[发明专利]图像测量与配准方法

权利要求书

1.一种把物理空间与图像空间的位置及方向进行测量和注册的方法，该方法包括：

a)提供含有具有六个自由度的位置和方向的部件的组件以及跟踪工具，其中：

所述组件包括：至少四个非共面的位置部件，或包括至少一个位置部件和至少三个正交的方向部件；

所有部件都刚性地放在所述组件中；

所述跟踪工具可拆卸地刚性地固定在所述组件上，使得所述部件与所述跟踪工具的位置和方向相对地互相固定；

根据所述跟踪工具的坐标框架测量所述部件的物理空间的三维位置和可用方向；并且

可以用成像系统扫描所述部件，并且可以在扫描的图像空间中获得它们的三维位置和可用方向；

b)将所述组件牢固地放置在一个物体上并用成像系统进行成像扫描；并且通过扫描的图像，获得所述扫描图像空间中所述部件的三维位置和可用方向；

c)基于在步骤a)中关于所述跟踪工具的坐标框架所测量得到的物理空间中的部件的位置和可用方向，以及在步骤b)中所获得的图像空间中的部件的位置和可用方向，计算得到将位置和方向从物理空间转换到图像空间的变换；

d)在人体上或体内放置一个六个自由度的相对跟踪工具；

使用跟踪系统，在登记时间同时记录下基于跟踪系统的坐标框架的，相对跟踪工具和安装在组件上的跟踪工具的六个自由度的方向和位置数据；

e)在被跟踪仪器上放置跟踪工具以跟踪该仪器的姿态；

使用跟踪系统，在后登记时间，同时记录下基于跟踪系统的坐标框架的，安装在仪器上的跟踪工具的位置和可用方向数据，以及相对跟踪工具的六个自由度的方向和位置数据；

f)联合在步骤c)中获得的变换，在步骤d)中的登记时间记录下的相对跟踪工具和安装在组件上的跟踪工具的数据和在步骤e)中的后登记时间记录下相对跟踪工具和安装在仪器上的跟踪工具的数据，以计算转换后的、在图像空间中的安装在仪器上的跟踪工具的位置和可用方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换表示为T，满足以下关系：

OBJECTM1_i^T＝T*OBJECTW1_i^T (1)；

其中

OBJECTM1_i^T是OBJECTM1_i的转置矩阵，OBJECTM1_i代表(x，y，x，1)，其中(x，y，z)表示图像空间中的位置；OBJECTW1_i^T是OBJECTW1_i的转置矩阵，OBJECTW1_i代表(x，y，z，1)，其中(x，y，z)表示跟踪工具框架中的物理空间中的位置，该跟踪工具可拆卸且刚性地安装在所述组件上；i表示所述部件的第i个位置，i≥4；4x4变换矩阵T的形式如下：

其中R是3×3旋转矩阵，x，y，z分别是坐标的平移；

通过求解至少4个非共平面位置的至少四个关系(1)的联立方程来计算出T。