[發明專利]面向動態手術路徑引導的引導型三維虛擬夾具生成方法在審
| 申請號： | 202210778943.1 | 申請日： | 2022-07-04 |
| 公開（公告）號： | CN115349952A | 公開（公告）日： | 2022-11-18 |
| 發明（設計）人： | 畢良寬;方進;李霄劍;丁帥;楊善林;肖夕林;李玲 | 申請（專利權）人： | 安徽醫科大學第二附屬醫院;合肥工業大學 |
| 主分類號： | A61B34/10 | 分類號： | A61B34/10;A61B34/35;G06N3/04;G06N3/08;G06T7/73;G06T17/00 |
| 代理公司： | 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542 | 代理人： | 王云海 |
| 地址： | 230601 安徽省*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 面向 動態 手術 路徑 引導 三維 虛擬 夾具 生成 方法 | ||
1.一種面向動態手術路徑引導的引導型三維虛擬夾具生成方法，其特征在于，包括：
S1、讀取內窺鏡圖像，根據醫生的選擇獲取當前幀圖像上的手術路徑曲線，并獲取該手術路徑曲線經過的若干第一二維關鍵點；
S2、跟蹤當前幀圖像上包含第一二維關鍵點的第一局部區域，獲取下一幀圖像上的第二局部區域；
S3、根據內窺鏡圖像與點云之間的映射關系，分別將第一局部區域映射到第一局部點云上、第二局部區域映射到第二局部點云上；并確定第一二維關鍵點在第一局部點云上的第一三維關鍵點，通過坐標變換得到第二局部點云上的第二三維關鍵點；
S4、將第一局部點云進行降維，獲取第一二維點云，并獲取第一三維關鍵點在第一二維點云上的第二二維關鍵點；
將第二局部點云進行降維，獲取第二二維點云，并獲取第二三維關鍵點在第二二維點云上的第三二維關鍵點；
根據第二二維關鍵點和第三二維關鍵點，通過最小化預設的優化函數，獲取跟蹤得到的關鍵點在二維點云上的二維坐標；
S5、根據降維前后點云之間的映射關系，獲取每一個跟蹤得到的關鍵點的三維坐標，并進行曲線擬合，最終跟蹤得到三維曲線；
S6、沿著跟蹤得到的三維曲線，建立引導型虛擬夾具，所述引導型虛擬夾具通過力反饋機制引導手術器械的移動軌跡。
2.如權利要求1所述的引導型三維虛擬夾具生成方法，其特征在于，所述S6具體包括：
S61、將手術器械實時的三維位置信息、以及前述步驟獲取的點云轉換到同一坐標系下，獲取三維曲線上離手術器械末端pins最近的點pnearest，以及兩點之間的相對距離xd；
S62、建立關于pins的人工矢量場：
定義三維曲線上所有點包含在點集Vr中，求取Vr的子點集Vp＝{v|‖pins-v‖≤‖pins-pnearest‖+Δr}，其中Δr為額外考察半徑；
其中，g為pins的人工矢量場；g(‖pins-v‖)為人工矢量長度函數，n(pins,v)為由點pins指向點v的向量，當v對應不同組織時，設立不同的人工矢量長度函數g(‖pins-v‖)，滿足條件card(Vp)是子集Vp中元素的個數；
S63、建立包含引力與粘滯阻力的虛擬力場：
其中，Fvf為虛擬力場；Kvf為該位置引力與人工矢量的比例系數，Dvf(xd)為阻尼系數，隨著最短距離xd進行移動；為pins的速度。
3.如權利要求1或者2所述的引導型三維虛擬夾具生成方法，其特征在于，所述S2包括
S21、首先定義第k-1幀圖像為其中W表示內窺鏡圖像的寬度，H表示內窺鏡圖像的高度；第k幀圖像為I(k)；若干第一二維關鍵點
分別確定所有第一二維關鍵點在圖像坐標系上u軸和v軸上的最大值和最小值，選取各軸上中值的位置作為pc(k-1)＝(u1,v1)∈R2，根據預設的區域形狀和邊長，確定第一局部區域
S22、采用光流法對圖像I(k-1),I(k)進行特征點的特征匹配，獲取圖像I(k)上與pc(k-1)對應的第二局部區域的中心pc(k)，
其中，表示圖像I(k)上的特征點，m表示圖像I(k)上特征點的個數；
S23、根據中心pc(k)、以及預設的區域形狀和邊長，確定第二局部區域
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