[發明專利]脊柱術前三維影像與術中二維影像配準的方法與系統

在審

• 申請號: 202010168097.2
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111429491A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 肖建如;呂天予;周振華;馬科威;楊誠;邵帥;盛海紅
• 申請（專利權）人: 上海嘉奧信息科技發展有限公司
• 主分類號: G06T7/30
• 分類號: G06T7/30;G06T7/10
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種脊柱術前三維影像與術中二維影像配準的方法與系統，包括如下步驟：步驟1：術前對脊柱三維圖像生成正位和側位兩張DRR圖像；步驟2：在術前正位和側位DRR圖像上進行椎體分割；步驟3：在術中拍攝的正位和側位X光圖像上進行椎體分割；步驟4：對術前、術中對應椎體進行粗略配準；步驟5：對術前、術中對應椎體進行精確配準。本發明通過對脊柱進行椎體分割，采用單椎配準的方法，解決了術前、術中整體脊柱姿態不一致的問題；同時通過粗略配準限定精確配準范圍，減少了搜索區域以及數據量，提高了配準效率。

技術領域

本發明涉及臨床醫學技術領域，具體地，涉及一種脊柱術前三維影像與術中二維影像配準的方法與系統。

背景技術

在脊柱手術導航中，需要將在術前三維影像上的規劃應用到術中病人對應的位置上，通過將術前的三維影像與術中二維影像配準來確定術前數據與術中病人的對應關系。又由于人體脊柱有一定的柔性，術前三維影像拍攝人體的姿態與術中病人姿態不一致導致脊柱整體姿態前后偏差大。目前術前三維與術中二維配準的方法多采用對術前重建術前各個維度的DRR圖像通過全局搜索，效率較低。還有整體配準無法解決脊柱姿態不一致的問題。

公開號為CN100559397C的專利文獻公開了一種用于使目標特征的手術中二維(2D)醫學圖像的序列與所述目標特征的手術前三維(3D)醫學圖像配準的系統和方法。目標特征的3D圖像被轉換為第一骨架圖形。目標特征的2D圖像被轉換為第二骨架圖形。執行第一和第二骨架圖形的圖形匹配以獲得圖形的粗對準，并且使第一與第二骨架圖形配準。但是這種方法沒有考慮人體脊柱有一定的柔性，術前三維影像拍攝人體的姿態與術中病人姿態不一致導致脊柱姿態具有偏差的問題，因此在三維圖像和二維圖像匹配時可能出現誤差且全局搜索匹配效率不高，且脊柱整體配準無法解決脊柱姿態不一致的問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種脊柱術前三維影像與術中二維影像配準的方法與系統。

根據本發明的一個方面，提供一種脊柱術前三維影像與術中二維影像配準的方法，包括如下步驟：

步驟1：術前對脊柱三維圖像生成正位和側位兩張DRR圖像；

步驟2：在術前正位和側位DRR圖像上進行椎體分割；

步驟3：在術中拍攝的正位和側位X光圖像上進行椎體分割；

步驟4：對術前、術中對應椎體進行粗略配準；

步驟5：對術前、術中對應椎體進行精確配準。

優選地，所述步驟2包括如下步驟：

步驟2.1：在術前正位和側位DRR圖像上為每個椎體建立包圍盒，確定單個錐體需要配準的區域，分割椎體；

步驟2.2：定義術前正位和側位DRR圖像上單個錐體包圍盒的方向，Z方向為正位圖像方向，Y方向與椎體上平面垂直，確定包圍盒姿態，從而得到分割后各個錐體的姿態。

優選地，所述步驟3包括如下步驟：

步驟3.1：確定術中拍攝正位和側位X光圖像的C型臂X光機的姿態；

步驟3.2：通過C型臂X光機的姿態重建正位和側位X光圖像的姿態；

步驟3.3：在重建后的術中正位和側位X光圖像上進行椎體分割，為每個椎體建立包圍盒，確定單個錐體需要配準的區域；

步驟3.4：定義術中正位和側位X光圖像上單個錐體包圍盒的方向，Z方向為正位圖像方向，Y方向與椎體上平面垂直，確定包圍盒姿態，從而得到分割后各個錐體的姿態。

優選地，所述步驟4包括如下步驟：

步驟4.1：通過術前、術中對應椎體包圍盒的姿態計算相對矩陣offsetMatrix；