基于Kinect的神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航中配準(zhǔn)技術(shù)的研究.pdf

1、神經(jīng)外科疾病常見(jiàn)于腦部，通常需要手術(shù)來(lái)治療。然而，傳統(tǒng)的開(kāi)顱手術(shù)會(huì)給病人帶來(lái)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(jì)算機(jī)發(fā)展的推動(dòng)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中圖像引導(dǎo)的手術(shù)逐漸應(yīng)用到臨床上。在圖像引導(dǎo)的神經(jīng)外科手術(shù)中，醫(yī)生不需要開(kāi)顱，通過(guò)術(shù)前采集的腦部醫(yī)學(xué)圖像來(lái)引導(dǎo)整個(gè)手術(shù)。在導(dǎo)航之前，關(guān)鍵的步驟是實(shí)現(xiàn)病人真實(shí)空間與術(shù)前圖像空間的坐標(biāo)系配準(zhǔn)。找到兩個(gè)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(huì)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(gè)空間坐標(biāo)系的配準(zhǔn)在臨床上通常采用方法有：基于特殊標(biāo)記點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)之間配準(zhǔn)、基于無(wú)標(biāo)記點(diǎn)的面之間配準(zhǔn)。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(gè)特殊材質(zhì)的標(biāo)記點(diǎn)，這種方法操作繁瑣，且標(biāo)記點(diǎn)的位置在配準(zhǔn)整個(gè)過(guò)程中不能移動(dòng)。基于特殊標(biāo)記點(diǎn)的配準(zhǔn)方法也可直接采集生理特征點(diǎn)（眼角、鼻尖、鼻根部等），但這些點(diǎn)在兩個(gè)空間很難確認(rèn)，尤其是對(duì)于經(jīng)

3、驗(yàn)不足的醫(yī)生?；跓o(wú)標(biāo)記點(diǎn)的面配準(zhǔn)操作相對(duì)簡(jiǎn)單且高效。起初，研究者使用3D探測(cè)頭在人臉表面多次滑動(dòng)，獲得幾百個(gè)點(diǎn)作為面信息，這容易帶來(lái)人工誤差。激光掃描可以無(wú)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(diǎn)反復(fù)在人臉表面滑動(dòng)。
　　本文提出了一種基于Kinect無(wú)接觸地、無(wú)人工操作地采集人臉表面信息的空間配準(zhǔn)方法，文中主要工作包括以下幾點(diǎn)：
　　1）搭建導(dǎo)航系統(tǒng)。本文使用Kinect采集術(shù)中病人真實(shí)空間的人臉表面信息，光

4、學(xué)追蹤儀作為追蹤系統(tǒng)，顯示圖像和運(yùn)行算法通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)需要多個(gè)空間之間同步，本文重點(diǎn)研究Kinect空間與圖像空間信息之間的配準(zhǔn)。
　　2）設(shè)計(jì)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(guò)Kinect軟件開(kāi)發(fā)包讀出圖像，然后在圖像中檢測(cè)人臉，并得到人臉表面的三維信息。
　　3）配準(zhǔn)算法采用粗配準(zhǔn)結(jié)合精配準(zhǔn)。粗配準(zhǔn)采用主成分分析法，得出兩個(gè)空間人臉表