[发明专利]立体定向神经外科手术中病人头部标记的自动视觉定位装置及方法

权利要求书

1.立体定向神经外科手术中病人头部标记自动视觉定位装置，其特征在于：包括PC机、双目相机及配套设备、相机支架和标记；所述标记共四个，包括A、B两类，其中B类一个，A类三个；所述A类标记是将电极片的电极点涂成白色，电极点周围涂成黑色，形成的白-黑嵌套的标记；B类标记是将电极片的电极涂成白色，电极点以外的内侧涂成一定形状的黑色，电极点以外的外侧涂成白色，形成的白-黑-白嵌套的标记；双目摄像机固定在支架上，基本正对B类标记并可以同时拍摄到病人头部的三个A类标记；支架放置在病床的一侧；标记按特定方式粘贴在病人头部，具体方法为B类标记贴在病人额头位置，三个A类标记都贴在病人头上B类标记的同一侧，B类标记指向一个A类标记，二者的连线两侧粘贴另两个A类标记；双目相机通过配套设备(网线、火线、图像采集卡和1394卡等)连接PC机，用于获取病人头部的实时图像，并将其传送给PC机；PC机用于处理采集到的图像，即自动检测标记，计算标记中心的图像坐标，重建标记的空间坐标以及跟踪标记。

2.立体定向神经外科手术中病人头部标记自动视觉定位方法，其特征在于：分为检测和跟踪两部分，实现步骤如下：

步骤一：设计A类和B类标记

A类和B类标记都是在电极片的基础上再加工得到的，其中A类标记是将电极片的电极点涂成白色，电极点周围涂成黑色，形成的白-黑嵌套的标记；B类标记是将电极片的电极涂成白色，电极点周围内侧涂成白色，外侧涂成黑色，形成的白-黑-白嵌套的标记；

步骤二：将A类和B类共四个标记贴在病人头部

B类标记共一个、A类标记共三个，它们的粘贴方式具体是：B类标记贴在病人额头位置，三个A类标记都贴在病人头上B类标记的同一侧，B类标记指向一个A类标记，二者的连线两侧粘贴另两个A类标记；

步骤三：标定双目摄像机

步骤四：自动检测四个标记，具体实现为：

(1)定位B类标记，提取包含病人头部的局部图像；

(2)分割提取局部图像的候选A类标记；

(3)提取候选A类标记的特征，并利用先验知识排除伪标记；

(4)对A类标记进行分类，搜寻缺失的标记，计算A类标记中心的像素坐标；

(5)利用双目相机极线几何约束搜索缺失的A类标记；

(6)匹配左右眼图像中的四对标记，计算匹配的标记对对应的空间坐标；

步骤五：自动跟踪四个标记

具体实现为：初始假设标记运动速度为零，在上帧的标记中心位置附近搜索当前帧的标记中心；跟踪两帧图像以后，利用前两帧标记中心的运动信息，推测当前帧的标记中心位置，然后在此位置附近搜索当前帧的标记中心；最后，匹配左右眼中的标记，形成标记对，再利用计算机视觉的方法重建标记中心的空间坐标。