本發(fā)明涉及通過拓?fù)錁?biāo)測(cè)的圖像變換。更特別地，本發(fā)明涉及將2維醫(yī)學(xué)圖像與3維標(biāo)測(cè)圖組合。
背景技術(shù)：
：用于心內(nèi)膜表面的3維幾何標(biāo)測(cè)和重構(gòu)的方法是本領(lǐng)域中已知的。例如，美國(guó)專利號(hào)5,738,096(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了基于使探頭與心臟壁上的多個(gè)位置接觸并且確定在位置中的每個(gè)位置處的探頭的位置坐標(biāo)，用于標(biāo)測(cè)心內(nèi)膜的方法。位置坐標(biāo)被組合以形成心臟的至少一部分的標(biāo)測(cè)圖?；跈z測(cè)身體內(nèi)部探頭的位置的商業(yè)電生理和物理標(biāo)測(cè)系統(tǒng)目前是可商購獲得的。在它們中，可從biosensewebster,inc.(3333diamondcanyonroad,diamondbar,ca91765)商購獲得的3系統(tǒng)是用于局部電活動(dòng)與導(dǎo)管位置的自動(dòng)關(guān)聯(lián)和標(biāo)測(cè)的系統(tǒng)。在當(dāng)前的心導(dǎo)管插入術(shù)系統(tǒng)中，操作醫(yī)師常常必須同時(shí)觀察兩個(gè)不同的屏幕上的兩個(gè)不同的圖像：胸腔的2維熒光鏡圖像和心臟的3維標(biāo)測(cè)圖。例如，可以使用心臟中的導(dǎo)管末端的磁跟蹤來生成此類3維標(biāo)測(cè)圖。熒光鏡圖像和3維標(biāo)測(cè)圖兩者都可以示出導(dǎo)管，但是是從不同的角度和透視圖示出。因?yàn)闊晒忡R的視圖和3維視圖之間缺乏自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和配位，所以需要醫(yī)師在顯示器之間來回切換他的或她的注意力，并且在心理上記住它們包含的不同的信息。用于對(duì)準(zhǔn)解剖圖像和電解剖標(biāo)測(cè)圖與通過不同模態(tài)獲取的3維圖像的一些現(xiàn)有的方法大體依賴于位置數(shù)據(jù)。標(biāo)測(cè)導(dǎo)管被放置在感興趣的器官諸如心臟中的多個(gè)已知位置處，并且記錄位置坐標(biāo)。在3維圖像中標(biāo)記或以其它方式記錄了這些相同的位置。除被采取作為標(biāo)測(cè)過程本身的一部分的動(dòng)作之外，該技術(shù)通常需要系統(tǒng)的操作者花時(shí)間找到和標(biāo)記用于對(duì)準(zhǔn)的目的的期望的位置。在專利文獻(xiàn)中用于自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)熒光鏡圖像與3維標(biāo)測(cè)圖的各種方法是已知的。例如，在授予ben-haim等人的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)6,314,310中，描述了此類方法，該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文。最近，在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)2014/0114173中公開了不同的方法，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。該文檔論述了將胸腔的2維熒光鏡圖像放置為與心臟的3維標(biāo)測(cè)圖功能的電解剖標(biāo)測(cè)圖對(duì)準(zhǔn)。坐標(biāo)系對(duì)準(zhǔn)模塊包括射線不可透元件，以固定的預(yù)先確定的圖案布置該射線不可透元件，并且響應(yīng)于射線不可透元件生成熒光鏡圖像，該射線不可透元件被配置成將模塊的位置限定在熒光鏡參考坐標(biāo)系中。模塊還包括一個(gè)或多個(gè)連接部，該一個(gè)或多個(gè)連接部被配置成將模塊固定地連接到在相對(duì)于焊盤預(yù)先確定的位置和取向處的磁場(chǎng)傳輸焊盤，以便表征由磁場(chǎng)傳輸焊盤限定的磁參考坐標(biāo)系中的對(duì)準(zhǔn)模塊的位置。在pilu等人的美國(guó)專利號(hào)8,300,941中提出一種圖像變換的方法，該專利涉及通過識(shí)別用于表面編碼的圖案的最佳網(wǎng)格假設(shè)來校正透視失真。方法包括：從編碼的表面圖案提取一組直線假設(shè)；按取向?qū)⒅本€假設(shè)聚類；對(duì)于每個(gè)聚類，提取一組線束假設(shè)；從成對(duì)的線束假設(shè)生成一組規(guī)則網(wǎng)格假設(shè)；以及確定最佳規(guī)則網(wǎng)格假設(shè)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于夾具標(biāo)記物識(shí)別的通用方法，該方法是靈活的以支持夾具取向和位置，其中在圖像中沒有必要整個(gè)夾具是可視的。采用恒定尺寸，而不是使用不同尺寸的標(biāo)記物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)系的方法，通過定位具有對(duì)于成像區(qū)域中的成像模態(tài)不透明的標(biāo)記物的校準(zhǔn)夾具來執(zhí)行該方法。標(biāo)記物包括具有具有相應(yīng)的交比的至少兩個(gè)共線標(biāo)記物四元組。還通過利用成像模態(tài)產(chǎn)生標(biāo)記物的圖像、檢測(cè)圖像上的標(biāo)記物、在圖像上識(shí)別所檢測(cè)的標(biāo)記物的共線圖像四元組、計(jì)算共線圖像四元組的相應(yīng)的圖像交比來執(zhí)行該方法。