CN110960321A - 注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质，所述注册靶标包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据，由此通过本发明提供的注册靶标可以一次性在待配准骨的软骨表面和/或硬骨表面上采集多个点的数据，因此大大缩短了待配准骨的配准时间。同时由于采用本发明提供的注册靶标可以一次性采集待配准骨的软骨表面和/或硬骨表面的点云数据，因此不需要人为选择采样点，更加便于操作，有效降低了配准误差。本发明提供的注册方法可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

Description

注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

手术导航系统越来越多的被运用到外科手术当中，特别是骨科手术。例如MAKO骨科手术导航系统、Robodoc骨科手术导航系统等，均是利用机械臂以及红外光学导航设备的结合，根据医生的术前规划，结合术中的注册配准技术，使用机器人辅助医生完成手术操作。这其中，骨注册配准技术，是获得导航系统虚拟骨头模型与实际骨头的坐标转换关系的关键，但是目前通用的注册工具以及方法存在着以下的问题：

(1)流程繁琐，增加额外手术时间，目前通用的骨注册方法为：使用带有靶标跟踪球的探针，对骨头采用单点采集，单点采集速度慢，同时由于采集的样本量有限，加之人为采集点的误操作，容易导致配准失败，增加手术整体时间。

(2)由于骨头表面存在一层软组织，通用的骨注册需要使用尖头探针刺破软组织，刺破软组织的力度以及深度人为很难把握，因此采集点不够精确，采集点误差大，从而造成配准误差大。

(3)通用的骨注册方法无法获取骨头表面软组织信息，而软组织的表面信息能够为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质，可以解决现有技术中的注册流程繁琐、骨头配准误差大以及配准时间长等问题中的一个或多个。

为解决上述技术问题，本发明提供一种注册靶标，包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据。

可选的，所述采集装置至少包括用于在待配准对象上采集第一点数据集合的第一采集装置和用于在待配准对象上采集第二点数据集合的第二采集装置中的一者。

可选的，所述第一采集装置包括多个尖头探针，所述第二采集装置包括多个钝头探针。

可选的，所述多个尖头探针和所述多个钝头探针中的至少一种呈阵列式排布。

可选的，所述尖头探针和/或所述钝头探针包括中空的壳体以及至少部分设置于所述壳体内并可轴向运动的探头，所述壳体与所述固定件相连，所述探头的两端分别伸出至所述壳体的外部。

可选的，所述壳体内设有伸缩件，所述伸缩件的后端与所述壳体相连，所述伸缩件的前端与所述探头相连。

可选的，所述伸缩件为弹簧，所述伸缩件套设于所述探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述探头上设有台阶面，所述伸缩件的后端与所述限位环相连，所述伸缩件的前端与所述台阶面相连。

可选的，至少有一个所述尖头探针至少部分地位于其中一个所述钝头探针内并可轴向运动。

可选的，所述钝头探针包括中空的壳体和至少部分设置于所述壳体内并可轴向移动的钝头探头，所述壳体与所述固定件相连；所述尖头探针包括尖头探头，所述尖头探头的至少部分位于所述钝头探头内并可轴向往复移动。

可选的，所述壳体内设有第一伸缩件，所述钝头探头远离所述固定件的一端的内部设有第二伸缩件，所述第一伸缩件的后端与所述壳体相连，所述第一伸缩件的前端与所述钝头探头相连；所述第二伸缩件的后端与所述钝头探头相连，所述第二伸缩件的前端与所述尖头探头相连。

可选的，所述第一伸缩件和所述第二伸缩件均为弹簧，所述第一伸缩件套设于所述钝头探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述钝头探头上设有台阶面，所述第一伸缩件的后端与所述限位环相连，所述第一伸缩件的前端与所述台阶面相连；所述钝头探头远离所述固定件的一端的内部设有限位件，所述尖头探头包括相连的水平部和竖直部，所述竖直部远离所述固定件的一端的端部为尖头，所述第二伸缩件的后端与所述限位件相连，所述第二伸缩件的前端与所述水平部相连。

可选的，所述第二采集装置包括变形件，所述变形件在与待配准表面抵触后，根据待配准表面的形状发生适应性变形。

可选的，所述变形件上设有多个通孔，每一所述通孔内设有一可轴向移动的尖头探针。

可选的，所述尖头探针包括壳体和设置于所述壳体内的探头，所述探头能够沿所述壳体的轴向往复移动，所述探头的后端伸出至所述壳体的后端的外部，所述探头的前端伸出至所述壳体的前端的外部并容纳于所述通孔内。

可选的，所述壳体内设有伸缩件，所述伸缩件的后端与所述壳体相连，所述伸缩件的前端与所述探头相连。

可选的，所述伸缩件为弹簧，所述伸缩件套设于所述探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述探头上设有台阶面，所述伸缩件的后端与所述限位环相连，所述伸缩件的前端与所述台阶面相连。

可选的，所述采集装置上安装有用于测量其位移量或/和变形量的传感器。

可选的，所述注册靶标包括与所述固定件相连的导航参考架，所述导航参考架上设有至少三个靶标球。

可选的，所述导航参考架与所述固定件之间为可拆卸式连接。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种注册方法，包括：

获取待配准对象的软骨表面点云数据；以及

根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

可选的，所述方法还包括：

获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

可选的，通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建以获取所述待配准对象的硬骨三维模型。

为实现上述思想，本发明还提供一种注册装置，包括：

第一点云数据获取模块，用于获取待配准对象的软骨表面点云数据；以及

曲面拟合模块，用于根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

可选的，所述注册装置还包括：

第二点云数据获取模块，用于获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

距离计算模块，用于分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

筛选模块，用于根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

配准模块，用于将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

可选的，通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建以获取所述待配准对象的硬骨三维模型。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上文所述的注册方法。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上文所述的注册方法。

与现有技术相比，本发明提供的注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质具有以下优点：

(1)本发明提供的注册靶标，包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据，由此通过本发明提供的注册靶标可以一次性或选择性地在待配准对象的软骨表面和/或硬骨表面上采集多个点的数据，因此大大缩短了待配准对象的配准时间。同时由于采用本发明提供的注册靶标可以一次性或选择性地采集待配准对象的软骨表面和/或硬骨表面的点云数据，因此不需要人为选择采样点，更加便于操作，有效降低了配准误差。

