專利名稱：手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
在圖像導(dǎo)向計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中，為了能基于術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像掃描信息進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航，需要建立術(shù)中病人和術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)關(guān)系。為建立這種配準(zhǔn)關(guān)系，世界著名手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)生產(chǎn)商Medtronic公司的LandmarX系統(tǒng)，在臨床上采用的配準(zhǔn)系統(tǒng)是在病人皮膚表面粘上在醫(yī)學(xué)成像中可顯影的基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)，通過分別定位出基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)在醫(yī)學(xué)圖像空間、以及在病人術(shù)中坐標(biāo)空間下的三維位置，建立術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像到術(shù)中病人的位置配準(zhǔn)關(guān)系。采用這種配置系統(tǒng)，基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)定位誤差減少、基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目增加，目標(biāo)區(qū)域配準(zhǔn)誤差(TRE)會減少。但增加基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目，會增加術(shù)中采集的時(shí)間和麻煩；臨床上用探針等定位這些標(biāo)志點(diǎn)容易使標(biāo)志點(diǎn)移位；如果在手術(shù)導(dǎo)航中采用和頭骨鉚定的基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)，雖配準(zhǔn)精度可以達(dá)到最好，但是對病人是有傷害的。臨床上GE公司InstaTrak手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)還采用把標(biāo)志點(diǎn)分布在頭架上、再把頭架固定在頭部上的方法，但這種方法由于要在病人頭部緊固好頭架，并且一直保持到手術(shù)進(jìn)行，這往往會給病人帶來身體的不舒服，而且在圖像導(dǎo)向治療中一般都要避免使用固定架固緊在身體部位。在手術(shù)導(dǎo)航中，還采用基于特征表面的配準(zhǔn)方法，這種方法用術(shù)前CT或MRI成像方法重建出手術(shù)部位三維表面信息，在術(shù)中再利用激光掃描等方法采集到術(shù)中病人的目標(biāo)表面點(diǎn)集。但這種方法用CT成像重建人體三維表面特征點(diǎn)集的重建誤差較大。利用MRI成像方法雖較清晰地重建出皮膚表面信息，但MRI成像方法不能對骨性組織進(jìn)行成像。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號CN1445690A，
公開日為2003.10.1，專利名稱為外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中標(biāo)示點(diǎn)自動識別和定位方法，該專利自述為“首先通過內(nèi)切圓錐型標(biāo)示點(diǎn)設(shè)計(jì)使定位指針與表示點(diǎn)的接觸唯一；再采用三維自動分割算法，即高帽算法和形態(tài)領(lǐng)域恢復(fù)法的組合實(shí)現(xiàn)標(biāo)示點(diǎn)的自動識別，依據(jù)即知條件的標(biāo)示點(diǎn)過濾法得到準(zhǔn)確的識別結(jié)果；最后三維自動定位算法，即采用基于灰度值加權(quán)的領(lǐng)域重心定位法，得到準(zhǔn)確的定位。”其不足是該方法基于有限基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行圖像空間和手術(shù)空間的配準(zhǔn)，其配準(zhǔn)精度是受限制的；術(shù)中基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)位置采集是用探針指向的，容易導(dǎo)致基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)位置在手術(shù)空間下產(chǎn)生移位，而且術(shù)中用手術(shù)探針一一采集基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)也很費(fèi)時(shí)麻煩；該方法也不能完成多模式術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像和術(shù)中病人坐標(biāo)空間的配準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