基于面的术中配准方法及神经导航设备技术

本发明专利技术提供基于面的术中配准方法，该方法包括：接收三维扫描仪发送的患者面部三维点云信息；接收光学追踪设备发送的位姿矩阵，所述位姿矩阵为扫描患者面部过程中的所述三维扫描仪在光学追踪设备空间坐标系中的位姿矩阵；对患者面部三维点云信息与术前患者面部的CT数据进行初始配准，得到CT数据到患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵；确定三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵；根据位姿矩阵、初始转换矩阵及转换矩阵确定目标转换矩阵；基于目标转换矩阵将CT数据转换到患者所在的真实空间坐标系。本发明专利技术还公开了一种神经导航设备，本发明专利技术所提供的基于面的术中配准方法及神经导航设备，能够提高术中配准的精确度，提高术中配准效果。

Surface-based intraoperative registration method and neuronavigation device

The present invention provides an intraoperative registration method, which includes receiving the 3D point cloud information of the patient's face sent by a three-dimensional scanner, receiving the pose matrix sent by the optical tracking device, and the pose matrix is the position and posture of the three-dimensional scanner in the optical tracing equipment in the scan of the patient's face process. Matrix; initial registration of the patient's facial 3D point cloud information with the CT data of the patient's face before the operation, the initial conversion matrix of the CT data to the patient's real space coordinate system, the transformation matrix of the 3D scanner to the optical tracking equipment coordinate system, and the determination of the position and position matrix, the initial conversion matrix and the transformation matrix. The target transformation matrix is transformed from the CT data to the real spatial coordinate system of the patient based on the target transformation matrix. The invention also discloses a kind of neuronavigation equipment. The registration method and neuronavigation equipment provided by the invention can improve the accuracy of registration in the operation and improve the effect of registration in the operation.

【技术实现步骤摘要】
基于面的术中配准方法及神经导航设备
本专利技术涉及手术导航领域，尤其涉及一种基于面的术中配准方法及神经导航设备。
技术介绍
手术导航是指将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，在手术过程中跟踪手术器械并将手术器械的位置在病人影像上以虚拟探针的形式实时更新显示。术中配准是手术导航系统中非常重要的环节，术中配准的精度直接影响手术导航的精度。术中配准主要将病人电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)等医学影像所在的虚拟世界坐标系转换到病人所在的真实世界坐标系下的过程。目前手术导航中常用的术中配准包括基于点的配准，基于点的配准有以下缺陷：扫描CT是需要在病人面部贴若干标记物，加大手术成本，延长手术准备时间，粘贴在病人面部的标记物容易发生移位和脱落，增大术中配准的误差，标记物选取过程比较长，增加医生的工作量。可见，现有技术中术中配准存在配准效果比较差的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种基于面的术中配准方法及神经导航设备，解决现有技术中术中配准存在配准效果比较差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于面的术中配准方法，包括：接收三维扫描仪发送的患者面部三维点云信息；接收光学追踪设备发送的位姿矩阵MarkerTNDI，所述位姿矩阵MarkerTNDI为扫描患者面部过程中的所述三维扫描仪在光学追踪设备空间坐标系中的位姿矩阵；对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行初始配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner；确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker；根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI；基于所述目标转换矩阵CTTNDI将CT数据转换到所述患者所在的真实空间坐标系。优选地，所述对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner的步骤包括：基于凸包结构算法及迭代最近点ICP算法将所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。优选地，所述基于凸包结构算法及迭代最近点ICP算法将所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner步骤包括：基于凸包结构算法对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据进行初始配准，得到所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据之间的坐标转换矩阵T，基于所述坐标转换矩阵T对所述患者面部三维点云信息进行初步坐标变换，得到目标三维点云信息；基于分割k维数据空间的数据结构kd-tree从所述目标三维点云信息中搜索与所述CT数据的每一个点最近的点，移除所述目标三维点云信息中的杂点，得到处理后的三维点云信息；基于迭代最近点ICP算法将所述处理后的三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行精准配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。优选地，所述根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及坐标系转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI的步骤包括：将所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及坐标系转换矩阵ScannerTMarker之间的乘积作为所述目标转换矩阵CTTNDI。优选地，所述确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker的步骤包括：根据附着在所述三维扫描仪上的光学跟踪标识点，确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种神经导航设备，包括：第一接收模块，用于接收三维扫描仪发送的患者面部三维点云信息；第二接收模块，用于接收光学追踪设备发送的位姿矩阵MarkerTNDI，所述位姿矩阵MarkerTNDI为扫描患者面部过程中的所述三维扫描仪在光学追踪设备空间坐标系中的位姿矩阵；初始配准模块，用于对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行初始配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner；第二确定模块，用于确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker；第三确定模块，用于根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI；转换模块，基于所述目标转换矩阵CTTNDI将CT数据转换到所述患者所在的真实空间坐标系。优选地，所述初始配准模块，还用于基于凸包结构算法及迭代最近点ICP算法将所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。优选地，所述初始配准模块包括：第一配准子模块，基于凸包结构算法对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据进行初始配准，得到所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据之间的坐标转换矩阵T，基于所述坐标转换矩阵T对所述患者面部三维点云信息进行初步坐标变换，得到目标三维点云信息；移除子模块，用于基于分割k维数据空间的数据结构kd-tree从所述目标三维点云信息中搜索与所述CT数据的每一个点最近的点，移除所述目标三维点云信息中的杂点，得到处理后的三维点云信息；第二配准子模块，用于基于迭代最近点ICP算法将所述处理后的三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行精准配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。优选地，所述第三确定模块，用于将所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及坐标系转换矩阵ScannerTMarker之间的乘积作为所述目标转换矩阵CTTNDI。优选地，所述第二确定模块，用于根据附着在所述三维扫描仪上的光学跟踪标识点，确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker。本专利技术提供的基于面的术中配准方法及神经导航设备，在术中配准过程中，无需在患者皮肤上设置人工标记物，无潜在危险，操作便捷，配准精度高，时间花费少，效率高。附图说明图1为本专利技术提供的基于面的术中配准方法一实施例的应用环境示意图；图2为本专利技术提供的基于面的术中配准方法一实施例的流程图；图3为本专利技术提供的患者的术中面部点云信息的示意图；图4为本专利技术提供的患者的术前CT数据的示意图；图5为本专利技术提供的基于面的术中配准方法另一实施例的流程图；图6为本专利技术提供的神经导航设备的一实施例的结构图；图7为本专利技术提供的神经导航设备的另一实施例的结构图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于面的术中配准方法，其特征在于，包括：接收三维扫描仪发送的患者面部三维点云信息；接收光学追踪设备发送的位姿矩阵MarkerTNDI，所述位姿矩阵MarkerTNDI为扫描患者面部过程中的所述三维扫描仪在光学追踪设备空间坐标系中的位姿矩阵；对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行初始配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner；确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker；根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI；基于所述目标转换矩阵CTTNDI将CT数据转换到所述患者所在的真实空间坐标系。

