[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

说明书

本发明公开了一种基于PSO‑SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，该方法先通过PSO算法迭代获取得到的全局最优位姿作为SoftPOSIT算法的初始位姿，再通过SoftPOSIT算法对初始位姿进行进一步配准，并将得到的位姿重新加入PSO算法中，通过迭代，最终将该方法不仅解决了目前手术导航配准相关算法只能用昂贵的双目内窥镜的问题，还降低了SoftPOSIT方法对初始位姿的要求，实现了更高的配准精度，和更好的配准效果。

技术领域

本发明属于手术导航技术领域，特别涉及一种基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法。

背景技术

微创手术因其具有手术切口较小、出血量较少、术后并发症风险低等优点，近年来成为生物医学工程领域研究的热点。不同于传统开放手术，医生在进行微创手术操作过程中无法直接观察患者体内情况，只能借助监视器上由内窥镜传输的有限视野范围的视频进行手术操作，因此，内窥镜在手术导航中扮演了“眼睛”的角色，起到至关重要的作用。

但在实际操作过程中，通过内窥镜进行手术导航仍存在以下问题：

1.由于微创手术创口较小，手术器械较为狭长，其与身体组织接触的位置与医生操作手柄较远，再加上内窥镜视频视野范围有限这一因素的影响，医生在执行手术操作时会出现深度感知弱、视野狭窄的问题，进而，增加了外科医生的学习成本。

2.由于人体内血管、组织排布复杂，对于涉及精细操作的手术，除了窥镜图像信息外，手术过程中往往需要来自术前CT、核磁共振等器材的多模态的信息作为辅助，对窥镜图像有了更高的要求。

作为手术导航领域的关键技术，2D/3D配准技术可以将窥镜实时图像数据与通过CT数据复现出的三维模拟点云数据进行配准，在手术过程中实现多模态数据融合显示，实现增强现实显示效果，为医生手术操作提供参考，从而解决上述问题。

目前针对手术导航配准的相关方法，其方法的实现一般需要双目内窥镜才可以实现，其配准对象主要为双目内窥镜图像复原点云以及CT数据复现点云，即实现3D-3D配准。但双目内窥镜具有普及率不高，价格昂贵，数据量大的缺点。

在2D/3D配准方法中，目前使用的SoftPOSIT等方法，一般对初始值要求较高，其需要一个精确的初始位姿作为迭代初始值，但在现实中，往往只能获取初始位姿的大致范围。

因此，对只需知道初始位姿范围，并只通过单目内窥镜就可实现的2D/3D配准方法的深入研究有着重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于PSO-SoftPOSIT联合算法的腹腔镜肝脏手术导航2D/3D配准方法，不仅解决了目前手术导航配准相关算法只能用昂贵的双目内窥镜的问题，还降低了SoftPOSIT方法对初始位姿的要求，实现了更高的配准精度，和更好的配准效果。即本发明能实现单目内窥镜下的2D/3D配准，并且实现了更高的配准精度。

本发明采用如下技术方案：

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，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；