基于刚性变换的数字人体配准方法、装置、设备、介质制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于刚性变换的数字人体配准方法、装置、设备、介质，该方法包括：获取表征光学定位结构的当前位置的目标定位点集，以及表征光学定位结构的初始位置参考定位点集；根据参考定位点集和目标定位点集确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵；获取定位导向装置当前生成的待处理超声图像，根据目标旋转矩阵和目标平移矩阵对待处理超声图像进行刚性变换，得到目标超声图像；将目标超声图像融合至CT图像得到目标数字人体。根据本发明专利技术实施例的技术方案，实现了具有任意三维姿态的超声图像与CT图像的融合，提高了数字人体的适用性，同时刚性变换的数据处理效率较高，使得融合得到的数字人体具有较好的实时性，为提高手术质量提供数据基础。数据基础。数据基础。

【技术实现步骤摘要】
基于刚性变换的数字人体配准方法、装置、设备、介质


[0001]本专利技术涉及手术导航
，特别涉及一种基于刚性变换的数字人体配准方法、装置、设备、介质。

技术介绍

[0002]手术导航系统，能够将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，在手术过程中生成病人的数字人体，通过跟踪手术器械在数字人体上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医生对手术器械相对手术器械的操作位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全，因此成为了医疗行业的发展趋势。
[0003]定位导向装置是穿刺手术的常用装置，用于设置超声探头和穿刺针。为了对穿刺位置进行指示，需要将CT图像和超声图像在数字人体中融合并配准，相关技术中主要采用简单的图像融合技术，但是受制于CT图像断层扫面方向的限制，只能融合与CT断层方向一致的超声图像，无法做到三维任意姿态的超声图像与CT图像及其生成的数字人体的配准融合。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于刚性变换的数字人体配准方法、装置、设备、介质，能够实现三维任意姿态的超声图像与CT图像在数字人体的融合和配准，为提高手术效率和质量提供信息基础。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于刚性变换的数字人体配准方法，应用于手术导航系统，所述手术导航系统预设有CT图像，所述手术导航系统包括定位导向装置和光学传感装置，所述定位导向装置设置有多个光学定位结构，所述光学传感装置用于检测各个所述光学定位结构的空间位置，所述基于刚性变换的数字人体配准方法包括：
[0006]获取目标定位点集和预设的参考定位点集，所述参考定位点集的集合元素用于指示各个所述光学定位结构的初始位置，所述目标定位点集的集合元素用于指示各个所述光学定位结构的当前位置，其中，当所述光学定位结构位于所述初始位置，所述定位导向装置生成的超声图像的方向与所述CT图像的断层方向相同；
[0007]根据所述参考定位点集和目标定位点集确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵，其中，所述参考定位点集的集合元素根据所述目标旋转矩阵和目标平移矩阵进行刚性变换后可对齐所述目标定位点集的集合元素；
[0008]获取所述定位导向装置当前生成的待处理超声图像，根据所述目标旋转矩阵和目标平移矩阵对所述待处理超声图像进行刚性变换，得到目标超声图像；
[0009]将所述目标超声图像融合至所述CT图像得到目标数字人体。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述光学定位结构为光学反光球，所述参考定位点集的集合元素为各个所述光学反光球位于所述初始位置的参考空间坐标，所述目标定位点集的集合元素为各个所述光学反光球位于所述当前位置的目标空间坐标，所述根据所述参考
定位点集和目标定位点集确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵，包括：
[0011]确定所述参考定位点集的参考质心和所述目标定位点集的目标质心，其中，所述参考质心为所述参考空间坐标的均值，所述目标质心为所述目标空间坐标的均值；
[0012]基于所述参考质心和所述目标质心，确定所述参考定位点集和所述目标定位点集之间的协方差矩阵；
[0013]对所述协方差矩阵进行SVD分解，得到第一分解矩阵和第二分解矩阵，其中，所述第一分解矩阵的行数和列数均等于所述协方差矩阵的行数，所述第二分解矩阵的行数和列数均等于所述协方差矩阵的列数；
[0014]将所述第二分解矩阵与转置后的所述第一分解矩阵的乘积确定为所述目标旋转矩阵；
[0015]根据所述目标质心、所述参考质心和所述目标旋转矩阵确定所述目标平移矩阵。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述基于所述参考质心和所述目标质心，确定所述参考定位点集和所述目标定位点集之间的协方差矩阵，通过以下表达式得到：
[0017]其中，H为所述协方差矩阵，centroid
A
为所述参考质心，centroid
B
为所述目标质心，N为所述光学反光球的数量，为第i个光学反光球的所述参考空间坐标，为第i个光学反光球的所述目标空间坐标。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述目标质心、所述参考质心和所述目标旋转矩阵确定所述目标平移矩阵，通过以下表达式得到：
[0019]R＝VU
T
；
[0020]t＝
‑
R*centroid
A
+centroid
B
