【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学手术导航空间注册的，尤其是指一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法。
技术介绍
1、目前随着光学定位系统在医学领域的发展，需要将ct影像空间与手术导航空间进行匹配，从而实现机器人在光学定位系统下的导航操控。当下应用于临床的多为基于标记点的空间注册方法，或者基于探针采集表面的空间注册方法。基于标记点的空间注册方法需要在术前粘贴标记点进行医学图像扫描，然后提取标记点坐标；术中通过光学定位系统识别标记点，然后通过标记点实现医学影像空间与手术导航空间的匹配。基于探针采集表面的空间注册方法无法应用于软组织，且需要人工手动操作。使用结构光相机可实现无标记手术空间注册，但是目前大多是固定光学定位系统与结构光相机位置，然后现场标定得到两者之间的空间关系，然后使用结构光相机获取表面点云，经过转换得到手术空间的点云，然后与医学影像空间进行匹配。现有技术问题为使用过程中结构光相机无法移动，是能获取部分点云，无法获取全貌。在每次使用时需要先进行标定，操作复杂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，固定定位工具于结构光相机正上方，使其能实时被光学定位系统捕捉，标定定位工具与结构光相机的固定坐标转换关系，通过该关系可实时将结构光相机获取点云转换至手术空间，大大提高手术注册的灵活性，降低手术注册的复杂性，同时可以保证足够的手术注册精度。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种可移动的无
3、s1：提取目标位置ct图像，处理ct图像并获取目标外表面图像空间点云v，同时将定位工具a安装至所设计的结构光相机c外壳正上方；
4、s2：通过标定板b和光学定位系统o计算步骤s1中结构光相机c与定位工具a的坐标转换关系[rac,tac]，其中，rac表示以结构光相机c为中心的坐标系在以定位工具a为中心的坐标系中的旋转矩阵，tac表示以结构光相机c为中心的坐标系在以定位工具a为中心的坐标系中的平移矩阵；
5、s3：手持结构光相机c移动采集目标位置的外表面空间点云p，根据步骤s2的[rac,tac]和光学定位系统o实时获取定位工具a的坐标转换关系[r'oa,t'oa]将空间点云p转换至光学定位系统手术空间，然后进行点云合并与分割得出目标外表面手术空间点云h，其中，r'oa表示以定位工具a为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的实时旋转矩阵，t'oa表示以定位工具a为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的实时平移矩阵；
6、s4：将步骤s3获取的手术空间点云h作为目标点集，将步骤s1获取的图像空间点云v先粗配准到手术空间点云h，再使用精配准提高配准精度，从而完成无标记手术导航系统手术空间注册。
7、进一步，在步骤s1中，根据ct扫描得到的图像序列建立ct图像空间坐标系，根据扫描的起始位置、体素间距和切片维数获取图像空间坐标，通过体绘得到模型点云，遍历模型点云的方法获取目标外表面图像空间点云v；对结构光相机c外壳正上方开孔，采用螺丝固定方式将定位工具a平躺固定于结构光相机c外壳正上方，对结构光相机c外壳后方开孔，采用螺丝固定方式将握把固定于结构光相机c外壳正下方。
8、进一步，所述步骤s2的具体操作步骤如下：
9、s21：分别固定标定板b、光学定位系统o以及带定位工具a的结构光相机c，使得标定板b能被光学定位系统o和结构光相机c识别以及定位工具a能被光学定位系统o识别；
10、s22：使用光学定位系统o分别获取与标定板b和定位工具a的坐标转换关系[rob,tob]和[roa,toa]，使用结构光相机c获取与标定板b的坐标转换关系[rcb,tcb]，其中，rob表示以标定板b为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的旋转矩阵，tob表示以标定板b为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的平移矩阵，roa表示在标定过程中以定位工具a为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的旋转矩阵，toa表示在标定过程中以定位工具a为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的平移矩阵，rcb表示以标定板b为中心的坐标系在以结构光相机c为中心的坐标系中的旋转矩阵，tcb表示以标定板b为中心的坐标系在以结构光相机c为中心的坐标系中的平移矩阵；
11、s23：根据以下坐标转换公式：
12、
13、toa＝-roa*tao
14、
15、
16、即可得到定位工具a与结构光相机c的坐标转换关系[rac,tac]，其中，rao表示在标定过程中以光学定位系统o为中心的坐标系在以定位工具a为中心的坐标系中的旋转矩阵，表示旋转矩阵rao的逆，表示旋转矩阵rao的转置，tao表示在标定过程中以光学定位系统o为中心的坐标系在以定位工具a为中心的坐标系中的平移矩阵，表示旋转矩阵rcb的逆。
17、进一步，在步骤s3中，手持结构光相机移动采集目标位置的外表面空间点云p，光学定位系统o实时获取定位工具a的坐标转换关系[r'oa,t'oa]，根据以下公式：
18、roc＝r′oa*rac
19、toc＝r′oa*tac+t′oa
20、即可实时得到光学定位系统o与结构光相机c的坐标转换关系[roc,toc]，其中，roc表示以结构光相机c为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的旋转矩阵，toc表示以结构光相机c为中心的坐标系在以光学定位系统o为中心的坐标系中的平移矩阵，根据该关系[roc,toc]将外表面空间点云p转换到光学定位系统手术空间，然后进行点云合并与分割得出目标外表面手术空间点云h。
21、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
22、1、本专利技术方法以手持式结构光相机作为表面点云采集设备，与术前ct图像数据配准，实现可移动的全自动手术注册。
23、2、本专利技术方法能够通过移动结构光相机实现多角度表面点云采集，并对点云数据进行处理获得更加全面整体的点云数据，同时便于携带，适用场景更加广泛。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，在步骤S1中，根据CT扫描得到的图像序列建立CT图像空间坐标系，根据扫描的起始位置、体素间距和切片维数获取图像空间坐标，通过体绘得到模型点云，遍历模型点云的方法获取目标外表面图像空间点云V；对结构光相机C外壳正上方开孔，采用螺丝固定方式将定位工具A平躺固定于结构光相机C外壳正上方，对结构光相机C外壳后方开孔，采用螺丝固定方式将握把固定于结构光相机C外壳正下方。
3.根据权利要求2所述的一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，所述步骤S2的具体操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，在步骤S3中，手持结构光相机移动采集目标位置的外表面空间点云P，光学定位系统O实时获取定位工具A的坐标转换关系[R'OA,T'OA]，根据以下公式：
【技术特征摘要】
1.一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可移动的无标记手术导航系统空间注册方法，其特征在于，在步骤s1中，根据ct扫描得到的图像序列建立ct图像空间坐标系，根据扫描的起始位置、体素间距和切片维数获取图像空间坐标，通过体绘得到模型点云，遍历模型点云的方法获取目标外表面图像空间点云v；对结构光相机c外壳正上方开孔，采用螺丝固定方式将定位工具a平躺固定于结构光相机c外壳正上方，...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。