基于血管校正组织形变的方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于血管校正组织形变的方法及装置，该方法包括：基于医学影像数据建立三维模型，从三维模型中提取血管相关信息建立第1点云；建立真实空间到三维模型的转换关系；组织形变后，使用数据采集单元采集感兴趣区域的血管相关信息建立第2点云；将所述第2点云的至少一部分与第1点云的至少一部分进行非刚性配准，建立非刚性匹配关系；使用非刚性匹配关系对三维模型的至少一部分进行校正，获得经校正的三维模型。得经校正的三维模型。得经校正的三维模型。

【技术实现步骤摘要】
基于血管校正组织形变的方法及装置


[0001]本申请涉及医学图像处理领域，具体涉及一种基于血管校正组织形变的方法及装置。

技术介绍

[0002]定位导航技术对于外科手术有着非常重要的意义，但是手术操作会导致组织发生形变，与术前采集的医学影像信息、医学三维模型和手术计划产生差异，无法继续精确地按计划进行手术。
[0003]为解决这一问题，现有技术提出了一些配准校正的手段，例如：按照预设的组织特性对三维模型进行校正，当采用预设的组织特性进行校正时，会因为脑组织的体积较大和结构不均一，个体的组织结构性质差异，导致校正效果不佳；或者采集脑组织表面结构特征(比如大脑皮层的沟回)来形成标志点进行校正；但是，由于大脑皮层灰质缺乏明确清晰的结构，加上个体差异(部分人的脑沟很浅)，即便是经验丰富的专家也经常无法识别出重要的结构和沟回，使得该方法存在较大大缺陷，很多情况下无法使用；此外也有人采用术中成像技术，例如术中MRI、CT或X光等，术中成像技术的精确度虽好，但是会中断手术进程，延长手术时间，增加成本成本，医师和患者都不得不承受更多的辐射吸收剂量。
[0004]对此，本专利技术提供了一种新的解决方法，使用血管相关信息作为参照，获取组织形变后的非刚性匹配关系，对三维模型进行校正。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述技术问题，本申请实施例提出了一种基于血管校正组织形变的方法，可以执行该方法的手术导航系统、手术定位导航系统和手术机器人系统，以解决术中组织形变，术前规划精准度下降等问题。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种基于血管校正组织形变的方法，包括：
[0007]步骤1：基于医学影像数据建立三维模型，从所述三维模型中提取血管相关信息建立第1点云；
[0008]步骤2：建立真实空间到所述三维模型的转换关系；
[0009]步骤3：使用数据采集单元采集感兴趣区域的血管相关信息建立第2点云；
[0010]步骤4：将所述第2点云的至少一部分与所述第1点云的至少一部分进行非刚性配准，建立非刚性匹配关系；
[0011]步骤5：使用所述非刚性匹配关系对所述三维模型的至少一部分进行校正，获得经校正的三维模型。
[0012]本专利技术中，不同的步骤仅仅用来表示将该步骤与其他步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些步骤之间存在这种实际顺序，例如步骤2和步骤3可以变换顺序，或者同时进行。
[0013]本专利技术的方法可以适合于含有血管的各种组织(优选地，例如大脑、肝脏等)。
[0014]可选地，步骤3的第2点云采集在组织发生形变后进行。
[0015]本专利技术的方法中，步骤3至步骤5可以重复一次或更多次。
[0016]本专利技术的方法中，感兴趣区域可以包括大脑皮层表面血管和/或深部血管。
[0017]本专利技术的方法中，血管相关信息可以包含以下任一：
[0018]血管结构；
[0019]血管中心线；
[0020]血管结构和血管中心线；
[0021]其中血管结构包含血管结构的全部或者部分结构信息。
[0022]本专利技术的方法中，转换矩阵可以通过点云采集器和配套的定位辅助系统获得结构特征点的空间位置信息与三维模型配准得到。结构特征点可以选自以下任一或其组合：皮肤特征点、皮肤标记点、颅骨特征点、骨钉、和脑特征点。皮肤特征点例如鼻尖、眼角等；脑特征点例如血管分叉点等。
[0023]本专利技术的方法中，所述点云采集器和配套的定位辅助系统可以选自以下任一：
[0024]追踪装置和定位探针；
[0025]追踪装置和激光发生器；
[0026]追踪装置和三维扫描仪；
[0027]机械臂和定位探针；
[0028]机械臂和激光测距仪；
[0029]机械臂和三维扫描仪。
[0030]定位辅助系统可以是光学追踪装置、电磁追踪装置、或者机械臂等能够定位的装置。
[0031]可选地，本专利技术的方法中，追踪装置是光学追踪装置或电磁追踪装置，可以借助追踪结构追踪与其配套使用的定位探针、激光发生器或三维扫描仪，例如通过在定位探针、激光发生器或三维扫描仪上安装定位参考架。
[0032]进一步地，光学追踪装置可以是红外光追踪装置。
