基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法及装置与流程

本发明涉及医疗领域，尤其涉及一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法及装置。

背景技术：

1、由于应用机器人进行脊柱手术的普及，对脊柱术前与术中的配准精度的要求越来越高。但是，由于脊柱病变的多样性，造成脊柱的配准的误差存在较大的不确定性。同时，因为脊柱配准过程中配准点的个数较少，因此配准难度较常用的点云配准更高。因此，如何解决上述问题，是需要考虑的。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法及装置，用以解决上述问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，包括：

3、提取数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点，其中，所述多个术前配准点组成术前配准点集p，所述多个术中配准点组成术中配准点集q，所述术前配准点集与所述术中配准点集组成配准点云集合k；

4、基于术前配准点集p和术中配准点集q，确定优化函数中的目标特征参数，其中，所述优化函数用于对所述配准点云集合k中的配准点进行优化处理；

5、基于确定所述目标特征参数之后的优化函数，确定目标配准矩阵，其中，所述目标配准矩阵，用于确定所述多个术前配准点与所述多个术中配准点之间的对应关系。

6、可选的，所述提取数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点，包括：

7、基于点特征直方图算法pfh与随机采样一致算法ransac或者快速点特征直方图算法fpfh与随机采样一致算法ransac，对多个术前配准点与多个术中点进行提取，得到数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点。

8、可选的，所述优化函数用如下形式表示：

9、e(t)＝∑(p,q)∈kρ(‖p-tq‖)       公式(1)

10、其中，p表示术前配准点，q表示术中配准点，t表示配准矩阵，ρ(‖p-tq‖)表示估计函数，其表示形式如下：

11、μ为常数。

12、可选的，基于对偶性质，公式(1)所表示的优化函数的另一种表示形式如下：

13、e(t,l)＝∑(p,q)∈klp,q‖p-tq‖2+∑(p,q)∈kψ(lp,q)，公式(2)

14、其中，lp,q表示所述目标特征参数，l为目标特征参数的集合。

15、可选的，所述基于术前配准点集p和术中配准点集q，确定优化函数中的目标特征参数，包括：

16、初始化特征参数；

17、基于初始化得到的特征参数、术前配准点集p、术中配准点集q与公式(2)，得到初始配准矩阵t0；

18、基于初始配准矩阵t0、初始化得到的特征参数、术前配准点集p、术中配准点集q与公式(2)，得到所述目标特征参数。

19、可选的，所述基于初始配准矩阵t0、初始化得到的特征参数、术前配准点集p、术中配准点集q与公式(2)，得到所述目标特征参数，包括：

20、对特征参数进行求导处理，并基于求导处理得到的结果与所述初始配准矩阵t0、术前配准点集p以及术中配准点集q对所述特征参数以及配准矩阵进行迭代；

21、在基于公式(2)得到的特征参数不再收敛时，则确定该特征参数为目标特征参数。

22、可选的，对所述特征参数进行求导处理，求导处理得到的结果用如下公式表示：

23、

24、第二方面，本发明提供了一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定装置，包括：

25、提取模块，用于提取数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点，其中，所述多个术前配准点组成术前配准点集p，所述多个术中配准点组成术中配准点集q，所述术前配准点集与所述术中配准点集组成配准点云集合k；

26、确定模块，用于基于术前配准点集p和术中配准点集q，确定优化函数中的目标特征参数，其中，所述优化函数用于对所述配准点云集合k中的配准点进行优化处理；

27、确定模块，还用于基于确定所述目标特征参数之后的优化函数，确定目标配准矩阵，其中，所述目标配准矩阵，用于确定所述多个术前配准点与所述多个术中配准点之间的对应关系。

28、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法。

29、第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法。

30、本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

31、本发明提供的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，在提取到数量相同的术前配准点与术中配准点之后，可以确定出优化函数的目标特征参数，该优化函数在确定目标特征参数过程中，能够有效的过滤掉噪声点的影响，进而基于确定目标特征参数之后的优化函数，能够准确的确定出多个术前配准点与多个术中配准点对应的目标配准矩阵。基于该目标配准矩阵，在对脊柱进行配准时，能够提高配准的准确性，减小了配准过程中产生的误差，提高了配准精度，有效的保证了配准精度。

技术特征：

1.一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，所述提取数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点，包括：

3.根据权利要求1所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，所述优化函数用如下形式表示：

4.根据权利要求3所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，基于对偶性质，公式(1)所表示的优化函数的另一种表示形式如下：

5.根据权利要求4所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，所述基于术前配准点集p和术中配准点集q，确定优化函数中的目标特征参数，包括：

6.根据权利要求5所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，所述基于初始配准矩阵t0、初始化得到的特征参数、术前配准点集p、术中配准点集q与公式(2)，得到所述目标特征参数，包括：

7.根据权利要求6所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法，其特征在于，对所述特征参数进行求导处理，求导处理得到的结果用如下公式表示：

8.一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法。

技术总结
本发明提供了一种基于全局最优的脊柱配准矩阵的确定方法及装置，方法包括：提取数量相同的多个术前配准点与多个术中配准点；基于术前配准点集P和术中配准点集Q，确定优化函数中的目标特征参数；基于确定目标特征参数之后的优化函数，确定目标配准矩阵。上述方法，在提取到数量相同的术前配准点与术中配准点之后，可以确定出优化函数的目标特征参数，从而有效的过滤掉噪声点的影响，进而基于确定目标特征参数之后的优化函数，能够准确的确定出多个术前配准点与多个术中配准点对应的目标配准矩阵。基于该目标配准矩阵，在对脊柱进行配准时，能够提高配准的准确性，减小了配准过程中产生的误差，提高了配准精度，有效的保证了配准精度。

技术研发人员：张逸凌,刘星宇
受保护的技术使用者：北京长木谷医疗科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15