[发明专利]一种脊柱微创手术增强现实导航方法

权利要求书

1.一种脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将CT图像转换成术前点云，并将CT图像进行三维重建；

步骤2：在术中通过深度相机采集切口处的脊柱图像，并生成术中点云；

步骤3：将术前点云和术中点云进行配准；

步骤4：计算头戴式显示设备在空间的位置，获取头戴式显示设备和现实脊柱的转换关系，将脊柱三维模型通过增强现实技术叠加显示在患者脊柱上。

2.根据权利要求1所述的脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于：所述将术前点云和术中点云进行配准包括以下过程：

步骤1：基于ICP算法得到术中点云和术前点云的对应关系，并将对应后的点云分割为状态信息点云和量测信息点云；

步骤2：构建基于点云的状态空间方程，采用基于扩展集员滤波的配准算法，得到术前点云空间和术中点云空间的转换关系，完成图像空间和真实空间的转换。

3.根据权利要求2所述的脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于：所述基于ICP算法得到术中点云和术前点云的对应关系过程为：

步骤1：在重建的三维脊柱模型中选择棘突点和/或横突点作为特征点，进行配准；

步骤2：获取一个初始的转换关系，并用初始的转换关系对术中点云进行转换；

步骤3：通过ICP算法迭代优化转换矩阵，寻找术中浮动点云中每个点在目标点云中的最近点，构成对应点对，计算术中点云和术前点云的转换关系。

4.根据权利要求2所述的脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于：所述状态信息点云为在建立状态空间方程时，作为状态量的点云。

5.根据权利要求2所述的脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于：所述量测信息点云为在建立状态空间方程时，作为观测量的点云。

6.根据权利要求2所述的脊柱微创手术增强现实导航方法，其特征在于：所述基于点云的状态空间方程为：

X_k+1＝X_k+ω_k

Y_k＝h(X_k)+v_k

其中h(X_k)的定义方式如下：

u_i＝(x_i，kt₁₁+y_i，kt₁₂+z_i，kt₁₃+t₁₄)/(x_i，kt₄₁+y_i，kt₄₂+z_i，kt₄₃+t₄₄)

v_i＝(x_i，kt₂₁+y_i，kt₂₂+z_i，kt₂₃+t₂₄)/(x_i，kt₄₁+y_i，kt₄₂+z_i，kt₄₃+t₄₄)

w_i＝(x_i，kt₃₁+y_i，kt₃₂+z_i，kt₃₃+t₃₄)/(x_i，kt₄₁+y_i，kt₄₂+z_i，kt₄₃+t₄₄)

术中点云和术前点云的转换关系T₂如下所示：

其中i＝1,2,…,n,n为对应点个数，k为第k时刻，ω_k，v_k分别对应过程和观测噪声；定义术前图像中ICP对应的特征点序列为状态向量X_k＝[x_1，k，y_1，k，z_1，k，x_2，k，y_2，k，...x_n，k，y_n，k，z_n，k]，其中x_i，k为术前点云特征点中第i个点的横坐标，y_i，k为术前点云特征点中第i个点的纵坐标，z_i，k为术前点云特征点中第i个点的深度坐标；定义术中图像中ICP对应的特征点序列为观测向量Y_k＝[u_1，k，v_1，k，w_1，k，u_2，k，v_2，k，w_2，k，...u_n，k，v_n，k，w_n，k],其中u_i，k为术中点云特征点中第i个点的横坐标，v_i，k为术中点云特征点中第i个点的纵坐标，w_i，k为术中点云特征点中第i个点的深度坐标。