(2)本发明提供的注册方法、装置、电子设备和存储介质，通过先获取待配准对象的软骨表面点云数据，然后根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。由此可见，通过采用本发明提供的注册方法可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式中的设置钝头探针的注册靶标的整体结构示意图；

图2为图1所示的注册靶标中的钝头探针的结构示意图；

图3为图1所示的注册靶标与骨表面适配时的变形图；

图4为本发明第一种实施方式中的设置尖头探针的注册靶标的整体结构示意图；

图5为图4所示的注册靶标中的尖头探针的结构示意图；

图6为图4所示的注册靶标与骨表面适配时的变形图；

图7为图4所示的注册靶标的分解结构示意图；

图8为本发明第二种实施方式中的注册靶标的整体结构示意图；

图9为图8所示的注册靶标中的钝头探针和尖头探针的结构示意图；

图10为图9所示的钝头探针和尖头探针与骨表面适配时的变形图；

图11为图10的局部放大结构示意图；

图12为本发明第三种实施方式中的注册靶标的整体结构示意图；

图13为图12所示的注册靶标与骨表面适配时的变形图；

图14为本发明第四种实施方式中的注册靶标的整体结构示意图；

图15为图14所示的注册靶标中的采集装置的结构示意图；

图16为图14所示的注册靶标与骨表面适配时的变形图；

图17为本发明一实施方式中的注册方法的流程图；

图18为本发明一实施方式中的具体注册方法的流程图；

图19为本发明一实施方式中的注册装置的方框结构示意图；

图20为本发明一实施方式中的电子设备的方框结构示意图。

其中，附图标记如下：

导航参考架-1；靶标球-11；固定件-21；钝头探针-22；尖头探针-22’；传感器-3；变形件-23；壳体-221；探头-222、222’；伸缩件-223；限位环-2211；台阶面-2221；钝头探头-224；尖头探头-225；第一伸缩件-226；第二伸缩件-227；限位件-2241；水平部-2251；竖直部-2252；通孔-231；第一连接部-2242；第二连接部-2243；卡块-2244；安装孔-2245；待配准骨-4；软骨表面-41；硬骨表面-42；螺纹孔-211；点云数据获取模块-201；曲面拟合模块-202；距离计算模块-203；筛选模块-204；配准模块-205；处理器-301；通信接口-302；存储器-303；通信总线-304。

具体实施方式

以下结合附图1至20和具体实施方式对本发明提出的注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明的核心思想在于提供一种注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质，以解决现有技术中的注册流程繁琐、骨头配准误差大以及配准时间长等问题中的一个或多个。

为实现上述思想，本发明提供一种注册靶标，所述注册靶标包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据。其中所述待配准对象可为待配准骨，由此通过本发明提供的注册靶标可以一次性在待配准骨的软骨表面和/或硬骨表面上采集多个点的数据，因此大大缩短了待配准骨的配准时间。同时由于采用本发明提供的注册靶标可以一次性采集待配准骨的软骨表面和/或硬骨表面的点云数据，因此不需要人为选择采样点，更加便于操作，有效降低了配准误差。需要说明的是在其他一些实施方式中，所述待配准对象还可以除骨头以外的其他对象，本发明对此并不进行限制。

优选的，所述采集装置至少包括用于在待配准对象上采集第一点数据集合的第一采集装置和用于在待配准对象上采集第二点数据集合的第二采集装置中的一者。当所述待配准对象为待配准骨时，本申请中所称第一点数据集合为待配准骨的硬骨表面的点数据集合，所称第二点数据集合为待配准骨的软骨表面的点数据集合。

优选的，所述第一采集装置包括多个尖头探针，所述第二采集装置包括多个钝头探针。由此，通过所述尖头探针可以对待配准骨的硬骨表面的点数据进行采集，通过所述钝头探针可以对待配准骨的软骨表面的点数据进行采集。

优选的，所述多个尖头探针和所述多个钝头探针中的至少一种呈阵列式排布。由于所述述多个尖头探针和所述多个钝头探针中的至少一种呈阵列式排布，由此使得所述采集装置在待配准对象上的覆盖面积更大，能够同时采集更多的点数据。

优选的，所述第二采集装置包括变形件，所述变形件在与待配准表面抵触后，根据待配准表面的形状发生适应性变形。由此，当所述变形件与待配准骨的软骨表面相抵触后，所述变形件会根据所述软骨表面的形状发生适应性变形，从而完成对软骨表面的多个点数据的采集。

优选的，所述采集装置上安装有用于测量其位移量或/和变形量的传感器。由此通过在所述采集装置上安装传感器，可以精确测量所述采集装置中的尖头探针、钝头探针的位移量或/和所述变形件的变形量，从而更加精确地完成对待配准对象上的点数据的采集。

优选的，所述注册靶标还包括与所述固定件相连的导航参考架，所述导航参考架上设有至少三个靶标球。由此，通过设置导航参考架，可以更加便于后续的配准。

优选的，所述导航参考架与所述固定件之间为可拆卸式连接。由于所述导航参考架与所述固定件之间为可拆卸式连接，由此，可以根据实际需要选择连有合适的采集装置的固定件与所述导航参考架进行连接，以满足不同的待配准对象的点数据的采集，从而可以有效降低成本。

请参考图1至图14，其中图1至7示意性地给出了本发明第一种实施方式提供的注册靶标的整体结构示意图，图8至11示意性地给出了本发明第二种实施方式提供的注册靶标的整体结构示意图，图12至13示意性地给出了本发明第三种实施方式提供的注册靶标的整体结构示意图，图14至16示意性地给出了本发明第四种实施方式提供的注册靶标的整体结构示意图。如图1、图4、图8、图12和图14所示，所述注册靶标包括导航参考架1、固定件21和与所述固定件21相连的采集装置。其中，所述导航参考架1上设有四个靶标球11。需要说明的是，所述靶标球11的数目为至少三个并可以根据具体情况进行设置，例如在其他实施方式中，设置为三个、五个或更多个，本发明对此并不进行限制。