于基準(zhǔn)面膜特征表面點(diǎn)集的手術(shù)導(dǎo)航配準(zhǔn)方法，使其在手術(shù)導(dǎo)航等圖像治療中提高術(shù)前圖像和術(shù)中圖像配準(zhǔn)精度，做到對病人的多模式醫(yī)學(xué)成像信息進(jìn)行便捷、高精度的配準(zhǔn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟(1)首先制備多模式基準(zhǔn)面膜，基準(zhǔn)面膜在多模式醫(yī)學(xué)成像中能以高亮度信號顯示，為便于基準(zhǔn)面膜表面在術(shù)中利用CCD(光學(xué)耦合器件)成像進(jìn)行表面的三維重建，基準(zhǔn)面膜表面涂覆了利于CCD成像進(jìn)行精確三維模型重建的彩色圖案條紋或光敏材料；(2)再通過基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法，即基于已知物體幾何尺寸約束的反卷積圖像復(fù)原方法，高精度重建多模式醫(yī)學(xué)成像中的基準(zhǔn)面膜表面位置信息。這里應(yīng)用f^(x)=f(x)*p(x),]]>其中 表示醫(yī)學(xué)掃描設(shè)備輸出的基準(zhǔn)面膜醫(yī)學(xué)圖像，由基準(zhǔn)面膜本身f(x)和p(x)卷積計(jì)算后得到，p(x)為掃描設(shè)備點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，其中該函數(shù)形式可以設(shè)為三維高斯函數(shù)，已知基準(zhǔn)面膜f(x)的厚度，從 可以高精度恢復(fù)基準(zhǔn)面膜的表面輪廓位置。再對高精度重建的多模式基準(zhǔn)面膜圖像，進(jìn)行基準(zhǔn)面膜的邊緣輪廓檢測，基于以上提取的表面輪廓信息進(jìn)行術(shù)前多模式圖像配準(zhǔn)；(3)利用的術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面采集方法，在手術(shù)現(xiàn)場通過CCD成像重建三維表面技術(shù)或利用LRS(激光測距掃描系統(tǒng))生成距離圖像的方法，采集基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集在手術(shù)空間的位置信息；
(4)最后采用實(shí)時(shí)術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜配準(zhǔn)融合方法，首先基于特征點(diǎn)集的圖像配準(zhǔn)方法，即把術(shù)前提取的基準(zhǔn)面膜外表面輪廓的特征點(diǎn)集作為參考表面三維點(diǎn)集R(x)，把術(shù)中采集的基準(zhǔn)面膜外表面輪廓作為浮動表面三維點(diǎn)集F(x)，利用最小二乘法匹配F(x)和R(x)之間的距離，得到術(shù)前基準(zhǔn)面膜和術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面輪廓準(zhǔn)確配準(zhǔn)關(guān)系，并進(jìn)而得到術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像空間和術(shù)中病人坐標(biāo)空間的配準(zhǔn)融合關(guān)系。
以下對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的描述，具體內(nèi)容如下1、制備多模式基準(zhǔn)面膜為了能在多模式醫(yī)學(xué)成像中，都能高亮度顯示基準(zhǔn)面膜，并進(jìn)而通過高精度圖像重建復(fù)原技術(shù)，重建出基準(zhǔn)面膜表面輪廓信息作為術(shù)前圖像的配準(zhǔn)參考點(diǎn)集?；鶞?zhǔn)面膜的材料選擇應(yīng)該融合了能在多模式醫(yī)學(xué)成像，如CT、MRI中高亮度顯示的顯影物質(zhì)。同時(shí)為保證基準(zhǔn)面膜穩(wěn)固貼附于病灶四周病人皮膚表面，同時(shí)進(jìn)一步保證能從圖像中正確重建出基準(zhǔn)面膜信息，基準(zhǔn)面膜厚度的選擇也應(yīng)該有一定限制。具體實(shí)現(xiàn)如下a)基準(zhǔn)面膜材料由在MRI成像或(和)CT成像中高亮度可見的顯影物質(zhì)組成，如在MRI成像中可見的碘酸鹽或釓基物質(zhì)，在CT中成像可見的鋁-鉻酸鹽摻雜物質(zhì)等。
b)根據(jù)多模式醫(yī)學(xué)成像分辨率指標(biāo)，設(shè)定基準(zhǔn)面膜的厚度為圖像斷層像素分辨率水平的2倍左右，設(shè)定這個(gè)厚度，通過成像信號能較準(zhǔn)確地復(fù)原出原始成像物體，進(jìn)而在醫(yī)學(xué)圖像空間坐標(biāo)系下可以準(zhǔn)確定位出基準(zhǔn)面膜外層表面的位置信息?；鶞?zhǔn)面膜的厚度也不能過厚，否則基準(zhǔn)面膜和皮膚的大面積貼附接觸就不會穩(wěn)固。
c)根據(jù)選擇的不同材料類型和面膜厚度作為輸入信息，用金屬基混合材料薄膜制造工藝制備多模式基準(zhǔn)面膜，為了能準(zhǔn)確迅速地利用CCD采集術(shù)中基準(zhǔn)面膜的三維信息，該基準(zhǔn)面膜表面涂覆了利于CCD成像進(jìn)行精確三維模型重建的彩色圖案條紋或光敏材料。
