[发明专利]一种校正术前三维图像的术中配准方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟手术技术领域，更具体地，本发明涉及一种校正术前三维图像的术中配准方法和装置。

背景技术

现代手术的复杂性和医疗安全标准不断提高，通过虚拟手术进行术前诊断、计划及预先的手术模拟演练，以提高疾病诊治的准确性，已成为当前外科手术发展的趋势。当前，影像辅助手术的技术已逐渐在外科领域得到应用，但手术时人体骨折部位或者体位的变化经常使骨位置或骨折位置改变，以致术前采集的影像资料与术中的实际情况常常存在差异，所以依据术前影像辅助手术会在手术操作时带来误差，因此需要对术前影像进行校正。

目前解决影像辅助装置误差问题的方法主要包括两种，第一种是术中直接采集三维影像引导手术，如：术中CT/MRI，此方法对设备、手术环境要求较高，医疗成本昂贵；第二种是利用诸如X线设备采集的术中二维图像来校正术前三维图像，重新构建符合术中实际情况的三维模型来指导手术，此方法对设备要求较低，但现有的方法中通常都需要传感设备，并且配准精度差。

发明内容

为克服现有术中和术前图像配准误差大、设备环境要求高的缺陷，本发明提出一种校正术前三维图像的术中配准方法和装置。

根据本发明的一个方面，提出了一种校正术前三维图像的术中配准方法，包括：

步骤10)、采集患者的术前螺旋CT影像数据，进行该CT影像数据的预处理操作；

步骤20)、根据预处理后的CT影像数据，利用改进的三维种子填充算法获取感兴趣的骨组织，实现术前CT影像数据中骨块的分割分离；

步骤30)、调整患者的术前位置姿态，使其位置与CT扫描时基本一致，采集患者不同角度的X射线图像；

步骤40)、基于虚拟C臂机获取对应于所述不同角度的DRR图像，进行相应角度的X射线图像与DRR配准，将虚拟X放射源作为后续坐标变换的固定参考点；

步骤50)、针对术中患者的姿态和位置，采集和术前相同角度的X射线图像；

步骤60)、通过指定特征点的方式，完成术前、术中对应角度X射线图像的配准操作，获取各分离骨块组织的变换矩阵；

步骤70)、将所述变换矩阵作用于术前已分割分离的骨块数据模型，获得各骨块模型在术中的真实方位。

根据本发明的另一方面，提出了一种校正术前三维图像的术中配准装置，该装置包括：预处理模块、骨块分割分离模块、X射线图像采集模块、配准模块和3D骨兴趣区模型建立模块；

其中，所述预处理模块用于采集患者的术前螺旋CT影像数据，进行该CT影像数据的预处理操作；

所述骨块分割分离模块用于根据预处理后的CT影像数据，利用扫描线三维种子填充算法获取感兴趣骨组织，实现术前CT影像数据中骨块的分割分离；

所述X射线图像采集模块用于调整患者的术前位置姿态，采集术前、术中患者各相应角度的X射线图像；

所述配准模块用于获取相同角度的DRR图像，完成X射线图像与DRR的配准操作，根据指定的特征点，完成术前、术中对应角度X射线图像的配准操作，获取各分离骨块组织的变换矩阵；

所述3D骨兴趣区模型建立模块用于将多角度的变换矩阵作用于术前已分割分离的骨块数据模型，获得各骨块模型在术中的真实方位。

通过术前校正C臂X射线机方位的校准方式，无需其他传感定位设备，可有效地缩减X射线与DRR的配准误差范围，快速定位虚拟放射方位，缩减操作时间。对于矩阵变换所需的参考点的选取，成功解决了不同空间因坐标系原点不一致而造成变换矩阵不能直接应用的问题，无需经过其他坐标调整，可在像空间中直接应用物空间的变换矩阵，简化了计算过程。通过将2-3个不同角度的2D变换矩阵合并为一个3D变换矩阵，消除了C臂X机因透视过程丢失三维信息的局限，成功获得了3D变换矩阵，并完成术前CT模型到术中的方位变换，使得术前在虚拟装置中验证术中方案的操作成为可能。

另外虚拟C臂X射线机仿真装置，可获得高质量的DRR图像，可用于教学演示、术前诊断以及任意角度X射线图像的模拟，有效降低医生和患者遭受的辐射伤害。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的使用术中X线2D图像校正术前3D图像的方法流程的示意图；

图2示出虚拟C臂X射线机生成DRR的仿真示意图；

图3示出X图像与DRR图像配准的仿真示意图；

图4示出根据本发明实施例的使用术中X线2D图像校正术前3D图像的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种校正术前三维图像的术中配准方法和装置进行详细描述。