本发明属于三维导航的，特别是涉及一种机器人三维影像导航方法、系统、介质及电子设备。
背景技术：
1、脑穿刺手术是一种根据术前规划将穿刺装置沿特定路径深入大脑内目标位置进行采样、引流或植入等操作，达到诊断或治疗脑部疾病目的神经外科技术。目前，脑穿刺手术一般应用于诊断脑部肿瘤、治疗脑水肿或颅内出血、注射药物或植入电极等，具有较好的临床效果。
2、虽然脑穿刺手术日趋成熟，但手术相关并发症仍时有发生，包括感染、出血、神经损伤和癫痫发作等，其中大部分是由于穿刺路径有偏差或者目标靶点不准确所导致的。当前脑穿刺手术流程由于ct-mri多模态规划影像间的配准误差、立体定向框架形变、移位或定位不准确以及手动穿刺等原因存在不可避免的穿刺精度瓶颈。而磁共振兼容的脑穿刺手术机器人可以有效地避免以上问题，其磁共振兼容性使整个手术规划、执行过程能够完全位于磁共振扫描仪中进行、无需ct影像；并且机器人能够根据术前路径规划自动导航至指定位置实施穿刺，减少人工介入。因此磁共振兼容的脑穿刺手术机器人不仅可以简化术前过程，实时发现和校正误差，同时还提高了手术效率，扩大了手术适用范围，有效提升了手术精度。
3、因此在机器人辅助脑穿刺手术中，精准手术导航是实现精准穿刺路径的关键。现有技术中的机器人导航方法有基于视觉、基于惯性测量单元和基于超声波等方法。上述方法应用于磁共振兼容脑穿刺手术机器人环境下时存在以下问题：
4、(1)磁共振兼容性问题
5、机器人定位所需额外电子器件在磁共振扫描仪的强磁场环境中无法正常工作，甚至可能影响磁共振扫描仪本身正常运行。
6、(2)导航精度问题
7、手术过程中由于存在各种不确定性和误差，如传感器误差、运动累积误差等，导致机器人导航精度不足；此外，导航所用信息模态与磁共振影像之间也存在匹配误差，进一步影响精度。
8、(3)鲁棒性问题
9、脑穿刺手术过程中，手术环境可能发生变化、大脑可能发生脑脊液流失导致的漂移现象，导致预先计算的定位数据不准确，而现有方法难以进行手术过程中的及时修正。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机器人三维影像导航方法、系统、介质及电子设备，有效提升了机器人手术导航过程中精度和鲁棒性。
2、第一方面，本发明提供一种机器人三维影像导航方法，所述方法包括以下步骤：在目标对象的初始磁共振影像中获取目标穿刺路径；当机器人对所述目标对象进行穿刺操作时，获取所述目标对象处包含机器人定位鞘管的实时磁共振影像；所述机器人定位鞘管包括外层管状结构、内层管状长端组件和内层球状末端组件，所述内层管状长端组件内部充满硫酸铜显影溶液；基于所述实时磁共振影像提取所述机器人定位鞘管的实时姿态信息；基于所述目标穿刺路径和所述实时姿态信息调整所述机器人的姿态，直至所述机器人定位鞘管的实时姿态与所述目标穿刺路径相匹配。
3、在第一方面的一种实现方式中，在目标对象的初始磁共振影像中获取目标穿刺路径包括以下步骤：
4、在所述目标对象的初始磁共振影像中获取所述目标对象的表面穿刺点和目标靶点；
5、获取所述表面穿刺点和所述目标靶点的三维坐标；
6、将所述表面穿刺点和所述目标靶点的三维坐标之间的线段作为所述目标穿刺路径。
7、在第一方面的一种实现方式中，基于所述实时磁共振影像提取所述机器人定位鞘管的实时姿态信息包括以下步骤；
8、在所述实时磁共振影像中裁切包含所述机器人定位鞘管的区域图像；
9、对所述区域图像进行二值化处理，获取二值化图像；
10、对所述二值化图像进行形态学操作，获取平滑图像；
11、对所述平滑图像进行连通域的标记和分析，确定所述机器人定位鞘管的内层球状末端组件和内层管状长端组件在所述实时磁共振影像上的中心位置坐标；
12、将所述内层球状末端组件的中心位置坐标和所述内层管状长端组件的中心位置坐标转换为在磁共振扫描仪定义的物理坐标下的映射坐标；
13、基于所述内层球状末端组件和所述内层管状长端组件的中心位置坐标和映射坐标获取所述实时姿态信息。
14、在第一方面的一种实现方式中，对所述区域图像进行二值化处理，获取二值化图像包括以下步骤：
15、根据argmaxt w0×(g0-t)2+w1×(g1-t)2确定二值化阈值t，其中w1＝1-w0，n为总像素数，ni为灰度值为i的像素数，
16、基于所述二值化阈值t对所述区域图像进行二值化处理。
17、在第一方面的一种实现方式中，对所述二值化图像进行形态学操作，获取平滑图像包括以下步骤：
18、基于闭运算函数对所述二值化图像进行处理，以填补所述二值化图像中的孔洞；
19、基于开运算函数对所述二值化图像进行处理，以平滑所述二值化图像的边缘。
