CN119090927B 一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法 （山東大學(xué)）

一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)本發(fā)明提出一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)集特征和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集特征；采用最優(yōu)傳輸思2采用最優(yōu)傳輸思想，基于源點(diǎn)云點(diǎn)集特征和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集特征，計(jì)算根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣得到最優(yōu)位移向量，利用最優(yōu)位移2.如權(quán)利要求1所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征3.如權(quán)利要求1所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征4.如權(quán)利要求3所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征3;S304：判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否到達(dá)最大迭代次數(shù)，如果不滿足則迭代次數(shù)加1并返回S302否則執(zhí)行S305；5.如權(quán)利要求3所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征;其中d(·)-1表示對(duì)矩陣的逆進(jìn)行對(duì)角化,1表示單位矩陣；其中U=1TP1,X'=X+QV,tr(·)表示;。6.如權(quán)利要求1所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征4對(duì)于LCNet模型，根據(jù)修正源點(diǎn)云點(diǎn)集與目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集之間的Chamfer距離計(jì)算7.如權(quán)利要求6所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征對(duì)于LCNet_ED模型，根據(jù)修正源點(diǎn)云點(diǎn)集與目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集之間算歐幾里得損失函數(shù)，所述平均歐幾里得距離通過(guò)相應(yīng)的對(duì)應(yīng)概率加權(quán)；當(dāng)損失最小時(shí)，特征提取模塊，用于利用特征提取模塊分別提取源點(diǎn)云點(diǎn)集特征和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集特變換計(jì)算模塊，用于根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣得到最優(yōu)位移向量，利用執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1_7中任一項(xiàng)所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配5在坐標(biāo)參考框架(即CT和導(dǎo)航框架)上表現(xiàn)出顯著的差異，即兩個(gè)空間之間存在剛性變換賴于將術(shù)前圖像與術(shù)中實(shí)際情況進(jìn)行精確對(duì)齊，但這一過(guò)程常常受到術(shù)中肝臟變形的影[0012]根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣得到最優(yōu)位移向量，利用最優(yōu)位移向量對(duì)源點(diǎn)云點(diǎn)集進(jìn)行修6[0019]其中，P*為對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣；源點(diǎn)云點(diǎn)集中有M個(gè)點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集中有N個(gè)點(diǎn)；云點(diǎn)集中第i個(gè)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集中第j個(gè)點(diǎn)之間的余弦相似度；h(xi)表示源點(diǎn)云點(diǎn)集特回S302否則執(zhí)行S305；7[0049]優(yōu)選地，所述基于修正源點(diǎn)云點(diǎn)集和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集計(jì)算重構(gòu)損失，訓(xùn)練LCNet模[0050]對(duì)于LCNet模型，根據(jù)修正源點(diǎn)云點(diǎn)集與目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集之間的Chamfer距離計(jì)算i為目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集中的點(diǎn)。8[0062]模型訓(xùn)練模塊，用于基于修正源點(diǎn)云點(diǎn)集和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集計(jì)算重構(gòu)損失，訓(xùn)練被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第一方面所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方[0067]2、本發(fā)明采用最優(yōu)傳輸利用原始點(diǎn)集和學(xué)習(xí)到的特征來(lái)建立兩個(gè)點(diǎn)集之間的可[0068]3、本發(fā)明變換計(jì)算模塊不直接回歸位移向量，而是通過(guò)求解矩陣方程來(lái)計(jì)算位[0073]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法[0074]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法9[0080]如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方[0093]本實(shí)施例采用特征提取模塊(FEM)，二維卷積模塊通過(guò)卷積核在點(diǎn)云局部鄰域內(nèi)集中的每個(gè)點(diǎn)接收的質(zhì)量為并且在傳輸過(guò)程中沒(méi)有質(zhì)量損失。最優(yōu)傳輸問(wèn)題可以表示ciyER是將源點(diǎn)云中第i個(gè)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)云中第j個(gè)點(diǎn)之間的傳輸成本，Pij是源點(diǎn)云中第i個(gè)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)云中第j個(gè)點(diǎn)之間傳輸[0101]本實(shí)施例通過(guò)考慮成本因素，Sinkhorn算法能夠進(jìn)一步回S302否則執(zhí)行S305；[0133]為了驗(yàn)證本發(fā)明所提出的配準(zhǔn)方法的性能，本實(shí)施例選取了兩種傳統(tǒng)配準(zhǔn)辦法CPD和BCPD以及六種基于深度學(xué)習(xí)的算法Pointpwc、FLOT、SPFlowNet、FPT、Lepard和Livermatch與本實(shí)施例所提出的方法進(jìn)行比較。依據(jù)評(píng)估指標(biāo)來(lái)評(píng)測(cè)每一個(gè)模型的性能，[0137]本實(shí)施例的三種不同的無(wú)監(jiān)督損失函數(shù)，用于訓(xùn)練LCNet模型及其變體LCNet_ED[0138]1.Chamfer距離:在LCNet中使用，計(jì)算變形后的源點(diǎn)集X'與目標(biāo)點(diǎn)集Y之間的Chamfer距離，也即變形后的源點(diǎn)集的中每個(gè)點(diǎn)與其在目標(biāo)點(diǎn)集中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平均距離同目[0142]3.組合損失函數(shù)：在LCNet_W[0143]LWP=Q*LCP十(1-)*Lep[0148]本具體實(shí)施例通過(guò)特征提取模塊(FEM)提取特征，并利用最優(yōu)傳輸(OT)思想計(jì)算[0155]模型訓(xùn)練模塊，用于基于修正源點(diǎn)云點(diǎn)集和目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集計(jì)算重構(gòu)損失，訓(xùn)練理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例一所述的一種面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)面向計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的非剛性點(diǎn)云配準(zhǔn)方法承載用于由處理