基于SHOT与目标函数对称ICP的低重叠率术前术中点云配准算法

作者：严文磬; 张立静; 王玮; 武博^*

来源：北京生物医学工程, 2023, 42(02): 111-116.

DOI：10.3969/j.issn.1002-3208.2023.02.001.

• 点云配准
• 方向直方图描述子
• 目标函数对称ICP
• 低重叠率
• 跨源配准

目的 配准是术前影像引导的椎弓根螺钉内固定术中的重要环节。术前CT影像三维重建获得的点云和术中捕获的暴露部位点云重叠率低，易受噪声、遮挡等因素的干扰，使点云配准更具挑战性。本文采用局部特征和距离度量相结合的方式应对低重叠率配准问题。方法 首先利用方向直方图描述子(signature of histograms of orientations, SHOT)和随机抽样一致算法(random sample consensus, RANSAC)提取并匹配几何特征相似的点，完成初始对齐。应用目标函数对称ICP,通过最小化对称化点到面目标函数得到最终变换矩阵。对来源于SpineWeb公开数据集的5组腰椎数据进行配准实验。结果 术前术中点云配准实验中平均配准误差为0.128 mm,平均运行时间为5.750 s。结论 实验结果验证了该算法在低重叠率术前术中点云配准中的有效性，使得外科医生能及时根据配准结果调整手术器械，从而提高椎弓根螺钉置入准确率。

• 单位
  首都医科大学宣武医院; 生物医学工程学院; 首都医科大学