如图1至图11所示，所述采集装置包括多个呈阵列式排布的钝头探针22/尖头探针22’，所述固定件21的后端与所述导航参考架1相连，前端与所述多个呈阵列式排布的钝头探针22/尖头探针22’相连，所述钝头探针22/尖头探针22’能够靠近和远离所述固定件21，所述钝头探针22/尖头探针22’用于与待配准对象，例如待配准骨4相接触，每一所述钝头探针22/尖头探针22’上均安装有传感器3，所述传感器3用于测量所述钝头探针22/所述尖头探针22’的位移。由于采集装置包括多个呈阵列式排布的钝头探针22/尖头探针22’，且每一所述钝头探针22/尖头探针22’上均安装有用于测量其位移的传感器3，由此，本发明提供的注册靶标可以一次性在待配准骨4的软骨表面41和/或硬骨表面42采集点数据集合/点云数据，因此大大缩短了待配准骨4的配准时间。本申请中所称点数据集合或者点云数据是指通过注册靶标一次性在待配准骨4的软骨表面和/或硬骨表面所采集的多个点数据的集合。同时由于本发明提供的注册靶标可以一次性采集待配准骨4的软骨表面41和/或硬骨表面42的点云数据，因此不需要人为多次选择采样点，更加便于操作，减少人为误差，有效降低了配准误差。此外，由于每一所述钝头探针22/尖头探针22’上均安装有传感器3，由此，通过所述传感器3可以精确地测量钝头探针22/尖头探针22’的位移量。另外，由于所述钝头探针22/尖头探针22’能够靠近和远离所述固定件21，从而使得本发明提供的注册靶标可以适用于各种不同形状的骨头的表面数据的测量。本申请中所称前端是指靠近待配准对象的一端，后端是指远离待配准对象的一端。

需要说明的是，在本发明中，所述传感器3可以是距离传感器、位置传感器或压力传感器，当采用压力传感器时，可以通过压力传感器获得压力值，再将压力值转换为钝头探针22/尖头探针22’的位移量即可；当采用距离传感器时，所述距离传感器可以为LVDT位移传感器或电位传感器。当然所述传感器3也可为除上述传感器以外的其他能够测量出位移量的传感器，本发明对此并不进行限制。

优选的，如图1至图7所示，在第一种实施方式中，所述采集装置包括第一采集装置和第二采集装置。如图1至3所示，所述第二采集装置包括多个呈阵列式排布的钝头探针22。所述钝头探针22包括中空的壳体221以及至少部分设置于所述壳体221内的探头222。所述壳体221与所述固定件21相连，所述探头222的后端伸出至所述壳体221的后端的外部，所述固定件21上设有与所述探头222的后端相配合的孔(图中未示出)。所述探头222的后端能够伸入至所述固定件21的所述孔内，从而使得所述探头222能够沿所述孔的轴向往复移动；所述探头222的前端伸出至所述壳体221的前端的外部并用于与待配准骨4的软骨表面41相接触；所述探头222能够沿所述壳体221的轴向往复移动，所述探头222远离所述固定件21的的一端的端部为钝头，所述传感器3安装于所述探头222上且用于测量所述探头222的位移。由于所述探头222远离所述固定件21的一端的端部为钝头，由此，本实施方式提供的注册靶标可以用于采集待配准骨4的软骨表面41的点云数据。

优选的，如图4至图7所示，所述第一采集装置包括多个呈阵列式排布的尖头探针22’。所述尖头探针22’包括中空的壳体221以及至少部分设置于所述壳体221内的探头222’，所述尖头探针22’的结构与上述的钝头探针22的结构大体相同，不同的是，在所述尖头探针22’中，所述探头222’远离所述固定件21的一端的端部为尖头，所述传感器3安装于所述探头222’上且用于测量所述探头222’的位移。由于所述探头222’远离所述固定件21的一端的端部为尖头，所述尖头能够轻松地刺破待配准骨4的软组织而与待配准骨4的硬骨相接触，由此，本实施方式提供的注册靶标可以用于采集待配准骨4的硬骨表面42的点云数据。

在具体使用时，可以通过本发明第一种实施方式提供的注册靶标采集待配准骨4的软骨表面41的点云数据和待配准骨4的硬骨表面42的点云数据，由此以完成待配准骨4的注册配准。

为了进一步降低成本，优选的，如图7所示，所述导航参考架1与固定件21是可拆卸式连接的。由于所述导航参考架1与所述固定件21是可拆卸式连接的，由此，当需要采集软骨表面41的点云数据时，可以选择连有第二采集装置的固定件21，即连有钝头探针22的固定件21与所述导航参考架1相连，从而通过呈阵列式排布的多个钝头探针22实现对待配准骨4的软骨表面41的点云数据的测量；当需要采集硬骨表面42的点云数据时，可以选择连有第一采集装置的固定件21，即连有尖头探针22’的固定件21与所述导航参考架1相连，从而通过呈阵列式排布的多个尖头探针22’实现对待配准骨4的硬骨表面42点云数据的测量。

优选的，可以在所述导航参考架1靠近所述固定件21的一端设置外螺纹(图中未示出)，在所述固定件21靠近所述导航参考架1的一端设置与所述外螺纹相配合的螺纹孔211，以实现所述导航参考架1与固定件21之间的可拆卸式连接。需要说明的是，在其他一些实施方式中，还可以通过其他现有技术中采用的手段实现所述导航参考架1与固定件21之间的可拆卸式连接，本发明对此并不进行限制。

优选的，如图2和图5所示，所述壳体221内设有伸缩件223，所述伸缩件223位于所述壳体221与所述探头222之间。由此，通过在所述壳体221内设置伸缩件223，不仅可以更加便于实现探头222的往复移动，同时也可以简化本发明提供的注册靶标的整体结构。

优选的，如图2和图5所示，所述伸缩件223为弹簧，所述伸缩件223套设于所述探头222/探头222’的外部，所述壳体221靠近所述固定件21的一端设有限位环2211，所述探头222/探头222’穿过所述限位环2211，所述探头222/探头222’上设有台阶面2221，所述伸缩件223位于所述限位环2211、所述台阶面2221、所述壳体221以及所述探头222/探头222’所限定的空间内，所述伸缩件223的至少一端与所述限位环2211或所述台阶面2221相连或者相抵触。由此，通过采用弹簧作为伸缩件223，且伸缩件223套设于探头222/探头222’的外部，从而可以节约空间，进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构。此外，通过在所述壳体221内设置限位环2211，在所述探头222/探头222’上设置台阶面2221，从而可以通过将所述伸缩件223设置于所述限位环2211与所述台阶面2221之间，以便于所述伸缩件223的安装并有效控制所述探头222/探头222’的移动。

