[發(fā)明專利]一種物理到圖像/圖像到物理的自動(dòng)配準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011003357.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN112330723B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳志杰;熊體超;凌永權(quán);李康榮;唐會(huì);龐康高;李觀華;林宇恒;鮑浩能
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明涉及一種物理到圖像/圖像到物理的自動(dòng)配準(zhǔn)方法，所述方法包括以下步驟：S1：輸入標(biāo)記物模板的三維圖像，構(gòu)建標(biāo)記物模板的特征向量hsubgt;template/subgt;；輸入目標(biāo)模型的三維圖像，構(gòu)建目標(biāo)模型的特征向量hsubgt;j/subgt;；S2：對(duì)特征向量hsubgt;template/subgt;和特征向量hsubgt;j/subgt;進(jìn)行特征匹配，從模板模型中識(shí)別出與標(biāo)記物模板的標(biāo)記點(diǎn)最接近的特征點(diǎn)；S3：求出標(biāo)記物表面上的點(diǎn)，并打上對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽；S4：輸出帶有標(biāo)記物表面標(biāo)簽的目標(biāo)模型三維圖像。本發(fā)明通過自動(dòng)化技術(shù)分析標(biāo)記物模板和對(duì)象模型的三維圖像的點(diǎn)云信息，構(gòu)建了特征向量從而進(jìn)行匹配標(biāo)記物表面，可有效提高標(biāo)記物檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理域與圖像域的配準(zhǔn)檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種物理到圖像/圖像到物理的自動(dòng)配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，醫(yī)學(xué)圖像分析是醫(yī)務(wù)人員對(duì)患者進(jìn)行診斷和治療的非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。常用的3D醫(yī)學(xué)圖像可以由計(jì)算機(jī)斷層(CT)掃描或非接觸式光學(xué)掃描儀(OS)獲得。醫(yī)務(wù)人員經(jīng)常將同一患者的多個(gè)圖像進(jìn)行分析，或者將圖像與真實(shí)物體一起進(jìn)行分析，來對(duì)人體進(jìn)行研究并規(guī)劃治療方案。因此，在醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行規(guī)劃前，如果能夠把圖像的多種互補(bǔ)信息整合在一起，使圖像中的各點(diǎn)與另外的圖像或物理世界的實(shí)物對(duì)應(yīng)點(diǎn)保持一致，那么將有助于醫(yī)務(wù)人員獲得更多的參考信息，提高臨床診斷的準(zhǔn)確性。參考“Lam,W.,Ngan,H.,Wat,P.,Luk,H.,Pow,E.,Goto,T..(2015).Novel?geometric?coordinationregistration?in?cone-beam?computed?Tomogram.Applied?Imagery?PatternRecognition?Workshop.IEEE.”，Lam等人提出了一種從立方體的笛卡爾坐標(biāo)到三維圖像的有效映射，通過物理到圖像(PI)/圖像到物理(IP)的配準(zhǔn)，定義了物體和圖像的幾何坐標(biāo)，并在定義的平面上得到正交圖像。后來，參考“Lam,W.Y.H.,Luk,H.W.K.,Ngan,H.Y.T.,Hsung,R.T.C.,Goto,T.K.,Pow,E.H.N..(2016).Validation?of?a?novel?geometriccoordination?registration?using?manual?and?semi-automatic?registration?incone-beam?computed?tomogram.Ist?International?Symposium?on?ElectronicImaging(Vol.2016,pp.1-6).”，Lam等人定義了物理立方角(CC)上的直角坐標(biāo)系，并使用多個(gè)表面(例如，三個(gè)正交表面形成CC)進(jìn)行多個(gè)圖像的半自動(dòng)配準(zhǔn)。這些表面有一個(gè)內(nèi)在的關(guān)系，定義了笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)和x,y,z軸。把坐標(biāo)系定義在CC上可以使得配準(zhǔn)更加簡(jiǎn)單和精確。在物理域，定義了CC的對(duì)象可以很容易地被坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)測(cè)量出目標(biāo)點(diǎn)在物理域中的真實(shí)坐標(biāo)。Lam等人以CMM所度量的目標(biāo)點(diǎn)為金標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)定義了CC的3D虛擬圖像進(jìn)行手動(dòng)配準(zhǔn)和半自動(dòng)配準(zhǔn)，分別測(cè)得目標(biāo)配準(zhǔn)誤差(TRE)為0.56mm和0.39mm。參考專利“Walter?Y.H.Lam，Henry?Y.T.Ngan，Tai-Chiu?Hsung，Henry?W.K.Luk，Edmond?Pow.(2018).Multiple?surfaces?for?physical-to-image/image-to-physical?registrationand?image?verification.Patent:WO?2018/152742A1”,發(fā)明人更進(jìn)一步建議在實(shí)際應(yīng)用中采用多個(gè)幾個(gè)曲面，包括CC和圓盤。

此前，圖像配準(zhǔn)算法有基于體素強(qiáng)度的最佳擬合算法、基于基準(zhǔn)標(biāo)記的配準(zhǔn)算法和基于表面的配準(zhǔn)算法。然而，基于體素強(qiáng)度的最佳擬合算法只適用于圖像到圖像(II)的配準(zhǔn)，無法應(yīng)用于PI/IP配準(zhǔn)。基于基準(zhǔn)標(biāo)記的配準(zhǔn)算法需要在患者或模型上標(biāo)記一些點(diǎn)，這將使得一些技術(shù)性上的困難，例如在有限空間的口腔或口腔模型上打上足夠的標(biāo)記點(diǎn)，而且這會(huì)增加在配準(zhǔn)時(shí)所需要的計(jì)算時(shí)間。基于表面的配準(zhǔn)算法通常不被用于PI/IP的配準(zhǔn)，因?yàn)閷?duì)象的表面特性會(huì)使OS掃描儀捕捉到的表面出現(xiàn)問題，所以無法確保得到的表面精度達(dá)到要求。