[发明专利]一种基于探针的手术导航空间配准方法

权利要求书

1.一种基于探针的手术导航空间配准方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)使用探针获取病人空间点云；

(2)将探针获取到的病人空间点云与图像空间点云采用点云的共面四点配准方法进行配准，获得两组点云的初步配准结果；

(3)使用点云的迭代配准方法，将初步配准结果再次进行配准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在空间定位仪的追踪下，在所述病人空间中，使用探针获取一组病人面部点云。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用探针所获点组成的点云与图像空间中的点云采用共面四点的配准方法进行配准；

所述点云的共面四点配准方法中，以一个点云中的共面四点为基础点集，在另一个点云中通过仿射不变性提取所有的近似共面全等四点，并基于最小平方距离准则，分别计算变换关系，选出最佳变换关系，按下述步骤：

①在图像空间点云中选取一个基础四点集，首先随机选取三个点，然后再选取一个与前三个点近似共面的点，组成一组共面四点作为基础点集；

②根据仿射不变性，对于给定的三个共线点{a,b,c}，|a-b|/|a-c|保持不变；则对于选出的共面四点集，其四点不全共线，直线ab和cd相交于点e，比率r₁和r₂在仿射变换下保持不变，

r₁＝|a-e|/|a-b|

r₂＝|c-e|/|c-d| (1)

③根据上述方法选出基础点集后，在探针获取的病人空间点云中，根据距离d₁＝|a-b|,d₂＝|c-d|,找到距离近似相等的点对，根据式(1)计算仿射不变比率r₁和r₂，计算点对的交叉点

e₁＝q₁+r₁(q₂-q₁)

e₂＝q₁+r₂(q₂-q₁) (2)

对于任意两个点对，如果e₁＝e₂，认为这两个点对组成一组对应四点集，按照所述方法，得到基础点集的所有近似共面全等四点，并基于最小平方距离准则，分别计算变换关系，选出基于该基础点集的最佳变换关系；

④重复步骤①-③，直至得到一个全局配准精度达到要求的点云变换关系。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对共面四点配准方法得到的初步配准结果，使用点云的迭代配准方法再次进行配准，按下述步骤：

①对于病人空间中的每一个点，在图像空间中，找到一个距离最近的对应点；

②获取所有点的对应点后，去除对应点距离过大的噪声点，然后计算变换矩阵[RT]；

③用上述的变换矩阵[RT]对所述病人空间点云进行变换；

④重复步骤①-③，直到获得一个配准精度达到预设要求的点云变换关系。