优选的，如图8至图11所示，在第二种实施方式中，所述采集装置同时包括第一采集装置和第二采集装置，所述第一采集装置包括多个呈阵列式排布的尖头探针22’，所述第二采集装置包括多个呈阵列式排布的钝头探针22，所述尖头探针22’与所述钝头探针22一一对应设置。所述钝头探针22包括中空的壳体221和至少部分设置于所述壳体221内的钝头探头224，所述壳体221与所述固定件21相连。所述钝头探头224的后端伸出至所述壳体221的后端的外部，所述固定件21上可设有与所述钝头探头224的后端相配合的孔，所述钝头探头224的后端能够伸入至所述孔内，从而使得所述钝头探头224能够沿所述孔的轴向往复移动。所述钝头探头224的前端伸出至所述壳体221的前端的外部并用于与待配准骨4的软骨相接触，所述钝头探头224能够沿所述壳体221的轴向往复移动。所述尖头探针22’包括尖头探头225，所述尖头探头225的至少部分位于所述钝头探头224远离所述固定件21的一端的内部，所述尖头探头225能够沿所述钝头探头224的轴向往复移动，所述钝头探头224的前端的端部为钝头，所述尖头探头225的前端的端部为尖头，所述尖头探头225用于与所述待配准骨4的硬骨相接触，所述钝头探头224上安装有用于测量其位移的第一传感器(图中未示出)，所述尖头探头225上安装有用于测量其位移的第二传感器(图中未示出)。由于在本实施方式中，所述采集装置同时包括钝头探头224和尖头探头225，由此，通过所述钝头探头224可以实现对待配准骨4的软骨表面41的点云数据的采集，通过所述尖头探头225可以实现对待配准骨4的硬骨表面42的点云数据的采集，从而通过本实施方式提供的注册靶标可以同时获取软骨表面41的点云数据和硬骨表面42的点云数据，操作更加简便，有效了节约时间，大大提高了待配准骨4的注册配准效率。

优选的，所述壳体221内设有第一伸缩件226，所述钝头探头224远离所述固定件21的一端的内部设有第二伸缩件227，所述第一伸缩件226的后端与所述壳体221相连/接触，所述第一伸缩件226的前端与所述钝头探头224相连/接触，所述第二伸缩件227的后端与所述钝头探头224相连/接触，所述第二伸缩件227的前端与所述尖头探头225相连/接触。由此，通过在所述壳体221内设置第一伸缩件226，在所述钝头探头224的内部设置第二伸缩件227，不仅可以更加便于实现钝头探头224与尖头探头225的往复移动，同时也可以进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构。

优选的，如图9至图11所示，所述第一伸缩件226和所述第二伸缩件227均为弹簧，所述第一伸缩件226套设于所述钝头探头224的外部，所述壳体221靠近所述固定件21的一端设有限位环2211，所述钝头探头224的后端穿过所述限位环2211并暴露于所述壳体221外，所述钝头探头224上设有台阶面2221，所述第一伸缩件226的后端与所述限位环2211相连/接触，所述第一伸缩件226的前端与所述台阶面2221相连/接触，所述钝头探头224远离所述固定件21的一端的内部设有限位件2241，所述尖头探头225包括相连的水平部2251和竖直部2252，所述竖直部2252远离所述固定件21的一端的端部为尖头，所述第二伸缩件227的后端与所述限位件2241相连，所述第二伸缩件227的前端与所述水平部2251相连。由于所述第一伸缩件226和所述第二伸缩件227均为弹簧，且所述第一伸缩件226套设于所述钝头探头224的外部，从而可以节约空间，进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构。此外，通过在所述壳体221内设置限位环2211，在所述钝头探头224上设置台阶面2221，从而可以通过将所述第一伸缩件226设置于所述限位环2211与所述台阶面2221之间，以便于所述第一伸缩件226的安装。通过在所述钝头探头224的内部设置限位件2241，且将所述尖头探头225设置为包括水平部2251和竖直部2252的T字型结构，从而可以通过将所述第二伸缩件227设置于所述限位件2241与所述水平部2251之间，以便于所述第二伸缩件227的安装。

优选的，为了便于所述第二伸缩件227的安装，如图9至图11所示，所述钝头探头224远离所述固定件21的一端包括可拆卸连接的第一连接部2242和第二连接部2243，所述钝头设于所述第二连接部2243的前端的端部，所述第一连接部2242靠近所述第二连接部2243的一端设有卡槽，所述第二连接部2243靠近所述第一连接部2242的一端设有与所述卡槽相配合的卡块2244，所述第二连接部2243内设有与所述尖头探头225相配合的安装孔2245，该安装孔2245包括用于收纳所述第二伸缩件227并允许所述水平部2251在其内部轴向滑动的腔室和用于收纳所述尖头探头225并允许其轴向滑动的引导通道。所述限位件2241设于所述安装孔2245靠近所述第一连接部2242的一端的内部。

如图9至11所示，在使用本实施方式提供的注册靶标对待配准骨4进行数据采集时，使所述尖头探头225先与待配准骨4的软骨表面41相接触，且进一步下压所述注册靶标使所述尖头探头225能够刺破软骨组织并与硬骨表面42相抵触，此时促使尖头探头225向所述安装孔2245的内部轴向移动并进一步压缩所述第二伸缩件227，由于硬骨表面42是凹凸不平的，探针阵列的各个尖头探头225会发生不同程度的轴向位移，通过安装在各个尖头探头225上的第二传感器，可以测量出对应的尖头探头225的位移，从而完成硬骨表面42的点云数据的采集。当进一步向待配准骨4侧下压注册靶标时，尖头探头225完全收缩入钝头探头224内，此时探针阵列的钝头探头224的钝头接触到待配准骨4的软骨表面41，由于软骨表面41也是凹凸不平的，因此探针阵列的各个钝头探头224也会发生不同程度的轴向位移，通过安装在各个钝头探头224上的第一传感器，可以测量出对应的钝头探头224的位移，从而完成软骨表面41的点云数据的采集。

