[发明专利]一种基于三维扫描的头部手术导航方法

权利要求书

1.一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对患者头部进行术前CT扫描；

S2.患者手术体位摆放完成后，在其头部附近固定安装一个或多个校正参考架，在患者头部安装基准参考架，安装立体视觉设备，在手术器械中安装目标参考架；

S3.采用三维扫描设备获取患者头部、基准参考架、所有校正参考架的三维模型，在三维模型中拟合基准参考架及所有校正参考架的特征点，构建患者头部、所有校正参考架与基准参考架在三维模型坐标系下的空间关系，并将模型关系矩阵输入到导航软件中；

S4.采用立体视觉设备获取基准参考架、所有校正参考架的空间坐标，建立所有校正参考架与基准参考架在视觉坐标系下的空间关系；

S5.通过误差纠正模型校正视觉空间误差，构建立体视觉下的导航空间；

S6.将患者头部CT模型与三维扫描设备构建的头部模型进行点云配准，将患者头部CT模型与基准参考架的空间关系统一到视觉空间坐标系下；

S7.立体视觉设备实时获取目标参考架、基准参考架的空间坐标，在导航软件中实时显示器械在CT空间的位置。

2.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的步骤5采用的误差纠正模型如下：

记基准参考架的坐标矩阵为M₀，校正参考架的坐标矩阵为M₁，...，M_n，以及相应的标记球球心在各自参考架中的坐标为那么在基准参考架空间中，所有标记球的坐标为在三维模型中，每个标记球由分布在球面上的点云{Q_i＝(a_i，b_i，c_i)}(i＝1，..，N)构成；模型空间{Q_i}到基准空间{P_i}的转换矩阵T；使用平移、旋转分量表示M为六参数组(t_x，t_y，t_z，r_x，r_y，r_z)，即

其中，

转换矩阵M是使两组点之间的总体误差最小的转换矩阵M，即σ²＝∑||P_i-MQ_i||²最小。

3.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，

所述的校正参考架可以在完成步骤4后移去；

所述的基准参考架与患者头部保持相对固定的位置关系并且位于不影响手术操作的位置。

4.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的基准参考架、校正参考架、目标参考架：

具有三维特征；

均有可以被立体视觉识别的标志。

5.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的三维扫描设备可以对物体的空间外形进行扫描，获取物体表面的空间坐标。

6.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的立体视觉设备是基于视差原理来获取物体三维几何信息。

7.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的步骤2中，基准参考架、校正参考架要在立体视觉设备的空间范围内。

8.根据权利要求1，一种基于三维扫描的头部手术导航方法，其特征在于，所述的步骤6以CT数据中的皮肤与三维扫描的皮肤作为配准标志。