還通過以下步驟執(zhí)行該方法：使根據(jù)預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)具有匹配的標(biāo)記物交比和圖像交比的至少一個(gè)共線標(biāo)記物四元組與至少一個(gè)共線圖像四元組相關(guān)聯(lián)來限定候選線；使用成對(duì)的候選線，利用圖像執(zhí)行校準(zhǔn)夾具的相應(yīng)對(duì)準(zhǔn)；確定對(duì)準(zhǔn)的殘余；以及選擇對(duì)準(zhǔn)中的一個(gè)，其中該對(duì)準(zhǔn)的該對(duì)候選線與合格的殘余相關(guān)聯(lián)，合格的殘余小于預(yù)先確定的值。根據(jù)該方法的另一方面，候選線的至少一部分具有多個(gè)共線圖像四元組。根據(jù)該方法的另外的方面，沿著單個(gè)軸線設(shè)定標(biāo)記物。該方法的又一方面包括使用所選擇的對(duì)準(zhǔn)，使標(biāo)記物重新投影到圖像上，以及此后，通過將所重新投影的標(biāo)記物中的其它標(biāo)記物定位在圖像上來建立新的對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)該方法的另外的方面，定位所重新投影的標(biāo)記物中的其它標(biāo)記物包括確定所重新投影的標(biāo)記物與所檢測(cè)的標(biāo)記物之間的接近度。根據(jù)該方法的一個(gè)方面，定位所重新投影的標(biāo)記物中的其它標(biāo)記物包括根據(jù)所重新投影的標(biāo)記物和所檢測(cè)的標(biāo)記物的均方根誤差來記下所重新投影的標(biāo)記物。根據(jù)該方法的另一方面，建立新的對(duì)準(zhǔn)包括使在六自由度上重新投影標(biāo)記物的殘余誤差最小化。根據(jù)該方法的附加的方面，標(biāo)記物的尺寸是相同的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案還提供了用于對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)系的方法，通過在由熒光鏡成像器照射的區(qū)域中定位具有射線不可透標(biāo)記物的校準(zhǔn)夾具來執(zhí)行該方法。標(biāo)記物包括至少兩個(gè)共線標(biāo)記物四元組，該至少兩個(gè)共線標(biāo)記物四元組具有相應(yīng)的標(biāo)記物交比。還通過以下步驟執(zhí)行該方法：利用熒光鏡產(chǎn)生標(biāo)記物的熒光鏡圖像；檢測(cè)圖像上的標(biāo)記物；在熒光鏡圖像上識(shí)別所檢測(cè)的標(biāo)記物的共線圖像四元組；計(jì)算共線圖像四元組的相應(yīng)的圖像交比；通過使根據(jù)預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)具有匹配的標(biāo)記物交比和圖像交比的至少一個(gè)共線標(biāo)記物四元組與至少一個(gè)共線圖像四元組相關(guān)聯(lián)來限定候選線；使用成對(duì)的候選線，利用熒光鏡圖像執(zhí)行校準(zhǔn)夾具的相應(yīng)對(duì)準(zhǔn)；確定對(duì)準(zhǔn)的殘余；以及選擇對(duì)準(zhǔn)中的一個(gè)，其中該對(duì)準(zhǔn)的該對(duì)候選線與合格的殘余相關(guān)聯(lián)，合格的殘余小于預(yù)先確定的值。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，還提供了用于對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)系的設(shè)備，包括具有射線不可透標(biāo)記物的校準(zhǔn)夾具，其中標(biāo)記物包括具有相應(yīng)的標(biāo)記物交比的至少兩個(gè)共線標(biāo)記物四元組。設(shè)備還包括處理器；處理器可訪問的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器在其中存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)對(duì)象，其中程序的執(zhí)行致使處理器執(zhí)行方法，該方法包括檢測(cè)熒光鏡圖像上的標(biāo)記物；在圖像上識(shí)別所檢測(cè)的標(biāo)記物的共線圖像四元組；計(jì)算共線圖像四元組的相應(yīng)的圖像交比；通過使根據(jù)預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)具有匹配的標(biāo)記物交比和圖像交比的至少一個(gè)共線標(biāo)記物四元組與至少一個(gè)共線圖像四元組相關(guān)聯(lián)來限定候選線；使用成對(duì)的候選線，利用圖像執(zhí)行校準(zhǔn)夾具的相應(yīng)對(duì)準(zhǔn)；確定對(duì)準(zhǔn)的殘余；以及選擇對(duì)準(zhǔn)中的一個(gè)，其中該對(duì)準(zhǔn)的該對(duì)候選線與合格的殘余相關(guān)聯(lián)，合格的殘余小于預(yù)先確定的值。附圖說明為了更好地理解本發(fā)明，以舉例的方式引用本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的詳細(xì)描述應(yīng)結(jié)合以下附圖來閱讀，附圖中相似的元件被給定相似的參考編號(hào)，并且在附圖中：圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出在校準(zhǔn)階段中熒光鏡圖像和磁性標(biāo)測(cè)集成系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的在校準(zhǔn)階段中使用的螺旋形校準(zhǔn)夾具的示意性透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案所應(yīng)用的投影幾何結(jié)構(gòu)的方面的圖示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的與2維圖像夾具對(duì)準(zhǔn)的方法的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的到2維圖像上的夾具的示例性投影；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的到2維圖像上的夾具的示例性投影；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的到2維圖像上的具有單條標(biāo)記物線的夾具的投影；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的與2維圖像夾具對(duì)準(zhǔn)的方法的流程圖。