本发明涉及医疗，尤其是涉及一种手术导航系统的处理方法、软件系统和手术导航系统。
背景技术：
1、脑胶质瘤术后的高复发率导致患者死亡率高、预后差，其主要原因之一是胶质瘤的微浸润生长。脑胶质瘤的生长具有极大的异质性，不同分子分型的胶质瘤具有明显差异化的侵袭性和微浸润生长方式。但是由于缺少精准定位脑胶质瘤微浸润范围的影像技术，脑胶质瘤分子分型与其微浸润生长模式的关系尚不明确。因此精准确定脑胶质瘤的微浸润范围，对于精准切除脑胶质瘤、减少术后复发具有重要临床意义。
2、荧光影像导航技术通过术前注射荧光剂，术中可以快速实时地显示脑胶质瘤的位置和范围，但由于缺乏针对脑胶质瘤的靶向荧光剂，以及脑胶质瘤本身异质性较高，荧光影像导航技术在评估脑胶质瘤微浸润方面的精准度和特异性欠佳。拉曼光谱技术通过识别分子的指纹图谱可以高特异性地判定脑组织是否癌变，甚至区分不同的分子分型，弥补荧光影像导航技术在微浸润识别上特异性、精准性不足的问题。但脑胶质瘤成分复杂，其高度的异质性导致拉曼光谱中包含的内容极为复杂，难以通过直接观察谱峰差异来区分肿瘤与正常组织，以及难以判定其分子分型。因此，如何利用人工智能技术快速、高效地解析脑胶质瘤微浸润灶的拉曼光谱，提取不同分子分型脑胶质瘤特有的“拉曼光谱”，对术中精准判定微浸润范围及其分子分型至关重要。
3、脑胶质瘤手术通常需要在手术显微镜下进行，术者会围绕手术区域不断地调整手术显微镜的角度和距离，拉曼光谱测量的位置需要在一个三维立体坐标系中被记忆并实时反映到当前的手术画面中，如何进行坐标系的确立和转换是一个重要的技术问题。如何将上述荧光影像导航技术、拉曼光谱技术以及人工智能技术融为一体并集成到手术显微镜中，以最终实现一体化的导航与诊断系统，是目前亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种手术导航系统的处理方法、软件系统和手术导航系统，光学定位系统通过实时监测固定在荧光手术显微镜、患者头颅侧和拉曼光谱探头上的定位球的空间位置，再经过本发明的软件系统计算出上述三者之间的相对位置和空间角度，为后续确定拉曼光谱测量点在术前三维重建影像中的位置，以及确定显微镜视角下的拉曼光谱测量点二维投影位置提供数据支撑。
2、第一方面，本发明实施例提供了一种手术导航系统的处理方法，应用于手术导航系统的软件系统，方法包括：基于光学定位仪获取多组定位球的坐标位置，计算每组定位球的重心坐标以及多组定位球确定的平面的单位法向量；其中，定位球设置于荧光手术显微镜、患者头颅侧和拉曼光谱探头上；确定患者头颅侧的一组定位球的重心坐标位置为原点的三维坐标系为世界坐标系，获取各个拉曼点在世界坐标系中的空间坐标，基于各个拉曼点在世界坐标系中的空间坐标计算各个拉曼点在图像上对应像素点的位置；获取术前医学影像，平移世界坐标系使世界坐标系与术前医学影像的坐标系重叠在坐标原点，将各个拉曼点在图像上对应像素点的位置显示在术前医学影像中。
3、在本申请可选的实施例中，上述基于光学定位仪获取多组定位球的坐标位置，计算每组定位球的重心坐标以及多组定位球确定的平面的单位法向量的步骤，包括：测量多组定位球之间的距离参数和角度参数；将光学定位仪的默认参考系调整为以头颅垂直线向上为z轴的正方向，以矢状轴向前为x轴正方向，以额状轴向左为y轴正方向，设定患者头颅侧一组定位球的重心位置为原点；基于光学定位仪确定一组定位球的坐标，基于该组定位球的坐标确定该组定位球的重心坐标和该组定位球的单位法向量；基于该组定位球的重心坐标、该组定位球的单位法向量、距离参数和角度参数计算该组定位球重心位置与中心点连线向量、中心点坐标和中心轴方向。
4、在本申请可选的实施例中，上述距离参数和角度参数至少包括以下之一：定位球的重心位置与对应的显微镜物镜出口中心之间点、患者颅顶中心点、拉曼探头末端之间的距离；该距离连线分别与对应定位球法线方向的空间夹角；该距离连线在定位球所在平面上投影线分别与每组定位球中的第一球和第二球的连线的夹角；每组定位球中的第一球和第二球的连线与第一球和第三球的连线的夹角。
5、在本申请可选的实施例中，上述每组定位球在安装时使其法线方向与对应的显微镜视场中心轴、患者头颅垂直轴、拉曼探头中心轴的平行。
