[发明专利]用于物理到图像/图像到物理配准和图像验证的多个表面

说明书

本发明是关于新颖的图像配准。该刚性配准基于通过基准标记在笛卡尔坐标系中以3D关系布置的多个表面。与基于表面的配准相比，该配准过程提供更精确的配准或者需要更小的基准标记以获得相同水平的配准精度。此外，该基准标记使得能够测量物理域中的坐标；因此，可以通过比较物理域和虚拟域两者中特定点的坐标来测量配准误差。这在比较成像物理到图像（PI）或打印图像到物理（IP）模态方面具有潜在的应用，例如，用于比较由计算断层摄影术和光学扫描仪创建的3D模型的精度。其他潜在的应用还包括在牙科植入物放置中辅助外科手术导航。因此，所提议的基准标记在虚拟现实的应用中具有潜在的发展。

技术领域

本发明涉及基于以 三维（3D）关系布置的多个表面作为基准标记的图像配准。

背景技术

虚拟图像是真实物理世界的扩展，并且物理和虚拟域之间的精确连接具有许多潜在的应用。可以通过多种成像技术产生物理对象的3D虚拟图像。非接触式光学扫描仪通常被用于扫描对象的表面形貌。拍摄多个2D图像并将其重建为3D图像（物理到图像配准，PI）。表面扫描的精度取决于扫描仪的检测器和对象的表面特性，诸如其光学反射。在扫描特定对象之前，建议用具有相似表面特性和已知表面坐标的对象校准光学扫描仪。另一方面，可以将非反射性粉末喷到对象的表面上以使它们的表面特性标准化。然而，其厚度难以控制。

在医学领域中，外科医生可以获取他们的患者的3D 计算断层摄影术（CT）图像，以研究人体的内部部分，并对任何所需的外科手术治疗进行规划。将从一系列2D图像生成所选择的 视场（FOV）中的患者的颌骨的3D灰度图像和正交截面（矢状、冠状和水平）视图。外科医生可以使用外科手术规划软件来规划和将虚拟牙科植入物放置在一定位置处，这将促进在CT图像中生物和美学牙齿替换。已经开发了实时计算机辅助导航（动态）或基于模板（静态）的外科手术引导，以通过将该术前虚拟规划传递到手术台（图像到物理配准，IP）来促进植入物的精确放置。

可以将多种成像技术组合在一起供临床使用。虽然CT提供了颅骨的内部结构的3D图像，但是光学表面扫描提供了可作为IP介质的高分辨率3D牙齿表面模型。因此可以叠加3D图像以相互补充（图像到图像配准，II）。