[0033]进一步地，三维扫描仪选自以下任一：结构光点云采集器、面激光扫描仪、线激光扫描仪。
[0034]可选地，本专利技术的方法中，数据采集单元的结构可以选自以下任一：
[0035]探针，
[0036]探针和超声仪，
[0037]结构光点云采集器，
[0038]结构光点云采集器和超声仪，
[0039]超声仪，
[0040]3D荧光相机，
[0041]3D荧光相机和超声仪；。
[0042]配合所述数据采集单元的定位辅助系统可以是追踪装置或机械臂。
[0043]进一步地，超声仪可以是常规超声仪或无接触式激光超声仪，深部血管可以通过超声仪获得。
[0044]本专利技术的方法中，非刚性配准过程中通过所述转换关系将所述第2点云的至少一
部分与所述第1点云的至少一部分统一在同一坐标系下。进一步地，坐标系可以选自：
[0045]三维模型坐标系；
[0046]定位辅助系统坐标系；
[0047]病人坐标系；
[0048]其中定位辅助系统坐标系包含与其直接相关或间接相关的坐标系；病人坐标系包括病人自身或者与之具有相对固定关系且可被定位辅助系统识别的坐标系。
[0049]可选地，本专利技术的方法还包括步骤6：验证步骤，所述验证步骤使用随机选择的至少一个点验证所述校正是否达到预期。
[0050]进一步地，验证可以使用探针来进行，优选地使用血管分叉点进行验证；验证也可以使用激光发生器、结构光点云采集器等进行。
[0051]本专利技术的第二方面提供了一种基于血管校正组织形变的装置，其包含处理单元，处理单元可以执行前文所述的方法。
[0052]处理单元包括：
[0053]第一点云提取模块：用于基于医学影像数据建立三维模型，从所述三维模型中提取血管相关信息建立第1点云；
[0054]转换关系模块：其用于建立真实空间到所述三维模型的转换关系；
[0055]第二点云获取模块：使用数据采集单元采集感兴趣区域的血管相关信息建立第2点云；
[0056]非刚性配准模块：其用于将所述第2点云的至少一部分与所述第1点云的至少一部分进行非刚性配准，建立非刚性匹配关系；
[0057]模型校正模块：使用所述非刚性匹配关系对所述三维模型的至少一部分进行校正，获得经校正的三维模型。
[0058]可选地，还包括验证单元，其用于使用随机选择的至少一个点验证校正是否达到预期。
[0059]每一个模块都可以调用一次或更多次，从而实现更佳的形变校正。
[0060]本专利技术的第三方面提供了一种手术导航系统，包括：
[0061本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于血管校正组织形变的方法，其特征在于，包括：步骤1：基于医学影像数据建立三维模型，从所述三维模型中提取血管相关信息建立第1点云；步骤2：建立真实空间到所述三维模型的转换关系；步骤3：使用数据采集单元采集感兴趣区域的血管相关信息建立第2点云；步骤4：将所述第2点云的至少一部分与所述第1点云的至少一部分进行非刚性配准，建立非刚性匹配关系；步骤5：使用所述非刚性匹配关系对所述三维模型的至少一部分进行校正，获得经校正的三维模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3至步骤5可以重复一次或更多次。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感兴趣区域可以包括大脑皮层表面血管和/或深部血管。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，血管相关信息可以包含以下任一：血管结构；血管中心线；血管结构和血管中心线。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换关系可以使用点云采集器和配套的定位辅助系统获得结构特征点的空间位置信息与三维模型配准得到。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述结构特征点可以选自以下任一或其组合：皮肤特征点、皮肤标记点、颅骨特征点、骨钉、和脑特征点。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述点云采集器和配套的定位辅助系统可以选自以下任一：追踪装置和定位探针；追踪装置和激光发生器；追踪装置和三维扫描仪；机械臂和定位探针；机械臂和激光测距仪；机械臂和三维扫描仪；定位辅助系统可以是追踪装置或者机械臂。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述追踪装置是光学追踪装置或电磁追踪装置，可以追踪与其配套使用的定位探针、激光发生器...

【专利技术属性】
技术研发人员：旷雅唯，刘文博，李赞，郭丹，
申请(专利权)人：华科精准北京医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：