置；基于扫描区域相对于第二视觉标记的位置，以及三维场景中扫描区域对应的位置，获取转换矩阵。
具体地，迭代最近点(Iterative Closest Point，ICP)算法一种迭代计算方法，主要用于计算机视觉中深度图像的精确拼合，通过不断迭代最小化源数据与目标数据对应点来实现精确地拼合。本发明实施例中，通过迭代最近点算法获取三维场景中扫描区域对应的位置。
假设扫描区域相对于第二视觉标记的位置M2P，三维场景中扫描区域对应的位置为CTP，转换矩阵用于实现从第二视觉标记坐标系到三维场景坐标系的转换，转换矩阵为
Figure BDA0001922755170000064
式中，CT表示三维场景坐标系。
基于上述任一实施例，图2为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的追踪方法的流程示意图，如图2所示，该追踪方法包括：
210，捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置。
具体地，在牙科种植手术中，为了实现种植手术的导航，分别在手术器械和手术区域上设置视觉标记。此处，手术器械是指在牙科手术中所使用的医疗器械，手术区域是指在牙科手术中需要进行医疗处理的相关区域，例如患者的口腔颌骨或者患者的牙齿等，本发明实施例对此不作具体限定。视觉标记为能够被视觉传感器等设备实时捕获位置信息的标记，第三视觉标记和第二视觉标记均用于对视觉标记设置的位置进行区分。第三视觉标记设置在手术器械上，第二视觉标记设置在手术区域，第三视觉标记的空间位置用于指示手术器械的空间位置，第二视觉标记用于指示手术区域的空间位置。
220，基于第三视觉标记的空间位置、第二视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的手术器械的位置。
此处，转换矩阵是基于上述任一实施例提供的标定方法获取的，转换矩阵用于实现空间位置与三维场景中位置的转换，例如基于第三视觉标记的空间位置和第二视觉标记的空间位置，得到第三视觉标记相对于第二视觉标记的位置，随后基于转换矩阵将第三视觉标记相对于第二视觉标记的位置转换为三维坐标下手术器械相对于手术区域的位置，实现手术器械位置的实时追踪，指导医护人员进行手术。
本发明实施例提供的方法，将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
基于上述任一实施例，步骤220具体包括：
221，基于第三视觉标记的空间位置，获取手术器械的空间位置。
具体地，第三视觉标记设置在手术器械上的任意位置，第三视觉标记的空间位置仅能够用于表征手术器械上第三视觉标记设置位置的空间位置，而无法准确代表手术器械，尤其是手术器械中心点的位置。因此，在获取第三视觉标记的空间位置后，基于第三视觉标记处于手术器械上的具体位置，获取手术器械的空间位置。
进一步地，假设第三视觉标记的空间位置由齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000071
表示，第三视觉标记相对于手术器械的中心的位置，由齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000072
表示。式中，R表示手术器械坐标系，M3表示第三视觉标记坐标系，V表示空间坐标系，则基于第三视觉标记的空间位置
Figure BDA0001922755170000073
以及第三视觉标记相对于手术器械的中心的位置
Figure BDA0001922755170000074
获取手术器械的空间位置
Figure BDA0001922755170000075
222，基于手术器械的空间位置以及第二视觉标记的空间位置，获取手术器械相对于第二视觉标记的位置。
假设第二视觉标记的空间位置为
Figure BDA0001922755170000076
式中，M2表示第二视觉标记坐标系。基于手术器械的空间位置
Figure BDA0001922755170000077
和第二视觉标记的空间位置
Figure BDA0001922755170000078
将手术器械的空间位置转换到第二视觉标记坐标系下，得到手术器械相对于第二视觉标记的位置
Figure BDA0001922755170000079
223，基于手术器械相对于第二视觉标记的位置和转换矩阵，更新三维场景中的手术器械的位置。
假设转换矩阵为
Figure BDA00019227551700000710
式中，CT表示三维场景坐标系。将手术器械相对于第二视觉标记的位置转换到三维场景坐标系下，得到三维场景中的手术器械的位置
Figure BDA0001922755170000081
基于上述任一实施例，图3为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的标定装置的结构示意图，如图3所示，在执行牙科种植手术器械追踪方法之前，首先需要获取转换矩阵。患者的手术区域303即患者额骨上，设置有第二视觉标记306。扫描设备302为光学扫描仪，扫描设备302上设置有第一视觉标记305。光学导航仪301用于捕捉第二视觉标记306和第一视觉标记305的空间位置。
扫描设备302上，第一视觉标记305相对于扫描设备302的光学中心的位置姿态关系经过标定，可用齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000082
表示。式中，S表示扫描设备302坐标系，M1表示第一视觉标记305坐标系。已知齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000083
即可在扫描设备302扫描过程中获得扫描设备302光学中心相对于光学导航仪301的相对位置,即扫描设备302的空间位置，用齐次矩阵表示为
Figure BDA0001922755170000084
