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一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法.pdf

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一種 超聲 影像 CT 實時 匹配 融合 方法
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摘要
申請專利號:

CN201710976256.X

申請日:

20171019

公開號:

CN107595390A

公開日:

20180119

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A61B34/20,A61B90/10 主分類號: A61B34/20,A61B90/10
申請人: 青島大學附屬醫院
發明人: 盧云,張卓立,劉廣偉,于綦悅,張憲祥
地址: 266000 山東省青島市市南區江蘇路16號
優先權: CN201710976256A
專利代理機構: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 代理人: 陳永寧
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201710976256.X

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法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明提出了一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,術前對患者進行超聲掃描和CT掃描,將每個感興趣區與對應CT影像進行匹配融合,術中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航,超聲掃描獲得實時超聲影像,獲得實時矩陣,根據各個標記點在實時矩陣中的排列位置,調整CT影像的成像角度,超聲影像與CT影像同時呈現在顯示界面上。本發明實現了圖像引導手術過程中超聲影像與CT影像的匹配融合,到達病灶位置時,呈現彼此對應的超聲影像與CT影像,而且CT影像的成像角度根據醫生的操作進行實時調整,方便醫生得到直觀的、彼此對應的超聲影像與CT影像,提高手術的精確度。

權利要求書

1.一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟一,術前對患者進行超聲掃描和CT掃描;其中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航模擬,模擬過程對超聲影像中感興趣區域進行標記,以病灶點為中心,對病灶點及其前后上下進行標記,病灶點連續,則以連續的多個病灶點為主軸,對主軸及其上下前后進行標記,通過標記點標識出感興趣區域,并以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,每個標記點對應一個網格;對感興趣區中各個標記點的特征值進行提取,特征值包括該標記點所對應網格區域的人體組織紋理特征和血管紋理特征;對感興趣區域進行CT掃描,獲得CT影像;步驟二,每個感興趣區對應一個CT影像,將每個感興趣區與對應CT影像進行匹配融合,包括以下步驟:通過網格矩陣對術前獲得的各個標記點的特征值進行存儲,按照排列規則將各個標記點順序排列到矩陣中的相應位置,矩陣中的每一格對應存儲一個標記點的特征值,以該排列順序作為標準矩陣,各個標記點在標準矩陣中的排列位置決定CT影像的標準成像角度;步驟三,術中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航,超聲掃描獲得實時超聲影像,到達感興趣區域后,對該實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取;將實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,匹配區域的中心作為實時超聲影像中的標記點,在實時超聲影像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分;步驟四,對實時超聲影像中的各個標記點,以與步驟二中相同的規則進行排列,存儲到新的網格矩陣中,獲得實時矩陣,根據各個標記點在實時矩陣中的排列位置,調整CT影像的成像角度;步驟五,超聲影像與CT影像同時呈現在顯示界面上。2.如權利要求1所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,所述步驟一中,對超聲影像中感興趣區域進行標記的過程具體為:通過外置的圖像識別計算機對連續的超聲影像進行分解,劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像中各個標記點的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中各個標記點的特征值,多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值。3.如權利要求1所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,所述步驟三中,通過外置的圖像識別計算機對實時超聲影像進行分解,將連續超聲影像劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中所有點的特征值,多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值;特征點的匹配過程也在圖像識別計算機中實現,匹配過程與超聲成像過程同時進行,將幀圖像中所有點的特征值與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,獲得該幀圖像中的標記點,在該幀圖像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,多個幀圖像標記、劃分完成后,匯集成實時超聲影像的標記、劃分結果。4.如權利要求1所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,所述步驟二和步驟四中,所述標記點在網格矩陣中的排列規則為:根據感興趣區中標記點的數量,分配最小網格矩陣,標記點根據在圖像中的位置,以自左至右,自上而下的順序在網格矩陣中排列。5.如權利要求1所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,CT影像的初始角度為步驟二中CT影像的標準成像角度,標準成像角度由術前的圖像引導手術導航模擬過程獲得;術中,醫生根據手術需要調整實時超聲影像的角度,根據各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,實時調整CT影像的成像角度,供醫生參考。6.如權利要求2或3所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,所述每固定間隔提取一副幀圖像的步驟中,該固定間隔根據外置的圖像識別計算機的運算速度設定,運算速度快,固定間隔的時間短,運算速度慢,固定間隔的時間長。7.如權利要求6所述的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,其特征在于,還包括緩存步驟,進行特征點的匹配過程的同時,對下一時間間隔的幀圖像進行緩存并提取該幀圖像中所有點的特征值。