基于如图8至11中所示的第二实施方式大致相同的原理，如本领域技术人员可理解的，在一些实施方式中，固定件21的前端同时连接有钝头探针22和尖头探针22’，钝头探针22与尖头探针22’的前端之间具有如图9中所示的钝头探头224与尖头探头225之间的距离，即在未与待配准表面接触的自由状态下，钝头探针22前端相对于尖头探针22’前端向内/向上缩回一定距离，以在尖头探针22’抵触到硬骨表面42并向上缩回一定距离后使得钝头探针22与软骨表面41相抵触，进而获取不同表面的点数据集合。

下面以NDI光学跟踪系统为例，对本发明提供的注册靶标的定位原理进行说明。假设注册靶标的坐标原点(其中一个靶标球11的球心)在NDI坐标系下的某一时刻的坐标为O＝{x,y,z}，注册靶标与尖头探针阵列之间的转换关系集合为T＝{t_i,i＝1,2,…n}，其中，t_i为第i个尖头探针22与注册靶标之间的转换关系，注册靶标与钝头探针阵列之间的转换关系集合为U＝{u_i,i＝1,2,…n}，其中u_i为第i个钝头探针22与注册靶标之间的转换关系。由此，根据所述注册靶标的坐标原点，以及所述注册靶标与探针阵列之间的转换关系集合，可以获得在NDI坐标系下，某一时刻的尖头探针阵列的坐标集合为Q＝{q_i,i＝1,2,…n}，钝头探针阵列的坐标集合为P＝{p_i,i＝1,2,…n}，其中q_i＝O·t_i，p_i＝O·u_i，q_i为第i个尖头探针22在NDI坐标系下的坐标，p_i为第i个钝头探针22在NDI坐标系下的坐标。

当采用钝头探针阵列采集待配准骨4的软骨表面41的点云数据时，由于软骨表面41凹凸不平，因此钝头探针阵列中的各个钝头探针22会发生不同程度的位移，假设钝头探针阵列的位移量集合为ΔX＝{Δx_i,i＝1,2,…n}，其中Δx_i表示第i个钝头探针22在测量中的位移量，则此时，钝头注册靶标与钝头探针阵列之间的转换关系集合为U′＝{u_i′,i＝1,2,…n}，其中，u_i′＝u_i-Δx_i，则钝头探针阵列获取的待配准骨4的软骨表面41点云数据为P′＝{p_i′,i＝1,2,…n}，其中，p_i′＝O·u_i′。

同理，当采用尖头探针阵列采集待配准骨4的硬骨表面42的点云数据时，由于硬骨表面42也是凹凸不平的，因此尖头探针阵列中的各个尖头探针22’会发生不同程度的位移，假设尖头探针阵列的位移量集合为ΔY＝{Δy_i,i＝1,2,…n}，其中Δy_i表示第i个尖头探针22’在测量中的位移量，则此时，尖头注册靶标与尖头探针阵列之间的转换关系集合为T′＝{t_i′,i＝1,2,…n}，其中t_i′＝t_i-Δy_i，则尖头探针阵列获取的待配准骨4的硬骨表面42点云数据为Q′＝{q_i′,i＝1,2,…n}，其中，q_i′＝O·t_i′。

请参考图12和图13，其示意性显示了本发明第三种实施方式提供的注册靶标的结构示意图。如图12和图13所示，在本实施方式中，所述采集装置包括第二采集装置，所述第二采集装置包括变形件23。所述固定件21的后端与所述导航参考架1相连，所述固定件21的前端与所述变形件23相连，所述变形件23采用形状记忆材料制成，所述变形件23上安装有多个呈阵列式排布的传感器(图中未示出)，所述传感器用于测量所述变形件23的对应位置的变形量，所述变形件23用于与待配准骨4相接触。由于变形件23是采用形状记忆材料制成的，由此当采用采集装置为变形件23的注册靶标对待配准骨4的软骨表面41进行点云数据的采集时，所述变形件23可以根据软骨表面41的形状发生适应性变形，通过安装于所述变形件23上的阵列式排布的传感器，可以测得变形件23上各个位置处的变形量(位移量)，从而完成软骨表面41的点云数据的采集。此外，由于变形件23的覆盖率高，因此可以一次性采集更多的软骨数据，从而可以有效提高软骨表面41的建模的精度。

下面以NDI光学跟踪系统为例，对本实施方式提供的注册靶标的注册原理进行说明：由于本实施方式提供的注册靶标带有靶标球11，其位置和姿态信息在光学跟踪系统NDI中是已知的，且变形件23采集的软骨表面41的点云数据与NDI之间的坐标关系也是已知的，因此通过坐标转换，即可获得实际骨头(真实空间)与虚拟骨头模型(模型空间)之间的坐标转换关系(映射关系)，从而完成整个注册过程。

优选的，在本实施方式中，所述导航参考架1与所述固定件21之间为可拆卸式连接。由此，当通过具有变形件23的第二采集装置采集完待配准骨4的软骨表面41的点云数据后，可选择连接如上述第一实施方式中具有尖头探针阵列的第一采集装置的固定件21与所述导航参考架1相连，从而通过尖头探针阵列实现对待配准骨4的硬骨表面42点云数据的测量。

优选的，请参考图14至图16，其示意性地显示了本发明第四种实施方式提供的注册靶标的结构示意图，在本实施方式中所述采集装置同时包括第一采集装置和第二采集装置，其中所述第一采集装置包括变形件，第二采集装置包括多个呈阵列式排布的尖头探针。如图14至图16所示，所述变形件23上设有多个呈阵列式排布的通孔231，每一所述通孔231内均设有一尖头探针22’，所述尖头探针22’能够沿所述通孔231的轴向往复移动，此尖头探针22’的具体原理如以上第二实施方式中所述，因此在此不再详述。所述尖头探针22’的尖头用于与待配准骨4的硬骨相接触，所述尖头探针22’上安装有用于测量其位移的传感器(图中未示出)，用于测量变形件23的变形量的呈阵列式排布的传感器(图中未示出)可安装于所述变形件23上未设置通孔231的部位。由于所述变形件23上设置有多个呈阵列式排布的具有尖头的尖头探针22’，由此，通过所述变形件23抵触软骨表面41的变形可以实现对待配准骨4的软骨表面41的点云数据的采集；通过设置于所述通孔231内的具有尖头的各尖头探针22’抵触硬骨表面42可以实现对待配准骨4的硬骨表面42的点云数据的采集，从而通过本实施方式提供的注册靶标可以同时获取软骨表面41的点云数据和硬骨表面42的点云数据，操作更加简便，有效节约了时间，大大提高了待配准骨4的注册配准效率。