V表示空间坐标系，即以光学导航仪301为中心的坐标系。
第二视觉标记306与患者牙齿的相对位置关系始终保持不变。使用带有
第一视觉标记305的扫描设备302扫描患者口腔。在扫描过程中光学导航仪301实时追踪第二视觉标记306和第一视觉标记305的空间位置，并将扫描得到的患者口腔曲面上的扫面区域，即三维空间点转换到第二视觉标记306坐标系下描述。具体方法为：将扫描设备302采集到的扫描区域304的坐标点根据变换矩阵
Figure BDA0001922755170000089
转换到光学导航仪301的视觉坐标系下，即口腔扫描的某一时刻获取到相对与扫描设备302光学中心的三维坐标点SP，转换到光学导航仪301的视觉坐标系下为
Figure BDA0001922755170000085
同一时刻第二视觉标记306在光学导航仪301的视觉坐标系下的位置姿态为
Figure BDA0001922755170000086
那么可将三维扫描点转换到第二视觉标记306的坐标系下进行描述，即得到扫描区域304相对于第二视觉标记306的位置：
Figure BDA0001922755170000087
随后，将扫描区域304相对于第二视觉标记306的位置M2P与三维场景进行配准，采用迭代最近点算法计算出转换矩阵
Figure BDA0001922755170000088
在获取转换矩阵之后，执行牙科种植导航手术的追踪方法。
在手术器械上设置第三视觉标记。在对手术器械进行追踪时，光学导航仪301实时追踪第三视觉标记和第二视觉标记306的空间位置。第三视觉标记的空间位置由齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000091
表示，手术器械上，第三视觉标记相对于手术器械中心的位置姿态关系经过标定，可用齐次矩阵
Figure BDA0001922755170000092
表示。式中，R表示手术器械坐标系，M3表示第三视觉标记坐标系，V表示空间坐标系，则基于第三视觉标记的空间位置
Figure BDA0001922755170000093
以及第三视觉标记相对于手术器械的中心的位置
Figure BDA0001922755170000094
获取手术器械的空间位置
Figure BDA0001922755170000095
第二视觉标记306与患者牙齿的相对位置关系始终保持不变。在对手术器械进行追踪时，光学导航仪301实时追踪第二视觉标记306的空间位置为
Figure BDA0001922755170000096
式中，M2表示第二视觉标记306坐标系。基于手术器械的空间位置
Figure BDA0001922755170000097
和第二视觉标记306的空间位置
Figure BDA0001922755170000098
将手术器械的空间位置转换到第二视觉标记306坐标系下，得到手术器械相对于第二视觉标记306的位置
Figure BDA0001922755170000099
Figure BDA00019227551700000910
随后，将手术器械相对于第二视觉标记306的位置转换到三维场景坐标系下，得到三维场景中的手术器械的位置
Figure BDA00019227551700000911
本发明实施例提供的方法，通过设置在手术区域303上的第二视觉标记306和设置在扫描设备302上的第一视觉标记305，获取转换矩阵，并将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
基于上述任一实施例，图4为本发明另一实施例提供的牙科种植导航手术的标定装置的结构示意图，如图4所示，一种牙科种植导航手术的标定装置，包括相对位置获取单元410和转换矩阵获取单元420；
其中，相对位置获取单元410用于基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；
转换矩阵获取单元420用于将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
本发明实施例提供的装置，通过设置在手术区域上的第二视觉标记和设置在扫描设备上的第一视觉标记，获取转换矩阵，并将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
基于上述任一实施例，相对位置获取单元410包括设备空间子单元、区域空间子单元和区域相对子单元；
设备空间子单元用于基于所述第一视觉标记的空间位置，获取所述扫描设备的空间位置；
区域空间子单元用于基于所述扫描区域的扫描位置，以及所述扫描设备的空间位置，获取所述扫描区域的空间位置；
区域相对子单元用于基于所述扫描区域的空间位置，以及所述第二视觉标记的空间位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置。
基于上述任一实施例，设备空间子单元具体用于：
基于所述第一视觉标记的空间位置，以及所述第一视觉标记相对于所述扫描设备的中心的位置，获取所述扫描设备的空间位置。
基于上述任一实施例，转换矩阵获取单元420用于：
基于迭代最近点算法获取所述三维场景中所述扫描区域对应的位置；
基于所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置，以及所述三维场景中所述扫描区域对应的位置，获取所述转换矩阵。
基于上述任一实施例，图5为本发明实施例提供的牙科种植导航手术的追踪装置的结构示意图，如图5所示，一种牙科种植导航手术的追踪装置，包括捕捉单元510和追踪单元520；
其中，捕捉单元510用于捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；
追踪单元520用于基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；其中，所述转换矩阵是基于上述实施例所述的标定方法获取的。
