本技术实施例涉及图像配准，尤其涉及一种c臂成像设备的配准方法、装置及手术导航系统。
背景技术：
1、btpna技术即支气管镜下经肺实质结节抵达术，也称为隧道技术，通过在支气管壁上打孔，再建立隧道，在肺实质内由工作通道抵达结节部位，可以不依赖于自然支气管通道，理论上能够做到“全肺到达，精准治疗”。btpna技术作为一种介入手术，手术过程中需要依靠c臂成像信息来帮助抵达病灶，但部分靶点在c臂透视成像系统下无法准确识别(如磨玻璃结节)以及手术器械相对于解剖结构的空间关系不能直接可视化的问题，为手术结果与并发症风险带来了不利的影响。
2、手术导航的解决方案主要是针对三维解剖结构和c臂成像系统进行配准，从而将透视引导功能将工具接入至靶点，目前，现有的图像强度配准方法容易陷入局部最小值，从而导致产生错误的图像配准结果，同时人工标定方式繁琐耗时，会对手术过程和结果产生一定影响。
技术实现思路
1、本技术实施例提供一种c臂成像设备的配准方法、装置及手术导航系统，以至少解决相关技术中人工标定参数、参数维度高导致的配准结果不准确的技术问题。
2、本技术实施例提供一种c臂成像设备的配准方法，包括：分别获取床板辅助装置、追踪工具、ct设备和c臂成像设备的用于确定对应坐标系的目标信息，并依据目标信息确定c臂成像设备对应的第一坐标系与ct设备对应的第二坐标系之间的第一空间转换关系，其中，追踪工具固定于床板辅助装置上，且追踪工具与c臂成像设备通信连接，床板辅助装置上设置有可被ct设备扫描到的多个标记点；将ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第二ct扫描数据，并依据每组第二ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第一空间转换参数对第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系，其中，预设平面范围为第二坐标系的x y平面内的预设范围；将第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第三ct扫描数据，并依据每组第三ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第二空间转换参数对第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系。
3、可选地，分别获取床板辅助装置、追踪工具、ct设备和c臂成像设备的用于确定对应坐标系的目标信息，并依据目标信息确定c臂成像设备对应的第一坐标系与ct设备对应的第二坐标系之间的第一空间转换关系，包括：获取c臂成像设备的射线源的内参和外参，其中，外参中至少包括：射线源对应的第一坐标系与追踪工具对应的第三坐标系之间的第三空间转换关系；获取床板辅助装置上的第一标记点信息，依据第一标记点信息构建床板辅助装置对应的第四坐标系，并依据追踪工具与床板辅助装置的相对位置关系确定第三坐标系与第四坐标系之间的第四空间转换关系；获取ct设备扫描床板辅助装置上的目标对象时得到的第一ct扫描数据，依据第一ct扫描数据中的第二标记点信息构建ct设备对应的第二坐标系，并依据第一标记点信息和第二标记点信息确定第四坐标系与第二坐标系之间的第五空间转换关系；依据第三空间转换关系、第四空间转换关系和第五空间转换关系确定第一空间转换关系。
4、可选地，在将ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转之前，方法还包括：获取c臂成像设备在c臂射线源处于第一预设位置时采集的目标对象的第一真实透视图像；依据射线源的内参、第一预设位置和第一空间转换关系构建第二坐标系下的与射线源内参相同的第一虚拟射线源。
5、可选地，将ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第二ct扫描数据，包括：基于预设步长，将第一ct扫描数据在预设平面范围内沿第二坐标系的x轴平移，和/或沿第二坐标系的y轴平移，和/或沿第二坐标系的z轴旋转，得到多组第二ct扫描数据。
6、可选地，依据每组第二ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第一空间转换参数对第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系，包括：确定每组第二ct扫描数据与第一ct扫描数据之间的第一空间转换参数；依据第一虚拟射线源对多组第二ct扫描数据进行数字重建放射影像处理，得到多个第一虚拟透视图像；确定每个第一虚拟透视图像与第一真实透视图像之间的第一相似度，并确定第一相似度最高的第一虚拟透视图像所对应的第一空间转换参数为第一目标空间转换参数；依据第一目标空间转换参数对第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系。
7、可选地，确定每个第一虚拟透视图像与第一真实透视图像之间的第一相似度，并确定第一相似度最高的第一虚拟透视图像所对应的第一空间转换参数为第一目标空间转换参数，包括：确定每个第一虚拟透视图像与第一真实透视图像之间的用于反映第一相似度的第一归一化互相关指标，并依据多个第一归一化互相关指标构建第一损失函数；利用基于二次逼近的边界优化算法求解第一损失函数取最小值时对应的第一虚拟透视图像所对应的第一空间转换参数为第一目标空间转换参数。
8、可选地，在将第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转之前，方法还包括：获取c臂成像设备在c臂射线源处于多个第二预设位置时采集的多个目标对象的第二真实透视图像；依据射线源的内参、第二空间转换关系、多个第二预设位置、每个第二预设位置与第一预设位置的相对位置关系分别构建多个第二坐标系下的与射线源内参相同的第二虚拟射线源。
9、可选地，将第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第三ct扫描数据，包括：基于预设步长，将第一ct扫描数据在预设空间范围内沿第二坐标系的x轴平移，和/或沿第二坐标系的y轴平移，和/或沿第二坐标系的z轴平移，和/或沿第二坐标系的x轴旋转，和/或沿第二坐标系的y轴旋转，和/或沿第二坐标系的z轴旋转，得到多组第三ct扫描数据。
10、可选地，依据每组第三ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第二空间转换参数对第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系，包括：确定每组第三ct扫描数据与第一ct扫描数据之间的第二空间转换参数；对于每组第三ct扫描数据，分别依据多个第二虚拟射线源对第三ct扫描数据进行数字重建放射影像处理，得到多个第二虚拟透视图像；确定每个第二虚拟射线源对应的第二虚拟透视图像与第二真实透视图像之间的第二相似度，并将多个第二虚拟射线源对应的第二相似度求和，得到第三ct扫描数据对应的第三相似度；确定第三相似度最高的第三ct扫描数据所对应的第二空间转换参数为第二目标空间转换参数；依据第二目标空间转换参数对第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系。