d)把基準(zhǔn)面膜貼附于目標(biāo)病灶周圍的病人皮膚表面，根據(jù)影響目標(biāo)區(qū)域配準(zhǔn)誤差的具體關(guān)系式⟨TRE2(r)⟩=⟨FLE2⟩(1N+13Σk=13dk2fk2).]]>這里<FLE2>為系統(tǒng)基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)的定位誤差，k代表空間三維主軸方向，fk為基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集相對于基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集三維主軸的均方根距離值；r為相對于基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集原點(diǎn)位置的目標(biāo)區(qū)域矢量；dk為目標(biāo)區(qū)域相對于各基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)主軸的距離；N為基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目，基準(zhǔn)面膜貼附的操作遵循以下原則1)盡可能增加基準(zhǔn)面膜的貼附面積，這樣可以有效增加基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目；2)基準(zhǔn)面膜標(biāo)志點(diǎn)集的布局避免近乎共線的配置；3)保證基準(zhǔn)面膜標(biāo)志點(diǎn)集的定位質(zhì)心盡可能地靠近目標(biāo)病灶區(qū)域。
2、基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法所述的基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法，是基于物體厚度尺寸為已知條件約束下的高分辨率圖像復(fù)原算法，采用圖像復(fù)原中的已知物體尺寸約束下的圖像反卷積技術(shù)，即依據(jù)成像物厚度尺寸已知和成像設(shè)備點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)形式已知等條件，全局優(yōu)化復(fù)原出多模式醫(yī)學(xué)圖像中的基準(zhǔn)面膜表面輪廓位置信息，并采用二階微分濾波器檢測過零點(diǎn)的方法提取基準(zhǔn)面膜表面邊緣，重建出多模式術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像基準(zhǔn)面膜的表面輪廓。
3、基于特征點(diǎn)集的術(shù)前多模式圖像配準(zhǔn)方法采用一種成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為參考表面點(diǎn)集，另一種成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為配準(zhǔn)的浮動表面點(diǎn)集，利用最小二乘算法搜索匹配兩組點(diǎn)集之間對應(yīng)距離為最小時(shí)的幾何變換關(guān)系，作為術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)變換。
4、術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面采集方法基于計(jì)算機(jī)立體視覺重建三維物體表面的原理，利用LRS(激光測距掃描系統(tǒng))生成距離圖像或CCD三維照相測量技術(shù)(利用CCD成像技術(shù)對表面涂覆了彩色圖案條紋或光敏材料的基準(zhǔn)面膜進(jìn)行三維表面的精確重建)，在手術(shù)空間坐標(biāo)系下，精確重建出基準(zhǔn)面膜外層表面點(diǎn)集的位置信息。
5、實(shí)時(shí)術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜配準(zhǔn)融合方法該算法分為兩個(gè)步驟術(shù)前圖像和術(shù)中空間配準(zhǔn)和多模式術(shù)前圖像和術(shù)中病人坐標(biāo)空間融合步驟；術(shù)前圖像和術(shù)中空間配準(zhǔn)步驟把從術(shù)前圖像空間提取的基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集作為參考表面，把從基準(zhǔn)面膜外表面術(shù)中采集模塊提取的基準(zhǔn)面膜外層表面點(diǎn)集作為配準(zhǔn)的浮動表面，具體基于ICP搜索算法(迭代最近點(diǎn)法)，把兩個(gè)表面進(jìn)行配準(zhǔn)，得到單模式圖像空間和病人手術(shù)空間的配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，多模式術(shù)前圖像和術(shù)中病人坐標(biāo)空間融合結(jié)合術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，把多模式醫(yī)學(xué)圖像信息都融合在和術(shù)中病人坐標(biāo)空間統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。
