[发明专利]一种基于3D结构光点云扫描的骨科穿刺通道显示方法

说明书

本发明申请公开了一种基于3D结构光点云扫描的骨科穿刺通道显示方法，包括以下步骤：S1.使用CT扫描设备对人体结构扫描，并输入至Mimics软件；S2.使用结构光3D相机对人体结构进行扫描；S3.对人体结构的体表与骨骼进行配准；S4.结构光3D相机动态扫描导航钻套和体表；S5.对动态点云进行圆柱体拟合；S6.修改圆柱体参数获得动态显示的导航通道。本方法，仅通过一台高精度结构光3D相机，即可完成虚拟坐标系和现实坐标系的配准，配准精度高，且在不改变手术医师的原有手术习惯的情况下，运用动态点云扫描将置钉器械转化为动态导航通道，使得医师在骨科穿刺过程中，实时获取穿刺器械与人体结构的相对位置关系，以在基于动态三维可视化导航的条件下实现更精准的穿刺。

技术领域

本发明涉及医学影像处理技术领域，具体涉及一种基于3D结构光点云扫描的骨科穿刺通道显示方法。

背景技术

可视化是骨科穿刺的前提条件，其包括体表的可视化和体内结构的可视化，也可以简单分为二维和三维可视化。二维可视化如X线透视、DR等，但由于其缺乏深度信息，尽管可以连续透视，也难以据此实现立体空间的精准穿刺。三维可视化的基础是通过ISO-C3D、螺旋CT和MR等三维可视化设备采集来的二位断层影像学数据，其中最主要的是螺旋CT。但是现如今此类医学影像设备还只能实现某一时间横截面的三维可视化，无法实现连续性的动态的物体扫描，因此不存在基于三维视觉动态调整穿刺通道的导航。

现有的医学影像学数据，在骨科的穿刺导航应用中，还没有实现虚拟坐标系与现实坐标系的统一，使得人体内部结构信息无法在穿刺过程中与穿刺器械的位置变化信息进行实时交互，无法精确预判穿刺结果，造成穿刺误差，使得医师精确定位穿刺位置成为了一个不可忽视的难题。

发明内容

为解决上述技术问题，提供了一种基于3D结构光点云扫描的骨科穿刺通道显示方法， 包括以下步骤：

S1.使用CT扫描设备对人体结构进行扫描，并将所获得的图像输入至Mimics软件，通过Mimics软件重建CT骨骼三维模型和CT人体结构体表三维模型；

S2.使用结构光3D相机对人体结构进行扫描，获得人体结构的3D结构光体表点云，并从MPSizectorS中输出静态的人体结构的3D结构光体表点云体载入Cloudcompare软件；

S3.使用Cloudcompare软件对CT骨骼三维模型、CT人体结构体表三维模型与人体结构的3D结构光体表点云进行快速粗配准；

S4.使用Cloudcompare软件裁剪人体结构的3D结构光体表点云多余部分，形成卡位膜片；

S5.使用Cloudcompare软件进行第一次配准，将S4中的卡位膜片配准至CT人体结构体表三维模型，获得卡位膜片的旋转平移矩阵，并复制该卡位膜片的旋转平移矩阵；

S6.使用Cloudcompare软件进行第二次配准，在Apply Transformation的弹窗中粘贴卡位膜片的旋转平移矩阵，应用其逆矩阵Inverse matrix的功能，将CT骨骼三维模型移动至人体结构的3D结构光体表点云坐标系中，并通过Cloudcompare软件计算卡位膜片与CT人体结构体表三维模型的平均距离及标准差，进行检验配准精度；

S7.将导航钻套置于人体结构的预定穿刺位置，保持结构光3D相机的扫描位置，持续动态地对导航钻套以及人体结构的表面进行扫描，使得Cloudcompare软件显示已经配准的CT骨骼三维模型,以及导航钻套点云、人体结构的3D结构光体表点云与CT骨骼三维模型之间的动态位置关系；

S8.使用Cloudcompare软件对导航钻套点云和人体结构的3D结构光体表点云进行圆柱体拟合；

S9.复制拟合的圆柱体，并在其属性栏中将其高度Height和半径Radius修改成预定参数，形成穿刺通道。

本发明的优点在于：