[發明專利]一種器官三維圖像重建方法

在審

• 申請號: 202110664096.1
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113345078A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 陳奎;張博
• 申請（專利權）人: 無錫艾米特智能醫療科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 錢揚保;張群峰

本發明公開了一種器官三維圖像重建方法，包括以下步驟：步驟1.超聲圖像和圖像姿態信息獲取及處理；步驟2.基于超聲圖像和姿態信息的器官三維圖像重構；步驟3.器官三維圖像模型的可視化顯示；其中步驟1包括：1)超聲探頭掃描；2)超聲視頻采集；3)超聲圖像對應姿態信息的獲取；4)超聲圖像與對應姿態信息的匹配。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種器官三維圖像重建方法。

背景技術

基于2D醫療圖像重建器官組織的三維圖像對于手術導航具有重要的意義，特別是對于使用機器人輔助的手術系統，為其實現自動術前規劃和術中實時配準提供必需的參考依據。

近些年來，機器人輔助手術和導航技術得到越來越廣泛的應用，在醫學影像導航的研究中，出現了以磁力傳感器和光學追蹤設備為核心部件的超聲影像三維器官組織模型重建技術，兩種技術的研究尚未成熟且傳感設備成本高。磁力傳感器容易受到電磁干擾，使用范圍有限；光學追蹤相機在使用時與被觀察的超聲探頭之間不可以存在遮擋物，否則探頭定位功能失效三維重建無法完成。由于以上的原因，在機器人輔助的手術三維導航技術中，如何解決三維器官組織重建的穩定性和實時性，且能夠降低設備成本以利于推廣，是亟待解決的問題。

為此，本發明提出了一種器官三維圖像重建方法，與當前的技術方案相比，省去了昂貴的磁力傳感器設備和光學追蹤設備，解決了三維重建過程中容易受到外部環境干擾，系統穩定性差的問題，可實時構建器官高精度模型，提高了手術的精準性和安全性。

發明內容

為實現本發明之目的，采用以下技術方案予以實現：

一種器官三維圖像重建方法，其中包括以下步驟：

步驟1.超聲圖像和圖像姿態信息獲取及處理；

步驟2.基于超聲圖像和姿態信息的器官三維圖像重構；

步驟3.器官三維圖像模型的可視化顯示；

其中步驟1包括：1)超聲探頭掃描；2)超聲視頻采集，獲得超聲視頻信息；3)超聲圖像對應姿態信息的獲取，獲得超聲探頭姿態信息(x,y,z,γ,β,α)；4)超聲圖像與對應姿態信息的匹配。

所述的器官三維圖像重建方法，其中步驟1中超聲圖像與對應姿態信息的匹配包括：對于超聲探頭姿態信息，每隔預定的時間差采樣連續的預定個數的姿態信息作為一個姿態信息組，每個姿態信息組與和其自身的組序號相同的視頻幀序號的視頻幀相對應，每組超聲探頭姿態信息中選第1個姿態信息與對應的視頻幀相匹配。

所述的器官三維圖像重建方法，其中步驟2包括：

1)超聲圖像中器官的識別和識別結果顯示采樣：對采集到的每幀圖像，進行圖像識別，提取對應的想要建立模型的器官輪廓，對器官輪廓進行采樣，得到輪廓采樣點；

2)基于采樣得到的器官輪廓采樣點，進行三維坐標變化，獲取該幀圖片各輪廓點在機器人坐標系中的實際位置，并對于稀疏點進行基于輪廓特征的插補處理。

所述的器官三維圖像重建方法，其中步驟2中，基于采樣得到的器官輪廓點，進行三維坐標變化，獲取該幀圖片各輪廓點在機器人坐標系中的實際位置按如下方式進行：

機器人坐標系、探頭坐標系和圖像坐標系分別定義為{B}，{P}和{I}，{P}到{B}的轉換矩陣為{I}到{P}的轉換矩陣為

(a)超聲圖像像素坐標到探頭坐標轉換

設采樣后某一點A在超聲圖像中像素點坐標為A(a，b)，則其轉換后的物理坐標為A(a′，b′，c′)，其中m和n為比例系數，a為x軸坐標，b為y軸坐標，a’為x軸坐標，b’為y軸坐標，c’為z軸坐標，轉換公式如下

a′＝m*a (7)