基于C臂的医学成像系统及匹配2D图像与3D空间的方法技术方案

本发明专利技术涉及基于C臂的医学成像系统及匹配2D图像与3D空间的方法。根据本发明专利技术的医学成像系统包括：具有X射线源和探测器的C臂；第一板，设置在X射线源与探测器之间的X射线路径上，且具有第一光学标记和其上设置有多个X射线不透明的第一球形标记的第一透射表面；第二板，设置在X射线源与探测器之间的X射线路径上，且具有第二光学标记和其上设置有多个X射线不透明的第二球形标记的第二透射表面；用于提供3D参考坐标系的参考光学标记；用于识别第一和第二光学标记以及参考光学标记的位置的光学跟踪装置；和匹配单元，其允许探测器分别在不同的第一和第二位置处获取对象的第一和第二捕获图像，并基于第一和第二捕获图像上的第一和第二球形标记的位置以及从光学跟踪装置获得的位置信息，计算3D参考坐标系上的坐标与第一和第二捕获图像上的位置之间的匹配关系。本发明专利技术可以从最小数量的C臂图像，即，在至少两个位置处获得的C臂图像之间的相关性推导出图像像素与空间坐标之间的匹配关系，从而可以使用最少数量的、未限制位置的C臂图像实现基于空间坐标的外科手术规划和导航功能，而不形成3D体素。素。素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于C臂的医学成像系统及匹配2D图像与3D空间的方法


[0001]本公开涉及一种基于C臂的医学成像系统及匹配2D图像与3D空间的方法，并且更具体地，涉及一种用于创建C臂图像像素与对应的3D空间坐标之间的匹配关系和/或任意3D坐标与对应的C臂图像像素之间的匹配关系的医学成像系统和方法。

技术介绍

[0002]基于C臂的医学成像系统通过允许医生实时检查治疗状态，为治疗的高精度做出了重大贡献。例如，当进行硬膜外注射、神经阻滞、神经成形术、射频热消融等作为椎间盘治疗已知的外科手术时，医生在注射和将导管插入脊神经周围的病灶时，用他/她的肉眼检查C臂图像，从而保证手术过程的安全性和准确性。
[0003]随着用于辅助医生进行手术过程的医疗机器人、规划系统、导航系统等的发展，要求医疗机器人、规划系统等具有先进的功能，例如，C臂扫描对象的3D重建、关于对象的3D空间位置信息等。然而，普通的C臂不提供这样的功能。
[0004]如图1所公开的，移动式C臂X射线装置通常包括X射线源100、面向X射线源100的探测器200、C形框架300和用于移动框架300的致动器400。手术操作者控制致动器400以旋转或平移移动框架300并将源100和探测器200定位在期望的捕获位置，并通过发射X射线获得图像。手术操作者可以在改变源100和探测器200的位置的同时获得对象500的多个X射线图像，并通过所谓的“反向投影”重建3D体素。
[0005]然而，由于C臂装置的几何结构不能提供准确的位置信息，因此，重建准确的体素且提供关于体素的位置信息是不可能的。C臂X射线源100很重，因此容易下垂，从而即使源100和探测器200沿框架300的圆周轨道旋转移动，C臂的几何结构也不会保持不变。因此，很难基于“反向投影”重建准确的体素。此外，由于探测器平面d 202位于C臂内部，只有制造商才知道探测器平面d 202的位置，而且，由于光源装置S 102位于外壳内部，因此光源的确切位置是未知的。因此，不可能基于C臂图像指定合并的3D模型的实际位置。
[0006]因此，需要一种新的医学成像系统的技术，其中只有关于给定C臂几何结构的信息就足以匹配图像与空间。