本發(fā)明的方法通過設(shè)計(jì)制備能在多模式醫(yī)學(xué)成像中高亮度顯示的多模式基準(zhǔn)面膜，精確重建和定位在術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像空間和術(shù)中病人坐標(biāo)空間下的基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集，實(shí)現(xiàn)多模式術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像空間和病人術(shù)中坐標(biāo)空間的精確配準(zhǔn)關(guān)系?？傮w上來說該方法實(shí)現(xiàn)了術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像空間和病人術(shù)中坐標(biāo)空間的便捷、精確的配準(zhǔn)，保證了醫(yī)生基于術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像信息進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航的精確度，確保圖像導(dǎo)向手術(shù)能準(zhǔn)確、微創(chuàng)化摘除病灶，不損傷周圍正常組織，從而降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生，進(jìn)而能減少病人術(shù)后康復(fù)醫(yī)療成本的50％-60％左右，提高了病人的治療效果和生活質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合發(fā)明內(nèi)容提供以下實(shí)例如圖1所示，以頭部手術(shù)導(dǎo)航術(shù)前圖像和術(shù)中配準(zhǔn)為例，對本發(fā)明方法的具體步驟說明如下1.首先制備在CT、MRI醫(yī)學(xué)成像中高亮度顯示的基準(zhǔn)面膜，并把面膜貼附于病灶四周病人皮膚表面。面膜材料為CT和MRI成像中均可見釓基和鋁混合材料。根據(jù)CT、MRI成像分辨率，選擇面膜厚度在0.9mm左右。制備好基準(zhǔn)面膜貼附于病灶四周頭部皮膚表面，保證基準(zhǔn)面膜標(biāo)志點(diǎn)集的定位質(zhì)心盡可能地靠近目標(biāo)病灶區(qū)域，這樣可以保證基準(zhǔn)面膜包繞下、居中的目標(biāo)病灶區(qū)域的目標(biāo)配準(zhǔn)誤差盡可能地小，貼敷好面膜對病人進(jìn)行多模式CT和MRI醫(yī)學(xué)成像掃描。成像數(shù)據(jù)量都為512×512×120；2.采用基于面膜厚度尺寸為已知，CT、MRI成像設(shè)備點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)形式為高斯函數(shù)條件下的圖像反卷積、去模糊操作，增強(qiáng)基準(zhǔn)面膜的圖像重建分辨率。從進(jìn)行了高精度圖像復(fù)原處理的圖像中，采用二階微分濾波器檢測過零點(diǎn)的方法提取基準(zhǔn)面膜表面的邊緣輪廓，重建出多模式術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像基準(zhǔn)面膜的表面輪廓；
3.對術(shù)前CT、MRI圖像進(jìn)行基于基準(zhǔn)面膜表面輪廓的圖像配準(zhǔn)處理，即采用CT成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為參考表面點(diǎn)集，MRI成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為配準(zhǔn)的浮動表面點(diǎn)集，利用最小二乘算法搜索匹配兩組點(diǎn)集之間對應(yīng)距離為最小時(shí)的幾何變換關(guān)系，獲取到術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像的剛性配準(zhǔn)變換參數(shù)；4.利用多架CCD，基于計(jì)算機(jī)立體視覺三維重建原理的三維照相測量技術(shù)，采集到術(shù)中病人坐標(biāo)空間下的基準(zhǔn)面膜外表面輪廓信息；5.將獲取到的術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集作為浮動表面點(diǎn)集，將重建的術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像中基準(zhǔn)外表面輪廓點(diǎn)集作為參考表面點(diǎn)集，利用迭代最近點(diǎn)算法(ICP)進(jìn)行基準(zhǔn)面膜外表面的術(shù)前特征點(diǎn)集和術(shù)中特征點(diǎn)集的配準(zhǔn)，建立以上兩組點(diǎn)集的幾何變換關(guān)系，結(jié)合已得到的術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，把多模式醫(yī)學(xué)圖像信息都融合在和術(shù)中病人坐標(biāo)空間統(tǒng)一的坐標(biāo)空間下。
