一种用于检测配准精度的标准块
阅读说明：本技术 一种用于检测配准精度的标准块 (Standard block for detecting registration precision ) 是由 付强 刘洋 黄亚磊 于 2021-03-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于检测配准精度的标准块及其适用方法,其特征在于：包括标准块本体；其中,所述所述标准块本体为船型造型；所述标准块本体的底部,具有至少一个镂空结构；所述标准块本体的顶面为平面结构,其上布置有刻度孔、角度孔和安装孔；所述刻度孔、角度孔和安装孔互不接触。该标准块结构稳定、使用方便,经过测试,不会因为标准块过大而导致图像拍摄不完整,也不会因为过小造成图像拍摄不清晰。(The invention provides a standard block for detecting registration accuracy and an application method thereof, which are characterized in that: comprises a standard block body; wherein the standard block body is in a ship shape; the bottom of the standard block body is provided with at least one hollow structure; the top surface of the standard block body is of a plane structure, and is provided with a scale hole, an angle hole and a mounting hole; the scale hole, the angle hole and the mounting hole are not in contact with each other. This standard block stable in structure, convenient to use, through the test, can not lead to the image to shoot incomplete because the standard block is too big, also can not cause the image to shoot unclear because of the undersize.)
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种用于检测配准精度的标准块。
背景技术
在骨科手术导航系统中，通过配准算法将虚拟图像与现实图像进行配准，通常会使用骨块模型进行测试，但没有具体的配准误差数值，导致无法判断配准的精度；为了验证配准的精度，会使用标准块进行模拟测试，从而检测图像配准的精度，但是现有的标准块因形状及结构的原因，在X光拍摄后，所拍摄的图像为单一的黑色，而且现有的标准块体型较大，可能导致拍摄图像不完整，在配准时很难进行区分，增加配准难度，影响配准的精度。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种用于检测配准精度的标准块。
本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征在于：包括标准块本体；
其中，上述标准块本体为船型造型；
上述标准块本体的底部，具有至少一个镂空结构；
上述标准块本体的顶面为平面结构，其上布置有刻度孔、角度孔和安装孔；
上述刻度孔、角度孔和安装孔互不接触。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征还在于：
上述标准块本体的底部包括第一侧块和第二侧块；
上述第一侧块和第二侧块分别设置于标准块本体底部对向的两侧；
上述第一侧块和第二侧块之间具有通道。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征还在于：
上述第一侧块上具有至少一个镂空结构和/或通孔；
和/或
上述第二侧块上具有至少一个镂空结构和/或通孔。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征还在于：
上述刻度孔组成，第一十字刻度和第二十字刻度；
上述第一十字刻度和第二十字刻度均匀布置于标准块本体的顶面；
上述第一十字刻度和第二十字刻度的端部相交于标准块本体的顶面的中心位姿。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征还在于：
上述安装孔具有与其他装置实现相互安装的安装机构。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块，其特征还在于：
上述标准块本体的顶面的边缘位姿还具有凸起件；
