用于将活体医学图像与解剖模型配准的方法和装置制造方法及图纸

本文描述了一种将受试者的医学图像与受试者的3D模型配准的方法，其包括通过将受试者上的标记与3D模型上的相应标记对准来全局校准3D模型；和通过将受试者的内部结构的扫描图像与3D模型的相应内部结构对准来局部校准3D模型。本文还描述了一种执行该方法的装置。本文还描述了一种执行该方法的装置。本文还描述了一种执行该方法的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将活体医学图像与解剖模型配准的方法和装置

技术介绍

[0001]医学成像涉及用于创建活体例如患者的内部的视觉表征的技术和过程。视觉表征，通常称为“医学图像”，揭示了从活体外部无法观察到的活体的器官、组织或结构的运作或功能。医学从业者，例如医生或兽医，可以将视觉表征作为医学诊断或临床分析的一部分，随后确定是否或如何将医疗干预或治疗应用于活体。
附图说明
[0002]当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。值得注意的是，根据行业的标准作法，各种特征并未按比例绘制。事实上，为了讨论的清晰，可以任意增大或减小各种特征的尺寸：
[0003]图1A是根据一些实施例的医学图像配准方法的流程图和示意图；
[0004]图1B是根据一些实施例的具有受试者3D模型的受试者医学图像；
[0005]图2是根据一些实施例的从3D模型数据库中选择表示该受试者的3D模型的方法的流程图；
[0006]图3A是根据一些实施例的通过对准受试者上的标记来全局校准3D模型的方法的流程图；
[0007]图3B是根据一些实施例的具有标记的受试者和在3D模型上的对应标记的医学图像；
[0008]图4A是根据一些实施例的通过将受试者的内部结构的扫描图像与3D模型的对应内部结构对准来局部校准3D模型的流程图；
[0009]图4B是根据一些实施例的受试者的医学图像、扫描图像和标准平面；
[0010]图4C是根据一些实施例的通过将受试者的内部结构的扫描图像与3D模型的对应内部结构对准来局部校准3D模型的流程图；
[0011]图4D是根据一些实施例的受试者的医学图像和3D模型；
[0012]图5是根据一些实施例的将受试者的医学图像与该受试者的3D模型配准的装置的图。
具体实施方式
[0013]本公开的详细描述主要根据过程、步骤、逻辑块、处理或直接或间接类似于本公开中设想的装置或系统的操作的其他符号表示来呈现。本领域技术人员典型地使用这些描述和陈述来最有效地将其工作的实质传达给本领域的其他技术人员。
[0014]在此提及“一个实施例”或“一些实施例”是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定都是指同一实施例，也不是与其他实施例相互排斥的单独的或替代的实施例。此外，过程流程图或图表中的块的顺序或表示本公开的一个或多个实施例的序号的使用并不固有地指示任何特定的顺序，也不暗示对本公开的任何限制。
[0015]在一些实施例中，本说明书针对将受试者的医学图像与患者的解剖模型配准的方法和装置。在一些实施例中，该方法和装置在包括超声扫描在内的各种临床医学或诊断应用中实施。
[0016]在一些实施例中，受试者是人。在一些实施方案中，受试者是动物。为简单起见，本说明书将参考人类受试者来描述装置的方法。然而，本领域普通技术人员将理解该方法或装置适用于动物受试者或其他受试者。
[0017]医学成像的一个主要挑战在于视觉表征的非直观性。这种不直观的性质使得对医学图像的正确解释更加困难。在某些情况下，在从业者能够以令人满意的准确性和细节解释或以其他方式理解医学图像之前，需要进行多年的广泛医学培训。
[0018]在一些应用中，医学图像构成患者身体解剖结构的二维(2D)横截面，而不是被检查的实际身体对象的三维(3D)复制品，身体对象是器官、组织或结构。因此，在2D医学图像和身体对象的解剖结构之间建立相关性并非易事。换言之，识别2D医学图像代表3D身体对象的哪个解剖截面，以及在解剖截面中显示了哪些内部结构，并非易事。
[0019]因此，找到更直观的方法将2D医学图像与被检查的3D身体对象相关联将有助于准确的医学评估。将受试者的医学图像与3D模型配准的方法
[0020]参考图1A和图1B，在一些实施例中，本说明书指向将受试者的医学图像与该受试者的3D模型配准的方法。
[0021]在一些实施例中，该方法包括从3D模型数据库中选择代表受试者的3D模型(步骤100)，通过将受试者上的标记与3D模型上的相应标记对准来校准3D模型(步骤200)；和通过将受试者的内部结构的扫描图像与3D模型的相应内部结构对准来校准3D模型(步骤300)。如本文所用，短语“内部结构”是指未暴露在受试者外表面上的受试者的身体结构。内部结构包括器官、皮下组织等。
[0022]在一些实施例中，可以省略步骤100，并且在步骤200或300中使用的受试者的3D模型是一般或通用模型，其同样适用于不同性别、身高、体重、种族、年龄等的各种受试者。根据这些实施例，受试者特定信息的条目不被用于将医学图像与3D模型配准。然而，由于人类个体的外部和内部尺寸的变化，基于受试者特定信息从3D模型数据库中选择3D模型将获得具有更接近受试者的尺寸的3D模型，从而使校准步骤200和300(下面详细描述)更准确和计算量更少。
[0023]大量的3D人体模型可用于游戏和动画行业。尽管游戏和动画行业的许多3D人体模型不符合医疗级要求，但有些模型能够满足这些要求。此外，如下详述，可以校准3D模型以更好地表示受试者的外部和内部尺寸。校准后的3D模型可以被存储并且用作第二个受试者的初始未校准3D模型，并且针对第二个受试者进行校准。因此，在一些实施例中，3D模型数据库包括来自游戏或动画行业的3D人体模型。