實(shí)施效果該例設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)面膜可以保證基準(zhǔn)面膜點(diǎn)集在術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像中，以高亮度顯示，配合基于面膜厚度為已知條件約束下的圖像復(fù)原技術(shù)，基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集在術(shù)前圖像空間的定位精度將有大的提高，結(jié)合基準(zhǔn)面膜表面點(diǎn)集在病人術(shù)中坐標(biāo)系下定位精度的提高，相對于基于有限基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)的圖像配準(zhǔn)方法，本發(fā)明從實(shí)現(xiàn)方法根源上，通過增加影響目標(biāo)配準(zhǔn)誤差<TRE2(r)>=<FLE2>(1N+13Σk=13dk2fk2)]]>的基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)目N，減少基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)定位誤差FLE的途徑，從根本上保證了目標(biāo)配準(zhǔn)誤差的減少。而且本方法可以做到實(shí)時(shí)采集術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜表面點(diǎn)集，不通過探針接觸采集基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)，一方面可以減少采集基準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)間，同樣可以減少由于基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)定位移動引發(fā)的定位誤差，因此本發(fā)明從基本原理和方法論上，保證了手術(shù)導(dǎo)航中術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像和病人術(shù)中坐標(biāo)空間配準(zhǔn)的精度和速度有大幅度的提高。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)首先制備多模式基準(zhǔn)面膜，基準(zhǔn)面膜在多模式醫(yī)學(xué)成像中能以高亮度信號顯示，為便于基準(zhǔn)面膜表面在術(shù)中利用CCD成像進(jìn)行表面的三維重建，基準(zhǔn)面膜表面涂覆了利于CCD成像進(jìn)行精確三維模型重建的彩色圖案條紋或光敏材料；(2)再通過基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法，高精度重建多模式醫(yī)學(xué)成像中的基準(zhǔn)面膜表面位置信息，再對高精度重建的多模式基準(zhǔn)面膜圖像，進(jìn)行基準(zhǔn)面膜的邊緣輪廓檢測，基于以上提取的表面輪廓信息進(jìn)行術(shù)前多模式圖像配準(zhǔn)；(3)利用的術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面采集方法，在手術(shù)現(xiàn)場通過CCD成像重建三維表面技術(shù)或利用LRS生成距離圖像的方法，采集基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集在手術(shù)空間的位置信息；(4)最后采用實(shí)時(shí)術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜配準(zhǔn)融合方法，把術(shù)前提取的基準(zhǔn)面膜表面輪廓的特征點(diǎn)集作為參考表面信息，把術(shù)中采集的基準(zhǔn)面膜外表面輪廓作為浮動表面特征信息，對圖像空間和手術(shù)空間提取出的基準(zhǔn)面膜外表面輪廓進(jìn)行準(zhǔn)確配準(zhǔn)，并進(jìn)而得到術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像空間和術(shù)中病人坐標(biāo)空間的配準(zhǔn)融合關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的制備多模式基準(zhǔn)面膜，具體實(shí)現(xiàn)如下a)基準(zhǔn)面膜材料由在MRI成像或/和CT成像中高亮度顯示的顯影物質(zhì)組成；b)根據(jù)多模式醫(yī)學(xué)成像分辨率指標(biāo)，設(shè)定基準(zhǔn)面膜的厚度為圖像斷層像素分辨率水平的2倍；c)根據(jù)選擇的材料類型和面膜厚度作為輸入信息，用金屬基混合材料薄膜制造工藝制備多模式基準(zhǔn)面膜，該基準(zhǔn)面膜表面集成了利于CCD成像進(jìn)行精確三維模型重建的顏色、條紋信息；d)把基準(zhǔn)面膜貼附于目標(biāo)病灶周圍的病人皮膚表面，根據(jù)影響目標(biāo)區(qū)域配準(zhǔn)誤差的具體關(guān)系式⟨TRE2(r)⟩=⟨FLE2⟩(1N+13Σk=13dk2fk2),]]>這里<FLE2>為系統(tǒng)基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)的定位誤差，k代表空間三維主軸方向，fk為基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集相對于基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集三維主軸的均方根距離值；r為相對于基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)集原點(diǎn)位置的目標(biāo)區(qū)域矢量；dk為目標(biāo)區(qū)域相對于各基