一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法，包括以下步驟：1)設置一配準系統(tǒng)，其包括定位器、數(shù)據(jù)計算模塊和互信息圖像配準模塊；2)術(shù)前配置階段，定位器獲取術(shù)前三維圖像的位置；3)判斷定位器是否記錄了基準圖像及其位置；4)數(shù)據(jù)計算模塊計算定位器與C型臂中心的誤差，并將計算出誤差的1.5?2倍作為搜索邊界，獲取手術(shù)中三維圖像并保存至搜索邊界；5)判斷手術(shù)中定位器獲取三維圖像位置是否成功；6)數(shù)據(jù)計算模塊計算手術(shù)中三維圖像位置與基準圖像位置的偏移距離；7)由互信息配準模塊對手術(shù)中三維圖像和基準圖像進行互信息精準配準，然后輸出精準配準后的圖像。本發(fā)明配準成本低、配準速度快。
【專利說明】
-種術(shù)前H維圖像與術(shù)中H維圖像的無標志物配準方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設及一種無標志物配準方法，特別是關(guān)于一種醫(yī)學領(lǐng)域中使用的術(shù)前=維 圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著CBCT、〇-Arm等手術(shù)室S維影像設備的普及，術(shù)中獲取S維影像成為可 能，但此類設備多是移動布置的，移動前后的圖像不在同一個坐標系下，如需同時觀察就需 要對其進行配準。一般配準方法主要按照有無患者標志物分為兩大類，患者標志物通常是 固定在患者被掃描部分的一個或多個標志，可W在圖像上清楚識別，但在手術(shù)環(huán)境中通常 難W安裝患者標識物。常規(guī)的無標志物=維配準方法多是基于互信息或是基于高精度定位 設備的。
[0003] 基于互信息的配準方法，是利用多組圖之間的自然特征進行捜索的，配準成功與 否及配準速度受兩幅圖的初始位置影響，一旦初始位置不良進行互信息捜索時就會占用很 長世間甚至無法配準。運個方法一般用于CT工作站上進行術(shù)前術(shù)后圖像的分析比對，對時 間效率要求不嚴格且操作醫(yī)生多會人工調(diào)整圖像的初始位置使其近似配準。但手術(shù)過程中 時間緊，且由于消毒的原因醫(yī)生不方便精細的操作來手工調(diào)整圖像初始位置。
[0004] 基于高精度定位設備是利用成像設備成的=維影像的空間位置與成像設備位置 存在固定關(guān)系，使用光電或電磁定位設備跟蹤成像設備的位置，進而計算出圖像的位置的， 此方法方便快捷，但配準精度受定位器本身精度限制，高精度定位器價格不菲且一般是光 電原理的。光電定位器精度與定位標尺尺寸正相關(guān)，維持必要精度的標尺大小一般較大，導 致較難被定位器有效范圍覆蓋，實際上縮小了成像設備可W配準的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志 物配準方法，其配準成本低、配準速度快。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取W下技術(shù)方案:一種術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像 的無標志物配準方法，其特征在于它包括W下步驟：1)設置一配準系統(tǒng)，其包括定位器、數(shù) 據(jù)計算模塊和互信息圖像配準模塊;2)術(shù)前配置階段，將定位器固定在CBCT的C型臂可旋轉(zhuǎn) 部，啟動配準系統(tǒng)，獲取一個系列的=維圖像，定位器獲取術(shù)前=維圖像的位置;3)判斷定 位器是否記錄了基準圖像及其位置，如果記錄了基準圖像及其位置則進行下一步，否則，記 錄術(shù)前=維圖像及其位置作為基準圖像和基準圖像位置并且輸出基準圖像，進入下一步； 4)數(shù)據(jù)計算模塊計算定位器與C型臂中屯、的誤差，并將計算出誤差的1.5-2倍作為捜索邊 界，獲取手術(shù)中=維圖像并保存至捜索邊界;5)判斷手術(shù)中定位器獲取=維圖像位置是否 成功，如果定位器定位成功則進行下一步，否則直接輸出手術(shù)中的原=維圖像，本次術(shù)前= 維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準結(jié)束;6)數(shù)據(jù)計算模塊計算手術(shù)中=維圖像位置與 基準圖像位置的偏移距離，并將計算結(jié)果作為初始參數(shù)傳入互信息配準模塊;7)由互信息 配準模塊對手術(shù)中=維圖像和基準圖像進行互信息精準配準，然后輸出精準配準后的圖 像。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟4)中，定位器與C型臂的中屯、的誤差，根據(jù)S角函數(shù)計算誤差e: [000引