；
[0021]其中，R为所述目标旋转矩阵，U为所述第一分解矩阵，V为所述第二分解矩阵，U
T
为U的转置，t为所述目标平移矩阵。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述定位导向装置固定安装有出针套筒，在所述将所述目标超声图像融合至所述CT图像得到目标数字人体之后，所述方法还包括：
[0023]获取预设的参考路径向量，所述参考路径向量用于表征所述光学定位结构位于所述初始位置时所述出针套筒的出针方向；
[0024]根据所述目标旋转矩阵和目标平移矩阵对所述参考路径向量进行刚性变换，得到目标路径向量；
[0025]根据所述目标路径向量所表征的出针方向生成出针路径指示线，并在所述目标数字人体中显示所述出针路径指示线。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述手术导航系统还包括用于显示数字人体的第一显示装置，所述第一显示装置包括第一显示区域和第二显示区域，所述基于刚性变换的数字人体配准方法还包括：
[0027]在所述第一显示区域显示所述定位导向装置发送的实时超声图像；
[0028]在所述第二显示区域显示所述目标数字人体和所述出针路径指示线。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述定位导向装置还包括第二显示装置和超声探头，所述基于刚性变换的数字人体配准方法还包括：
[0030]在所述第二显示装置实时显示所述出针路径指示线和所述超声探头获取的超声
图像；
[0031]将所述第二显示装置所实时显示的超声图像确定为所述实时超声图像，并同步至所述第一显示装置进行显示。
[0032]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于刚性变换的数字人体配准装置，包括少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述第一方面所述的基于刚性变换的数字人体配准方法。
[0033]第三方面，本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括有如上述第二方面所述的基于刚性变换的数字人体配准装置。
[0034]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第一方面所述的基于刚性变换的数字人体配准方法。
[0035]根据本专利技术实施例的一种基于刚性变换的数字人体配准方法，至少具有如下有益效果：获取目标定位点集和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刚性变换的数字人体配准方法，其特征在于，应用于手术导航系统，所述手术导航系统预设有CT图像，所述手术导航系统包括定位导向装置和光学传感装置，所述定位导向装置设置有多个光学定位结构，所述光学传感装置用于检测各个所述光学定位结构的空间位置，所述基于刚性变换的数字人体配准方法包括：获取目标定位点集和预设的参考定位点集，所述参考定位点集的集合元素用于指示各个所述光学定位结构的初始位置，所述目标定位点集的集合元素用于指示各个所述光学定位结构的当前位置，其中，当所述光学定位结构位于所述初始位置，所述定位导向装置生成的超声图像的方向与所述CT图像的断层方向相同；根据所述参考定位点集和目标定位点集确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵，其中，所述参考定位点集的集合元素根据所述目标旋转矩阵和目标平移矩阵进行刚性变换后可对齐所述目标定位点集的集合元素；获取所述定位导向装置当前生成的待处理超声图像，根据所述目标旋转矩阵和目标平移矩阵对所述待处理超声图像进行刚性变换，得到目标超声图像；将所述目标超声图像融合至所述CT图像得到目标数字人体。2.根据权利要求1所述的基于刚性变换的数字人体配准方法，其特征在于，所述光学定位结构为光学反光球，所述参考定位点集的集合元素为各个所述光学反光球位于所述初始位置的参考空间坐标，所述目标定位点集的集合元素为各个所述光学反光球位于所述当前位置的目标空间坐标，所述根据所述参考定位点集和目标定位点集确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵，包括：确定所述参考定位点集的参考质心和所述目标定位点集的目标质心，其中，所述参考质心为所述参考空间坐标的均值，所述目标质心为所述目标空间坐标的均值；基于所述参考质心和所述目标质心，确定所述参考定位点集和所述目标定位点集之间的协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行SVD分解，得到第一分解矩阵和第二分解矩阵，其中，所述第一分解矩阵的行数和列数均等于所述协方差矩阵的行数，所述第二分解矩阵的行数和列数均等于所述协方差矩阵的列数；将所述第二分解矩阵与转置后的所述第一分解矩阵的乘积确定为所述目标旋转矩阵；根据所述目标质心、所述参考质心和所述目标旋转矩阵确定所述目标平移矩阵。3.根据权利要求2所述的基于刚性变换的数字人体配准方法，其特征在于，所述基于所述参考质心和所述目标质心，确定所述参考定位点集和所述目标定位点集之间的协方差矩阵，通过以下表达式得到：其中，H为所述协方差矩阵，centroid
A
为所述参考质心，centroid
B
为所述目标质心，N为所述光学反光球的数量，为第i个光学反光球的所述参考空间坐标，为第i个光学反光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王澄，滕皋军，陆骊工，朱光宇，罗皓，李迟迟，陈晓东，
申请(专利权)人：珠海横乐医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：