說明書

技術領域

本發明涉及醫學成像領域,特別涉及一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法。

背景技術

一直以來,超聲成像以其實時性、可重復性、可移動性著稱,尤其是實時性,超生醫生利用實時成像將超聲運用在各個領域,例如實時引導穿刺、實時超聲造影成像、實時彩色多普勒血流成像,實時彈性成像等等。

CT成像廣泛運用于臨床已近半個世紀,以其良好得分辨率和與臨床醫生良好得溝通性被接受,但是CT成像無法實現實時性,更沒有移動性。

目前,圖像引導手術需要超聲二維影像來對手術器械進行實時定位,但是對于病灶的識別還需要通過CT影像,因為CT影像是三維的,成像分辨率更高、視野更寬,病灶識別更清楚,因此,目前的圖像引導手術還是需要醫生通過超聲影像作為引導,術中參考術前獲得的CT影像進行病灶判斷與處理,手術時間很大一部分用在了影像比對上,反復的影像比對也對醫生操作的準確性造成了影響。

如何提供一種將超聲影像與CT影像進行融合的方法,是目前醫學成像領域亟待解決的問題。

發明內容

為解決上述現有技術中的不足,本發明提出一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,實現了圖像引導手術過程中超聲影像與CT影像的匹配融合,方便醫生得到直觀的、彼此對應的超聲影像與CT影像,提高手術的精確度。

本發明的技術方案是這樣實現的:

一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,包括以下步驟:

步驟一,術前對患者進行超聲掃描和CT掃描;其中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航模擬,模擬過程對超聲影像中感興趣區域進行標記,以病灶點為中心,對病灶點及其前后上下進行標記,病灶點連續,則以連續的多個病灶點為主軸,對主軸及其上下前后進行標記,通過標記點標識出感興趣區域,并以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,每個標記點對應一個網格;對感興趣區中各個標記點的特征值進行提取,特征值包括該標記點所對應網格區域的人體組織紋理特征和血管紋理特征;對感興趣區域進行CT掃描,獲得CT影像;

步驟二,每個感興趣區對應一個CT影像,將每個感興趣區與對應CT影像進行匹配融合,包括以下步驟:通過網格矩陣對術前獲得的各個標記點的特征值進行存儲,按照排列規則將各個標記點順序排列到矩陣中的相應位置,矩陣中的每一格對應存儲一個標記點的特征值,以該排列順序作為標準矩陣,各個標記點在標準矩陣中的排列位置決定CT影像的標準成像角度;

步驟三,術中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航,超聲掃描獲得實時超聲影像,到達感興趣區域后,對該實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取;將實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,匹配區域的中心作為實時超聲影像中的標記點,在實時超聲影像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分;

步驟四,對實時超聲影像中的各個標記點,以與步驟二中相同的規則進行排列,存儲到新的網格矩陣中,獲得實時矩陣,根據各個標記點在實時矩陣中的排列位置,調整CT影像的成像角度;

步驟五,超聲影像與CT影像同時呈現在顯示界面上。

可選地,所述步驟一中,對超聲影像中感興趣區域進行標記的過程具體為:通過外置的圖像識別計算機對連續的超聲影像進行分解,劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像中各個標記點的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中各個標記點的特征值,多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值。

可選地,所述步驟三中,通過外置的圖像識別計算機對實時超聲影像進行分解,將連續超聲影像劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中所有點的特征值,多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值;特征點的匹配過程也在圖像識別計算機中實現,匹配過程與超聲成像過程同時進行,將幀圖像中所有點的特征值與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,獲得該幀圖像中的標記點,在該幀圖像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,多個幀圖像標記、劃分完成后,匯集成實時超聲影像的標記、劃分結果。

