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申请/专利权人：杭州素问九州医疗科技有限公司

摘要：本发明提供一种用于手术导航系统的骨骼注册方法、系统及手术机器人系统，包括：利用术前的骨骼图像数据获得源点集SPS；利用从实际骨骼表面采集的点数据获得目标点集TPS；从两点集选取3组或4组的对应点对，进行初始配准，求取初始变换矩阵与初始变换误差；基于所述初始变换误差定义构成精确变换的旋转和平移的搜索范围，并基于所述初始变换矩阵与所述搜索范围，求取精确变换矩阵与注册误差，在针对至少一组对应点对进行初始配准时，对应点对中的至少一方为：选自选定点的附近区域中的随机点，附近区域是以选定点为圆心而定义的一个圆形区域。从而不再需要系统指定外科医生采集骨骼实物与骨骼三维模型上严格对应的点。

主权项：1.一种骨骼注册方法，用于确定术前坐标系和术中坐标系之间的变换关系，其特征在于，包括以下步骤：利用术前的骨骼图像数据，建立3D虚拟模型的术前坐标系，并从该3D虚拟模型的表面获得源点集SPS；利用术中从患者实际骨骼表面采集的点数据，建立术中坐标系，并生成目标点集TPS；从所述源点集SPS与所述目标点集TPS选取3组或4组的对应点对，进行所述源点集SPS与所述目标点集TPS之间的初始配准，求取初始变换矩阵与初始变换误差；基于所述初始变换误差定义构成精确变换的旋转和平移的搜索范围，并基于所述初始变换矩阵与所述搜索范围，求取精确变换矩阵与注册误差，其中，在针对至少一组所述对应点对进行初始配准时，所述对应点对中的至少一方为：选自所述源点集SPS的选定点的附近区域中的随机点、或选自所述目标点集TPS的选定点的附近区域中的随机点，其中，所述附近区域是以所述选定点为圆心而定义的一个圆形区域，在初始配准步骤中，设输入为：源点集SPS、目标点集TPS、从3D虚拟模型表面取的四个点PMn，n=1,2,3,4，从实际股骨表面上取的四个点PBn，最大迭代次数M，第一误差阈值μe，一般误差阈值Ge，还包括如下步骤：在源点集SPS中，取点PMn的邻近点，得到邻域的点集Pn（S01），随后开始i=0，1，……，m次的循环（S02），其中m为自然数；取Pn点集中的若干随机点RPn（S03），从而根据点集PBn和RPn，通过变换估计SVD（PBn，RPn）得到转换矩阵T（S04）；根据点集SPS、TPS和转换矩阵T，求得误差Ei（S05）；当误差Ei小于初始误差E时（S06），进行用于误差收敛的赋值操作（S07）：E=Ei，T1=T---------------（式1）；从而，通过E值的逐步减小，相应地减少SPS的点数（S08）；当误差Ei小于第一误差阈值μe时（S09），中断循环，开始精确配准的对齐算法，在精确配准步骤中，求取由旋转和平移构成的第二变换矩阵，其中，所述搜索范围与所述初始变换误差成正比，并且定义为：-旋转阈值（角度）：；-平移阈值：；-误差：；旋转：；平移：；在旋转范围RI（I=1，2，3…n，n为自然数）内随机选择三个角度α，β，γ，设旋转矩阵R为： ---------------（式2）；在平移范围TI内随机选择三个值x，y，z，设平移向量V为： ---------------（式3）；最后，设用作刚性配准算法的初始变换的总变换T为： ---------------（式4）；迭代重复这个过程，同时为每个迭代选择RI区间内的三个随机旋转角度和平移范围TI区间内的三个随机值直到配准算法下的误差收敛到小于某个阈值或达到允许的最大迭代次数。

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