导　　师： 杨荣骞;黄金华

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 手术导航技术的应用使外科手术向微创化和精准化发展。手术导航系统跟踪手术器械和患者的位置,并实时显示手术器械与患者的相对位置关系。目前主流光学手术导航采用标记点进行跟踪定位,在导航前需医生依次点击标记点进行注册,若标记点发生掉落需重新进行注册。为了弥补标记点导航的不足,本文设计了基于结构光的无标记点手术导航系统,提出了对应的系统标定、三维数据获取和表面注册方法。本文主要研究内容概况如下:(1)构建基于结构光的无标记点光学导航系统。结合近红外光学定位和结构光三维成像,近红外光学定位系统实现手术器械的定位,结构光三维成像系统获取病人表面三维空间信息。(2)系统标定方法。系统标定就是确定双目近红外摄像机和双目黑白摄像机的内外部参数和投影结构光面的空间位置。本文摄像机标定板能够同时被近红外摄像机和黑白摄像机采集到,能够简单、有效的标定四个摄像机。本文采用黑底白色条纹的平板标定结构光,用已标定的双目黑白摄像机辅助标定结构光,结构光标定板制作简单,过程简单实用。(3)结构光三维数据获取方法。根据采集光条的特点,采用Steger曲线检测算法与过零检测相结合的方法提取结构光光条亚像素。采用灰度与线移结构光编码方法,根据光条连接信息抑制编码区域边界处编码错误。(4)图像空间与实际空间自动注册方法。根据采集三维数据的特点,剔除远离表面的噪声点,并进行降采样减少注册点数量以提高注册速度。提出了基于仿射变换的点云粗注册方法,再通过ICP算法优化。最后,本文导航系统实现无标记点自动注册,头模试验中注册误差为3.331mm,耗时137ms。能够弥补标记点导航的不足,满足临床需要。

关 键 词： 手术导航 无标记点 结构光成像 标定 点云注册

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