一种在医学影像中器械的配准方法和系统及相关设备技术方案

本发明专利技术公开了一种在医学影像中器械的配准方法和系统及相关设备，该方法包括：获取待处理的医学影像序列；提取医学影像序列中的两类信息；第一类为医学影像序列中每一张图像的位置和姿态信息；第二类为在配准球截面圆的任意标记点及标记点位置信息；提取含有配准球截面圆的图像子集，并在每一张图像中计算所包含截面圆的圆心位置和半径，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集；计算求得配准球在核磁共振环境中的空间坐标位置，实现对器械的配准。该配准方法无需对图像进行三维重建，对医生操作也无较高要求，只需医生在需要定位的球体任意截面上点击任意一点，即可快速自动计算识别球心位置，进而有助于实现对手术机器人或机械臂进行配准。机械臂进行配准。机械臂进行配准。

【技术实现步骤摘要】
一种在医学影像中器械的配准方法和系统及相关设备


[0001]本专利技术涉及医学图像处理和手术机器人配准等
，特别涉及一种在医学影像中器械的配准方法和系统及相关设备。

技术介绍

[0002]在医疗手术领域中，手术机器人在使用前需要对机器人进行配准，一般需要计算出配准点的球心坐标，比如采用若干个鱼油球作为配准物，鱼油球固定在执行器末端，MRI或CT进行扫描后，有些扫描图像上就会显示鱼油球的截面，进而对手术机器人或机械臂进行配准。
[0003]专利文献CN110379493A
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一种图像导航配准系统及图像导航系统，其描述了一种找配准物的球形结构球心位置的方法。该方法首先对DICOM图像进行三维重建，再确定球形结构所在的具体位置及其球心所在位置。在确定球形结构位置时，该文献采用两种方法：1.对于图像清晰的球体采用手动框选的方法；2.对于清晰度不高的图像，将DICOM图像中冠状、轴状和矢状三个切面的图像分别移动至球形结构轮廓的最大切面处，把三个切面的交点作为所述球形结构的球心。
[0004]但相关技术中，还存在些不足：1. 三维重建耗费时长较高，且当DICOM图像的切割厚度较大时，三维重建的误差也较大。
[0005]2. 手动框选球体的方法对医生操作要求较高。既要避免包含患者信息的图像区域，又要医生严格精准地框选出三维球体，对于医生来说操作耗时耗力，还易引入误差。
[0006]3. 对于切割厚度较大的DICOM图像来说，很难定位球形结构轮廓的最大切面处，尤其是对于经过三维重建后的模型来说误差会更大。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述问题，提出了一种在医学影像中器械的配准方法和系统及相关设备，无需对图像进行三维重建，对医生操作也无较高要求，且可准确识别球心位置，实现对手术机器人或机械臂进行配准。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：第一方面，本专利技术提供一种在医学影像中器械的配准方法，该方法包括以下步骤：S1、获取待处理的医学影像序列；S2、提取所述医学影像序列中的两类信息；第一类为所述医学影像序列中每一张图像的位置和姿态信息；第二类为标记信息；所述标记信息为在配准球截面圆的任意标记点及标记点位置信息；S3、提取含有所述配准球截面圆的图像子集，并在每一张图像中计算所包含截面圆的圆心位置和半径，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集；S4、根据所述数据集，计算求得所述配准球在核磁共振环境中的空间坐标位置，实
现对器械的配准。
[0009]进一步地，所述步骤S3包括：S31、提取含有所述配准球截面圆的图像子集，根据标记点位置信息、配准球直径大小和所有图像的位置信息，过滤掉所有不含所述配准球截面的图像；S32、对剩下的每一张图像中配准球截面圆进行圆心位置和半径值的计算，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集。
[0010]进一步地，所述步骤S31中，提取含有所述配准球截面的图像子集，包括：S311、提取含有所述配准球截面圆的图像子集时，搜寻图像的距离范围为：以标记点位置所在面为中间面，前后各移动预设距离；S312、选择在所述预设距离范围内所有的图片作为计算所需要的图像子集；所述预设距离大于等于所述配准球的直径。
[0011]进一步地，所述步骤S32中，进行圆心位置和半径值的计算，包括：S321、以标记点在图像中的位置或在其他图像中投影位置为中心、以所述配准球直径X倍的长度作为边长的矩形，确定检测范围；S322、在确定检测范围后，利用matlab的函数imfindcircles来检测和计算每一张图中该检测范围内的截面圆心位置和半径。
[0012]进一步地，所述步骤S321还包括：当一张图像中包含多个配准球的圆截面时，选择各个圆截面的圆心到标记点最短距离的圆截面，作为当前需要检测的配准球。
[0013]进一步地，所述步骤S4，包括：S41、计算所述数据集中各截面圆心在图像坐标系中坐标的平均值；S42、假设所述配准球球心位于一虚拟截面上，且所述虚拟截面与各个截面平行，则所述配准球球心在所述虚拟截面上的投影坐标为，所述配准球在虚拟截面上生成的截面圆的半径即为配准球的半径值；在其他截面上生成的截面圆的半径为；其中；S43、在各个截面圆心连线上用最小二乘法寻找一点，若该点到各个截面圆边界距离的均值最接近所述配准球的半径值，则该点所在截面即为虚拟截面，且该点的空间坐标位置为所述配准球球心在核磁共振环境中的空间坐标位置，实现对器械的配准。
