技术特征：
1.一种基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，包括：获取待定位者的开放背部的表面数据，根据所述表面数据生成相应的相机坐标系下的3d点云，并对所述3d点云进行预处理；其中，所述开放背部为裸露部分脊柱的背部手术区域，所述表面数据为开放背部术区表面3d轮廓图；构建矫正坐标系，将预处理后的3d点云转换到所述矫正坐标系中，以完成预处理后的3d点云的姿态矫正，得到矫正后的3d点云；对矫正后的3d点云进行特征分割，将其分离成两个含有目标区域的区块；针对每一区块，分别采用小批量采样并插值映射的方式，得到关节突位置；基于所述关节突位置，得到目标区域在所述矫正坐标系中的坐标，并将得到的坐标映射回所述相机坐标系，以得到待定位者脊柱椎板减压手术定位结果。2.如权利要求1所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述获取待定位者的开放背部的表面数据，根据所述表面数据生成相应的相机坐标系下的3d点云，并对所述3d点云进行预处理，包括：利用传感器设备采集待定位者的开放背部的表面数据；根据所述表面数据生成相应的相机坐标系下的3d点云；将所述3d点云中存在的无效点和零值点去除，然后对3d点云进行滤波。3.如权利要求2所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述传感器设备为具有立体结构捕获功能的传感器。4.如权利要求2所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述对3d点云进行滤波包括体素下采样、孤立点去除和冗余区域去除；其中，体素下采样采用的体素大小为0.8mm，将点数降低到原来的1/10；孤立点去除采用统计滤波方法统计50个点的平均距离，去除小于一定阈值的点。5.如权利要求1所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述构建矫正坐标系，将预处理后的3d点云转换到所述矫正坐标系中，以完成预处理后的3d点云的姿态矫正，得到矫正后的3d点云，包括：对预处理后的3d点云进行主成分分析，获得前三个主向量；使用获得的主向量构建矫正坐标系，预处理后的3d点云转换到所述矫正坐标系中，以完成预处理后的3d点云的姿态矫正，得到矫正后的3d点云。6.如权利要求5所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，在对预处理后的3d点云进行主成分分析时，采用奇异值分解计算协方差矩阵来获得主向量。7.如权利要求1所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述对矫正后的3d点云进行特征分割，将其分离成两个含有目标区域的区块，包括：利用参数投影获得矫正后的3d点云在俯视视角下的2d投影；基于2d投影，采用高斯聚类将术区以棘突为界，分离成两个含有目标区域的区块，并消除高斯聚类带来的随机性，将两个区块命名为左区块和右区块；将完成区块分离的2d投影映射回3d点云，得到特征分割后的3d点云。8.如权利要求7所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述采用小批量采样并插值映射的方式，得到关节突位置，包括：
利用参数投影获得待处理区块的3d点云在侧视视角下的2d投影；在获得的2d投影中最大主成分方向上分批采样术区底部区域，每个批次采集固定数量的点；利用曲线拟合算法拟合所有采样点；找到曲线每个波谷位置；利用最近邻算法，在特征分割后的3d点云中以多个波谷为中心分别进行采样，获得多个3d区域；其中，所述3d区域描述的是关节突位置。9.如权利要求8所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，利用曲线拟合算法拟合所有采样点时，拟合方案分成两步，首先预拟合，降低数据不稳定的影响，然后对预拟合曲线进行二次拟合获得最终曲线。10.如权利要求8所述的基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，其特征在于，所述基于所述关节突位置，得到目标区域在所述矫正坐标系中的坐标，并将得到的坐标映射回所述相机坐标系，以得到待定位者脊柱椎板减压手术定位结果，包括：根据所述3d区域估计目标区域；其中，两个关节突中间靠近棘突的位置就是目标区域；根据估计点位置再次采用最近邻算法在特征分割后的3d点云中提取目标区域，得到目标区域在所述矫正坐标系中的坐标；将得到的坐标映射回所述相机坐标系，得到脊柱椎板减压手术定位结果。
技术总结
本发明公开了一种基于点云特征提取的脊柱椎板减压手术定位方法，包括：获取待定位者的开放背部的3D点云；将3D点云转换到矫正坐标系中，以完成姿态矫正；对矫正后的3D点云进行特征分割，将其分离成两个含有目标区域的区块；针对每一区块，分别采用小批量采样并插值映射的方式，得到关节突位置；基于关节突位置，得到待定位者脊柱椎板减压手术定位结果。本发明通过3D结构光相机获取脊柱术区及其周围表面轮廓立体三维模型，然后直接在三维模型中识别手术目标位置并进行定位，具有无辐射，速度快，成本低等优点，解决了目前脊柱机器人手术必须植入标记和进行多次CT才能进行定位的问题。题。题。
技术研发人员：丁大伟 程乐 高宇 安翠娟 赵宇 翟吉良 李嘉浩 高晨郜 王峻晨
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.10.17
技术公布日：2023/3/24