基于Kinect的神經(jīng)外科手術(shù)導航中配準技術(shù)的研究.pdf

1、神經(jīng)外科疾病常見于腦部，通常需要手術(shù)來治療。然而，傳統(tǒng)的開顱手術(shù)會給病人帶來很大的痛苦，而且手術(shù)安全性差，術(shù)后并發(fā)癥較多。受計算機發(fā)展的推動，現(xiàn)代醫(yī)學中圖像引導的手術(shù)逐漸應(yīng)用到臨床上。在圖像引導的神經(jīng)外科手術(shù)中，醫(yī)生不需要開顱，通過術(shù)前采集的腦部醫(yī)學圖像來引導整個手術(shù)。在導航之前，關(guān)鍵的步驟是實現(xiàn)病人真實空間與術(shù)前圖像空間的坐標系配準。找到兩個空間的關(guān)聯(lián)之后，追蹤系統(tǒng)得到的手術(shù)器械的位置便會在術(shù)前圖像相應(yīng)的位置上顯示。根據(jù)術(shù)前圖像展示的

2、病人腦部解剖結(jié)構(gòu)，醫(yī)生可以有目的地操作手術(shù)器械，避免碰到非病變組織。
　　兩個空間坐標系的配準在臨床上通常采用方法有：基于特殊標記點的點對之間配準、基于無標記點的面之間配準。兩種方法主要差別在于獲得的空間信息有所不同。前者需要給病人面部貼6~8個特殊材質(zhì)的標記點，這種方法操作繁瑣，且標記點的位置在配準整個過程中不能移動。基于特殊標記點的配準方法也可直接采集生理特征點（眼角、鼻尖、鼻根部等），但這些點在兩個空間很難確認，尤其是對于經(jīng)

3、驗不足的醫(yī)生?；跓o標記點的面配準操作相對簡單且高效。起初，研究者使用3D探測頭在人臉表面多次滑動，獲得幾百個點作為面信息，這容易帶來人工誤差。激光掃描可以無接觸地獲得人臉表面信息，但依然需要醫(yī)生操作，使激光點反復在人臉表面滑動。
　　本文提出了一種基于Kinect無接觸地、無人工操作地采集人臉表面信息的空間配準方法，文中主要工作包括以下幾點：
　　1）搭建導航系統(tǒng)。本文使用Kinect采集術(shù)中病人真實空間的人臉表面信息，光

4、學追蹤儀作為追蹤系統(tǒng)，顯示圖像和運行算法通過計算機來完成。整個導航系統(tǒng)需要多個空間之間同步，本文重點研究Kinect空間與圖像空間信息之間的配準。
　　2）設(shè)計算法從Kinect獲得人臉表面三維幾何信息。Kinect僅能提供它視野范圍內(nèi)的彩色和深度圖像，本文首先通過Kinect軟件開發(fā)包讀出圖像，然后在圖像中檢測人臉，并得到人臉表面的三維信息。
　　3）配準算法采用粗配準結(jié)合精配準。粗配準采用主成分分析法，得出兩個空間人臉表