[发明专利]用于光学手术导航系统的无标记手术注册方法

说明书

本发明公开了一种用于光学手术导航系统的无标记手术注册方法。包括步骤：S1：导入病灶部位CT序列，处理CT图像并提取上表面皮肤轮廓；S2：将二维皮肤轮廓重建为三维点集，对点集的CT坐标系进行初步坐标变换；S3：将结构光相机标定至手术空间坐标系；S4：使用结构光相机采集手术空间点云，并完成点云的分割与变换；S5：手术空间去除离群点去除，采用分辨率一致性降采样得到简化的图像与手术空间点云；S6：将CT图像空间点云配准到手术空间，完成手术注册。本发明公开的手术注册过程无需人为干预，能够在降低手术注册操作复杂度与操作时间的同时保证足够的手术导航精度。

技术领域

本发明涉及光学手术导航的技术领域，特别涉及一种用于光学手术导航系统的无标记手术注册方法。

背景技术

手术注册是手术导航中的关键技术，通过手术注册实现图像空间和手术空间之间的映射，才能在虚拟环境中反映真实的手术情况、精准定位手术器械，辅助医生快速、精准地完成穿刺消融手术。

目前，应用于临床的手术注册技术多采用基于标记点的手术注册方法。基于标记点的手术注册方法需要在术前图像空间的三维模型中识别标记点，并与患者术中解剖结构上相对应的标记点进行配准，标记点的类型主要分为表面粘贴标记点、骨植入标记点和解剖标记点。其中，基于解剖标记点的手术注册需要利用人体上显著特征点作为标识，如鼻尖、眼角等，使用于头部神经外科手术；粘贴式标记点需要术中粘贴，并再次进行医学影像扫描，费力耗时，且一旦手术过程中任一标记点发生移位，都会极大地影响手术注册精度；植入型的标记点注册精度高，但需要借助器械识别标记点，会造成额外的手术创伤。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于光学手术导航系统的无标记手术注册方法，该方法能够满足光学导航系统在经皮消融治疗的临床应用需求，手术注册过程无需人为干预，能够在降低手术注册操作复杂度与操作时间的同时保证足够的手术导航精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于光学手术导航系统的无标记手术注册方法，包括以下步骤：

S1：导入病灶部位CT序列，处理CT图像并提取上表面皮肤轮廓；

S2：将二维皮肤轮廓重建为三维点集H，对点集H的CT坐标系进行初步坐标变换；

S3：将结构光相机标定至手术空间坐标系，得到结构光相机坐标系与手术空间坐标系的转换关系；

S4：结构光相机采集从病灶部位到相机的深度数据，从而得到病灶部位的三维坐标点集，从该三维点集中分割出皮肤点集V，并根据步骤S3得到的坐标转换关系将点集V变换到手术空间坐标系下；

S5：去除点集V中的离群点，采用分辨率一致性降采样对点集H和V进行降采样，得到简化的点集H’和V’；

S6：将V’作为目标点集，把点集H’精配准到点集V’，从而得到CT图像空间到手术空间的坐标转换关系，即完成手术注册。

在步骤S1中，对CT图像先后进行加窗处理、二值化处理与轮廓提取得到二维皮肤轮廓，然后截取轮廓的上四分之一作为上表面皮肤轮廓。

在步骤S2中，初步坐标变换是：对原始点集H进行坐标转换，重新指定CT图像空间坐标系的原点以及方向，使得CT图像空间坐标系与手术空间坐标系的方向大致相同。

在步骤S3中，标定过程使用专用标定板，该标定板能同时标定结构光相机与双目导航系统，从而实现将结构光相机标定至手术空间坐标系。