[发明专利]一种器官三维图像重建方法

说明书

本发明公开了一种器官三维图像重建方法，包括以下步骤：步骤1.超声图像和图像姿态信息获取及处理；步骤2.基于超声图像和姿态信息的器官三维图像重构；步骤3.器官三维图像模型的可视化显示；其中步骤1包括：1)超声探头扫描；2)超声视频采集；3)超声图像对应姿态信息的获取；4)超声图像与对应姿态信息的匹配。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种器官三维图像重建方法。

背景技术

基于2D医疗图像重建器官组织的三维图像对于手术导航具有重要的意义，特别是对于使用机器人辅助的手术系统，为其实现自动术前规划和术中实时配准提供必需的参考依据。

近些年来，机器人辅助手术和导航技术得到越来越广泛的应用，在医学影像导航的研究中，出现了以磁力传感器和光学追踪设备为核心部件的超声影像三维器官组织模型重建技术，两种技术的研究尚未成熟且传感设备成本高。磁力传感器容易受到电磁干扰，使用范围有限；光学追踪相机在使用时与被观察的超声探头之间不可以存在遮挡物，否则探头定位功能失效三维重建无法完成。由于以上的原因，在机器人辅助的手术三维导航技术中，如何解决三维器官组织重建的稳定性和实时性，且能够降低设备成本以利于推广，是亟待解决的问题。

为此，本发明提出了一种器官三维图像重建方法，与当前的技术方案相比，省去了昂贵的磁力传感器设备和光学追踪设备，解决了三维重建过程中容易受到外部环境干扰，系统稳定性差的问题，可实时构建器官高精度模型，提高了手术的精准性和安全性。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种器官三维图像重建方法，其中包括以下步骤：

步骤1.超声图像和图像姿态信息获取及处理；

步骤2.基于超声图像和姿态信息的器官三维图像重构；

步骤3.器官三维图像模型的可视化显示；

其中步骤1包括：1)超声探头扫描；2)超声视频采集，获得超声视频信息；3)超声图像对应姿态信息的获取，获得超声探头姿态信息(x,y,z,γ,β,α)；4)超声图像与对应姿态信息的匹配。

所述的器官三维图像重建方法，其中步骤1中超声图像与对应姿态信息的匹配包括：对于超声探头姿态信息，每隔预定的时间差采样连续的预定个数的姿态信息作为一个姿态信息组，每个姿态信息组与和其自身的组序号相同的视频帧序号的视频帧相对应，每组超声探头姿态信息中选第1个姿态信息与对应的视频帧相匹配。

所述的器官三维图像重建方法，其中步骤2包括：

1)超声图像中器官的识别和识别结果显示采样：对采集到的每帧图像，进行图像识别，提取对应的想要建立模型的器官轮廓，对器官轮廓进行采样，得到轮廓采样点；

2)基于采样得到的器官轮廓采样点，进行三维坐标变化，获取该帧图片各轮廓点在机器人坐标系中的实际位置，并对于稀疏点进行基于轮廓特征的插补处理。

所述的器官三维图像重建方法，其中步骤2中，基于采样得到的器官轮廓点，进行三维坐标变化，获取该帧图片各轮廓点在机器人坐标系中的实际位置按如下方式进行：

机器人坐标系、探头坐标系和图像坐标系分别定义为{B}，{P}和{I}，{P}到{B}的转换矩阵为{I}到{P}的转换矩阵为

(a)超声图像像素坐标到探头坐标转换

设采样后某一点A在超声图像中像素点坐标为A(a，b)，则其转换后的物理坐标为A(a′，b′，c′)，其中m和n为比例系数，a为x轴坐标，b为y轴坐标，a’为x轴坐标，b’为y轴坐标，c’为z轴坐标，转换公式如下

a′＝m*a (7)