可選地,所述步驟二和步驟四中,所述標記點在網格矩陣中的排列規則為:根據感興趣區中標記點的數量,分配最小網格矩陣,標記點根據在圖像中的位置,以自左至右,自上而下的順序在網格矩陣中排列。

可選地,各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,CT影像的初始角度為步驟二中CT影像的標準成像角度,標準成像角度由術前的圖像引導手術導航模擬過程獲得;術中,醫生根據手術需要調整實時超聲影像的角度,根據各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,實時調整CT影像的成像角度,供醫生參考。

可選地,所述每固定間隔提取一副幀圖像的步驟中,該固定間隔根據外置的圖像識別計算機的運算速度設定,運算速度快,固定間隔的時間短,運算速度慢,固定間隔的時間長。

可選地,還包括緩存步驟,進行特征點的匹配過程的同時,對下一時間間隔的幀圖像進行緩存并提取該幀圖像中所有點的特征值。

本發明的有益效果是:

(1)實現了圖像引導手術過程中超聲影像與CT影像的匹配融合;

(2)到達病灶位置時,呈現彼此對應的超聲影像與CT影像,而且CT影像的成像角度根據醫生的操作進行實時調整,方便醫生得到直觀的、彼此對應的超聲影像與CT影像,提高手術的精確度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據本發明的方法對感興趣區域進行標記的原理圖;

圖2為本發明通過網格矩陣對術前獲得的各個標記點的特征值進行存儲的一個實施例的示意圖;

圖3為與圖2所示實施例相對應的CT影像的成像示意圖;

圖4為本發明通過網格矩陣對術中獲得的各個標記點的特征值進行存儲的一個實施例的示意圖;

圖5為與圖4所示實施例相對應的CT影像的成像示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。

現有的圖像引導手術需要超聲二維影像來對手術器械進行實時定位,術中參考術前獲得的CT影像進行病灶判斷與處理,由于超聲影像和CT影像不是實時對應的,兩種影像比對過程對醫生操作的準確性造成了影響。

本發明提出了一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,實現了圖像引導手術過程中超聲影像與CT影像的匹配融合,到達病灶位置時,呈現彼此對應的超聲影像與CT影像,而且CT影像的成像角度根據醫生的操作進行實時調整,方便醫生得到直觀的、彼此對應的超聲影像與CT影像,提高手術的精確度。

本發明的一種超聲影像與CT影像的實時匹配融合方法,包括以下步驟:

步驟一,術前對患者進行超聲掃描和CT掃描;其中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航模擬,模擬過程中對感興趣區域進行標記,以病灶點為中心,對病灶點及其前后上下進行標記,病灶點連續,則以連續的多個病灶點為主軸,對主軸及其上下前后進行標記,通過標記點標識出感興趣區域,并以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,每個標記點對應一個網格;對感興趣區中各個標記點的特征值進行提取,特征值包括該標記點所對應網格區域的人體組織紋理特征和血管紋理特征;對感興趣區域進行CT掃描,獲得CT影像。

由于人體組織紋理和血管紋理具有較高的識別度,不同區域的人體組織紋理或者血管紋理重合的概率低于千萬分之一,因此,同時提取人體組織紋理特征和血管紋理特征,進一步降低了紋理特征重合概率。

圖1示出了對感興趣區域進行標記的原理圖,圖1中,病灶點10為連續的多個,病灶點及其上下前后都標記有標記點20,通過標記點20的標識作用,可以明確的標識出感興趣區域,將醫生術中操作的感興趣區域與患者正常區域區分開。

上述步驟一中,通過外置的圖像識別計算機對連續的超聲影像進行分解,采用外置圖像識別計算機可以保證處理的實時性,外置的圖像識別計算機將連續的超聲影像劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像中各個標記點的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中各個標記點的特征值,多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值,同理,多個幀圖像中各個標記點的特征值匯集形成超聲影像中所有標記點的特征值。

步驟二,每個感興趣區對應一個CT影像,將每個感興趣區與對應CT影像進行匹配融合,包括以下步驟:通過網格矩陣對術前獲得的各個標記點的特征值進行存儲,按照排列規則將各個標記點順序排列到矩陣中的相應位置,矩陣中的每一格對應存儲一個標記點的特征值,以該排列順序作為標準矩陣,各個標記點在標準矩陣中的排列位置決定CT影像的標準成像角度。