上述凸起件，包括第一凸起件和第二凸起件；
上述第二凸起件设置于第一凸起件与标准块本体的夹角处。
采用第一凸起件与第二凸起件搭配使用的作用在于，提高标准块方向的辨识度，例如：圆形凸起的一边是在标准块的中心线上，而直角凸起位于标准块的侧，这样识别度更高，防止因不同角度拍摄的图像造成难以识别方向。
此外，本发明还提供了上述用于检测配准精度的标准块的使用方法，其特征在于，具体步骤如下所示：
S1.通过连接杆将参考架与标准块实现安装，参考架安装后需确保拍摄后的图像上，参考架不会与标准块重叠；
S2.将标准块平稳放置于X光机的拍摄区内进行图像拍摄，获取N个不同角度的现实二维图像；
S3.将S2获取的现实二维图像信息发送至配准系统；
S4.根据预先设置在系统中的标准块尺寸信息，构建一个虚拟三维模型；
S5.将现实二维图像与虚拟三维模型进行图像匹配，获得现实二维图像与虚拟三维模型最为相似的N张第一虚拟二维图像；
S6.以获取的第一虚拟二维图像为准，根据自定义旋转角度及平移距离，对虚拟三维模型进行旋转及平移，拍摄M张第二虚拟二维图像；
S7.将第二虚拟二维图像与现实二维图像进行配准，通过匹配结果判断系统的配准精度。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块的使用方法，其特征还在于：
上述S5中图像匹配的规则包含如下规则的一种或几种：
规则1.根据图像上标准块曲面的变形程度；
规则2.根据凸起件所在位姿来判断标准块的姿态；
规则3.根据镂空、凹陷、通孔及其类似造型在拍摄后的图像上会有以不同灰度值来判断标准块的姿态。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块的使用方法，其特征还在于：
S8.在虚拟模型上选取一个角度孔，获取该角度孔的角度值信息，设置该虚拟角度孔为A1，取实体标准块上与之对应的角度孔，使探针追踪球面对着NDI，将探针插入该角度孔中，获取该角度孔的角度值信息，设置该现实角度孔为A2，通过计算公式e1＝|A1-A2|得到一个角度误差值；
S9.在虚拟模型上选取一个刻度孔位，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该虚拟刻度孔为P1，取实体标准块上找到与之对应的刻度孔，使探针追踪球面对着NDI，将探针插入该角度孔中，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该现实刻度孔为P2，通过计算公式e2＝|P1-P2|得到一个位移误差值；
S10.将角度误差值和位移误差值与技术要求的误差值相比较，来判定配准精度是否符合技术要求。
进一步地，本发明提供的一种用于检测配准精度的标准块的使用方法，其特征还在于：
S8.在实体标准快上选取一个角度孔，获取该角度孔的角度值信息，设置该现实角度孔为A1，取虚拟模型上与之对应的角度孔，使探针追踪球面对着NDI，将探针插入该角度孔中，获取该角度孔的角度值信息，设置该虚拟角度孔为A2，通过计算公式e1＝|A1-A2|得到一个角度误差值；
S9.在实体标准快上选取一个刻度孔位，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该现实刻度孔为P1，取虚拟模型上找到与之对应的刻度孔，使探针追踪球面对着NDI，将探针插入该角度孔中，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该虚拟刻度孔为P2，通过计算公式e2＝|P1-P2|得到一个位移误差值；
S10.将角度误差值和位移误差值与技术要求的误差值相比较，来判定配准精度是否符合技术要求。
本发明的作用和效果：
本发明通过此设计，提供了一种检测配准精度点的标准块，结构稳定、使用方便，标准块的大小经过测试，不会因为标准块过大而导致图像拍摄不完整，也不会因为过小造成图像拍摄不清晰。
角度孔系通孔结构，置入探针后，探针就能更深的插入孔洞中，而孔空洞的大小和器械都是相匹配的，故而，可防止手术探针插入角度孔后晃动影响图像的拍摄。
十字刻度覆盖整个标准块表面，使用更为方便。
该标准块分区设计可以方便使用者对标准块进行区分；安装孔设置在标准块的边缘处，在安装定位参考架后，可降低参考架对标准块的遮挡；标准块一面为曲面，在不同的拍摄角度下曲面弧度不同，可以更好的对图形进行识别及区分，标准块的凹坑及镂空设计，在拍摄图像上能产生不同的色差及形状，让使用者能够更好的对图形进行识别，标准块一侧的凸起设计，能在图像配准时，提供给使用者作为参考，避免拍摄图像为常规形状而降低识别度，从而能够更为准确的进行图像匹配。
附图说明
图1为本实施例提供的标准快的结构示意图。
其中，1标准块，2第一凸起，3第二凸起，4角度孔，5中心点，6十字刻度，7帆形镂空，8安装孔，9通孔，10帆形凹陷。
图2为本实施例提供的标准块使用状态的示意图。
图3为本实施例提供的标准块的安装结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的一种用于检测配准精度的标准块。