技术实现思路

[0007]技术问题
[0008]因此，本公开旨在解决相关技术的上述问题，本公开的一个方面在于提供一种用于在不形成3D体素的情况下，匹配期望的C臂图像像素与对应于图像像素的医疗空间坐标的医学成像系统和方法。此外，本公开将提供一种用于将任意医疗空间坐标与给定C臂图像上的特定像素匹配的医学成像系统和方法。
[0009]技术方案
[0010]根据本公开的一个方面，提供了一种医学成像系统，包括：C型透视设备(以下称为“C臂”)，包括X射线源和探测器；第一板，安装在X射线源与探测器之间的X射线路径上，且包
括第一透射表面和第一光学标记，该第一透射表面设置有多个阻挡X射线的第一球形标记；第二板，安装在X射线源与探测器之间的X射线路径上，且包括第二透射表面和第二光学标记，该第二透射表面设置有多个阻挡X射线的第二球形标记；参考光学标记，被配置为提供3D参考坐标系；光学跟踪装置，被配置为识别第一光学标记和第二光学标记以及参考光学标记的位置；以及匹配器，被配置为基于探测器在第一位置处和第二位置处分别获得的关于对象的第一捕获图像和第二捕获图像、第一捕获图像和第二捕获图像上的第一球形标记和第二球形标记的位置、以及由光学跟踪装置获得的位置信息，计算3D参考坐标系上的坐标与第一捕获图像和第二捕获图像上的位置之间的匹配关系。
[0011]这里，匹配器可以被配置为基于第一捕获图像和第二捕获图像上的第一球形标记的位置、与使用第一光学标记计算的第一板上的第一球形标记的位置之间的匹配关系，通过沿着X射线路径分别将第一捕获图像和第二捕获图像投影到第一板来获得第一投影图像和第二投影图像；并且可以被配置为基于第一投影图像和第二投影图像上的第二球形标记的位置、与使用第二光学标记计算的第二板上的第二球形标记的位置之间的匹配关系，获得分别对应于第一捕获图像和第二捕获图像的X射线源的第一源位置和第二源位置。此外，匹配器还可以被配置为计算3D成像空间，在该3D成像空间中，根据第一源位置与第一投影图像之间的位置关系、在第一源位置处发射的第一X射线的投影路径与根据第二源位置与第二投影图像之间的位置关系、在第二源位置处发射的第二X射线的投影路径重叠。
[0012]医学成像系统还可以包括：显示器，被配置为显示第一捕获图像和第二捕获图像；以及用户界面，被配置为从手术操作者接收关于第一捕获图像和第二捕获图像上的特定位置的信息，其中，该匹配器可以被配置为计算参考坐标系中的空间坐标，该空间坐标对应于手术操作者输入的位置信息。
[0013]医学成像系统还可以包括医疗器具，该医疗器具包括第三光学标记，其中匹配器可以被配置为获得由光学跟踪装置使用第三光学标记获得的医疗器具的位置坐标，并基于变换关系计算关于医疗器具在第一捕获图像和第二捕获图像上的位置信息。
[0014]此外，第一板可以包括被紧固到C臂的紧固构件，使得第一透射表面可以位于探测器的前方，并且，第二板可以安装在第一板与X射线探测器之间。
[0015]根据本公开的另一个方面，提供了一种匹配C臂2D图像与3D空间的方法，包括：通过C臂探测器在第一位置获得第一捕获图像；通过沿着对应于第一位置的第一X射线路径将第一捕获图像投影回到第一板来获得第一投影图像，其中，该第一板设置在第一X射线路径上并包括第一光学标记，该第一光学标记的位置在医疗空间坐标系(以下称为“参考坐标系”)中是可识别的；基于设置在第一X射线路径上的第二板的球形标记的参考坐标系上的位置与第一投影图像上的第二板的球形标记的位置之间的匹配关系，计算对应于第一位置的C臂源位置，即，第一源位置；通过C臂探测器在第二位置获得第二捕获图像；通过沿着对应于第二位置的第二X射线路径将第二捕获图像投影回到设置在第二X射线路径上的第一板来获得第二投影图像；基于设置在第二X射线路径上的第二板的球形标记的参考坐标系上的位置与第一投影图像上的第二板的球形标记的位置之间的匹配关系，计算对应于第二位置的C臂源位置，即，第二源位置；以及，计算连接第一源位置与第一投影图像上的第一像素的第一线与连接第二源位置与第二投影图像上的第二像素的第二线之间的交点的坐标。
[0016]此外，根据本公开的又一方面，提供了一种匹配C臂2D图像与3D空间的方法，包括：