具體實(shí)施方式為了提供對(duì)本發(fā)明的各種原理的全面理解，在以下描述中闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，并非所有這些細(xì)節(jié)都是實(shí)踐本發(fā)明所必需的。在這種情況下，未詳細(xì)示出熟知的電路、控制邏輯、以及用于常規(guī)算法和過程的計(jì)算機(jī)程序指令的細(xì)節(jié)，以免不必要地使一般概念模糊不清。以引用方式并入本專利申請(qǐng)的文獻(xiàn)將視為本專利申請(qǐng)的整體部分，不同的是如果在這些并入的文獻(xiàn)中定義的任何術(shù)語與在本說明書中明確或隱含地給出的定義在某種程度上相沖突，則應(yīng)只考慮本說明書中的定義。在以下的描述中，描述了熒光鏡圖像。這僅以舉例的方式而不是限制。本文中所描述的過程同樣適用于由很多模態(tài)產(chǎn)生的2維圖像，例如，磁共振圖像、計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像、光學(xué)圖像和標(biāo)準(zhǔn)x射線圖像。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，初始參考圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出在校準(zhǔn)階段中的熒光鏡圖像和磁性標(biāo)測(cè)集成系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)20將由磁跟蹤系統(tǒng)22獲取的身體器官的3維標(biāo)測(cè)圖與由熒光鏡24獲取的患者的2維熒光鏡圖像組合，因此，形成組合顯示26，組合顯示26在屏幕28上呈現(xiàn)給系統(tǒng)20的操作者。在用于圖1中所示的系統(tǒng)20的校準(zhǔn)階段中，未呈現(xiàn)患者。在圖5中所示的系統(tǒng)20的后續(xù)可操作階段中，假設(shè)患者躺在系統(tǒng)20的手術(shù)臺(tái)30上，并且磁跟蹤系統(tǒng)22和熒光鏡24獲取患者的3維標(biāo)測(cè)圖和2維圖像，如下面更詳細(xì)描述的。通常，由熒光鏡獲取的2維圖像是患者的胸部的2維圖像，并且由磁跟蹤系統(tǒng)標(biāo)測(cè)的身體器官包括患者的心臟。在實(shí)踐中，雖然系統(tǒng)22和熒光鏡24通?？梢员慌渲脼榫哂袉为?dú)控制單元的單獨(dú)物理單元，但在本說明書中，為了簡(jiǎn)單，假設(shè)由單個(gè)控制單元32操作系統(tǒng)20。控制單元32包括操作熒光鏡的熒光鏡控制器34和操作磁跟蹤系統(tǒng)的磁系統(tǒng)控制器36，并且該單元在系統(tǒng)處理器38特別是在屏幕28上生成組合顯示26的處理器的整體控制下。處理器38通常包括利用合適的軟件編程以用于執(zhí)行下文所述功能的通用或嵌入式計(jì)算機(jī)處理器。因此，盡管處理器38可以有時(shí)被描述為包括多個(gè)單獨(dú)的功能塊，但是這些功能塊并非必須是單獨(dú)的物理實(shí)體，而是表示處理器可訪問的存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的不同的計(jì)算任務(wù)或數(shù)據(jù)對(duì)象。這些任務(wù)可在運(yùn)行于單個(gè)處理器上或運(yùn)行于多個(gè)處理器上的軟件中執(zhí)行。軟件可在與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起使用的多種已知非暫時(shí)介質(zhì)諸如磁盤或硬盤驅(qū)動(dòng)器或cd-rom中的任一種上實(shí)施。代碼可以分布在此類介質(zhì)上，或者可以通過網(wǎng)絡(luò)從另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)裝置分布到處理器38。另選地或除此之外，處理器38可包括數(shù)字信號(hào)處理器或硬連線邏輯。處理器38通常包括用于數(shù)據(jù)庫29的存儲(chǔ)裝置。熒光鏡24包括x射線源40和檢測(cè)器42，輻射器和檢測(cè)器安裝在本文中假設(shè)為包括圓的圓弧的c形臂44的相對(duì)的兩端部上。c形臂44通常保持在l形臂46的下端45，l形臂在其上端附接到手術(shù)室的天花板，或者在其下端附接到手術(shù)室地板。c形臂44可以圍繞水平樞軸pa旋轉(zhuǎn)，在該附圖中，水平樞軸pa處于紙的平面內(nèi)。c形臂44還可以圍繞c形臂軸ca旋轉(zhuǎn)，c形臂軸ca垂直于紙的平面，并且c形臂軸ca穿過c形臂圓的中心。名義上，兩個(gè)軸線相交于c形臂旋轉(zhuǎn)中心(也稱為等中心)處，并且彼此正交。系統(tǒng)20的操作者能夠使用熒光鏡控制器34調(diào)節(jié)圍繞軸線pa和軸線ca的熒光鏡24的旋轉(zhuǎn)，以及熒光鏡的其它幾何參數(shù)。(如下文所更詳細(xì)描述，校準(zhǔn)階段提供對(duì)熒光鏡24的標(biāo)稱特性的調(diào)節(jié)，標(biāo)稱特性諸如上面所舉例說明的特性。)