[0024]用于解剖学研究的3D模型通常比游戏和动画行业中可用的3D人体模型具有更好的质量。此外，这些3D模型通常包括人体的内部结构，例如器官。因此，在一些实施例中，3D模型数据库包括用于解剖学研究的3D模型。在一些实施例中，3D模型数据库包括来自可视人计划的3D模型，这些模型是从尸体切片的图片重建的。由于来自可视人计划模型的3D模型是由真人构建的，因此这些3D模型的质量很好，至少是因为高分辨率和真实的解剖特征。
[0025]参考图2，在一些实施例中，从3D模型数据库中选择代表受试者的3D模型(步骤100)包括基于受试者的信息来选择3D模型。
[0026]在一些实施例中，3D模型数据库包括代表受试者身体的3D模型条目。在一些实施例中，3D模型的条目不仅包括受试者的外部形状，还包括受试者的内部结构。在一些实施例中，3D模型的每个条目都标记有与条目相关的信息，例如外部尺寸或内部结构的尺寸。
[0027]在一些实施例中，从3D模型数据库中选择代表受试者的3D模型(步骤100)包括输入受试者的信息(步骤101)。
[0028]在一些实施例中，受试者的信息被输入到计算机的存储器中。在一些实施例中，信息包括受试者的人口统计信息，例如受试者的性别、身高、体重、种族、年龄等。在一些实施例中，信息包括受试者的个人信息，例如身体测量值、体脂百分比(BFP)、体重指数(BMI)等。在一些实施例中，包括人口统计信息和个人信息。
[0029]如果受试者的人口统计信息或个人信息充分，则可以估计受试者身体的外部尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将受试者的医学图像与三维(3D)模型配准的方法，其包括：由处理器通过将所述受试者上的标记与所述3D模型上的相应标记对准来全局校准所述3D模型；和由所述处理器通过将所述受试者的内部结构的扫描图像与所述3D模型的相应内部结构对准来局部校准所述3D模型。2.根据权利要求1所述的方法，还包括从3D模型数据库中选择代表所述受试者的初始3D模型，其中选择所述初始3D模型包括：由所述处理器将所述受试者的信息与标记为所述3D模型数据库的条目的信息进行比较；和由所述处理器选择标记有与所述受试者的信息匹配的信息的所述初始3D模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述信息包括人口统计信息，其包括性别、身高、体重、种族、年龄、身体测量值、体脂百分比(BFP)或体重指数(BMI)或外部尺寸。4.根据权利要求1所述的方法，其中全局校准所述3D模型包括：选择所述3D模型上与所述受试者上的基准标记相对应的标记；将探针移动到所述基准标记以记录所述探针的位置，从而得出所述基准标记的真实世界位置；由所述处理器基于所述基准标记的所述真实世界位置和对应标记的虚拟位置之间的相关性，计算受试者的外表面和所述3D模型之间的变换矩阵；和由所述处理器通过将所述变换矩阵应用于所述3D模型来全局校准所述3D模型。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述变换矩阵是刚性变换矩阵或仿射变换矩阵。6.根据权利要求1所述的方法，其中局部校准所述3D模型包括：选择所述3D模型的标准平面，其中所述标准平面包括所述3D模型中的内部结构的横截面；获得所述受试者的扫描图像，其中所述扫描图像包括与所述标准平面中的横截面相似的内部结构的横截面；由所述处理器计算两个横截面之间的变换矩阵；和由所述处理器通过将所述变换矩阵应用于所述3D模型的内部结构，对所述3D模型进行局部校准。7.根据权利要求6所述的方法，其中获得所述受试者的包括与所述标准平面中的横截面相似的内部结构的横截面的扫描图像包括：由所述处理器计算所述扫描图像与所述3D模型中的所述标准平面的图像的相似性指数；和当所述相似性指数等于或大于预定值时，由所述处理器选择所述扫描图像。8.根据权利要求7所述的方法，其中计算所述相似性指数包括：由所述处理器使用边界检测算法将所述标准平面的图像和所述扫描图像转换为模板；和由所述处理器通过执行所述模板的仿射不变模板匹配来计算所述相似性指数。9.根据权利要求1所述的方法，其中局部校准所述3D模型包括：由所述处理器构建所述受试者的内部结构的扫描图像的3D体积；
由所述处理器从扫描图像的3D体积中提取内部结构的3D模型；由所述处理器基于所提取的内部结构的3D模型的形状与所述3D模型中内部结构的形状之间的相关性，计算所述受试者的内部结构与所述3D模型的内部结构之间的变换矩阵；和由所述处理器通过将所述变换矩阵应用于所述3D模型的内部结构，对所述3D模型进行局部校准。10.根据权利要求9所述的方法，其中提取所述内部结构的所述3D模型包括：通过分割算法从扫描图像的3D体积中提取所述内部结构的所述3D模型。11.根据权利要求9所述的方法，其中计算所述变换矩阵包括：由所述处理器识别所提取的内部结构的3D模型的表面点；和由所述处理器基于所述表面点使用迭代云点(ICP)算法计算所述变换矩阵。12.根据权利要求9所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：满军政，石学工，唐果，
申请(专利权)人：深圳开立生物医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：