[发明专利]一种手术导航中骨锯标定方法及系统

权利要求书

1.一种手术导航中骨锯标定方法，其特征在于，所述方法包括：

将骨锯的锯片尖端点坐标固定在空间中的某一点，然后使骨锯绕所述锯片尖端点进行旋转；

在旋转骨锯过程中采集N帧手术器械标定图像，N为大于或等于1的正整数；

根据采集的N帧手术器械标定图像，采用基于最大关联熵准则的共轭梯度算法计算锯片尖端点在骨锯坐标系下的三维坐标P_NTip。

2.根据权利要求1所述的一种手术导航中骨锯标定方法，其特征在于，根据采集的N帧手术器械标定图像，采用基于最大关联熵准则的共轭梯度算法计算锯片尖端点在骨锯坐标系下的三维坐标P_NTip，具体包括：

假设第n帧图像(n＝1,2,…,N)所对应的锯片尖端点在摄像机坐标系下的坐标为其为三维列向量，和分别代表在x轴、y轴和z轴的坐标值；

骨锯坐标系和摄像机坐标系之间的旋转矩阵A_n和平移向量T_n分别为和其中，A_n为3×3的矩阵，T_n为三维列向量；

锯片尖端点在骨锯坐标系下的三维坐标为P_NTip＝[X_NTip Y_NTip Z_NTip]^T，其为三维列向量，则有下列公式成立：

其中，为三维列向量，表示矩阵H_n中的第i个元素，代表由于光照、针尖抖动以及背景环境等因素引入的噪声，对上式进行如下处理：

令其为三维输出列向量，表示第n帧图像求出的输出列向量中的第i个元素，其中，表示第n帧图像求出的旋转矩阵A_n的第i行转置；

假设第j(0＜j≤3N)次迭代求出的权向量表示为P_NTip(j)，则对于第j次迭代有：

误差函数可以表示为：

3.根据权利要求2所述的一种手术导航中骨锯标定方法，其特征在于，根据采集的N帧手术器械标定图像，采用基于最大关联熵准则的共轭梯度算法计算锯片尖端点在骨锯坐标系下的三维坐标P_NTip，具体还包括：

对于P_NTip的求解等价为最优化问题，即求解特定的P_NTip使：

maxκ_σ(e(j))；

选取高斯核来作为核函数，σ为核长，将上式转化为最小化问题进行求解即

max(-κ_σ(e(j)))；

其中，令f(P_NTip(j-1))＝-κ_σ(e(j))，则代表函数f(P_NTip(j))在P_NTip(j)处的梯度。