[0009]式中，L為定位器輸出的坐標中屯、與C型臂的中屯、的距離，單位為mm;R為定位器最 大角度誤差。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟7)中，互信息配準模塊的配準方法，其步驟如下：1)互信息配準 模塊包括圖像移動器、圖像評估器和圖像移動優(yōu)化器;2)獲取基準圖像和手術(shù)中=維圖像， 用圖像移動器移動兩組圖像，使基準圖像和手術(shù)中=維圖像相同地方相互重疊；3)圖像評 估器對移動的兩組圖像效果進行評估;4)判斷移動的兩組圖像效果是否達到了精度要求， 如果達到要求的精度則直接輸出配準圖像，否則使用圖像移動優(yōu)化器對兩組圖像均進行優(yōu) 化，并返回步驟2)。
[0011] 優(yōu)選地，所述圖像移動器采用歐拉角剛體移動器。
[0012] 優(yōu)選地，所述定位器是非高精度的定位器，所述定位器包括光學、電磁學和慣性定 位器，所述定位器輸出的結(jié)果能轉(zhuǎn)化為表達位置的點(x，y，z)和相應的歐拉角(a，b，r)或轉(zhuǎn) 成4x4矩陣的形式。
[0013] 本發(fā)明由于采取W上技術(shù)方案，其具有W下優(yōu)點：1、本發(fā)明采用了術(shù)前=維圖像 與術(shù)中=維圖像的無標志物配準方法，有效降低了對定位器精度的要求。2、本發(fā)明采用了 術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準方法，加快了基于互信息配準的速度。3、本 發(fā)明采用了術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準方法，在有限的范圍捜索，能有 效防止基于互信息的配準陷入局部偽最優(yōu)解而返回錯誤信息。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明整體流程示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明互信息配準流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準方法， 其包括W下步驟：
[0018] 1)設置一配準系統(tǒng)，其包括定位器、數(shù)據(jù)計算模塊和互信息圖像配準模塊；
[0019] 2)術(shù)前配置階段，將定位器固定在CBCT的C型臂可旋轉(zhuǎn)部，啟動配準系統(tǒng)，獲取一 個系列的=維圖像，定位器獲取術(shù)前=維圖像的位置；
[0020] 3)判斷定位器是否記錄了基準圖像及其位置，如果記錄了基準圖像及其位置則進 行下一步，否則，記錄術(shù)前=維圖像及其位置作為基準圖像和基準圖像位置并且輸出基準 圖像，進入下一步；
[0021] 4)數(shù)據(jù)計算模塊計算定位器與C型臂中屯、的誤差，并將計算出誤差的1.5-2倍作為 捜索邊界，獲取手術(shù)中=維圖像并保存至捜索邊界；
[0022] 5)判斷手術(shù)中定位器獲取=維圖像位置是否成功，如果定位器定位成功則進行下 一步，否則直接輸出手術(shù)中的原=維圖像，本次術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物 配準結(jié)束;其中，定位器定位失敗等異常處理全部靜默進行，不會影響手術(shù)的正常操作；
[0023] 6)數(shù)據(jù)計算模塊計算手術(shù)中=維圖像位置與基準圖像位置的偏移距離，并將計算 結(jié)果作為初始參數(shù)傳入互信息配準模塊；
[0024] 7)由互信息配準模塊對手術(shù)中=維圖像和基準圖像進行互信息精準配準，然后輸 出精準配準后的圖像，完成術(shù)前=維圖像與術(shù)中=維圖像的無標志物配準。
[0025] 上述步驟4)中，定位器與C型臂的中屯、的誤差，根據(jù)S角函數(shù)計算誤差e:
[0026]
(1)
[0027] 巧甲，L刃足位器輸出的坐標中屯、與C型臂的中屯、的距離，單位為mm;R為定位器最 大角度誤差。
[0028] 上述步驟7)中，如圖2所示，本發(fā)明還提供互信息配準模塊的配準方法，其步驟如 下：
[0029] 1)互信息配準模塊包括圖像移動器、圖像評估器和圖像移動優(yōu)化器；
[0030] 2)獲取基準圖像和手術(shù)中=維圖像，用圖像移動器移動兩組圖像，使基準圖像和 手術(shù)中=維圖像相同地方相互重疊；