优选的，如图15所示，所述尖头探针22’包括壳体221和设置于所述壳体221内的探头222’，所述探头222’能够沿所述壳体221的轴向往复移动，所述探头222’的后端伸出至所述壳体221的后端的外部并与所述固定件连接。在一些实施方式中，所述固定件21上可设有与所述探头222’的后端相配合的孔，所述探头222’的后端能够伸入至所述孔内，从而使得所述探头222’能够沿所述孔的轴向往复移动，所述探头222’的前端伸出至所述壳体221的前端的外部并具有所述尖头，所述探头222’上安装有用于测量其位移的传感器(图中未示出)。由此，此种设置，可以进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构，更加便于实现尖头探针22’的往复移动，同时也更加便于操作。

优选的，所述壳体221内设有伸缩件223，所述伸缩件223的后端与所述壳体221相连，所述伸缩件223的前端与所述探头222’相连。由此，通过在所述壳体221内设置伸缩件223，不仅可以更加便于实现探头222’的往复移动，同时也可以进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构。

优选的，所述伸缩件223为弹簧，所述伸缩件223套设于所述探头222’的外部，所述壳体221靠近所述固定件21的一端设有限位环2211，所述探头222’穿过所述限位环2211，所述探头222’上设有台阶面2221，所述伸缩件223的后端与所述限位环2211相连，所述伸缩件223的前端与所述台阶面2221相连。由此，通过采用弹簧作为伸缩件223，且所述伸缩件223套设于所述探头222’的外部，从而可以节约空间，进一步简化本发明提供的注册靶标的整体结构。此外，通过在所述壳体221内设置限位环2211，在所述探头222’上设置台阶面2221，从而可以通过将所述伸缩件223设置于所述限位环2211与所述台阶面2221之间，以便于所述伸缩件223的安装。

综上所述，本发明提供的注册靶标可以一次性或选择性地在待配准骨的软骨表面和/或硬骨表面上采集多个点的数据/点云数据，因此大大缩短了待配准骨的配准时间，并且不需要人为多次选择采样点，更加便于操作，有效降低了配准误差。

为实现上述思想，本发明还提供一种注册方法，请参考图17，其示意性地给出了本发明一实施方式中的注册方法的流程图。如图17所示，所述注册方法包括如下步骤：

步骤S100：获取待配准对象的软骨表面点云数据。

在步骤S100中，所述软骨表面点云数据为采用上文所述的注册靶标对待配准对象的软骨表面的多个点数据进行采集并通过例如有线或者无线通信的方式获取。

优选地，在本步骤中，可通过本发明第一种实施方式或第三种实施方式提供的注册靶标对待配准对象的软骨表面的点云数据进行采集，以获得软骨表面点云数据。

步骤S200：根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

由此，本发明提供的注册方法通过对软骨表面点云数据中的各样本点进行曲面拟合，从而可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

优选的，所述注册方法还包括如下步骤：

获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

其中，所述第一硬骨表面点云数据为采用上文所述的注册靶标对待配准对象的硬骨表面的多个点数据进行采集并通过例如有线或者无线通信的方式获取。具体地，可通过本发明第一种实施方式提供的注册靶标对待配准对象的硬骨表面的点云数据进行采集，以获得第一硬骨表面点云数据。优选的，可通过本发明第二种实施方式或第四种实施方式提供的注册靶标同时对待配准对象的软骨表面和硬骨表面的点云数据进行采集，以同时获取待配准对象的软骨表面点云数据和第一硬骨表面点云数据。

由此，本发明提供的注册方法可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明提供的注册方法通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率

优选的，可通过遍历所述第一硬骨表面点云数据中的每一个点，以分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离。

由于，一般软骨的厚度为2mm，因此在本发明中，第一预设阈值优选设置为2.5mm，第二预设阈值优选设置为0.5mm，由此，以将所述第一硬骨表面点云数据中的距离软骨曲面的距离大于2.5mm或小于0.5mm的点从所述第一硬骨表面点云数据中剔除，以获得第二硬骨表面点云数据。由此，通过此步骤可以剔除不够精确的采样点，使得最终用于配准的采样点更加精确，从而可以有效提高注册配准精度。需要说明的是所述第一预设阈值和所述第二预设阈值可以根据具体情况进行设置，除了上述列出的2.5mm和0.5mm，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值还可以为其他数值，本发明对此并不进行限制。

优选的，将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的硬骨三维模型的点云数据进行配准的过程具体包括：识别两个数据集合中的关键点，在每个关键点处，计算特征描述符，从特征描述符集合以及它们在两个数据集中的坐标位置，基于特征和位置之间的相似性来估计对应关系，从对应关系估算旋转平移矩阵，从而获得模型空间和真实空间之间的映射关系。

优选的，所述待配准对象的硬骨三维模型可通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建而获得。具体地，可通过阈值法、区域生长法、边缘检测法、基于模糊分割的方法、主动轮廓模型提取法中的任一种或他们的任意组合以对所述待配准对象的医学图像进行分割。