為了對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)系，或熒光鏡24的參照系，在系統(tǒng)20的校準(zhǔn)階段中，系統(tǒng)20使用一個(gè)或多個(gè)對(duì)準(zhǔn)元件。給定的對(duì)準(zhǔn)元件具有特性：可以在該兩個(gè)坐標(biāo)系中同時(shí)確定給定的對(duì)準(zhǔn)元件的位置和取向。本發(fā)明的實(shí)施方案使用螺旋形校準(zhǔn)夾具60作為對(duì)準(zhǔn)元件。參考圖2更詳細(xì)地描述了螺旋形校準(zhǔn)夾具60(本文中還稱為夾具60)。兩個(gè)坐標(biāo)系(一個(gè)基于定位墊50且一個(gè)基于對(duì)準(zhǔn)模塊62)呈現(xiàn)在系統(tǒng)20中?，F(xiàn)在參考圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的夾具60的示意性透視圖。如將從以下描述顯而易見的，在熒光鏡系統(tǒng)中夾具60在可以確定其中夾具60的位置的范圍內(nèi)是“可視的”。夾具60被制成塑料圓筒70，塑料圓筒70可以使用附接的支撐物72被放置在手術(shù)臺(tái)30上，使得圓筒的軸線平行于手術(shù)臺(tái)。圓筒70具有嵌入在圓筒中的相同的金屬球體74。金屬球體74在檢測(cè)器42處提供良好的對(duì)比度熒光鏡圖像。只要球體74尺寸是相同的，球體74就可以具有任何適宜的尺寸。相同的球體的使用允許夾具定位的靈活性，因?yàn)橥耆苊饬擞蓸?biāo)記物的尺寸考慮所需要的約束。球體74以螺旋形圖案76布置在圓筒內(nèi)，螺旋形圖案被配置成具有變化的周期長(zhǎng)度。此外，在每個(gè)周期內(nèi)，存在不同數(shù)量的球體。由連接螺旋形的球體74的虛線示出螺旋形圖案。而且，有至少兩組共線標(biāo)記物，每組包括四個(gè)標(biāo)記物，被稱為四元組。夾具60中的標(biāo)記物間的距離是已知的，并且可以被編碼以使得能夠?qū)崿F(xiàn)唯一識(shí)別。在本發(fā)明的所公開的實(shí)施方案中，圓筒70具有約120mm的直徑，并且螺旋形圖案76的總體長(zhǎng)度約200mm。在所公開的實(shí)施方案中，球體74被布置成限定六個(gè)周期，并且下面的表1給出在平行于圓筒70的軸線的方向上的每個(gè)周期的示例性長(zhǎng)度，以及每個(gè)周期內(nèi)球體74的示例性數(shù)量。通常，在每個(gè)周期內(nèi)，球體74均勻分布。表1螺旋形周期長(zhǎng)度[mm]周期中球體72的數(shù)量20725113015351940234527另外的球體74可以被添加到螺旋形圖案76中的那些周期。例如，已經(jīng)添加更多的球體74以形成球體的直線78，線78對(duì)應(yīng)于螺旋形周期的終止端。不同長(zhǎng)度的螺旋形圖案周期連同每個(gè)周期中的不同數(shù)量的球體74使得熒光鏡控制器34能夠唯一地識(shí)別球體74中的每個(gè)。如上所述，將另外的球體添加到螺旋形圖案還有利于熒光鏡控制器34識(shí)別球體74。球體74的識(shí)別被用于對(duì)準(zhǔn)2維圖像與熒光鏡，如下面所描述的。在一些實(shí)施方案中，圓筒70包括后向反射器90，其中可以定位可拆卸球92。通常，在圓筒70中在平行于手術(shù)臺(tái)30的平面中對(duì)稱地布置后向反射器，并且可以借助激光器使用后向反射器用于跟蹤手術(shù)臺(tái)30上夾具60的位置。在另選的實(shí)施方案中，大體類似于球體74的其它金屬球體可以被添加到夾具60以另外幫助其定位。對(duì)準(zhǔn)?，F(xiàn)在參考圖3，圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案所應(yīng)用的投影幾何結(jié)構(gòu)的方面的圖示。方法依賴于投影幾何結(jié)構(gòu)的兩個(gè)特性：(1)空間中的線210被投影到圖像中的線212(2)如果點(diǎn)a、點(diǎn)b、點(diǎn)c、點(diǎn)d是線212中的共線點(diǎn)的四元組，則交比被定義為(a,b；c,d)＝(ac*bd)/(bc*ad)。在投影下，共線點(diǎn)的四元組的交比是不變量。在圖3中，點(diǎn)a、點(diǎn)b、點(diǎn)c、點(diǎn)d分別是線210中點(diǎn)a'、點(diǎn)b'、點(diǎn)c'、點(diǎn)d'的投影。因此，交比(a,b；c,d)和(a',b'；c',d')相等。根據(jù)本發(fā)明的原理，夾具與2維圖像的初始對(duì)準(zhǔn)需要最少兩條線，每條線具有在圖像中可視的至少四個(gè)共線標(biāo)記物?，F(xiàn)在參考圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的與2維圖像夾具對(duì)準(zhǔn)的方法的流程圖。為了呈現(xiàn)清楚起見，在本文中的該流程圖和其它流程圖中的處理步驟以特別的線性序列示出。然而，將很顯然，可并行地、異步地或以不同的次序執(zhí)行這些步驟中的許多。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，另選地，過程可被表示為多個(gè)相互聯(lián)系的狀態(tài)或事件，例如，在狀態(tài)圖表中。而且，可能不需要所有示出的過程步驟來實(shí)施所述方法。在初始步驟214，確定熒光鏡幾何參數(shù)和熒光鏡投影函數(shù)之間的關(guān)系?？梢允褂眯?zhǔn)的模型(如果可用的話)進(jìn)行該確定。另選地，可以使用標(biāo)稱、非校準(zhǔn)的熒光鏡模型。模型提供了足夠的近似度，以使得在下面所描述的步驟中能夠進(jìn)行另外的精化。現(xiàn)在參見圖5，圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的到2維圖像上的夾具60(圖2)的示例性投影216。