[0031] 3)圖像評估器對移動的兩組圖像效果進行評估；
[0032] 4)判斷移動的兩組圖像效果是否達到了精度要求，如果達到要求的精度則直接輸 出配準圖像，否則使用圖像移動優(yōu)化器對兩組圖像均進行優(yōu)化，并返回步驟2)。
[0033] 上述實施例中，圖像移動器采用歐拉角剛體移動器。
[0034] 上述各實施例中，定位器是非高精度的定位器，定位器包括但不限于光學、電磁學 和慣性定位器，定位器輸出的結(jié)果可W轉(zhuǎn)化為表達位置的點(x，y，z)和相應的歐拉角(a，b, r)或轉(zhuǎn)成4x4矩陣的形式。
[0035] 上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設置位置及形狀都是可W 有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等 同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【主權(quán)項】
1. 一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法，其特征在于：它包括以下 步驟： 1) 設置一配準系統(tǒng)，其包括定位器、數(shù)據(jù)計算模塊和互信息圖像配準模塊； 2) 術(shù)前配置階段，將定位器固定在CBCT的C型臂可旋轉(zhuǎn)部，啟動配準系統(tǒng)，獲取一個系 列的三維圖像，定位器獲取術(shù)前三維圖像的位置； 3) 判斷定位器是否記錄了基準圖像及其位置，如果記錄了基準圖像及其位置則進行下 一步，否則，記錄術(shù)前三維圖像及其位置作為基準圖像和基準圖像位置并且輸出基準圖像， 進入下一步； 4) 數(shù)據(jù)計算模塊計算定位器與C型臂中心的誤差，并將計算出誤差的1.5-2倍作為搜索 邊界，獲取手術(shù)中三維圖像并保存至搜索邊界； 5) 判斷手術(shù)中定位器獲取三維圖像位置是否成功，如果定位器定位成功則進行下一 步，否則直接輸出手術(shù)中的原三維圖像，本次術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配 準結(jié)束； 6) 數(shù)據(jù)計算模塊計算手術(shù)中三維圖像位置與基準圖像位置的偏移距離，并將計算結(jié)果 作為初始參數(shù)傳入互信息配準模塊； 7) 由互信息配準模塊對手術(shù)中三維圖像和基準圖像進行互信息精準配準，然后輸出精 準配準后的圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法，其特 征在于:所述步驟4)中，定位器與C塑臂的中心的誤差，枏據(jù)三角函數(shù)計算誤差e: 式中，L為定位器輸出的坐標，, ?位為mm;R為定位器最大角 度誤差。3. 如權(quán)利要求1所述的一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法，其特 征在于:所述步驟7)中，互信息配準模塊的配準方法，其步驟如下： 1) 互信息配準模塊包括圖像移動器、圖像評估器和圖像移動優(yōu)化器； 2) 獲取基準圖像和手術(shù)中三維圖像，用圖像移動器移動兩組圖像，使基準圖像和手術(shù) 中三維圖像相同地方相互重疊； 3) 圖像評估器對移動的兩組圖像效果進行評估； 4) 判斷移動的兩組圖像效果是否達到了精度要求，如果達到要求的精度則直接輸出配 準圖像，否則使用圖像移動優(yōu)化器對兩組圖像均進行優(yōu)化，并返回步驟2)。4. 如權(quán)利要求3所述的一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方法，其特 征在于:所述圖像移動器采用歐拉角剛體移動器。5. 如權(quán)利要求1-4任一項所述的一種術(shù)前三維圖像與術(shù)中三維圖像的無標志物配準方 法，其特征在于:所述定位器是非高精度的定位器，所述定位器包括光學、電磁學和慣性定 位器，所述定位器輸出的結(jié)果能轉(zhuǎn)化為表達位置的點(x，y，z)和相應的歐拉角(a，b，r)或轉(zhuǎn) 成4x4矩陣的形式。
【文檔編號】G06T7/00GK106023140SQ201610293632
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】李寅巖, 徐進
【申請人】北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司