[發(fā)明專利]一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310442944.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN104463832B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖德強(qiáng);賈富倉;羅火靈;周壽軍;胡慶茂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06T7/11
• 分類號(hào): G06T7/11;G06T7/187;G06T7/13;G06T7/68;G06T7/30
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所44237
• 代理人: 張全文

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，尤其涉及一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對(duì)于神經(jīng)外科手術(shù)，醫(yī)生通常憑借經(jīng)驗(yàn)確定病灶或功能區(qū)域，因此經(jīng)驗(yàn)較少的醫(yī)生很難實(shí)施此類手術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)輔助診斷的出現(xiàn)，特別是神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)施，使得手術(shù)過程中醫(yī)生能夠從病人的術(shù)前圖像中觀察到手術(shù)器械相對(duì)病灶的位置，從而能夠快速準(zhǔn)確的確定病灶或功能區(qū)域，大大增強(qiáng)了手術(shù)的可復(fù)制性。

神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是將術(shù)中手術(shù)器械映射到術(shù)前病人圖像空間中，即求解病人空間與圖像空間之間的變換關(guān)系，此過程稱為注冊(cè)。

傳統(tǒng)的注冊(cè)方法大致分為三步：1）在患者頭部固定若干人工標(biāo)記點(diǎn)，通過CT/MR掃描獲取帶有標(biāo)記點(diǎn)的術(shù)前圖像；2）在術(shù)前圖像中手動(dòng)提取標(biāo)記點(diǎn)的圖像空間坐標(biāo)，并于手術(shù)過程中利用光學(xué)定位系統(tǒng)獲取標(biāo)記點(diǎn)的病人空間坐標(biāo)；3）對(duì)術(shù)前點(diǎn)集和術(shù)中點(diǎn)集做最小二乘擬合，得到圖像空間和病人空間之間的變換關(guān)系。

上述這種傳統(tǒng)的注冊(cè)方法的缺點(diǎn)有：(1)術(shù)前設(shè)置人工標(biāo)記點(diǎn)，不僅使得注冊(cè)流程復(fù)雜化并且對(duì)病人產(chǎn)生一定的傷害性；(2)手動(dòng)選取術(shù)前點(diǎn)集，容易造成較大配準(zhǔn)誤差，也不利于注冊(cè)流程的簡(jiǎn)化；(3)基于標(biāo)記點(diǎn)的注冊(cè)方法，因標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量較少，其所攜帶的空間信息較少，無法獲得一個(gè)足夠小的注冊(cè)誤差。

因此，亟需設(shè)計(jì)一種全新的神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法及系統(tǒng)，從而可以提高注冊(cè)精度。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法及系統(tǒng)的注冊(cè)精度不夠的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)方法，包括：

對(duì)病人頭部作CT/MR掃描獲取術(shù)前圖像，并分割所述術(shù)前圖像；

根據(jù)分割后的所述術(shù)前圖像提取頭部表面的兩條中線；

提取分割后的所述術(shù)前圖像的表面并簡(jiǎn)化；

在術(shù)中利用探針劃線取點(diǎn)方式獲取術(shù)中病人頭部表面的兩條中線并簡(jiǎn)化；

通過高斯混合模型方法做術(shù)前點(diǎn)集與術(shù)中點(diǎn)集的配準(zhǔn)，以完成注冊(cè)過程的初始配準(zhǔn)，并得到初始的空間變換參數(shù)；

在術(shù)中利用探針在病人額頭部位無規(guī)則劃線取點(diǎn)并簡(jiǎn)化；

在所述初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上通過預(yù)設(shè)算法做術(shù)中額頭部位點(diǎn)集與術(shù)前表面的配準(zhǔn)，并得到最終的空間變換參數(shù)。

優(yōu)選的，所述對(duì)病人頭部作CT/MR掃描獲取術(shù)前圖像，并分割所述術(shù)前圖像的步驟具體包括：

通過CT/MR掃描獲取病人頭部的三維體數(shù)據(jù)；

對(duì)所述三維體數(shù)據(jù)做區(qū)域生長分割得到初始分割后的圖像；

提取最大連通區(qū)域，并做腐蝕操作以得到只包含頭部區(qū)域的二值圖像。

優(yōu)選的，所述根據(jù)分割后的所述術(shù)前圖像提取頭部表面的兩條中線的步驟具體包括：

計(jì)算分割后的所述二值圖像的質(zhì)心；

提取所述二值圖像的輪廓，并在所述質(zhì)心所在的矢狀面和冠狀面上提取輪廓線并組成頭部表面的兩條中線。

優(yōu)選的，所述提取分割后的所述術(shù)前圖像的表面并簡(jiǎn)化的步驟具體包括：

對(duì)于分割后的所述二值圖像，通過移動(dòng)立方體算法獲取頭部表面數(shù)據(jù)；

通過基于誤差二次曲線與定向邊緣的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法處理所述頭部表面數(shù)據(jù)以得到簡(jiǎn)化后的所述術(shù)前圖像的表面。

優(yōu)選的，所述在術(shù)中利用探針劃線取點(diǎn)方式獲取術(shù)中病人頭部表面的兩條中線并簡(jiǎn)化的步驟具體包括：

通過探針劃線取點(diǎn)方式獲取術(shù)中點(diǎn)集后，根據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，對(duì)所述點(diǎn)集中的每個(gè)點(diǎn)做中值濾波，并剔除兩點(diǎn)距離小于0.5mm時(shí)的其中一個(gè)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)算法為Perturbed ICP算法，其中，所述在所述初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上通過預(yù)設(shè)算法做術(shù)中額頭部位點(diǎn)集與術(shù)前表面的配準(zhǔn)，并得到最終的空間變換參數(shù)的步驟具體包括：

利用探針劃線取點(diǎn)方式在病人額頭部位進(jìn)行劃線取點(diǎn)以得到精配準(zhǔn)階段的術(shù)中點(diǎn)集，并對(duì)所述精配準(zhǔn)階段的術(shù)中點(diǎn)集進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；

在所述初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用所述Perturbed ICP算法將簡(jiǎn)化后的所述精配準(zhǔn)階段的術(shù)中點(diǎn)集與簡(jiǎn)化后的術(shù)前表面做Perturbed ICP配準(zhǔn)，并得到最終的空間變換參數(shù)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航的注冊(cè)系統(tǒng)，所述注冊(cè)系統(tǒng)包括：

圖像獲取模塊，用于對(duì)病人頭部作CT/MR掃描獲取術(shù)前圖像，并分割所述術(shù)前圖像；

中線提取模塊，用于根據(jù)分割后的所述術(shù)前圖像提取頭部表面的兩條中線；