標(biāo)記物218是夾具60上球體74的投影。回轉(zhuǎn)到圖4，在步驟220，在投影216上檢測(cè)標(biāo)記物218(圖5)。可以由方法執(zhí)行該步驟，方法諸如模板匹配、橢圓檢測(cè)或邊緣檢測(cè)。這些是常規(guī)圖像處理技術(shù)，并且在本文中不再另外論述這些。步驟220結(jié)果是一組已檢測(cè)的標(biāo)記物。接下來，在步驟222，在投影216上在步驟220中生成的一組標(biāo)記物中識(shí)別共線標(biāo)記物?？梢酝ㄟ^使用已知的方法諸如隨機(jī)采樣一致性(ransac)或霍夫變換的線擬合來執(zhí)行該步驟。步驟222產(chǎn)生包括是用于共線性的候選者的至少標(biāo)記物的四元組的一組線假設(shè)(即，子組)。每個(gè)四元組定義交比。是用于共線性的候選者的所有四元組的列表定義特征。子組包包括其中一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記物缺失的所有的可能性，并且列表指定缺失的標(biāo)記物。例如，在5個(gè)標(biāo)記物的線中，有一個(gè)5標(biāo)記物子組和5個(gè)4標(biāo)記物子組。每個(gè)子組被存儲(chǔ)指定該子組的成員的相應(yīng)的索引。接下來，在步驟224，通過使在步驟222中制定的線假設(shè)的交比與每條線內(nèi)的夾具上的已知的標(biāo)記物間距離的交比匹配，評(píng)估在步驟222中制定的線假設(shè)。步驟224包括若干過程：在步驟226中，評(píng)估夾具中四個(gè)或更多個(gè)共線標(biāo)記物的全部已知的子組，以便覆蓋未檢測(cè)的標(biāo)記物或在圖像外的標(biāo)記物的情況。每個(gè)四元組定義交比。關(guān)于模擬其中一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記物缺失的所有可能的選項(xiàng)，創(chuàng)建標(biāo)記物的子組。缺失的標(biāo)記物可以是在各種位置，并且甚至可以是在圖6中所示的視場(chǎng)的外部。對(duì)于每個(gè)子組，存在對(duì)所有可能的情況進(jìn)行說明的“特征”。可以使用有效地實(shí)施的窮舉法確定特征，通過在每個(gè)子組內(nèi)所有四元組上的迭代，計(jì)算所有子組的此類標(biāo)記物交比，從而創(chuàng)建子組特定的特征。交比特征被保存在參考數(shù)據(jù)庫29(圖1)中。例如，可以保存四個(gè)連續(xù)的標(biāo)記物的所有組的交比。對(duì)于每個(gè)夾具設(shè)計(jì)，僅需要執(zhí)行一次步驟226。結(jié)果可以應(yīng)用于具有相同的設(shè)計(jì)的所有后續(xù)制造的夾具。在步驟228中，為與該線假設(shè)有關(guān)且在步驟222中識(shí)別的圖像上的每個(gè)子組的標(biāo)記物中的每個(gè)四元組計(jì)算每個(gè)線假設(shè)交比。每個(gè)四元組定義交比。關(guān)于模擬其中共線標(biāo)記物中的任一個(gè)可能是假的內(nèi)圍層(即，其中存在標(biāo)記物意外地位于圖像上的線上但是標(biāo)記物在夾具機(jī)械結(jié)構(gòu)上不是共線的情況)的所有可能的選項(xiàng)，創(chuàng)建標(biāo)記物的子組。線假設(shè)交比是以與在步驟226中獲得的參考數(shù)據(jù)庫中的特征相同的格式在圖像交比數(shù)據(jù)庫中保存的特征。參考數(shù)據(jù)庫和圖像交比數(shù)據(jù)庫兩者可以包括在數(shù)據(jù)庫29(圖1)中。在匹配步驟230中，進(jìn)行在步驟228中獲得的交比特征與在步驟226中獲得的交比特征之間的匹配的搜索。目的是找到在圖像中的共線標(biāo)記物與在夾具中它們的對(duì)應(yīng)的標(biāo)記物之間的潛在的匹配。每個(gè)匹配是用于標(biāo)記物的子組中的標(biāo)記物的識(shí)別的選項(xiàng)。通過比較相等尺寸的子組執(zhí)行匹配。通過歐幾里得距離，比較在步驟228中的交比與在步驟226中的交比，以找到兩組數(shù)的對(duì)應(yīng)。另選地，可以使用距離的其它測(cè)量。在任何情況下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖像中的子組和夾具中的子組比預(yù)定義的閾值距離更加靠近彼此時(shí)，宣告匹配。在步驟232中，根據(jù)標(biāo)記物的數(shù)量，或另選地根據(jù)特征匹配的均方根誤差(rmse)，對(duì)在步驟230中獲得的匹配進(jìn)行優(yōu)先排序，創(chuàng)建與兩條夾具線匹配的線假設(shè)的優(yōu)先排序的列表。在步驟238中，執(zhí)行初始夾具對(duì)準(zhǔn)過程。評(píng)估來自步驟232中挑選的線假設(shè)的候選線的窮舉成對(duì)選擇。以根據(jù)關(guān)聯(lián)性和相似性的次序評(píng)估線對(duì)，將較大的子組的匹配放在前面。將被評(píng)估的第一對(duì)是與夾具中的一條線匹配的圖像中的最大子組和與另一條線匹配的圖像中的最大子組。如果這不產(chǎn)生符合要求的初始對(duì)準(zhǔn)，則漸進(jìn)地測(cè)試較小的子組。根據(jù)最小rmse值，每個(gè)測(cè)試需要初始對(duì)準(zhǔn)和批準(zhǔn)或拒絕。其它考慮包括圖像中標(biāo)記物的位置。根據(jù)c形臂取向，可以期望一條線在第二條線的左邊(或右邊)。交比匹配質(zhì)量的質(zhì)量可以是另一個(gè)決定性標(biāo)準(zhǔn)。步驟238將一個(gè)或多個(gè)圖像線候選者給予給夾具線中的每條(僅一條是真的匹配)。