[發(fā)明專利]基于Kinect相機(jī)的術(shù)中實(shí)時(shí)注冊(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310302977.4
• 申請(qǐng)日: 2013-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104287830A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖德強(qiáng);羅火靈;賈富倉(cāng);周壽軍;胡慶茂;方馳華;范應(yīng)方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): A61B19/00
• 分類號(hào): A61B19/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于Kinect（Kinect是微軟在2010年6月14日對(duì)XBOX360體感周邊外設(shè)正式發(fā)布的名字）相機(jī)的術(shù)中實(shí)時(shí)注冊(cè)方法。

背景技術(shù)

肝臟是原發(fā)性腫瘤轉(zhuǎn)移的常見(jiàn)位置之一，許多病人無(wú)法進(jìn)行開(kāi)腹切除手術(shù)，熱消融技術(shù)特別是射頻消融技術(shù)是治療肝腫瘤的一個(gè)重要手段。對(duì)于肝腫瘤的射頻消融手術(shù)，其關(guān)鍵是消融針的插入位置，特別是當(dāng)肝腫瘤位于肝動(dòng)脈及膽囊等重要臟器的附近時(shí)，消融針的入針位置的選擇顯的尤為重要。因此，肝腫瘤射頻消融手術(shù)需要一種能夠幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航的方法。

肝腫瘤射頻消融手術(shù)導(dǎo)航相對(duì)傳統(tǒng)硬組織手術(shù)導(dǎo)航，是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域，同時(shí)其面臨的困難要比硬組織大，傳統(tǒng)手術(shù)導(dǎo)航只需一次注冊(cè)（在手術(shù)中，一般需要通過(guò)術(shù)前圖像與術(shù)中圖像的配準(zhǔn)，確定消融針正確的插入點(diǎn)，從而避免損傷內(nèi)部重要器官，而配準(zhǔn)的過(guò)程就稱為“注冊(cè)”）就能滿足這個(gè)導(dǎo)航過(guò)程，由于肝臟本身的特性及呼吸運(yùn)動(dòng)造成的偏移，使得肝臟在手術(shù)過(guò)程中有較大形變，一次注冊(cè)難以滿足導(dǎo)航的需要，如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)注冊(cè)成為肝臟手術(shù)導(dǎo)航的關(guān)鍵。

目前針對(duì)肝腫瘤射頻消融手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法，主要是借助標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行術(shù)前圖像空間的校準(zhǔn)。用于軟組織導(dǎo)航的標(biāo)記點(diǎn)注冊(cè)方法的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。目前有人采用一次手動(dòng)取點(diǎn)注冊(cè)并結(jié)合參考幀糾正呼吸運(yùn)動(dòng)造成的標(biāo)記點(diǎn)偏移的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)注冊(cè)。還有人直接使用穿刺針綁定反光小球插入人體，然后用光學(xué)跟蹤儀對(duì)反光小球進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并與術(shù)前CT（computed?tomography，電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)的簡(jiǎn)稱）圖像作配準(zhǔn)。采用一次手動(dòng)取點(diǎn)注冊(cè)并結(jié)合參考幀糾正呼吸運(yùn)動(dòng)造成的標(biāo)記點(diǎn)偏移的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)注冊(cè)需要手動(dòng)取點(diǎn)，誤差較大；且利用參考幀糾正呼吸運(yùn)動(dòng)造成的偏移的方法不夠嚴(yán)謹(jǐn)，容易導(dǎo)致較大的配準(zhǔn)誤差。而穿刺針綁定反光小球的方法對(duì)人體具有一定的傷害性。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種配準(zhǔn)誤差較小且對(duì)人體沒(méi)有傷害的基于Kinect相機(jī)的術(shù)中實(shí)時(shí)注冊(cè)方法。

一種基于Kinect相機(jī)的術(shù)中實(shí)時(shí)注冊(cè)方法，包括如下步驟：

在患者腹部粘貼標(biāo)記點(diǎn)；

掃描患者腹部，獲取患者腹部的術(shù)前圖像；

在術(shù)前圖像中提取術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)；

利用Kinect相機(jī)獲取患者腹部的術(shù)中圖像，所述術(shù)中圖像包括在患者腹部設(shè)置的標(biāo)記點(diǎn)的圖像信息；

在術(shù)中圖像中提取術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)；

對(duì)術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)與術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作配準(zhǔn)得到術(shù)前圖像與術(shù)中圖像之間的變換關(guān)系。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在術(shù)前圖像中提取術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)的步驟包括：

采用區(qū)域增長(zhǎng)法對(duì)所述術(shù)前圖像進(jìn)行分割得到患者腹部的二值圖像；

計(jì)算所述二值圖像的距離圖；

根據(jù)所述距離圖從所述二值圖像中分割出患者腹部的上表面區(qū)域圖；

計(jì)算腹部的上表面區(qū)域圖的高斯曲率得到曲率圖；

提取所述曲率圖中曲率值大于預(yù)設(shè)閾值的區(qū)域得到術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域；

計(jì)算所述術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域內(nèi)所有坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)平均值得到術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)質(zhì)心。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述掃描患者腹部，獲取患者腹部的術(shù)前圖像的步驟中，所述術(shù)前圖像是采用電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)或者磁共振成像技術(shù)獲得的CT圖像或者M(jìn)RI圖像。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在利用Kinect相機(jī)獲取患者腹部的術(shù)中圖像的步驟中，所述術(shù)中圖像包括利用Kinect相機(jī)獲取的RGB圖像以及與所述RGB圖像對(duì)應(yīng)的深度圖像。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在術(shù)中圖像中提取術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)的步驟包括：

計(jì)算所述RGB圖像中標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)值；

根據(jù)所述深度圖像將所述二維坐標(biāo)值變換到Kinect三維坐標(biāo)空間中。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算所述RGB圖像中標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)值的步驟包括：

從所述RGB圖像中提取患者腹部皮膚圖像；

從所述腹部皮膚圖像中分割出術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域；

計(jì)算所述術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域內(nèi)所有坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)平均值得到術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)質(zhì)心。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對(duì)術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)與術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作配準(zhǔn)得到術(shù)前圖像與術(shù)中圖像之間的變換關(guān)系的步驟包括：

采用最小二乘法對(duì)術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)與術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作粗配準(zhǔn)；

采用最近鄰點(diǎn)迭代法對(duì)術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)與術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作精配準(zhǔn)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采用最小二乘法對(duì)術(shù)前標(biāo)記點(diǎn)與術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作粗配準(zhǔn)的步驟包括：