更具体地，如图18所示的本发明一具体示例的注册方法流程图，该注册方法包括点云数据获取、剔除无效点集及匹配过程，其中匹配过程包括与CT分割后的点云进行面匹配的过程。当使用钝头探针阵列获取软骨表面数据时，一次可获取多个数据点的集合，由于骨头形状，钝头探针阵列的伸缩机构(如以上所述的弹簧)将会收缩，设收缩量集合为ΔX＝{Δx_i,i＝1,2,…n}，该集合表示每一个钝头探针阵列的伸缩机构的伸缩量，其可通过信息传感器转换为钝头探针的位移量，例如，在一些实施例中，所述信息传感器为压力传感器，通过使用压力传感器获得压力值，再将压力值转换为钝头探针的位移量；在其它一些实施例中，所述信息传感器为距离传感器，例如，LVDT位移传感器、电位传感器，此时，注册靶标的坐标系与钝头探针阵列之间的转换关系为U′＝{u_i′,i＝1,2,…n}，其中u_i′＝u_i-Δx_i，钝头探针阵列获取的软骨头表面数据为P′＝{p_i′,i＝1,2,…n}，其中p_i′＝O·u_i′。同原理，当使用尖头探针阵列获取硬骨表面数据时，由于骨头形状，尖头探针阵列的伸缩机构将会收缩，设收缩量集合为ΔY＝{Δy_i,i＝1,2,…n}，此时，注册靶标的坐标系与尖头探针阵列之间的转换关系为T′＝{t_i′,i＝1,2,…n}，其中t_i′＝t_i-Δy_i，尖头探针阵列获得的硬质骨骨头表面数据为Q′＝{q_i′,i＝1,2,…n}，其中q_i′＝O·t_i′。并且，需将钝头探针阵列获取到的点集拟合成曲面，即为软骨表面信息。同理，计算尖头探针阵列获取到的点云数据集合，遍历点云数据集合中每一个点到软骨头曲面的距离，根据预先设置的阈值判断条件进行判断，一般软骨头的厚度为2mm，最大阈值条件可设为2.5mm，最小阈值条件可设为0.5mm。可判断大于预设最大阈值或者小于预设最小阈值为无效点集，将经过剔除无效点集后的骨头表面数据点集与预先通过CT分割获得的虚拟的骨头模型数据点集作为关键点，计算关键点的特征描述，进而匹配特征点计算出对应关系，从特征点之间的对应关系估算旋转平移矩阵，实现整个注册过程。

综上所述，本发明提供的注册方法，可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。进一步的，本发明提供的注册方法还可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率。

与上述的注册方法相对应，本发明还提供一种注册装置，请参考图19，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的注册装置的方框结构示意图，如图19所示，所述注册装置包括：

第一点云数据获取模块201，用于获取待配准对象的软骨表面点云数据；以及

曲面拟合模块202，用于根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

其中，所述软骨表面点云数据为采用上文所述的注册靶标对待配准对象的软骨表面的多个点数据进行采集获得。优选的，可通过本发明第一种实施方式或第三种实施方式提供的注册靶标对待配准对象的软骨表面的点云数据进行采集，以获得软骨表面点云数据。

由此，通过采用本发明提供的注册装置可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

优选的，所述注册装置还包括：

第二点云数据获取模块，用于获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

距离计算模块，用于分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

筛选模块，用于根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

配准模块，用于将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

其中，所述第一硬骨表面点云数据为采用上文所述的注册靶标对待配准对象的硬骨表面的多个点数据进行采集获得。具体地，可通过本发明第一种实施方式提供的注册靶标对待配准对象的硬骨表面的点云数据进行采集，以获得第一硬骨表面点云数据。优选的，可通过本发明第二种实施方式或第四种实施方式提供的注册靶标同时对待配准对象的软骨表面和硬骨表面的点云数据进行采集，以同时获取待配准对象的软骨表面点云数据和第一硬骨表面点云数据。

本发明提供的注册装置可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明提供的注册装置通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率。

优选的，所述待配准对象的硬骨三维模型可以通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建获得。具体地，可通过阈值法、区域生长法、边缘检测法、基于模糊分割的方法、主动轮廓模型提取法中的任一种或他们的任意组合以对所述待配准对象的医学图像进行分割。

综上所述，本发明提供的注册装置，可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。进一步的，本发明提供的注册装置还可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明提供的注册装置通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率。

为实现上述思想，本发明还提供一种电子设备，请参考图20，示意性地给出了本发明一实施方式提供的电子设备的方框结构示意图。如图20所示，所述电子设备包括处理器301和存储器303，所述存储器303上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器301执行时，实现上文所述的注册方法。本发明提供的电子设备可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明提供的电子设备通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率。

如图20所示，所述电子设备还包括通信接口302和通信总线304，其中所述处理器301、所述通信接口302、所述存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。所述通信总线304可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该通信总线304可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。所述通信接口302用于上述电子设备与其他设备之间的通信，例如为无线传输的蓝牙接口或者其它有线传输的连接接口。

本发明中所称处理器301可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器301是所述电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分。

所述存储器303可用于存储所述计算机程序，所述处理器301通过运行或执行存储在所述存储器303内的计算机程序，以及调用存储在存储器303内的数据，实现所述电子设备的各种功能。

所述存储器303可以包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。通过所述通信接口获取数据，例如，获取待配准对象骨的软骨表面点云数据和/或第一硬骨表面点云数据，并将所获得的数据传输到预设置在靶标上的处理器、机械臂处理器或者通用计算机中的处理器进行处理，即所述处理器301为预设置在靶标上的处理器、机械臂处理器或者通用计算机中的处理器，本发明对处理器301的具体设置不作限定。所述处理器配置用于:

根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面；

分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上文所述的注册方法。本发明提供的可读存储介质，可以有效剔除无效点，使得第二硬骨表面点云数据中的采集点更加精确，从而可以有效提高配准率。此外，本发明提供的可读存储介质通过采用面配准的方法，可以进一步提高配准率。在一些实施例中，所述存储介质中的计算机程序由靶标上预安装的处理器进行处理/执行，在其它一些实施例中，所述计算机程序由机械臂处理器或者计算机设备中的处理器进行处理/执行，本发明对执行所述计算机程序的设备不作具体限制。

本发明实施方式的可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机硬盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其组合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

以上所述的实施方式中，通过利用尖头探针和钝头探针获取硬骨表面和软骨表面的点云数据，进而进行骨注册；在具体实施时，还可以选择性的使用本发明中所述的尖头探针或者钝头探针以获取目标骨表面信息，为医生提供相应的辅助信息。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质具有以下优点：

(1)本发明提供的注册靶标，包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据，由此通过本发明提供的注册靶标可以一次性或选择性地在待配准对象的软骨表面和/或硬骨表面上采集多个点的数据，因此大大缩短了待配准对象的配准时间。同时由于采用本发明提供的注册靶标可以一次性或选择性地采集待配准对象的软骨表面和/或硬骨表面的点云数据，因此不需要人为选择采样点，更加便于操作，有效降低了配准误差。