然后在以下步驟中考慮和評(píng)估與兩條夾具線匹配的每對(duì)圖像線候選者，直到達(dá)到有效的對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于效率，具有較長(zhǎng)的特征(即，較長(zhǎng)的子組)的候選者在前面。將被評(píng)估的第一對(duì)是與夾具中的一條線匹配的圖像中的最大子組和與另一條線匹配的圖像中的最大子組。除此之外，圖像中標(biāo)記物的位置是另一個(gè)考慮。用于評(píng)估算法的終止標(biāo)準(zhǔn)是期望的，例如，迭代的閾值數(shù)量。然而，在實(shí)踐中，幾乎總是在幾個(gè)迭代內(nèi)達(dá)到正確的匹配。使用每個(gè)此類對(duì)執(zhí)行與圖像的夾具對(duì)準(zhǔn)，并且通過將標(biāo)記物重新投影到圖像上，并且測(cè)量在第一投影上所檢測(cè)的標(biāo)記物與在重新投影上所檢測(cè)的標(biāo)記物之間的距離來確定殘余。接下來，在決定步驟234，確定初始夾具對(duì)準(zhǔn)是否是合格的殘余，即，殘余小于用戶配置的標(biāo)準(zhǔn)。如果在決定步驟234處確定是否定的，則控制返回步驟232，其中在步驟232中評(píng)估另一個(gè)線對(duì)。如果在決定步驟234處確定是肯定的，則控制前進(jìn)至步驟236。一旦確定有效的初始對(duì)準(zhǔn)，則在步驟236處，基于初始對(duì)準(zhǔn)，識(shí)別剩余的所檢測(cè)的標(biāo)記物。這通過在步驟238中使用線對(duì)的初始對(duì)準(zhǔn)將夾具重新投影到圖像上來實(shí)現(xiàn)。接近度標(biāo)準(zhǔn)(即，所檢測(cè)的標(biāo)記物和重新投影的標(biāo)記物之間的距離)(例如，rmse)被用于識(shí)別剩余的標(biāo)記物。如果初始對(duì)準(zhǔn)足夠，則將以最小誤差定位所有剩余的標(biāo)記物。在最終步驟240，使用在步驟236中識(shí)別的所有標(biāo)記物來執(zhí)行最終夾具對(duì)準(zhǔn)。這通過尋找產(chǎn)生標(biāo)記物(在步驟236中所識(shí)別的)的重新投影的最小殘余誤差的六自由度上的夾具位置和取向的最小化函數(shù)來進(jìn)行?，F(xiàn)在參考圖6，圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的到2維圖像上的夾具60(圖2)的完全對(duì)準(zhǔn)的投影242?，F(xiàn)在由標(biāo)記(例如，相鄰的數(shù)字)唯一識(shí)別標(biāo)記物218。線244、線246是在步驟238、步驟240(圖4)中執(zhí)行的成功的初始對(duì)準(zhǔn)和后續(xù)完全對(duì)準(zhǔn)中挑選的所使用的候選線組中的最佳對(duì)。另選實(shí)施方案。該實(shí)施方案類似于先前的實(shí)施方案。然而，步驟238(圖4)被修改以執(zhí)行五自由度而不是六自由度上的初始夾具對(duì)準(zhǔn)。這使用單個(gè)挑選的線假設(shè)而不是兩條線來進(jìn)行。該選項(xiàng)對(duì)圍繞單個(gè)軸對(duì)稱的夾具有用，該夾具諸如在對(duì)稱軸上具有標(biāo)記物的桿。該實(shí)施方案節(jié)省時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源，其中僅需要確定圖像中所挑選的線的軸線?，F(xiàn)在參考圖7，圖7是根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的到2維圖像上的具有單條標(biāo)記物線的夾具的完全對(duì)準(zhǔn)的投影248。標(biāo)記物之間的距離有意圖地變化，以便使得能夠有各種交比?，F(xiàn)在參考圖8，圖8為根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的與2維圖像夾具對(duì)準(zhǔn)的方法的流程圖。圖8中的步驟與在圖4的論述中所描述的那些步驟相同，直到步驟250。為簡(jiǎn)潔起見，此處不再重復(fù)細(xì)節(jié)。在步驟250中，執(zhí)行徹底的夾具對(duì)準(zhǔn)，而不是如在第一實(shí)施方案中所描述的初步對(duì)準(zhǔn)。接下來，在決定步驟252處，確定在步驟250中執(zhí)行的對(duì)準(zhǔn)是否是可接受的。如果確定是否定的，則控制返回到步驟232。如果在決定步驟252處確定為肯定的，則控制前進(jìn)到最終步驟254，在最終步驟254處過程終止。如在步驟236和最終步驟240(圖4)中所描述的其它標(biāo)記物的識(shí)別和第二對(duì)準(zhǔn)是不必要的。由于步驟250的對(duì)準(zhǔn)僅解決五自由度，所以線性夾具圍繞其自己的軸線的旋轉(zhuǎn)不會(huì)影響投影。實(shí)施例。在該實(shí)施例中，激光跟蹤設(shè)備被用于驗(yàn)證用于螺旋形夾具的校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)的上面所描述的算法的精度和重復(fù)性。比較用于相對(duì)于熒光鏡檢查系統(tǒng)的不同的螺旋形夾具位置的校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)結(jié)果。驗(yàn)證熒光鏡檢查系統(tǒng)坐標(biāo)系和激光跟蹤器坐標(biāo)系之間所計(jì)算的變換維持恒定。在不同的螺旋形夾具位置和取向處對(duì)螺旋形夾具拍攝各種校準(zhǔn)序列和對(duì)準(zhǔn)圖像。還使用激光跟蹤器測(cè)量每個(gè)螺旋形夾具位置。從利用激光跟蹤器獲得的螺旋形夾具位置測(cè)量，和用于螺旋形夾具坐標(biāo)系中的該測(cè)量的后向反射器的已知的機(jī)械位置，可能計(jì)算從激光跟蹤器坐標(biāo)系到螺旋形夾具坐標(biāo)系的變換。