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)主軸的距離；N為基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，基準(zhǔn)面膜貼附的操作遵循1)盡可能增加基準(zhǔn)面膜的貼附面積，這樣能有效增加基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目；2)基準(zhǔn)面膜標(biāo)志點(diǎn)集的布局避免近乎共線的配置；3)保證基準(zhǔn)面膜標(biāo)志點(diǎn)集的定位質(zhì)心盡可能地靠近目標(biāo)病灶區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法，是指基于物體厚度尺寸為已知條件約束下的高分辨率圖像復(fù)原算法，采用圖像復(fù)原中的已知物體尺寸約束下的圖像反卷積技術(shù)，即依據(jù)成像物厚度尺寸已知和成像設(shè)備點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)形式已知等條件，全局優(yōu)化復(fù)原出多模式醫(yī)學(xué)圖像中的基準(zhǔn)面膜表面輪廓位置信息，并采用二階微分濾波器檢測過零點(diǎn)的方法提取基準(zhǔn)面膜表面邊緣，重建出多模式術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像基準(zhǔn)面膜的表面輪廓。
5.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的基于特征點(diǎn)集的術(shù)前多模式圖像配準(zhǔn)方法，是指采用一種成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為參考表面點(diǎn)集，另一種成像模式中基準(zhǔn)面膜內(nèi)層和外層輪廓點(diǎn)集作為配準(zhǔn)的浮動表面點(diǎn)集，利用最小二乘算法搜索匹配兩組點(diǎn)集之間對應(yīng)距離為最小時(shí)的幾何變換關(guān)系，作為術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)變換。
6.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面采集方法，是指基于計(jì)算機(jī)立體視覺重建三維物體表面的原理，利用LRS生成距離圖像或CCD三維照相測量技術(shù)，在手術(shù)空間坐標(biāo)系下，精確重建出基準(zhǔn)面膜外層表面點(diǎn)集的位置信息。
7.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的實(shí)時(shí)術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜配準(zhǔn)融合方法，分為兩個(gè)步驟術(shù)前圖像和術(shù)中空間配準(zhǔn)步驟和多模式術(shù)前圖像和術(shù)中病人坐標(biāo)空間融合步驟，其中術(shù)前圖像和術(shù)中空間配準(zhǔn)步驟把從術(shù)前圖像空間提取的基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集作為參考表面，把從基準(zhǔn)面膜外表面術(shù)中采集模塊提取的基準(zhǔn)面膜外層表面點(diǎn)集作為配準(zhǔn)的浮動表面，具體基于ICP搜索算法，把兩個(gè)表面進(jìn)行配準(zhǔn)，得到單模式圖像空間和病人手術(shù)空間的配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系；多模式術(shù)前圖像和術(shù)中病人坐標(biāo)空間融合步驟結(jié)合術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，把多模式醫(yī)學(xué)圖像信息都融合在和術(shù)中病人坐標(biāo)空間統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的手術(shù)導(dǎo)航中基于基準(zhǔn)面膜的多模式醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法。包括以下步驟(1)首先制備多模式基準(zhǔn)面膜，(2)再通過基準(zhǔn)面膜的圖像復(fù)原方法，進(jìn)行術(shù)前多模式圖像配準(zhǔn)；(3)利用的術(shù)中基準(zhǔn)面膜外表面采集方法，采集基準(zhǔn)面膜外表面點(diǎn)集在術(shù)中空間的位置信息；(4)最后采用實(shí)時(shí)術(shù)前、術(shù)中基準(zhǔn)面膜配準(zhǔn)融合方法，得到術(shù)前多模式醫(yī)學(xué)圖像空間和術(shù)中病人坐標(biāo)空間的配準(zhǔn)融合關(guān)系。本發(fā)明在手術(shù)導(dǎo)航等圖像治療中提高術(shù)前圖像和術(shù)中圖像配準(zhǔn)精度，做到對病人的多模式醫(yī)學(xué)成像信息進(jìn)行便捷、高精度的配準(zhǔn)。
文檔編號A61B19/00GK1794301SQ20051003076
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者秦斌杰, 莊天戈, 殷善開 申請人:上海交通大學(xué)