[发明专利]基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法

权利要求书

1.一种基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)获取患者的术前CT影像；

(2)根据步骤(1)所获取的CT影像，构建患者肝脏术前3D模型；

(3)在步骤(2)得到的患者肝脏术前3D模型中标出轮廓地标；所述轮廓地标为肝的上部弯曲边界、下部弯曲边界和镰状韧带；

(4)对单目内窥镜进行标定，获取单目内窥镜的内参；

(5)利用所述单目内窥镜获取患者术中内窥镜图像；

(6)标出内窥镜图像中与步骤(3)中所述轮廓地标对应的像素区域；

(7)利用PSO-SoftPOSIT联合算法获取单目内窥镜相对于患者肝脏术前3D模型的位姿；

(8)基于步骤(7)获得的位姿对患者肝脏术前3D模型进行2D/3D配准。

2.如权利要求1所述的基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，其特征在于，所述步骤(7)包括以下步骤：

(7-1)在所述患者肝脏术前3D模型所处空间内设置多个虚拟相机，构成虚拟相机组，对每个所述虚拟相机的参数进行初始化，所述参数包括学习因子C₁、C₂、惯性权重γ、内参、位姿和速度v；

(7-2)将所述轮廓地标的三维点坐标分别通过所述多个虚拟相机进行映射，得到对应的多张二维图片；

(7-3)分别计算步骤(7-2)得到的多张二维图片与所述真实图片之间的相似度，并根据相似度对所述多张二维图片进行排序，取相似度最高的二维图片对应的虚拟相机作为全局最优虚拟相机；

(7-4)更新所有虚拟相机的移动速度，并对虚拟相机进行移动；

(7-5)根据所述全局最优虚拟相机对应的二维图片及位姿，利用SoftPOSIT算法迭代产生新位姿；

(7-6)利用所述新位姿，添加新的虚拟相机，并替换相似度最低的虚拟相机模型；

(7-7)重复所述步骤(7-1)-(7-6)，直到所述全局最优虚拟相机速度小于阈值，以该全局最优虚拟相机对应的位姿作为最终位姿。

3.如权利要求2所述的基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，其特征在于，所述步骤(7-1)中：

对每个虚拟相机的学习因子C₁、C₂以及惯性权重γ进行初始化，具体为：根据正太分布随机选值进行初始化；

对每个虚拟相机的内参、位姿、速度v进行初始化，具体为：

利用步骤(4)得到的单目内窥镜内参对所述虚拟相机进行内参初始化；

根据外科手术先验知识，确定虚拟相机的位姿取值范围；

对所有虚拟相机的速度v取相同的值。

4.如权利要求2所述的基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，其特征在于，所述步骤(7-3)中：

利用MI方法计算相似度s的公式为：

s＝MI(I_d,I_i)＝H(I_d)+H(I_i)-H(I_d,I_i)

其中，I_d为所述真实图片，I_i表示第i个所述虚拟相机得到的二维图片，H表示协方差。