為每個(gè)螺旋形夾具位置計(jì)算laser2helix變換。每個(gè)校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)算法的結(jié)果包括從螺旋形坐標(biāo)系到熒光鏡坐標(biāo)系的所計(jì)算的變換。為每個(gè)校準(zhǔn)結(jié)果且為每個(gè)對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算helix2fluoro變換。根據(jù)上面的變換，從熒光鏡坐標(biāo)系到激光跟蹤器坐標(biāo)系的變換可以計(jì)算如下：方程1：fluoro2laser＝(laser2helix)-1*(helix2fluoro)-1因此，為每個(gè)校準(zhǔn)結(jié)果且為每個(gè)對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算fluoro2laser變換。由于在整個(gè)該測(cè)試中熒光鏡坐標(biāo)系和激光跟蹤器坐標(biāo)系是恒定的，所以該變換應(yīng)是相同的，與螺旋形夾具位置或校準(zhǔn)/對(duì)準(zhǔn)圖像無關(guān)。從用于每個(gè)螺旋形夾具位置的參考helix2fluoro變換，使用上面的方程1計(jì)算參考fluoro2laser。上面所計(jì)算的變換被用于以下比較，以驗(yàn)證執(zhí)行校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)算法的熒光鏡檢查校準(zhǔn)工具的精度和重復(fù)性。校準(zhǔn)算法為不同的校準(zhǔn)結(jié)果計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較。使用不同的校準(zhǔn)結(jié)果，在熒光鏡坐標(biāo)系中的相同的點(diǎn)到在各種c形臂位置處拍攝的相同圖像中的投影之間的比較。對(duì)準(zhǔn)算法為相同的螺旋形夾具位置拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較。越過所有螺旋形夾具位置，為在各種位置處以c形臂拍攝的所有對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較。備注：理想的是，上面的比較應(yīng)該產(chǎn)生接近于零的值；實(shí)際值是算法重復(fù)性的測(cè)量。測(cè)試工具和輔助儀器。熒光鏡檢查系統(tǒng)。具有univu模塊的carto系統(tǒng)。激光跟蹤器(可從farotechnologies,inc(250technologyparklakemary,fl32746,usa)商購獲得)和后向反射器。螺旋形夾具。軟件。從microsoftvisual源控制)取得的分析代碼。從microsoftvisualstudio源控制)取得的fctfluoro積分算法。測(cè)試過程。校準(zhǔn)算法測(cè)試計(jì)劃。螺旋形夾具被放置在熒光鏡cor中的患者手術(shù)臺(tái)上，并且采集校準(zhǔn)圖像序列，即，在以下熒光鏡c形臂位置處獲取圖像：lao90；lao60；lao30；ap；rao30；rao60；rao90；cra20；cra40；cau20和cau40。為患者手術(shù)臺(tái)上的若干稍微不同的螺旋形夾具位置重復(fù)數(shù)據(jù)采集，如在下面的結(jié)果節(jié)中的表2中所詳細(xì)說明的。根據(jù)在測(cè)試概念和方法節(jié)中描述的方法，使用在工具和儀器節(jié)中指定的分析代碼執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。對(duì)準(zhǔn)算法測(cè)試計(jì)劃。螺旋形夾具被放置在熒光鏡cor中的患者手術(shù)臺(tái)上，并且在各種c形臂角度處拍攝對(duì)準(zhǔn)圖像。為患者手術(shù)臺(tái)上的若干不同的患者手術(shù)臺(tái)/螺旋形夾具位置重復(fù)數(shù)據(jù)采集，如在下面的結(jié)果節(jié)中的表6中所詳細(xì)說明的。根據(jù)在上面的測(cè)試概念和方法節(jié)中描述的方法，使用在上面的工具和儀器節(jié)中指定的分析代碼執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。接受標(biāo)準(zhǔn)。校準(zhǔn)算法：為不同的校準(zhǔn)結(jié)果計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。使用不同的校準(zhǔn)結(jié)果，在熒光鏡坐標(biāo)系中的相同的點(diǎn)到在各種c形臂位置處拍攝的相同圖像中的投影之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。對(duì)準(zhǔn)算法。為相同的螺旋形夾具位置拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。越過所有螺旋形夾具位置，為在ap位置處以c形臂拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。越過所有螺旋形夾具位置，為在lao90位置處以c形臂拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。為用于不同的螺旋形夾具位置的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的參考fluoro2laser變換之間的比較將產(chǎn)生不超過1mm的平均值。校準(zhǔn)算法測(cè)試結(jié)果。下面的表2詳細(xì)說明用于所收集的不同校準(zhǔn)序列圖像的螺旋形夾具位置中的差別。表2.校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集合。