【技术特征摘要】
1.一种基于面的术中配准方法，其特征在于，包括：接收三维扫描仪发送的患者面部三维点云信息；接收光学追踪设备发送的位姿矩阵MarkerTNDI，所述位姿矩阵MarkerTNDI为扫描患者面部过程中的所述三维扫描仪在光学追踪设备空间坐标系中的位姿矩阵；对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行初始配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner；确定所述三维扫描仪到光学追踪设备坐标系的转换矩阵ScannerTMarker；根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI；基于所述目标转换矩阵CTTNDI将CT数据转换到所述患者所在的真实空间坐标系。2.如权利要求1所述的基于面的术中配准方法，其特征在于，所述对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner的步骤包括：基于凸包结构算法及迭代最近点ICP算法将所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。3.如权利要求2所述的基于面的术中配准方法，其特征在于，所述基于凸包结构算法及迭代最近点ICP算法将所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner步骤包括：基于凸包结构算法对所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据进行初始配准，得到所述患者面部三维点云信息与术前所述患者面部的CT数据之间的坐标转换矩阵T，基于所述坐标转换矩阵T对所述患者面部三维点云信息进行初步坐标变换，得到目标三维点云信息；基于分割k维数据空间的数据结构kd-tree从所述目标三维点云信息中搜索与所述CT数据的每一个点最近的点，移除所述目标三维点云信息中的杂点，得到处理后的三维点云信息；基于迭代最近点ICP算法将所述处理后的三维点云信息与术前所述患者面部的计算机断层扫描CT数据进行精准配准，得到CT数据到所述患者所在真实空间坐标系的初始转换矩阵CTTScanner。4.如权利要求1至3任一项所述的基于面的术中配准方法，其特征在于，所述根据所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及坐标系转换矩阵ScannerTMarker确定目标转换矩阵CTTNDI的步骤包括：将所述位姿矩阵MarkerTNDI、初始转换矩阵CTTScanner及坐标系转换矩阵ScannerTMarker之间的乘积作为所述目标转换矩阵CTTNDI。5.如权利要求1至3任一项所述的基于面的术中配准方法，其特征在于，所述确...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，
申请(专利权)人：艾瑞迈迪医疗科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11