本发明专利技术公开一种颌部CBCT影像的配准方法，包括以下步骤：S1、获得患者追踪阵列的各反光球在追踪阵列坐标系下的坐标值；S2、将所述患者追踪阵列安装于患者颌部，拍摄包含所述患者追踪阵列的患者颌部的CBCT影像，记为Image_0；S3、提取所述CBCT影像中的反光球的影像球心，获得各反光球在CBCT影像坐标系下的坐标值；S4、根据各反光球在两个不同坐标系下的坐标值数据，计算所述CBCT影像坐标系至所述患者追踪阵列坐标系的转换矩阵；本发明专利技术仅使用术中患者与其追踪阵列一同拍摄的CBCT影像，建立CBCT影像坐标系至患者追踪阵列坐标系的转换关系，操作简单，配准成功率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到图像处理，具体涉及到一种颌部cbct影像的配准方法。
技术介绍
1、影像导航式种牙手术旨在将现实空间中患者颌骨与手术器械的相对位置关系呈现于图像空间中，如图8所示，从而帮助手术操作人员更好了解当前的手术状态。在影像导航式种牙手术中，需要将各图像坐标系进行配准，具体过程如下：
2、1.手术器械与患者非术侧的牙齿上分别固定一光学追踪阵列(附有若干反光球)。两个光学追踪阵列的局部坐标系分别记为ftool与fpatient；
3、2.手术器械的末端执行部分的几何构型，在ftool下为已知量。以牙钻为例，其尖端点与轴线向量在ftool下的表达式分别记为s与
4、3.双目定位相机可以通过捕捉光学参考阵列上的反光球，获得光学参考阵列在相机坐标系fcamera下的实时位姿(即获得fcamera至fpatient或ftool的转换矩阵)；
5、4.在图像空间中(坐标系为fimage)，患者颌部的cbct影像保持静止，而图像中牙钻的轴线与尖端点s’随着现实空间中患者颌部与牙钻相对位置关系的变化而变化；
6、5.图像配准是为了建立显示空间与图像空间的映射关系，即获得fimage至fpatient的转换矩阵，一旦患者参考阵列刚性固定完成，配准矩阵就已经唯一确定，在后续手术中该矩阵不会发生变化。记计算所得的配准矩阵为t3；
7、6.记某一时刻，采集到fcamera至fpatient和ftool的转换矩阵分别为t2与t1，则牙钻的轴线与尖端点s’可以计算为：
>8、9、
10、为了实现图像配准，通常需要患者在拍摄颌部cbct影像时，在牙齿上黏附一结构已知的金属球阵列(即各金属球球心坐标在fpatient下已知)，提取cbct影像中各金属球球心位置，即提取金属球球心在fimage下的坐标值，提取方法如cn115423789a，将球心在fpatient下与fimage下的坐标值进行匹配，从而计算得到图像配准矩阵。
11、现有技术的缺点在于：
12、(1)在患者追踪阵列上需要设置若干金属球，且金属球球心与追踪阵列反光球的相对位置关系必须非常精确，硬件的设计加工难度较高；
13、(2)上述定位用金属球的体积一般较小，其cbct中的伪影较大，难以准确定位金属球影像的球心；
14、(3)若患者口腔内存在金属种植体，会干扰定位用金属球的提取，增加自动提取算法的计算量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种颌部cbct影像的配准方法，仅使用术中患者与其追踪阵列一同拍摄的cbct影像，建立cbct影像坐标系至患者追踪阵列坐标系的转换关系，操作简单，配准成功率高。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种颌部cbct影像的配准方法，包括以下步骤：
4、s1、获得患者追踪阵列的各反光球在追踪阵列坐标系下的坐标值；
5、s2、将所述患者追踪阵列安装于患者颌部，拍摄包含所述患者追踪阵列的患者颌部的cbct影像，记为image_0；
6、s3、提取所述cbct影像中的反光球的影像球心，获得各反光球在cbct影像坐标系下的坐标值；
7、s4、根据各反光球在两个不同坐标系下的坐标值数据，计算所述cbct影像坐标系至所述患者追踪阵列坐标系的转换矩阵。
8、步骤s1具体包括：
9、s1.1、以所述患者追踪阵列的反光球为基准，规定所述患者追踪阵列坐标系的建立方式；
10、s1.2、在硬件设计软件中导入所述患者追踪阵列模型，以上一步规定的方式建立坐标系，读取各反光球球心在该坐标系下的坐标值，记各反光球球心坐标值构成的有序点集矩阵为pset_1。
11、步骤s3具体包括：
12、s3.1、使用球体结构元对image_0进行边界腐蚀操作，记输出得到的影像为image_1；
13、s3.2、使用移动立方体法，选择250～350的骨ct值作为阈值，生成image_1的表面数据，命名为surface_0；
14、s3.3、生成surface_0的轴对齐包围盒一，记为box_0；
15、s3.4、用box_0作为影像模板，对image_0进行影像掩膜处理，对于image_0中所有落于box_0内部的体素，将其值设为远小于骨ct值的数值，去除image_0中患者颌部部分，记掩膜处理得到影像为image_2；
