一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法与系统，涉及图像处理技术领域，包括步骤：获取目标术前的基准三维成像并进入手术操作；通过保持双C臂成像系统与实时导航区域的相对位置，实时获取术中各C臂成像系统的二维成像；基于各二维成像的成像角度分别提取基准三维成像中角度匹配处的最大密度投影图；通过二维成像与对应最大密度投影的融合获取双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图；通过双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图与基准三维成像的融合获取术中实时三维成像。本发明专利技术通过术中采集的双向二维成像对术前三维成像进行更新的方式，解决了术中三维图像采集的高照射剂量和实时性差的问题。维图像采集的高照射剂量和实时性差的问题。维图像采集的高照射剂量和实时性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法与系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法与系统。

技术介绍

[0002]C形臂X光机（简称C形臂）和基于C形臂X光机的数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，简称DSA）是支撑介入诊疗的核心设备，广泛应用于介入手术、微创手术及复合手术的影像导航。三维C形臂/ DSA是在传统二维C形臂/DSA技术的基础上，围绕成像区域采集一定角度范围的系列投影数据，并采用锥形束CT（Cone
‑
beam CT，简称CBCT）三维图像重建算法和相关图像后处理算法，能在术中快速生成可旋转的立体图像和横断面、矢状面、冠状面或其他任意切面二维图像，从而给术者提供360
°
无死角的观察角度，全方位准确判断手术实施情况，为手术的实施提供保障，提高手术成功率，减少并发症概率。
[0003]三维C形臂/ DSA手术导航比二维C形臂/ DSA有巨大优势，但其也面临两大原理性限制：1.成像辐射剂量高：理论上而言，三维C形臂/ DSA需要进行上百次甚至几百次曝光采集投影数据以便进行三维成像，其辐射剂量远远高于二维成像；2.成像实时性差：三维C形臂/ DSA需旋转采集到一定角度范围（180度）的系列投影数据才能进行三维图像重建，因安全考虑，开放式的C形臂的旋转速度比封闭式的传统CT旋转速度慢很多（通常不及后者的1/30），导致其成像实时性差。因此，出于实时性以及辐射剂量方面的考虑，现有技术还无法将三维C形臂/ DSA运用到实时术中导航。