该标准块1，其上侧部(即、顶面)为平面，下侧部(即、底部)为曲面，整体外观看为船型造型；
在本实施例中，该标准块的尺寸规格为120mm*70mm*40mm，根据实际使用的需要，尺寸可进行调整。
该标准块的顶面，靠近边缘处横向设有至少3个角度孔4，该角度孔用于检测手术器械角度；
该标准块的顶面，还设有用于检测手术器械位姿的十字刻度6，在本实施例中，以中心线为准，将该标准块分为左半区和右半区；该十字刻度为一对，分别位于左半区和右半区的中心点5的两侧，在使用的过程中，一般将该中心点刻度设为0，每个刻度的间距为5mm，在实际使用的过程中，根据使用的需要可调整十字刻度的造型和刻度孔之间的距离。
该标准块的顶面，还设有用于安装定位参考架的安装孔8，一般来说，该安装孔设置在上述标准块上侧部的边缘或四个角部的任何位姿，为了实现如图3所示的与参考架的相互连接，该安装孔一般为内螺纹设计。
此外，该标准块的底部，其右半区底部设有一纵截面呈帆形的凹陷10，凹陷的前后两侧部的厚度为1cm。其对应的左半区位姿也可具有相似的结构。
该左半区的前侧(和/或后侧)挡片上该挡片上还可具有类帆形镂空设计的通孔7，以及通孔8和通孔9，该通孔9的直径不小于20mm。
此外，该标准快的顶面，中心位姿或左半区的后侧部位姿，设有第一凸起2，该第一凸起2与顶面的夹角位姿具有第二凸起3，该第二凸起3的高度低于第一凸起2。
上述标准块的具体使用方法如下：
如图1所示，一种用于检测配准精度的标准块，包括标准块，标准块的使用方法如下：
步骤一、如图3所示，在图像拍摄前先将参考架的连接杆安装在标准块的安装孔内，再将参考架安装在连接杆的另一端，定位参考架与安装孔的连接杆为“Z”形或“┓”形，参考架上设有至少3个追踪球，追踪球用于接收和/或发射红外光线给追踪设备，定位标准块位姿，参考架安装后位于标准块的上方外侧，确保拍摄后的图像上参考架不会与标准块重叠，从而影响拍摄后的图像。
步骤二、如图2所示，在C臂上X光机前端安装防畸变罩及标靶块，标靶块上也安装有追踪参考架，参考架上的追踪球朝向NDI设备，使其可以识别追踪球。
步骤三、完成步骤一、二后，将标准块平稳放置于X光机的拍摄区域内，确保参考架上的追踪球可以被NDI设备识别，移动X光机在不同的机位上进行拍摄，至少从2个不同角度的机位进行拍摄，最优的从3个不同角度的机位进行拍摄，拍摄后获取一组3张图像的现实二维图像，并获得标准块和标靶块的空间位姿信息，确定标准块及相机的位姿关系，同时X光机前端的防畸变罩将对拍摄图像进行畸变矫正。
步骤四、将步骤三获取的3张现实二维图像信息及标准块和标靶块的位姿信息发送至配准系统中，图像信息发送方式可通过网络传输或U盘拷贝两种方式操作。
步骤五、根据预先设置在系统中的标准块尺寸信息构建一个第一虚拟三维模型，为了缩短第一虚拟三维模型与现实二维图像的匹配时间，可以通过手动操作平移及旋转第一虚拟三维模型，将第一虚拟三维模型调整至与现实二维图像的相似面，获得模型的初始位姿信息；系统对模型初始位姿信息及步骤三中获得的标准块和标靶块的空间位姿信息进行计算，构建虚拟空间内第一虚拟三维模型及三个虚拟相机机位的空间位姿关系。
步骤六、根据步骤五中获得的第一虚拟三维模型及三个虚拟相机机位的空间位姿关系，系统对第一虚拟三维模型进行自动旋转及平移，每平移1mm或每旋转1度，系统便同时记录一组3个机位上获取的第一虚拟二维图像，系统将记录M组第一虚拟二维图像。
步骤七、将步骤六获取的M组第一虚拟二维图像与第三步骤获取的一组现实二维图像进行自动匹配，匹配后通过计算每组图像中，在相同角度下的2张图像的欧式距离的均值，选取三个机位上均值最小的图像，组成一组配准后的第二虚拟二维图像。
步骤八、将步骤五获得的第一虚拟三维模型和三个虚拟相机机位的为空间位姿关系与步骤结合现实标准块和相机机位的空间位姿关系，通过配准系统进行配准，获得一个配准后的第二虚拟三维模型。
步骤九、在第二虚拟三维模型上选取一个角度孔，获取该角度孔的角度值信息，设置该虚拟角度孔为A1，然后在实体标准块上找到与之对应的角度孔，手持探针，探针追踪球面对着NDI，将探针插入该角度孔中，获取该角度孔的角度值信息，设置该现实角度孔为A2，通过计算公式e1＝|A1-A2|得到一个角度误差值。
该过程也可反向进行，即、在实体标准块上选择一个角度孔，通过插入探针后采集其角度值的方式，来获得两者的角度差值。
在虚拟模型上选取一个刻度孔位，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该虚拟刻度孔为P1，然后在实体标准块上找到与之对应的刻度孔，手持探针，探针追踪球面对着NDI，将探针置于该刻度孔中，获取该刻度孔的刻度值信息，设置该现实刻度孔为P2，通过计算公式e2＝|P1-P2|得到一个位移误差值。
将角度误差值和位移误差值与技术要求的误差值(角度误差值低于2度，位移误差值低于1.5mm)相比较，当角度误差值和位移误差值同时满足技术要求时，则判定为配准精度符合技术要求。
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