16、s3.5、再次使用移动立方体法，选择250～350的骨ct值作为阈值，生成image_2的表面数据，命名为surface_1；
17、s3.6、检测surface_1内部的连通性，将surface_1不相连的部分进行拆分并生成各子部分的轴对齐包围盒二，记保存得到的表面数据为s_i(i＝1，2…，n)，其中n为反光球的个数；
18、s3.7、对于表面数据s_i(i＝1，2…，n)，取其网格顶点使用最小二乘法拟合空间球面，得到其球心坐标记为c_i。记拟合得到的球心坐标值构成的有序点集矩阵为pset_2。
19、表面数据为多个顶点连线构成的空间多边形，对于某个表面数据，遍历其各个顶点坐标值，记录这些坐标值中x轴坐标最大值为x_max，x轴最小值为x_min，y轴坐标最大值为y_max，y轴最小值为y_min，z轴坐标最大值为z_max，z轴最小值为z_min，由八个顶点构成的空间封闭六面体图形即为即为轴对齐包围盒。
20、步骤s4具体包括以下步骤；
21、s4.1、计算pset_1的几何中心点坐标c，对点集pset_1进行整体平移，得到pset_1’，使点集pset_1’的几何中心位于坐标系原点；
22、s4.2、计算pset_1的几何中心点坐标c’，对点集pset_2进行整体平移，得到pset_2’，使点集pset_2’的几何中心位于坐标系原点；
23、s4.3、使用奇异值分解计算点集pset_1’以刚体方式匹配至点集pset_2’所需要的旋转矩阵rtmp；
24、s4.4、用rtmp左乘pset_1’，计算此时pset_1’中各点与pset_2’中对应点的距离，若存在某一距离值大于反光球实际直径d，则得到的rtmp有误不能使用，改变pset_2内部点的排序并重新回到步骤s4.1；若每一组对应点间的距离都小于反光球实际直径d，进行后续步骤；
25、s4.5、计算pset_1刚体移动至pset_2所经历的平移向量t
26、t＝c′-rtmp·c；
27、则pset_1刚体移动至pset_2所经历的4x4刚体变换矩阵t可以表示为
28、
29、t即为cbct影像坐标系至患者追踪阵列坐标系的转换矩阵。
30、步骤s4.3具体包括以下计算过程：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颌部CBCT影像的配准方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种颌部CBCT影像的配准方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种颌部CBCT影像的配准方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种颌部CBCT影像的配准方法，其特征在于，表面数据为多个顶点连线构成的空间多边形，对于某个表面数据，遍历其各个顶点坐标值，记录这些坐标值中x轴坐标最大值为x_max，x轴最小值为x_min，y轴坐标最大值为y_max，y轴最小值为y_min，z轴坐标最大值为z_max，z轴最小值为z_min，由八个顶点构成的空间封闭六面体图形即为即为轴对齐包围盒。
5.根据权利要求3所述的一种颌部CBCT影像的配准方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤；
6.一种颌部CBCT影像的配准装置，其特征在于，包括：
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任意一项所述的配准方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任意一项所述的配准方法。
...
【技术特征摘要】
1.一种颌部cbct影像的配准方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种颌部cbct影像的配准方法，其特征在于，步骤s1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种颌部cbct影像的配准方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种颌部cbct影像的配准方法，其特征在于，表面数据为多个顶点连线构成的空间多边形，对于某个表面数据，遍历其各个顶点坐标值，记录这些坐标值中x轴坐标最大值为x_max，x轴最小值为x_min，y轴坐标最大值为y_max，y轴最小值为y_min，z轴坐标最大值为z_max，z轴最小值为z_m...
【专利技术属性】
技术研发人员：周再望，黄志俊，刘金勇，钱坤，
申请(专利权)人：杭州柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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