[發(fā)明專利]骨骼注冊方法及系統(tǒng)及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110458099.X
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN112991409B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 林必貴;M·杰森
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州素問九州醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T3/00;A61B34/20
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• 代理人: 暫無信息

1.一種用于手術(shù)導航系統(tǒng)的骨骼注冊方法，用于確定術(shù)前坐標系和術(shù)中坐標系之間的變換關系，其特征在于，包括以下步驟：

利用術(shù)前的骨骼圖像數(shù)據(jù)，建立3D虛擬模型的術(shù)前坐標系，并從該3D虛擬模型的表面獲得源點云SPC；

利用術(shù)中從患者實際骨骼表面采集的點數(shù)據(jù)，建立術(shù)中坐標系，并生成目標點云TPC；

從所述源點云SPC與所述目標點云TPC選取4組對應點對，進行所述源點云SPC與所述目標點云TPC之間的初始配準，求取初始變換矩陣；

通過不同的所述初始變換矩陣，在從所述患者實際骨骼表面收集的多個點云和從所述3D虛擬模型的三維表面提取的點云之間執(zhí)行精確配準，

其中，所述初始配準基于奇異值分解的仿射變換方法，在3D虛擬模型中對選定的解剖點與對應的實際骨骼空間上的點進行仿射變換，產(chǎn)生4x4維矩陣，從而將所述3D虛擬模型的點映射到術(shù)中坐標系中的患者骨骼坐標的近似值，

其中，在初始配準步驟中，基于取自患者骨骼的四個點PBn和取自所述3D虛擬模型中的四個點PMn，得到4x4維剛性轉(zhuǎn)換矩陣T：

，（式1），

其中R是一個3x3旋轉(zhuǎn)矩陣， V是一個3x1平移矢量，n=1, 2, 3, 4，

設R₁、V₁分別表示允許第一次變換的誤差小的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，滿足以下條件：

，（式2），

，（式3），

其中，α和β是允許在一個區(qū)間內(nèi)估計的值：

，（式4），和

，（式5），

其中， θ，μ是分別對應于角度取值范圍和位移取值范圍的閾值，

根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R和位移矩陣V，角度和位移取值范圍±θ和±μ，以及角度和位移各自的取值間隔Δθ和Δ μ，得到R_List和V_List，

其中List對應于上述取值范圍內(nèi)的取值次數(shù)，

其中，從患者股骨表面上采集4個解剖點：髖關節(jié)中心、膝關節(jié)股骨中心、外上髁、內(nèi)上髁；或

從患者脛骨表面上采集4個解剖點：膝關節(jié)脛骨中心、脛骨結(jié)節(jié)、外踝、內(nèi)踝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼注冊方法，其特征在于，

通過估計不同的旋轉(zhuǎn)矩陣 和平移矢量 以使得：

，（式6），

，（式7），

生成多個通用變換矩陣，以用作所述精確配準的初始變換矩陣：

，（式8），

其中，i=1，2，3 …n，n為自然數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的骨骼注冊方法，其特征在于，

在精確配準步驟中，通過如下對齊算法，利用迭代最近點算法迭代地用于不同的初始變換矩陣，求解收斂到誤差最小的解的迭代變換，所述對齊算法包括如下步驟：

設定初始誤差Re ;

分別在R_List中隨機選取旋轉(zhuǎn)矩陣R，在V_List中隨機選取平移矩陣V，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣V，得到誤差轉(zhuǎn)換矩陣T;

根據(jù)所述源點云SPC、所述目標點云TPC和轉(zhuǎn)換矩陣T，計算轉(zhuǎn)換誤差E_i ;

若誤差E_i小于初始誤差E，則使：

R_e = E_i，T₁ = T ，（式9），

當誤差R_e小于通用誤差閾值G_e時，通過對齊虛擬和實物點集，得到轉(zhuǎn)換矩陣T₂和注冊誤差R_e。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的骨骼注冊方法，其特征在于，

用探針從患者整個骨骼區(qū)域分散地取42個點。

5.一種存儲介質(zhì)，其為計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被執(zhí)行來實現(xiàn)權(quán)利要求1～4中任一項所述的骨骼注冊方法的步驟。