腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法技术

本发明专利技术涉及一种腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法。本发明专利技术通过对大量的腰椎CT样本进行DRR投影，得到投影图像样本，并对投影图像样本提取特征点，进而构建腰椎配准的先验模型。在进行腰椎配准时，先在手术前获取病人的腰椎CT图像，并利用形状模型和投影参数之间高度的相关性，建立姿态模型；在手术中通过X‑ray图像获得了腰椎的形状参数之后，能够直接通过姿态模型得到其投影参数，从而完成配准。避免了传统方法中在大量的投影图像中搜索一个最佳匹配度的投影图像，使得本发明专利技术能够高效地进行腰椎的3D/2D配准，在保证精度的同时，满足手术中高实时性的要求。

Construction method of lumbar registration prior model and lumbar registration method

The invention relates to a method for constructing a priori registration model of lumbar vertebrae and a method for lumbar registration. The DRR projection is carried out on a large number of lumbar CT samples, and a projection image sample is obtained, and the feature points are extracted from the projected image samples, and a prior model of the lumbar registration is constructed. In the lumbar registration, to obtain the lumbar CT image of patient before the operation, and the high correlation between the shape model and projection parameters, establish the attitude model; after surgery by X ray image has the shape parameters of the lumbar spine can directly through the attitude model get the projection parameters, so as to complete the registration. To avoid the traditional method in a large number of projection images in search of an optimal matching of image projection, 3D/2D registration so that the method can effectively guarantee the accuracy of the lumbar spine, at the same time, to meet the high real-time requirement in operation.

【技术实现步骤摘要】
腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法
本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法。
技术介绍
医生在进行脊椎手术过程中，需要图像引导，以便能够清楚脊椎的位置姿态和手术置入物(如螺钉)的具体位置。然而由于术中电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)设备昂贵，仅有少数医院配置，因此常用术前CT和术中X光(X-ray)图像来辅助医生手术。术中X-ray能提供二维影像，若要得到三维信息，需要将术中X-ray和术前CT进行配准，因此3D/2D的图像配准是图像引导手术中的关键问题。目前的3D/2D配准一般是将3D的数据投影到2D平面，然后进行2D/2D配准，最终在投影参数空间中找到一个最佳的投影参数使得投影图像与目标图像能够最佳配准。然而由于投影参数空间复杂度较高，所以这种基于搜索策略的3D/2D配准方法计算量巨大。也有的处理方法需要较多的人工干预，同样导致效率低下。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法，在保证精度的同时，大大提高了配准的效率，达到术中实时配准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A1，对预设数量的腰椎CT图像样本进行DRR投影，得到投影图像样本，并对投影图像样本提取特征点；步骤A2，根据步骤A1提取的特征点建立统计形状模型；步骤A3，建立统计灰度模型；步骤A4，将形状模型参数和灰度模型参数串联起来建立联合模型。

【技术特征摘要】
1.一种腰椎配准先验模型的构建方法以及腰椎配准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A1，对预设数量的腰椎CT图像样本进行DRR投影，得到投影图像样本，并对投影图像样本提取特征点；步骤A2，根据步骤A1提取的特征点建立统计形状模型；步骤A3，建立统计灰度模型；步骤A4，将形状模型参数和灰度模型参数串联起来建立联合模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A2具体为：使用普氏分析法将提取的特征点映射到一个共同的二维坐标系下，使得各投影图像样本特征点的重心与坐标原点重合，并消除平移、缩放、旋转对不同投影图像样本特征点的影响；对映射到共同二维坐标系下的特征点利用主成分分析法得到形状模型的标准正交基Ps，则各投影图像样本的特征点形状模型为：其中，为平均形状，所述平均形状为每个特征点的平均位置，bs为形状模型参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A3具体为：对各投影图像样本进行形状标准化，使得其特征点变形到平均形状上；把经过形状标准化的图像，在其形状模型所覆盖的区域进行采样，并对采样点进行归一化使其灰度均值为0，方差为1；利用主成分分析法得到表观模型Pg，则各投影图像样本特征点灰度模型g为：其中，为平均灰度，Pg为灰度模型的标准正交基，bg为灰度模型参数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A4具体为：步骤A41，将形状模型参数bs和灰度模型参数bg串联起来，其中，Ws为一个对角阵，用来平衡形状模型和灰度模型参数的量纲；步骤A42，对串联的形状模型和灰度模型参数利用主成分分析法得到联合模型:由于形状模型参数和灰度模型参数的均...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晖光，陈智强，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11