20、在第一方面的一种实现方式中，基于所述内层球状末端组件和所述内层管状长端组件的中心位置坐标和映射坐标获取所述实时姿态信息包括以下步骤：
21、构建直线模型方程k1x+k2y+k3z+b＝0，其中k12+k12+k32＝1；
22、根据求解最佳参数[kb]，其中‖.‖为欧几里得范数，k＝[k1,k2,k3]，(x,y,z)表示中心位置坐标，(x’,y’,z’)表示映射坐标，p1,p2,…,pn表示内层管状长端组件各层影像的映射坐标，n等于内层管状长端组件范围内的影像层数；
23、将[k1,k2,k3,b]作为所述实时姿态信息。
24、在第一方面的一种实现方式中，所述机器人定位鞘管的实时姿态与所述目标穿刺路径相匹配时，所述实时姿态信息的延长线与所述目标穿刺路径相重合。
25、第二方面，本发明提供一种机器人三维影像导航系统，所述系统包括第一获取模块、第二获取模块、提取模块和导航模块；
26、所述第一获取模块用于在目标对象的初始磁共振影像中获取目标穿刺路径；
27、所述第二获取模块用于当机器人对所述目标对象进行穿刺操作时，获取所述目标对象处包含机器人定位鞘管的实时磁共振影像；所述机器人定位鞘管包括外层管状结构、内层管状长端组件和内层球状末端组件，所述内层管状长端组件内部充满硫酸铜显影溶液；
28、所述提取模块用于基于所述实时磁共振影像提取所述机器人定位鞘管的实时姿态信息；
29、所述导航模块用于基于所述目标穿刺路径和所述实时姿态信息调整所述机器人的姿态，直至所述机器人定位鞘管的实时姿态与所述目标穿刺路径相匹配。
30、第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器。
31、所述存储器用于存储计算机程序；
32、所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行上述的机器人三维影像导航方法。
33、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被电子设备执行时实现上述的机器人三维影像导航方法。
34、如上所述，本发明所述的机器人三维影像导航方法、系统、介质及电子设备，具有以下
35、有益效果：
36、(1)能够结合快速核磁共振影像自动定位机器人姿态，无需额外器件，因此不受磁共振扫描仪高场强干扰，也不影响仪器本身运作；
37、(2)通过快速磁共振结构像定位姿态，经过多次调节再定位至收敛，排除额外传感模态与磁共振影像间的匹配误差；与规划路径相比，机器人末端的绝对精度误差、角度误差可以达到小于1mm、1度；
38、(3)方法无需框架和外置摄像头等器件，也无需预先计算定位数据，能够根据手术中的变化及时修正误差，更灵活高效，具有更大的适用范围，尤其适用于磁共振兼容的脑穿刺手术机器人的三维影像导航。
1.一种机器人三维影像导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：在目标对象的初始磁共振影像中获取目标穿刺路径包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：基于所述实时磁共振影像提取所述机器人定位鞘管的实时姿态信息包括以下步骤；
4.根据权利要求3所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：对所述区域图像进行二值化处理，获取二值化图像包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：对所述二值化图像进行形态学操作，获取平滑图像包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：基于所述内层球状末端组件和所述内层管状长端组件的中心位置坐标和映射坐标获取所述实时姿态信息包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的机器人三维影像导航方法，其特征在于：所述机器人定位鞘管的实时姿态与所述目标穿刺路径相匹配时，所述实时姿态信息的延长线与所述目标穿刺路径相重合。
8.一种机器人三维影像导航系统，其特征在于，所述系统包括第一获取模块、第二获取模块、提取模块和导航模块；
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被电子设备执行时实现权利要求1至7任一项所的机器人三维影像导航方法。