技术实现思路

[0004]为在执行术中扫描任务时降低三维C形臂/DSA的照射剂量，并提高其实时成像性能，本专利技术提出了一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，包括步骤：S1：获取目标术前的基准三维成像并进入手术操作；S2：通过保持双C臂成像系统与实时导航区域的相对位置，实时获取术中各C臂成像系统的二维成像；S3：基于各二维成像的成像角度分别提取基准三维成像中角度匹配处的最大密度投影图；S4：通过二维成像与对应最大密度投影的融合获取双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图；S5：通过双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图与基准三维成像的融合获取术中实时三维成像。
[0005]进一步地，所述双C臂成像系统包括第一C臂成像系统和第二C臂成像系统，第一C臂成像系统与第二C臂成像系统的成像面呈非平行交叉设置。
[0006]进一步地，所述S4步骤中，最大密度投影图的更新表示为如下公式：
式中，1表示第一C臂成像系统，2表示第二C臂成像系统，为更新后的最大密度投影图，为实时获取的二维成像，为最大密度投影图的权重系数，为更新前的最大密度投影图。
[0007]进一步地，所述S5步骤中，术中实时三维成像的融合表示为如下公式：式中，为融合后的术中实时三维成像，为基准三维成像的权重系数，为基准三维成像。
[0008]进一步地，所述双C臂成像系统中，各C臂成像系统包括由X射线发射球管与平板探测系统组成的成像组合，所述成像组合可在C臂成像系统中环绕目标移动进行二维成像获取。
[0009]进一步地，所述S5步骤之后还包括步骤：S6：判断是否接收到导航结束信号，若是，结束导航，若否，返回S2步骤。
[0010]本专利技术还提出了一种基于双C臂成像系统的术中三维导航系统，包括：基准获取模块，用于获取目标术前的基准三维成像；实时成像模块，用于通过保持双C臂成像系统与实时导航区域的相对位置，实时获取术中各C臂成像系统的二维成像；信息提取模块，用于基于各二维成像的成像角度分别提取基准三维成像中角度匹配处的最大密度投影图；融合更新模块，用于通过二维成像与对应最大密度投影的融合获取双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图；三维输出模块，用于通过双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图与基准三维成像的融合获取术中实时三维成像。
[0011]进一步地，所述双C臂成像系统包括第一C臂成像系统和第二C臂成像系统，第一C臂成像系统与第二C臂成像系统的成像面呈非平行交叉设置。
[0012]进一步地，所述融合更新模块中，最大密度投影图的更新表示为如下公式：式中，1表示第一C臂成像系统，2表示第二C臂成像系统，为更新后的最大密度投影图，为实时获取的二维成像，为最大密度投影图的权重系数，为更新前的最大密度投影图。
[0013]进一步地，所述三维输出模块中，术中实时三维成像的融合表示为如下公式：
式中，为融合后的术中实时三维成像，为基准三维成像的权重系数，为基准三维成像。
[0014]与现有技术相比，本专利技术至少含有以下有益效果：（1）本专利技术所述的一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法与系统，其采用在术前获取三维成像，通过术中采集的双向二维成像对术前三维成像进行更新的方式，解决了术中三维图像采集的高照射剂量和实时性差的问题；（2）双C臂成像系统中，各C臂成像系统之间呈非平行交叉设置，从而可以利用两个非平行二维成像的交叉实现三维成像的转换，从而无需C臂成像系统环绕式扫描进行三维成像的获取；（3）采用非固定式的双C臂成像系统，可以根据实际手术需求进行成像角度调节，在方便医生进行手术操作的同时提供更具有指向性的成像展示。
附图说明
[0015]图1为一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法的步骤图；图2为一种基于双C臂成像系统的术中三维导航系统的结构图；图3为双C臂成像系统布置方位示意图。
[0016]附图标记说明：1
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X射线发射球管、2
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平板探测系统。
具体实施方式
[0017]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0018]实施例一针对现有三维C形臂/ DSA在实际应用于支撑介入性手术时存在的问题，如图1所示，本专利技术提出了一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，包括步骤：S1：获取目标术前的基准三维成像并进入手术操作；S2：通过保持双C臂成像系统与实时导航区域的相对位置，实时获取术中各C臂成像系统的二维成像；S3：基于各二维成像的成像角度分别提取基准三维成像中角度匹配处的最大密度投影图；S4：通过二维成像与对应最大密度投影的融合获取双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图；S5：通过双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图与基准三维成像的融合获取术中实时三维成像；S6：判断是否接收到导航结束信号，若是，结束导航，若否，返回S2步骤。
[0019]首先，来分析一下现有三维C形臂/ DSA在应用于术中导航时为什么会出现照射剂量超标以及实时性差的问题。这是由于C形臂并不能直接获取三维图像，每一次X射线发射球管1的曝光，只能获取当前曝光视角方向上的一个二维成像。随着X射线发射球管1与平板探测系统2组成的成像组合在C臂成像系统中的绕目标曝光扫描，可以获取不同曝光视角方
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，其特征在于，包括步骤：S1：获取目标术前的基准三维成像并进入手术操作；S2：通过保持双C臂成像系统与实时导航区域的相对位置，实时获取术中各C臂成像系统的二维成像；S3：基于各二维成像的成像角度分别提取基准三维成像中角度匹配处的最大密度投影图；S4：通过二维成像与对应最大密度投影的融合获取双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图；S5：通过双C臂成像系统各自更新后的最大密度投影图与基准三维成像的融合获取术中实时三维成像。2.如权利要求1所述的一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，其特征在于，所述双C臂成像系统包括第一C臂成像系统和第二C臂成像系统，第一C臂成像系统与第二C臂成像系统的成像面呈非平行交叉设置。3.如权利要求2所述的一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，其特征在于，所述S4步骤中，最大密度投影图的更新表示为如下公式：式中，1表示第一C臂成像系统，2表示第二C臂成像系统，为更新后的最大密度投影图，为实时获取的二维成像，为最大密度投影图的权重系数，为更新前的最大密度投影图。4.如权利要求3所述一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，其特征在于，所述S5步骤中，术中实时三维成像的融合表示为如下公式：式中，为融合后的术中实时三维成像，为基准三维成像的权重系数，为基准三维成像。5.如权利要求1所述的一种基于双C臂成像系统的术中三维导航方法，其特征在于，所述双C臂成像系统中，各C臂成像系统包括由X射线发射球管与平板探测系统组成的成像组合，所述成像组合可在C臂成像系统中环绕目标移动进行二维成像获取。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪庄，郭咏梅，郭咏阳，
申请(专利权)人：康达洲际医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：