[发明专利]机械轴导航系统中的人体下肢配准系统

摘要

本发明公开了机械轴导航系统中的人体下肢配准方法，包括以下步骤：(1)扫描获取人体下肢CT数据并根据所得的人体下肢CT数据重建人体下肢三维模型，然后采用高精度存储模式保存为STL网格模型用于后续数据处理；(2)通过特征点提取算法提取人体下肢三维模型中骨表面点云数据得到三维模型表面待匹配特征点，并将骨表面点云数据存储用于后续匹配；(3)利用光学跟踪设备获取患骨特征区域点云数据并进行预处理得到平滑的患骨特征区域点云数据；(4)重复步骤(2)提取患骨选定区域点云数据的特征点的空间坐标；(5)利用三点配准算法实现模型患骨与患骨的空间配准。采用本方法有效缩短特征点的注册时间，提高手术效率。

主权项

机械轴导航系统中的人体下肢配准方法，其特征在于包括以下步骤：(1)扫描获取人体下肢CT数据并根据所得的人体下肢CT数据重建人体下肢三维模型，然后采用高精度存储模式保存为STL网格模型用于后续数据处理；(2)通过特征点提取算法提取人体下肢三维模型中骨表面点云数据得到三维模型表面待匹配特征点，并将骨表面点云数据存储用于后续匹配，具体步骤为：(2a)选定骨模型上待匹配特征点所在的表面区域，获取该区域点云数据并进行邻域分割处理；(2b)获取上述选定区域任一点的邻域，然后对所述的任一点的邻域按照二次曲面方程进行最小二乘法拟合，再计算每一个邻域中每一个点的最大主曲率和最小主曲率；(2c)重复所述的步骤(2b)遍历所选骨表面区域点云数据中的所有点，获取骨表面点云数据中所有点的曲率信息；(2d)在所选定表面区域点云数据中若存在最凸点或最凹点，则将其作为模型特征点进行特征提取，得到三维模型表面待匹配特征点；(3)利用光学跟踪设备获取患骨特征区域点云数据并进行预处理得到平滑的患骨特征区域点云数据；(4)重复步骤(2a)‑(2d)的特征点提取算法，提取患骨选定区域点云数据的特征点的空间坐标；(5)利用三点配准算法实现模型患骨与患骨的空间配准，包括如下步骤：(5a)选取步骤(2)中得到三维模型表面待匹配特征点中的三个点坐标，记作A、B、C，且所述的三个点坐标分布于患骨的两端；选取患骨点云数据与所述的三个点坐标对应的点，记作A′、B′、C′；(5b)将模型患骨的A点平移至模型的坐标系原点，获取整体平移量T1：(5c)按照A′B′的方位，对AB进行旋转得到第一旋转量，完成AB到A′B′方位的配准；(5d)使C点绕AB旋转至C′点得到第二旋转量，完成C点方位与C′点方位的配准；(5d)将模型骨的A点平移至A′点，获取整体平移量T2：(5e)将上述计算获得的旋转量与平移量依次叠加至待匹配患骨模型数据上。