[发明专利]一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法

权利要求书

1.一种基于空间标记点的OPM阵列快速光学扫描定位方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：

步骤S1、根据刚性头盔的特征建立头盔坐标系，得到刚性头盔上所有插槽的头盔坐标系坐标；

步骤S2、在刚性头盔上安置空间标记点，并获取所有空间标记点的头盔坐标系坐标；

步骤S3、通过光学扫描获取刚性头盔、被试头部和所有OPM的三维图像；

步骤S4、从刚性头盔的三维图像中直接读取所述空间标记点的三维图像坐标，将所述空间标记点的三维图像坐标与其头盔坐标系坐标进行图像配准，得到第一坐标变换关系；

步骤S5、从OPM的三维图像中直接读出所有OPM上所贴的空间标记点的三维图像坐标，通过第一坐标变换关系进行坐标系变换，得到所有OPM的头盔坐标系坐标；

步骤S6、获得插槽与OPM的对应关系；

步骤S7、获得磁共振结构像重建出的头部图像，并将所述头部图像与被试头部的三维图像进行图像配准，得到第二坐标变换关系；

步骤S8、获取所述头部图像中的大脑皮层部分的磁共振结构像坐标，并将所述磁共振结构像坐标分别通过第二坐标变换关系、第一坐标变换关系进行变换，得到大脑皮层的头盔坐标系坐标；通过OPM的头盔坐标系坐标与大脑皮层的头盔坐标系坐标之间的关系得到二者的相对位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一坐标变换关系为头盔坐标系坐标和三维图像坐标之间的坐标变换关系；

所述第二坐标变换关系为三维图像坐标与磁共振结构像坐标之间的坐标变换关系；

所述第一坐标变换关系与所述第二坐标变换关系均为空间变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S6中，获得插槽与OPM的对应关系通过第一匹配法则实现，所述第一匹配法则包括：将所有OPM的头盔坐标系坐标与所有插槽的头盔坐标系坐标进行对比，若某个OPM的头盔坐标系坐标落在某个插槽头盔坐标系坐标的预设坐标范围内，则该OPM即为该插槽内的OPM。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述头盔坐标系为三维坐标系；

所述三维图像坐标为光学扫描时定义的坐标系下的坐标，满足真实空间的尺寸；

所述磁共振结构像坐标为在磁共振扫描设备定义的坐标系下的坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述空间标记点为具有高亮度值的反光亮片；

所述光学扫描包括激光反射定位、结构光扫描定位、双目摄像机定位中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述三维图像包括被扫描物体的反光亮度信息，所述反光亮度信息包括灰度值、根据被扫描物体形状重建出的三维点云、三维点云链接构成的面片。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述预设坐标范围按照以下方式得到：根据头盔上插槽的分布估计范围，该范围应保证OPM不会同时落在两个插槽的范围内，该范围为垂直于插槽轴上的欧氏距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S4中，图像配准采用第一图像配准算法；

所述第一图像配准算法通过以下步骤实现：

(1)分别计算三维图像坐标点集P和头盔坐标系点集P^*的协方差矩阵，并提取矩阵的特征向量V和V^*；所述三维图像坐标点集为所述空间标记点的三维图像坐标组成的点集，所述头盔坐标系点集为所述空间标记点的头盔坐标系坐标所组成的点集；

(2)计算P与P^*的变换矩阵Trans；

(3)将P与P^*中的点按照最邻近匹配的方法重新排序，得到P_a与P_a^*；

(4)根据最小二乘估计法得到P_a与P_a^*的最优变换，从而得到最终的空间变换矩阵。