The invention is suitable for medical image processing and application technology field, provides a method, a device and a registration mark of surgical navigation system, the method includes: to calculate the spatial positioning error of each physical space markers according to the physical coordinates of each physical space markers get several values of the physical coordinates and the average; calculate the weight matrix of various physical space markers according to the spatial positioning error; according to the average value of the physical image coordinates of each physical space marks the average value of each image and space point coordinates, combined with the weight matrix, in ensuring the marker registration error based on minimum FRE by using the iteration method to solve the translation vector and rotation matrix R t. The invention can fully take into account the anisotropic nature of the spatial positioning error of the optical positioning system, and ultimately improve the navigation accuracy of the entire surgical navigation system.
【技术实现步骤摘要】
一种标记点配准方法、装置及外科手术导航系统
本专利技术属于医学图像处理及应用
,尤其涉及一种标记点配准方法、装置及外科手术导航系统。
技术介绍
外科手术导航是医生进行微创外科手术的必要辅助技术,它可以结合术前和术中图像,为外科医生提供更加丰富的病人解剖信息。手术过程中,医生可以通过该外科手术导航实时监测手术器械与病人手术区域的空间位置。光学定位系统,如,加拿大NDI公司生产的Polaris系统,由于定位设备自身无法克服的定位误差,即光学定位相机与所跟踪对象的连线所在轴的方向上产生的误差是其他两个正交方向的三到五倍。换言之,通过光学定位系统所获取的手术器械的空间位置信息具有各向异性的性质。光学定位系统所获取的空间位置信息参与手术导航的配准过程时,空间位置信息自身的误差会累积到手术导航配准结果中,导致最终的外科手术导航系统误差加大。配准是外科手术导航系统中至关紧要的一个步骤,它实现病人物理空间和图像空间坐标系的统一。目前所用的外科手术导航系统,术前采集的图像在术中必须通过配准,计算病人物理空间到图像空间的变换矩阵。一般的做法是在病人体表上粘贴有限数目的标记点(或通过识别具有一定特征的解剖标志点),然后利用光学定位系统来获取这些标记点的物理空间坐标,利用最小二乘法,求解图像空间对应部位的标记点与光学定位系统所获取的物理空间坐标之间的变换矩阵,最终实现图像空间和病人物理空间的统一。现有技术也提到了外科手术导航中的三种误差,分别为标记点定位误差(FiducialLocalizationError,FLE)、标记点配准误差(FiducialRegistratio ...
【技术保护点】
一种标记点配准方法,其特征在于,所述方法包括:分别多次获取各个物理空间标记点的物理坐标值和各个图像空间标记点的图像坐标值;分别计算各个物理空间标记点的物理坐标值的平均值和各个图像空间标记点的图像坐标值的平均值;根据多次获取的各个物理空间标记点的物理坐标值和所述物理坐标值的平均值计算出各个物理空间标记点的空间定位误差;根据所述空间定位误差计算出各个物理空间标记点的权重矩阵;根据各个物理空间标记点的物理坐标值的平均值和各个图像空间标记点的图像坐标值的平均值,结合所述权重矩阵,在保证标记点配准误差FRE最小的前提下,用迭代法求解平移向量t和旋转矩阵R;所述根据所述空间定位误差计算出各个物理空间标记点的权重矩阵具体包括:计算出各个物理空间标记点的空间定位误差在各个方向上的方差分量以及各个物理空间标记点的空间定位误差的协方差矩阵;对所述协方差矩阵进行奇异值分解,得到各个物理空间标记点的空间定位误差的主轴;根据所述主轴以及各个物理空间标记点的空间定位误差在各个方向上的方差分量,计算出各个物理空间标记点的权重矩阵。
【技术特征摘要】
1.一种标记点配准方法,其特征在于,所述方法包括:分别多次获取各个物理空间标记点的物理坐标值和各个图像空间标记点的图像坐标值;分别计算各个物理空间标记点的物理坐标值的平均值和各个图像空间标记点的图像坐标值的平均值;根据多次获取的各个物理空间标记点的物理坐标值和所述物理坐标值的平均值计算出各个物理空间标记点的空间定位误差;根据所述空间定位误差计算出各个物理空间标记点的权重矩阵;根据各个物理空间标记点的物理坐标值的平均值和各个图像空间标记点的图像坐标值的平均值,结合所述权重矩阵,在保证标记点配准误差FRE最小的前提下,用迭代法求解平移向量t和旋转矩阵R;所述根据所述空间定位误差计算出各个物理空间标记点的权重矩阵具体包括:计算出各个物理空间标记点的空间定位误差在各个方向上的方差分量以及各个物理空间标记点的空间定位误差的协方差矩阵;对所述协方差矩阵进行奇异值分解,得到各个物理空间标记点的空间定位误差的主轴;根据所述主轴以及各个物理空间标记点的空间定位误差在各个方向上的方差分量,计算出各个物理空间标记点的权重矩阵。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算各个物理空间标记点的物理坐标值的平均值具体包括:将多次获取的各个物理空间标记点的物理坐标值按坐标轴的方向划分为三个分量,分别记为xij、yij、zij;计算每个物理坐标值在所述三个分量上的平均值,分别记为具体计算公式如下:其中,xij表示标记点i在x方向上的第j个物理坐标值,yij表示标记点i在y方向上的第j个物理坐标值,zij表示标记点i在z方向上的第j个物理坐标值,n为获取同一标记点的物理坐标值的次数。3.一种标记点配准装置,其特征在于,所述装置包括:第一坐标获取单元,用于分别多次获取各个物理空间标记点的物理坐标...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗火灵,贾富仓,方驰华,范应方,项楠,胡庆茂,
申请(专利权)人:中国科学院深圳先进技术研究院,
类型:发明
国别省市:广东,44
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