(2)本发明提供的注册方法、装置、电子设备和存储介质，通过先获取待配准对象的软骨表面点云数据，然后根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。由此可见，通过采用本发明提供的注册方法可以获取骨头表面软组织信息，从而为骨头韧带平衡分析提供有效的信息。

需要说明的是，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (27)

1.一种注册靶标，其特征在于，包括固定件和与所述固定件连接的采集装置，所述采集装置用于在待配准对象上同时采集多个点数据。

2.根据权利要求1所述的注册靶标，其特征在于，所述采集装置至少包括用于在待配准对象上采集第一点数据集合的第一采集装置和用于在待配准对象上采集第二点数据集合的第二采集装置中的一者。

3.根据权利要求2所述的注册靶标，其特征在于，所述第一采集装置包括多个尖头探针，所述第二采集装置包括多个钝头探针。

4.根据权利要求3所述的注册靶标，其特征在于，所述多个尖头探针和所述多个钝头探针中的至少一种呈阵列式排布。

5.根据权利要求3所述的注册靶标，其特征在于，所述尖头探针和/或所述钝头探针包括中空的壳体以及至少部分设置于所述壳体内并可轴向运动的探头，所述壳体与所述固定件相连，所述探头的两端分别伸出至所述壳体的外部。

6.根据权利要求5所述的注册靶标，其特征在于，所述壳体内设有伸缩件，所述伸缩件的后端与所述壳体相连，所述伸缩件的前端与所述探头相连。

7.根据权利要求6所述的注册靶标，其特征在于，所述伸缩件为弹簧，所述伸缩件套设于所述探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述探头上设有台阶面，所述伸缩件的后端与所述限位环相连，所述伸缩件的前端与所述台阶面相连。

8.根据权利要求3所述的注册靶标，其特征在于，至少有一个所述尖头探针至少部分地位于其中一个所述钝头探针内并可轴向运动。

9.根据权利要求8所述的注册靶标，其特征在于，所述钝头探针包括中空的壳体和至少部分设置于所述壳体内并可轴向移动的钝头探头，所述壳体与所述固定件相连；所述尖头探针包括尖头探头，所述尖头探头的至少部分位于所述钝头探头内并可轴向往复移动。

10.根据权利要求9所述的注册靶标，其特征在于，所述壳体内设有第一伸缩件，所述钝头探头远离所述固定件的一端的内部设有第二伸缩件，所述第一伸缩件的后端与所述壳体相连，所述第一伸缩件的前端与所述钝头探头相连；所述第二伸缩件的后端与所述钝头探头相连，所述第二伸缩件的前端与所述尖头探头相连。

11.根据权利要求10所述的注册靶标，其特征在于，所述第一伸缩件和所述第二伸缩件均为弹簧，所述第一伸缩件套设于所述钝头探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述钝头探头上设有台阶面，所述第一伸缩件的后端与所述限位环相连，所述第一伸缩件的前端与所述台阶面相连；所述钝头探头远离所述固定件的一端的内部设有限位件，所述尖头探头包括相连的水平部和竖直部，所述竖直部远离所述固定件的一端的端部为尖头，所述第二伸缩件的后端与所述限位件相连，所述第二伸缩件的前端与所述水平部相连。

12.根据权利要求2所述的注册靶标，其特征在于，所述第二采集装置包括变形件，所述变形件在与待配准表面抵触后，根据待配准表面的形状发生适应性变形。

13.根据权利要求12所述的注册靶标，其特征在于，所述变形件上设有多个通孔，每一所述通孔内设有一可轴向移动的尖头探针。

14.根据权利要求13所述的注册靶标，其特征在于，所述尖头探针包括壳体和设置于所述壳体内的探头，所述探头能够沿所述壳体的轴向往复移动，所述探头的后端伸出至所述壳体的后端的外部，所述探头的前端伸出至所述壳体的前端的外部并容纳于所述通孔内。

15.根据权利要求14所述的注册靶标，其特征在于，所述壳体内设有伸缩件，所述伸缩件的后端与所述壳体相连，所述伸缩件的前端与所述探头相连。

16.根据权利要求15所述的注册靶标，其特征在于，所述伸缩件为弹簧，所述伸缩件套设于所述探头的外部，所述壳体靠近所述固定件的一端设有限位环，所述探头上设有台阶面，所述伸缩件的后端与所述限位环相连，所述伸缩件的前端与所述台阶面相连。

17.根据权利要求1所述的注册靶标，其特征在于，所述采集装置上安装有用于测量其位移量或/和变形量的传感器。

18.根据权利要求1所述的注册靶标，其特征在于，所述注册靶标包括与所述固定件相连的导航参考架，所述导航参考架上设有至少三个靶标球。

19.根据权利要求18所述的注册靶标，其特征在于，所述导航参考架与所述固定件之间为可拆卸式连接。

20.一种注册方法，其特征在于，包括：

获取待配准对象的软骨表面点云数据；以及

根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

21.根据权利要求20所述的注册方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中删除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

22.根据权利要求21所述的注册方法，其特征在于，通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建以获取所述待配准对象的硬骨三维模型。

23.一种注册装置，其特征在于，包括：

第一点云数据获取模块，用于获取待配准对象的软骨表面点云数据；以及

曲面拟合模块，用于根据所述软骨表面点云数据进行曲面拟合，以获得所述待配准对象的软骨曲面。

24.如权利要求23所述的注册装置，其特征在于，所述注册装置包括：

第二点云数据获取模块，用于获取待配准对象的第一硬骨表面点云数据；

距离计算模块，用于分别计算所述第一硬骨表面点云数据中的每一点到所述软骨曲面的距离；

筛选模块，用于根据第一预设阈值和第二预设阈值，将距离大于所述第一预设阈值或小于第二预设阈值的点从所述第一硬骨表面点云数据中剔除，以获得第二硬骨表面点云数据，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；以及

配准模块，用于将所述第二硬骨表面点云数据与预先获取的所述待配准对象的硬骨三维模型进行空间配准，以获得模型空间和真实空间的映射关系。

25.如权利要求24所述的注册装置，其特征在于，通过对所述待配准对象的医学图像进行分割与三维重建以获取所述待配准对象的硬骨三维模型。

26.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求20至22中任一项所述的注册方法。

27.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求20至22中任一项所述的注册方法。

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