1 首都医科大学生物医学工程学院，北京 100069
2 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室，北京 100069
3 首都医科大学宣武医院骨科，北京 100053
在手术导航系统辅助的椎弓根螺钉内固定术中，术前与术中点云配准精度是影响导航定位效果的重要因素。由于术前与术中点云的获取方式不同，且术中暴露位置受限，两种非同源三维点云存在初始位姿差异大、重叠率低的问题，现有的配准算法在术前术中点云配准时容易失效且精度不高。为此，本文提出了一种椎弓根螺钉内固定术中非同源低重叠率点云的配准方法。首先，对术中点云进行降采样，对术前点云进行基于最远点采样的局部区域划分，选取其中的最优局部区域，与术中点云进行采样一致性初始配准；之后，采用迭代最近点算法进行进一步优化，实现点云的准确对齐。在本文所用数据集上，所提算法在术前术中点云配准实验中的平均旋转误差为0.406°，平移误差为0.474 mm，实现了初始位姿差异大、重叠率低的非同源术前术中点云的高精度配准，与现有算法相比，配准成功率从66.67%提高至100%。
医用光学 椎弓根螺钉内固定术 非同源点云 初始位姿差异大 低重叠率 点云配准
针对重叠率低的两片点云配准难度大、精度低等问题,提出了一种将聚类区域分块和凸优化问题相结合的点云配准方法。首先,利用点云的曲率特征进行多尺度描述符的建立,确保点云数据完整并且使冗余数据最小;其次,利用多尺度描述符的角度差异进行对应关系聚类分块,获取源点云与目标点云的重叠区域;最后,将重叠区域的点云以及它们的对应关系代入凸优化问题,进行离群值的去除和对应关系的优化,实现粗配准并利用迭代最近点算法进行细化。实验结果表明,所提算法能够缩小点云配准的有用搜索范围,减少配准计算量,为初始重叠程度较低的点云数据提供更具优势的配准精度和时间效率。
图像处理 低重叠率 点云配准 聚类分块 凸优化问题 多尺度描述符 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0810014
1 沈阳理工大学 自动化与电气工程学院, 沈阳 110159
2 沈阳群贺新能源科技有限公司, 沈阳 110000
三维点云配准在医疗诊断及手术规划中有非常重要的作用, 而配准精度也一直是被关注的重点问题。介绍几种常见的配准算法, 并对第三方3D模型库中的Bunny、Dragon、和Hippo三维点云模型进行多组配准实验。对其配准精度进行验证。实验结果表明, Super-4pcs算法对于三维点云模型具有不同角度和低重叠率的情况, 相比于几种通用配准算法都能得到较好的配准效果, 且在低重叠率的情况下仍然能够达到0.001 m级的高精度配准效果。为医生能更有效的将点云配准算法应用于医疗诊断及手术规划中提供一定的理论指导。
配准 三维点云 低重叠率 医疗手术 registration 3D point cloud low overlap rate medical surgery