用于所有校準(zhǔn)的患者手術(shù)臺(tái)位置是[-54,-865,930]，不同的是第一校準(zhǔn)(t124248)，在第一校準(zhǔn)(t124248)中用于所有校準(zhǔn)的患者手術(shù)臺(tái)位置是[-59,-864,930]。用于所有校準(zhǔn)的熒光鏡縮放設(shè)置是42cm。下面的表3示出用于不同的校準(zhǔn)的所校準(zhǔn)的參數(shù)值。表3.用于所執(zhí)行的校準(zhǔn)的所校準(zhǔn)的參數(shù)值。表4示出為不同的校準(zhǔn)結(jié)果計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較。值表示所比較的fluoro2laser變換之間的平移中的差值的范數(shù)，即，如下執(zhí)行計(jì)算：方程2：fluoro2lasercomparison12＝(fluoro2laser1)-1*fluoro2laser2方程3：δ＝norm(fluoro2lasercomparison(1:3,4))。表4中示出δ的值。表4用于所有校準(zhǔn)的fluoro2laser變換的比較。校準(zhǔn)#1校準(zhǔn)#2校準(zhǔn)#3校準(zhǔn)#4校準(zhǔn)#20.48mm校準(zhǔn)#30.58mm0.11mm校準(zhǔn)#40.47mm0.08mm0.12mm校準(zhǔn)#50.61mm0.14mm0.03mm0.15mm上面比較的平均值是0.28mm，其低于1mm的接受標(biāo)準(zhǔn)閾值，從而測(cè)試通過。表5使用不同的校準(zhǔn)結(jié)果示出在熒光鏡坐標(biāo)系中的相同的點(diǎn)到在各種c形臂位置處拍攝的相同圖像中的投影。表5中示出的值表示從像素轉(zhuǎn)換成毫米的投影之間的平均和最大差值。表5熒光鏡與圖像投影的比較對(duì)于所有校準(zhǔn)上面比較的平均值是0.18mm，其低于1mm的接受標(biāo)準(zhǔn)閾值。因而，測(cè)試通過。對(duì)準(zhǔn)算法測(cè)試結(jié)果。表6詳細(xì)說明用于所收集的不同對(duì)準(zhǔn)圖像的螺旋形夾具位置中的區(qū)別。表6對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)收集計(jì)算用于每個(gè)對(duì)準(zhǔn)圖像的helix2fluoro對(duì)準(zhǔn)結(jié)果與用于該螺旋形夾具位置的總體參考helix2fluoro之間的差值，并且該差值被顯示在附圖中，附圖為每個(gè)螺旋形夾具位置示出平移矩陣t元素[tx,ty,tz]對(duì)c形臂角度。表7示出為相同的螺旋形夾具位置拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換的比較。使用上面所示的方程2和方程3計(jì)算表7中所示的值，并且表7中所示的值表示為相同的螺旋形夾具位置拍攝的對(duì)準(zhǔn)圖像所計(jì)算的fluoro2laser變換之間的平均和最大差值，以及cdf95值，即，95％的所估計(jì)的較高閾值。對(duì)于圖像對(duì)準(zhǔn)之間的每個(gè)比較，僅為垂直于兩個(gè)圖像角度的方向計(jì)算δ。表7.用于在相同的螺旋形夾具位置處的所有對(duì)準(zhǔn)圖像的fluoro2laser變換的比較位置平均δ[mm]最大δ[mm]cdf9510.151.110.5320.060.210.1830.180.790.7440.160.430.3950.200.970.70上面比較的平均值是0.15mm，其低于1mm的接受標(biāo)準(zhǔn)閾值，從而測(cè)試通過。表8示出越過所有螺旋形夾具位置，為在ap位置處和在lao90位置處以c形臂拍攝的不同的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的所有fluoro2laser變換之間的比較。使用上面所示的方程2和方程3計(jì)算表8中所示的值，并且表8中所示的值表示為相同的c形臂位置拍攝的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的fluoro2laser變換之間的平均和最大差值，以及cdf95值，即，95％的所估計(jì)的較高閾值。對(duì)于圖像對(duì)準(zhǔn)之間的每個(gè)比較，僅為垂直于圖像c形臂角度的方向計(jì)算δ(即，z軸δ不被考慮到ap圖像比較中，并且x軸δ不被考慮到lao90圖像比較中)。表8.用于在相同的c形臂角度處的對(duì)準(zhǔn)圖像的fluoro2laser變換的比較c形臂角度平均δ[mm]最大δ[mm]cdf95ap0.401.071.06lao900.090.230.18上面比較的平均值是0.4mm和0.09mm，其都低于1mm的接受標(biāo)準(zhǔn)閾值。因而，測(cè)試通過。表9示出為不同的螺旋形夾具位置的對(duì)準(zhǔn)圖像計(jì)算的參考fluoro2laser變換之間的比較。使用上面所示的方程2和方程3計(jì)算表9中所示的值。表9.用于不同的螺旋形夾具位置的參考fluoro2laser變換的比較上面比較的平均值是0.63mm，其低于1mm的接受標(biāo)準(zhǔn)閾值。因而，測(cè)試通過。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上文中特別示出和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包含上文所述各種特征的組合與子組合兩者，以及不在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)的其變型和修改，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀上述描述時(shí)應(yīng)當(dāng)想到這些變型和修改。當(dāng)前第1頁12