11、可选地，确定每个第二虚拟射线源对应的第二虚拟透视图像与第二真实透视图像之间的第二相似度，并将多个第二虚拟射线源对应的第二相似度求和，得到第三ct扫描数据对应的第三相似度，包括：确定每个第二虚拟射线源对应的第二虚拟透视图像与第二真实透视图像之间的用于反映第二相似度的第二归一化互相关指标；将多个第二虚拟射线源对应的第二归一化互相关指标求和，得到第三ct扫描数据对应的用于反映第三相似度的梯度归一化互相关指标。
12、可选地，确定第三相似度最高的第三ct扫描数据所对应的第二空间转换参数为第二目标空间转换参数，包括：依据多组第三ct扫描数据对应的梯度归一化互相关指标构建第二损失函数；利用基于二次逼近的边界优化算法求解第二损失函数取最小值时对应的第三ct扫描数据所对应的第二空间转换参数为第二目标空间转换参数。
13、本技术实施例还提供一种c臂成像设备的配准装置，包括：初始化配准模块，用于分别获取床板辅助装置、追踪工具、ct设备和c臂成像设备的用于确定对应坐标系的目标信息，并依据目标信息确定c臂成像设备对应的第一坐标系与ct设备对应的第二坐标系之间的第一空间转换关系，其中，追踪工具固定于床板辅助装置上，且追踪工具与c臂成像设备通信连接，床板辅助装置上设置有可被ct设备扫描到的多个标记点；平面内配准模块，用于将ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第二ct扫描数据，并依据每组第二ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第一空间转换参数对第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系，其中，预设平面范围为第二坐标系的xy平面内的预设范围；空间内配准模块，用于将第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第三ct扫描数据，并依据每组第三ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第二空间转换参数对第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系。
14、本技术实施例还提供一种手术导航系统，包括：床板辅助装置、追踪工具和c臂成像设备，其中，追踪工具固定于床板辅助装置上，且追踪工具与c臂成像设备通信连接，床板辅助装置上设置有可被ct设备扫描到的多个标记点；c臂成像设备，用于获取床板辅助装置、追踪工具、ct设备和自身的参数信息，并依据参数信息确定自身对应的第一坐标系与ct设备对应的第二坐标系之间的第一空间转换关系；将ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第二ct扫描数据，并依据每组第二ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第一空间转换参数对第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系，其中，预设平面范围为第二坐标系的x y平面内的预设范围；将第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第三ct扫描数据，并依据每组第三ct扫描数据与第一ct扫描数据间的第二空间转换参数对第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系。
15、本技术实施例还提供一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时上述的c臂成像设备的配准方法。
16、本技术实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述的c臂成像设备的配准方法。
17、基于上述方案可知，本技术通过手术导航系统中的床板辅助装置、追踪工具可以获得一个理想的实时初始配准关系即第一空间转换关系，该关系可在手术前完成，并且不受外力影响进而不会产生较大偏差，可以在后续步骤中引导图像精确定位；基于第一空间转换关系在平面内进行图像配准，可以进一步提高配准精度；基于平面内配准结果即第二空间转换关系对图像进行再次配准，可以确保最终达到高精度的图像对齐；通过渐进式的配准方法可以不断缩小搜索范围，有效提升配准效率，减少陷入局部最小值的情况，并逐步提高配准精度，有效解决了相关技术中人工标定参数、参数维度高导致的配准结果不准确的技术问题。
1.一种c臂成像设备的配准方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别获取床板辅助装置、追踪工具、ct设备和c臂成像设备的用于确定对应坐标系的目标信息，并依据所述目标信息确定所述c臂成像设备对应的第一坐标系与所述ct设备对应的第二坐标系之间的第一空间转换关系，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转之前，所述方法还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述ct设备采集的第一ct扫描数据在预设平面范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第二ct扫描数据，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，依据每组所述第二ct扫描数据与所述第一ct扫描数据间的第一空间转换参数对所述第一空间转换关系进行更新，得到第二空间转换关系，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定每个所述第一虚拟透视图像与所述第一真实透视图像之间的第一相似度，并确定所述第一相似度最高的第一虚拟透视图像所对应的第一空间转换参数为第一目标空间转换参数，包括：
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在将所述第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转之前，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述第一ct扫描数据在预设空间范围内进行多次平移和/或旋转，得到多组第三ct扫描数据，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，依据每组所述第三ct扫描数据与所述第一ct扫描数据间的第二空间转换参数对所述第二空间转换关系进行更新，得到目标空间转换关系，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定每个所述第二虚拟射线源对应的第二虚拟透视图像与第二真实透视图像之间的第二相似度，并将多个所述第二虚拟射线源对应的第二相似度求和，得到所述第三ct扫描数据对应的第三相似度，包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述第三相似度最高的第三ct扫描数据所对应的第二空间转换参数为第二目标空间转换参数，包括：
12.一种c臂成像设备的配准装置，其特征在于，包括：
13.一种手术导航系统，其特征在于，包括：床板辅助装置、追踪工具和c臂成像设备，其中，
14.一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至11中任一项所述的方法。