本发明实施例提供的装置，将转换矩阵应用于手术器械的追踪，无需将标记点植入患者体内，即便在手术过程中患者头部发生运动，也能在三维场景中实时反映手术器械的位置变化，实现了精确的手术器械实时追踪。
基于上述任一实施例，追踪单元520具体包括器械空间子单元、器械相对子单元和器械三维子单元；
器械空间子单元用于基于所述第三视觉标记的空间位置，获取所述手术器械的空间位置；
器械相对子单元用于基于所述手术器械的空间位置以及所述第二视觉标记的空间位置，获取所述手术器械相对于所述第二视觉标记的位置；
器械三维子单元用于基于所述手术器械相对于所述第二视觉标记的位置和所述转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置。
图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储在存储器603上并可在处理器601上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的牙科种植导航手术的标定方法，例如包括：基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
此外，处理器601还可以调用存储在存储器603上并可在处理器601上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的牙科种植导航手术的追踪方法，例如包括：捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；其中，所述转换矩阵是基于标定方法获取的。
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的牙科种植导航手术的标定方法，例如包括：基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的牙科种植导航手术的追踪方法，例如包括：捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；其中，所述转换矩阵是基于标定方法获取的。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种牙科种植导航手术的追踪方法，其特征在于，包括：
捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；
基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；
其中，所述转换矩阵是基于标定方法获取的，所述标定方法包括：
基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；
将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置，具体包括：
基于所述第一视觉标记的空间位置，获取所述扫描设备的空间位置；
基于所述扫描区域的扫描位置，以及所述扫描设备的空间位置，获取所述扫描区域的空间位置；
基于所述扫描区域的空间位置，以及所述第二视觉标记的空间位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一视觉标记的空间位置，获取所述扫描设备的空间位置，具体包括：
基于所述第一视觉标记的空间位置，以及所述第一视觉标记相对于所述扫描设备的中心的位置，获取所述扫描设备的空间位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵，具体包括：
基于迭代最近点算法获取所述三维场景中所述扫描区域对应的位置；
基于所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置，以及所述三维场景中所述扫描区域对应的位置，获取所述转换矩阵。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置，具体包括：
基于所述第三视觉标记的空间位置，获取所述手术器械的空间位置；
基于所述手术器械的空间位置以及所述第二视觉标记的空间位置，获取所述手术器械相对于所述第二视觉标记的位置；
基于所述手术器械相对于所述第二视觉标记的位置和所述转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置。
6.一种牙科种植导航手术的追踪装置，其特征在于，包括：
捕捉单元，用于捕捉设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置和设置在手术器械上的第三视觉标记的空间位置；
追踪单元，用于基于所述第二视觉标记的空间位置和所述第三视觉标记的空间位置，以及转换矩阵，更新三维场景中的所述手术器械的位置；
其中，所述转换矩阵是基于标定装置获取的，所述标定装置包括：
相对位置获取单元，用于基于设置在扫描设备上的第一视觉标记的空间位置、设置在手术区域的第二视觉标记的空间位置，以及所述扫描设备扫描得到的扫描区域的扫描位置，获取所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置；
转换矩阵获取单元，用于将所述扫描区域相对于所述第二视觉标记的位置与三维场景进行配准，获取转换矩阵。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信，处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如权利要求1至5任一所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述的方法。
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