[发明专利]面向动态手术路径引导的引导型三维虚拟夹具生成方法

权利要求书

1.一种面向动态手术路径引导的引导型三维虚拟夹具生成方法，其特征在于，包括：

S1、读取内窥镜图像，根据医生的选择获取当前帧图像上的手术路径曲线，并获取该手术路径曲线经过的若干第一二维关键点；

S2、跟踪当前帧图像上包含第一二维关键点的第一局部区域，获取下一帧图像上的第二局部区域；

S3、根据内窥镜图像与点云之间的映射关系，分别将第一局部区域映射到第一局部点云上、第二局部区域映射到第二局部点云上；并确定第一二维关键点在第一局部点云上的第一三维关键点，通过坐标变换得到第二局部点云上的第二三维关键点；

S4、将第一局部点云进行降维，获取第一二维点云，并获取第一三维关键点在第一二维点云上的第二二维关键点；

将第二局部点云进行降维，获取第二二维点云，并获取第二三维关键点在第二二维点云上的第三二维关键点；

根据第二二维关键点和第三二维关键点，通过最小化预设的优化函数，获取跟踪得到的关键点在二维点云上的二维坐标；

S5、根据降维前后点云之间的映射关系，获取每一个跟踪得到的关键点的三维坐标，并进行曲线拟合，最终跟踪得到三维曲线；

S6、沿着跟踪得到的三维曲线，建立引导型虚拟夹具，所述引导型虚拟夹具通过力反馈机制引导手术器械的移动轨迹。

2.如权利要求1所述的引导型三维虚拟夹具生成方法，其特征在于，所述S6具体包括：

S61、将手术器械实时的三维位置信息、以及前述步骤获取的点云转换到同一坐标系下，获取三维曲线上离手术器械末端p_ins最近的点p_nearest，以及两点之间的相对距离x_d；

S62、建立关于p_ins的人工矢量场：

定义三维曲线上所有点包含在点集V_r中，求取V_r的子点集V_p＝{v|‖p_ins-v‖≤‖p_ins-p_nearest‖+Δr}，其中Δr为额外考察半径；

其中，g为p_ins的人工矢量场；g(‖p_ins-v‖)为人工矢量长度函数，n(p_ins,v)为由点p_ins指向点v的向量，当v对应不同组织时，设立不同的人工矢量长度函数g(‖p_ins-v‖)，满足条件card(V_p)是子集V_p中元素的个数；

S63、建立包含引力与粘滞阻力的虚拟力场：

其中，F_vf为虚拟力场；K_vf为该位置引力与人工矢量的比例系数，D_vf(x_d)为阻尼系数，随着最短距离x_d进行移动；为p_ins的速度。

3.如权利要求1或者2所述的引导型三维虚拟夹具生成方法，其特征在于，所述S2包括

S21、首先定义第k-1帧图像为其中W表示内窥镜图像的宽度，H表示内窥镜图像的高度；第k帧图像为I(k)；若干第一二维关键点

分别确定所有第一二维关键点在图像坐标系上u轴和v轴上的最大值和最小值，选取各轴上中值的位置作为p^c(k-1)＝(u₁,v₁)∈R²，根据预设的区域形状和边长，确定第一局部区域

S22、采用光流法对图像I(k-1),I(k)进行特征点的特征匹配，获取图像I(k)上与p^c(k-1)对应的第二局部区域的中心p^c(k)，

其中，表示图像I(k)上的特征点，m表示图像I(k)上特征点的个数；

S23、根据中心p^c(k)、以及预设的区域形状和边长，确定第二局部区域