6、在本申请可选的实施例中，上述基于各个拉曼点在世界坐标系中的空间坐标计算各个拉曼点在图像上对应像素点的位置的步骤，包括：将各个拉曼点在世界坐标系中的空间坐标转换到以显微镜镜头等效光心为坐标原点的相机坐标系；计算各个拉曼点在相机坐标系中的空间坐标在相机成像平面上的二维坐标；其中，相机成像平面设置于等效光心的等效后焦之后；将二维坐标所在坐标系平移，得到各个拉曼点在像素坐标系中的坐标作为各个拉曼点在图像上对应像素点的位置。
7、在本申请可选的实施例中，上述平移世界坐标系使世界坐标系与术前医学影像的坐标系重叠在坐标原点的步骤之后，方法还包括以下之一：基于术前医学影像识别病灶的位置，将病灶的位置显示在术前医学影像中；计算显微镜视场角，将显微镜的视场光锥显示在术前医学影像中；在术前医学影像中显示拉曼探头的位置，使拉曼探头按照给定视角方向投射。
8、在本申请可选的实施例中，上述方法还包括：基于拉曼光谱诊断系统将拉曼探头采集到的拉曼光谱数据输入预先建立好的深度学习模型中，输出病灶分类结果；将病灶分类结果显示在术前医学影像中各个拉曼点对应像素点的位置处。
9、在本申请可选的实施例中，上述将病灶分类结果显示在术前医学影像中各个拉曼点对应像素点的位置处的步骤，包括：当相机镜头移动时，确定术前医学影像中当前显示的拉曼点；将当前显示的拉曼点对应的病灶分类结果显示在术前医学影像中当前显示的拉曼点对应像素点的位置处。
10、第二方面，本发明实施例还提供一种软件系统，软件系统用于执行上述的手术导航系统的处理方法。
11、第三方面，本发明实施例还提供种一手术导航系统，手术导航系统包括：荧光手术显微镜、拉曼光谱测量系统、拉曼光谱诊断系统、光学定位系统和上述的软件系统。
12、本发明实施例带来了以下有益效果：
13、本发明实施例提供了一种手术导航系统的处理方法、软件系统和手术导航系统，光学定位系统通过实时监测固定在荧光手术显微镜、患者头颅侧和拉曼光谱探头上的定位球的空间位置，再经过本发明的软件系统计算出上述三者之间的相对位置和空间角度，为后续确定拉曼光谱测量点在术前三维重建影像中的位置，以及确定显微镜视角下的拉曼光谱测量点二维投影位置提供数据支撑。
14、本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
15、为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
1.一种手术导航系统的处理方法，其特征在于，应用于手术导航系统的软件系统，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，基于光学定位仪获取多组定位球的坐标位置，计算每组所述定位球的重心坐标以及多组所述定位球确定的平面的单位法向量的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，所述距离参数和所述角度参数至少包括以下之一：
4.根据权利要求3所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，每组所述定位球在安装时使其法线方向与对应的显微镜视场中心轴、患者头颅垂直轴、拉曼探头中心轴的平行。
5.根据权利要求1所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，基于各个拉曼点在所述世界坐标系中的空间坐标计算各个拉曼点在图像上对应像素点的位置的步骤，包括：
6.根据权利要求1所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，平移所述世界坐标系使所述世界坐标系与所述术前医学影像的坐标系重叠在坐标原点的步骤之后，所述方法还包括以下之一：
7.根据权利要求1-6任一项所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的手术导航系统的处理方法，其特征在于，将所述病灶分类结果显示在所述术前医学影像中各个拉曼点对应像素点的位置处的步骤，包括：
9.一种软件系统，其特征在于，所述软件系统用于执行权利要求1-8任一项所述的手术导航系统的处理方法。
10.一种手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统包括：荧光手术显微镜、拉曼光谱测量系统、拉曼光谱诊断系统、光学定位系统和权利要求9所述的软件系统。