[0014]进一步地，所述步骤S43，包括：采用线性插值法得到所述虚拟截面圆在核磁共振空间中的位置；利用如下公式计算得出球心坐标：
其中为虚拟截面坐标系到核磁共振坐标系的坐标变换矩阵； 组成了由虚拟截面坐标系到核磁共振坐标系的旋转矩阵，且该组值由Dicom图像信息中获得；坐标系0为核磁共振坐标系，坐标系1为球心所在虚拟截面的坐标系；点为球心在虚拟截面中的坐标， 是球心在核磁共振坐标系中的坐标。
[0015]第二方面，本专利技术实施例还提供一种在医学影像中器械的配准系统，包括：获取模块，用于获取待处理的医学影像序列；第一提取模块，用于提取所述医学影像序列中的两类信息；第一类为所述医学影像序列中每一张图像的位置和姿态信息；第二类为标记信息；所述标记信息为在配准球截面圆的任意标记点及标记点位置信息；第二提取模块，用于提取含有所述配准球截面圆的图像子集，并在每一张图像中计算所包含截面圆的圆心位置和半径，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集；配准模块，用于根据所述数据集，计算求得所述配准球在核磁共振环境中的空间坐标位置，实现对器械的配准。
[0016]第三方面，本专利技术实施例又提供一种控制设备，包括：存储器、处理器及存储于存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例的一种在医学影像中器械的配准方法。
[0017]第四方面，本专利技术实施例再提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如上述实施例的一种在医学影像中器械的配准方法。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术实施例提供的一种在医学影像中器械的配准方法，包括：获取待处理的医学影像序列；提取所述医学影像序列中的两类信息；第一类为所述医学影像序列中每一张图像的位置和姿态信息；第二类为标记信息；所述标记信息为在配准球截面圆的任意标记点及标记点位置信息；提取含有所述配准球截面圆的图像子集，并在每一张图像中计算所包含截面圆的圆心位置和半径，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集；根据所述数据集，计算求得所述配准球在核磁共振环境中的空间坐标位置，实现对器械的配准。该配准方法无需对图像进行三维重建，对医生操作也无较高要求，只需医生在需要定位的球体任意截面上点击任意一点，即可快速自动计算识别球心位置，进而有助于实现对手术机器人或机械臂进行配准。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例提供的在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、获取待处理的医学影像序列；S2、提取所述医学影像序列中的两类信息；第一类为所述医学影像序列中每一张图像的位置和姿态信息；第二类为标记信息；所述标记信息为在配准球截面圆的任意标记点及标记点位置信息；S3、提取含有所述配准球截面圆的图像子集，并在每一张图像中计算所包含截面圆的圆心位置和半径，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集；S4、根据所述数据集，计算求得所述配准球在核磁共振环境中的空间坐标位置，实现对器械的配准。2.根据权利要求1所述的一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，所述步骤S3包括：S31、提取含有所述配准球截面圆的图像子集，根据标记点位置信息、配准球直径大小和所有图像的位置信息，过滤掉所有不含所述配准球截面的图像；S32、对剩下的每一张图像中配准球截面圆进行圆心位置和半径值的计算，得到一组截面圆的圆心位置和半径值的数据集。3.根据权利要求2所述的一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，所述步骤S31中，提取含有所述配准球截面的图像子集，包括：S311、提取含有所述配准球截面圆的图像子集时，搜寻图像的距离范围为：以标记点位置所在面为中间面，前后各移动预设距离；S312、选择在所述预设距离范围内所有的图片作为计算所需要的图像子集；所述预设距离大于等于所述配准球的直径。4.根据权利要求3所述的一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，所述步骤S32中，进行圆心位置和半径值的计算，包括：S321、以标记点在图像中的位置或在其他图像中投影位置为中心、以所述配准球直径X倍的长度作为边长的矩形，确定检测范围；S322、在确定检测范围后，利用matlab的函数imfindcircles来检测和计算每一张图中该检测范围内的截面圆心位置和半径。5.根据权利要求4所述的一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，所述步骤S321还包括：当一张图像中包含多个配准球的圆截面时，选择各个圆截面的圆心到标记点最短距离的圆截面，作为当前需要检测的配准球。6.根据权利要求5所述的一种在医学影像中器械的配准方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：S41、计算所述数据集中各截面圆心在图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘章石，宋战江，王嘉，
申请(专利权)人：北京精准医械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：