[發明專利]一種圖像導航配準系統及圖像導航系統

在審

• 申請號: 201910807816.8
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110379493A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 祁甫浪;杜匯雨;郭濤;邱本勝
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G16H30/20
• 分類號: G16H30/20;G06T7/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本申請公開了一種圖像導航配準系統及圖像導航系統，其中，所述圖像導航配準系統基于配置有光學球的參照體、相機跟蹤手柄以及配置有光學球和球形結構的配準物等結構實施，其中，參照體、相機跟蹤手柄和球形結構為所述圖像導航配準方法提供了物理空間和圖像空間的參照，使得所述圖像導航配準方法可以基于剛性變換和迭代最近點算法實現物理空間和圖像空間的配準，從而降低了配準操作的難度和復雜度，有效地提高了圖像配準的成功率。

技術領域

本申請涉及圖像處理技術領域，更具體地說，涉及一種圖像導航配準系統及圖像導航系統。

背景技術

圖像導航系統(Image?Guided?System)是指通過醫學影像設備掃描得到醫學影像，從而給醫生對患者的手術過程提供圖像引導的系統。通過該系統，醫生可以在治療過程中得到患者身體內部結構和生理信息，從而可以準確地判斷當前的治療狀態(例如治療器械在患者體內的位置、病灶消融區域動態大小以及是否有由于穿刺失效而導致的體內大出血等情況)。相較于傳統無圖像引導的手術方法，圖像導航系統有利于提高手術成功率，降低術后回訪率。

在圖像導航系統的具體應用過程中，需要解決的一個難題是如何將來自于不同傳感器、不同時間或者不同空間的圖像融合到同一個坐標系下。例如在手術過程中，只有將術前預先掃描的三維圖像數據匹配到病人所在的手術物理坐標系中，才能實現術中的引導和跟蹤。因此，圖像導航系統的配準過程的精度是圖像導航系統顯示的圖像能夠精確反映患者體內情況的重要保證。

圖像配準的實質是通過輸入和輸出圖像來計算兩個坐標系之間的轉移矩陣。目前常用的方法主要包括基于表面數據的迭代配準算法和基于標記點的最小二乘擬合配準算法。但由于術中能獲取到的表面數據是有限且容易變形的，因此基于標記點的配準方法更加可靠和精確，在臨床應用中受到更多的青睞。而基于標記點的配準方法又可以分為基于植入式標記點配準和基于自然解剖標記點的配準。其中基于植入式標記點，顧名思義需要在術前將標記物固定到病人身體上，會造成一定程度的創傷；而基于自然解剖標記點的方法，難點則在于難以實現標記點的自動識別。

因此，如何降低配準操作的難度和復雜度，同時有效地提高圖像配準的成功率，是目前本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請提供了一種圖像導航配準系統及圖像導航系統，以實現降低配準操作的難度和復雜度，同時有效地提高圖像配準的成功率的目的。

為實現上述技術目的，本申請實施例提供了如下技術方案：

一種圖像導航配準系統，基于包括參照體、相機跟蹤手柄和配準物的圖像導航系統實現，所述參照體、相機跟蹤手柄和所述配準物均包括多個能被導航相機檢測到的光學球，所述配準物還包括多個按預設順序排列的球形結構，所述球形結構由能被所述導航相機檢測到的材料制成；所述圖像導航配準系統包括：

數據獲取模塊，用于獲取包含待測目標和所述配準物的位置信息的圖像數據；

參照體固定模塊，用于將所述參照體固定于預設位置處，以使所述導航相機能夠同時檢測到所述配準物、參照體和所述待測目標；

物理空間確定模塊，用于根據所述球形結構所在位置，獲得物理空間位置點集；

圖像獲取模塊，用于將所述包含待測目標和所述配準物的位置信息的圖像數據輸入引導手術軟件中，獲取DICOM圖像和重建的三維立體圖像；

圖像空間確定模塊，用于利用所述DICOM圖像，并根據所述三維立體圖像中所述配準物的位置信息獲取圖像空間位置點集；

轉換矩陣確定模塊，用于根據所述圖像空間位置點集和所述物理空間位置點集，計算所述圖像空間位置點集和所述物理空間位置點集之間的轉換矩陣；

空間配準模塊，用于根據所述轉換矩陣，將圖像空間與物理空間進行配準。