通过C臂探测器在第一位置获得第一捕获图像；通过沿着对应于第一位置的第一X射线路径将第一捕获图像投影回到第一板来获得第一投影图像，其中，该第一板设置在第一X射线路径上并包括第一光学标记，该第一光学标记的位置在参考坐标系中是可识别的；基于设置在第一X射线路径上的第二板的球形标记的参考坐标系上的位置与第一投影图像上的第二板的球形标记的位置之间的匹配关系，计算对应于第一位置的C臂源位置，即，第一源位置；通过C臂探测器在第二位置获得第二捕获图像；通过沿着对应于第二位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种医学成像系统，包括：C型透视设备(以下称为“C臂”)，包括X射线源和探测器；第一板，安装在所述X射线源与所述探测器之间的X射线路径上，且包括第一透射表面和第一光学标记，该第一透射表面设置有多个阻挡X射线的第一球形标记；第二板，安装在所述X射线源与所述探测器之间的X射线路径上，且包括第二透射表面和第二光学标记，该第二透射表面设置有多个阻挡X射线的第二球形标记；参考光学标记，被配置为提供3D参考坐标系；光学跟踪装置，被配置为识别所述第一光学标记和所述第二光学标记以及所述参考光学标记的位置；以及匹配器，被配置为基于所述探测器在第一位置处和第二位置处分别获得的关于对象的第一捕获图像和第二捕获图像、所述第一捕获图像和所述第二捕获图像上的所述第一球形标记和所述第二球形标记的位置、以及由所述光学跟踪装置获得的位置信息，计算3D参考坐标系上的坐标与所述第一捕获图像和所述第二捕获图像上的位置之间的匹配关系。2.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中，所述匹配器被配置为基于所述第一捕获图像和所述第二捕获图像上的所述第一球形标记的位置、与使用所述第一光学标记计算的所述第一板上的所述第一球形标记的位置之间的匹配关系，通过沿着所述X射线路径分别将所述第一捕获图像和所述第二捕获图像投影到所述第一板来获得所述第一投影图像和所述第二投影图像。3.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中，所述匹配器被配置为基于所述第一投影图像和所述第二投影图像上的所述第二球形标记的位置、与使用所述第二光学标记计算的所述第二板上的所述第二球形标记的位置之间的匹配关系，获得分别对应于所述第一捕获图像和所述第二捕获图像的所述X射线源的第一源位置和第二源位置。4.根据权利要求3所述的医学成像系统，其中，所述匹配器被配置为计算3D成像空间，在该3D成像空间中，根据所述第一源位置与所述第一投影图像之间的位置关系、在所述第一源位置处发射的第一X射线的投影路径与根据所述第二源位置与所述第二投影图像之间的位置关系、在所述第二源位置处发射的第二X射线的投影路径重叠。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的医学成像系统，还包括：显示器，被配置为显示所述第一捕获图像和所述第二捕获图像；以及用户界面，被配置为从手术操作者接收关于所述第一捕获图像和所述第二捕获图像上的特定位置的信息；其中，所述匹配器被配置为计算所述参考坐标系中的空间坐标，该空间坐标对应于由所述手术操作者输入的位置信息。6.根据权利要求1
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4中任一项所述的医学成像系统，还包括医疗器具，该医疗器具包括第三光学标记；其中，所述匹配器被配置为获得由所述光学跟踪装置使用所述第三光学标记获得的所述医疗器具的位置坐标，并基于变换关系计算关于所述医疗器具在所述第一捕获图像和所述第二捕获图像上的位置信息。7.根据权利要求1
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4中任一项所述的医学成像系统，其中，所述第一板包括被紧固到所述C臂的紧固构件，使得所述第一透射表面能够位于所述探测器的前方。
8.根据权利要求1
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4中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔真赫，
申请(专利权)人：克瑞肖株式会社，
类型：发明
国别省市：