上述網格矩陣中的每一格對應一個存儲區域,該存儲區用于存儲一個標記點的特征值,包括該標記點所對應網格區域的人體組織紋理特征和血管紋理特征,而且,上述標記點的特征值是由多個幀圖像中相同標記點的特征值匯集成超聲影像中該標記點的特征值。

圖2示出了通過網格矩陣對術前獲得的各個標記點的特征值進行存儲的原理圖,該實施例中,結合圖1所示,標記點為48個。標記點在網格矩陣中的排列規則為:根據感興趣區中標記點的數量,分配最小網格矩陣,標記點根據在圖像中的位置,以自左至右,自上而下的順序在網格矩陣中排列。因此,根據圖1所示實施例,48個標記點分配的最小網格矩陣為7×7矩陣,根據自左至右,自上而下的順序對各個標記點進行標號,1-48號依次排列到網格矩陣中的相應位置。網格矩陣的排列順序沒有特殊要求,只要固定即可,每個標記點有其固定的位置。圖2所示實施例中,網格矩陣的排列規則為1-48號標記點在網格矩陣中自左至右、自上而下依次排列。以圖2中所示排列順序作為標準矩陣,各個標記點在標準矩陣中的排列位置決定CT影像的標準成像角度,如圖3所示,導航模擬過程中,醫生根據后續手術的需要,標記好感興趣區域,并以該超聲影像的標記點生成標準CT影像。

步驟三,術中,通過超聲掃描進行圖像引導手術導航,超聲掃描獲得實時超聲影像,到達感興趣區域后,對該實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取;將實時超聲影像中的人體組織紋理特征和血管紋理特征與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,匹配區域的中心作為實時超聲影像中的標記點,在實時超聲影像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分。

上述步驟三中,通過外置的圖像識別計算機對實時超聲影像進行分解,將連續超聲影像劃分為幀圖像序列,每固定間隔提取一副幀圖像,對該幀圖像的人體組織紋理特征和血管紋理特征進行提取,進而獲得該幀圖像中所有點的人體組織紋理特征和血管紋理特征;特征點的匹配過程也在圖像識別計算機中實現,匹配過程與超聲成像過程同時進行,將幀圖像中所有點的特征值與步驟一中各個標記點的特征值進行比對,獲得該幀圖像中的標記點,在該幀圖像上以各個標記點為中心,對感興趣區域進行網格劃分,多個幀圖像標記點標記、網格劃分完成后,匯集成實時超聲影像的標記、劃分結果。

步驟四,對實時超聲影像中的各個標記點,以與步驟二中相同的規則進行排列,存儲到新的網格矩陣中,獲得實時矩陣,根據各個標記點在實時矩陣中的排列位置,調整CT影像的成像角度。

各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,CT影像的初始角度為步驟二中標準CT影像的成像角度,標準成像角度由術前的圖像引導手術導航模擬過程獲得,如圖3所示。術中,醫生根據手術需要調整實時超聲影像的角度,根據各個標記點在網格矩陣中的排列位置與CT影像的成像角度成對應關系,實時調整CT影像的成像角度,供醫生參考。如圖4所示,相比于圖2中矩陣,各個標記點在實時矩陣中的排列位置發生了改變,因此,圖5中,CT影像的成像角度也相應發生調整,當然,圖4和圖5中的對應關系僅為示意性的。

步驟五,超聲影像與CT影像同時呈現在顯示界面上。

為了提高圖形識別過程的速度,本發明通過外置的圖像識別計算機進行上述步驟一和步驟三中的標記、標記點比對操作,所述每固定間隔提取一副幀圖像的步驟中,該固定間隔根據外置的圖像識別計算機的運算速度設定,運算速度快,固定間隔的時間短,運算速度慢,固定間隔的時間長,保證圖像識別過程與超聲圖像成像過程同步。

為了進一步提高圖像識別過程與超聲圖像成像過程同步,圖像識別計算機的處理過程還包括緩存步驟,在進行特征點的匹配過程的同時,對下一時間間隔的幀圖像進行緩存并提取該幀圖像中所有點的特征值。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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