附着传感器移动式C形臂的枢轴标定方法

医疗增强现实已被积极研究数十年，许多方法被提出以革新临床流程。其中一个例子是相机增强移动式C形臂（CAMC），它通过刚性安装并将相机标定到成像设备，从而在医学图像上提供实时视频增强。此后，人们提出了若干CAMC变体，通过将2D/3D相机、跟踪器以及最近的Microsoft HoloLens标定到C形臂上。不同的标定方法被用于建立刚性附着传感器与成像设备之间的对应关系。这些方法的一个关键步骤是获取X射线图像或三维重建体积，因此需要发射电离辐射。在本工作中，我们分析了该设备的机械运动，并提出了一种无需发射任何辐射即可将传感器标定到C形臂的替代方法。给定传感器刚性附着于设备，我们引入一种扩展的枢轴标定概念，以计算从传感器到C形臂旋转中心的固定平移。传感器与旋转中心之间的固定关系可表述为一个枢轴点沿轨迹移动的枢轴标定问题。我们的方法利用描述环面表面的刚性C形臂运动来解决该标定问题。我们解释了C形臂运动的几何及其与附着传感器的关系，提出了一种标定算法，并通过计算机仿真展示了其对噪声、轨迹及观测位姿密度的鲁棒性。我们讨论了这种基于几何的表述及其在不同C形臂应用中的潜在扩展。