一种生成数字重建放射影像的方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生成数字重建放射影像的方法及其系统，其中方法包括，一种生成数字重建放射影像的方法，包括：获取患者三维影像；根据不同的手术目标设计对应的正投影射线传输函数中的权重，其中手术目标区域的权重大于其他组织；根据得到的正投影射线传输函数通过正投影模型进行正投影得到数字重建放射影像。本发明专利技术根据不同的手术目标设计不同的正投影射线传输函数，使得正投影过程关注于手术目标结构，且可以动态调整射线传输函数中的响应，多次迭代得到满足手术过程需求的DRR影像。多次迭代得到满足手术过程需求的DRR影像。多次迭代得到满足手术过程需求的DRR影像。

【技术实现步骤摘要】
一种生成数字重建放射影像的方法及其系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种生成数字重建放射影像的方法及其系统。

技术介绍

[0002]目前手术机器人进行手术之前需要先得到病人的身体组织结构信息及病灶位置形态，由于CT影像分辨率较高，扫描速度较快并且价格适中(超声影像分辨率较差，磁共振影像扫描速度较慢并且价格较高)，通常采用CT影像来获取病人的身体组织结构信息，进而由医生制定手术方案。
[0003]手术过程中需要实时、准确地获取病灶以及手术器械的空间位置信息，防止手术过程偏离手术方案发生事故。通常采用术中C形臂X光机对手术过程进行实时观测，C形臂通过探测器得到X射线穿过人体组织的衰减进而得到2维透视图，直接观察透视图难以准确定位病灶位置，需要将透视图与术前的CT扫描影像进行配准来得到更准确的术中信息。而由于术前CT影像是重建得到的3维人体组织结构影像，无法直接与2维透视图直接配准，通常采用的方案是通过模拟射线正投影算法由3维CT影像产生数字重建放射影像(Digitally Reconstructured Radiograph，以下简称DRR)，再采用DRR影像与C形臂透视图进行配准，进而在手术过程中达到实时的定位。
[0004]目前DRR影像的计算过程通常需要手动调整不同组织的射线投影权重来获取清晰准确的DRR影像，并且相对于常规临床CT，动物CT影像往往CT值定标缺乏标准，影像CT值波动较大，导致DRR影像的获取过程也更不稳定，增加了DRR获取过程的耗时以及操作复杂度。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术针对上述不足，提出一种生成数字重建放射影像的方法及其系统，正投影过程关注于手术目标结构，且可以动态调整射线传输函数中的响应，多次迭代得到满足手术过程需求的DRR影像。
[0006]技术方案：
[0007]一种生成数字重建放射影像的方法，包括：
[0008]获取患者三维影像；
[0009]根据不同的手术目标设计对应的正投影射线传输函数中的权重，其中手术目标区域的权重大于其他组织；
[0010]根据得到的正投影射线传输函数通过正投影模型进行正投影得到数字重建放射影像。
[0011]获取所述患者三维影像后，还包括重定标步骤：
[0012]统计三维影像中的体素值分布，识别得到三维影像中软组织、空气的体素值，对软组织、空气的体素值进行重定标，并根据软组织、空气的体素值及其重定标之后的值对其他组织的体素值进行重定标。
[0013]将三维影像中的体素值通过第一间隔进行粗划分；
[0014]根据各组中体素出现次数区分得到空气、软组织所代表的组，据此得到空气、软组织对应的体素值范围R
A
、R
S
；
[0015]对空气、软组织对应的体素值范围R
A
、R
S
分别通过第二间隔进行细划分，将体素出现次数最多的组中的体素值平均值E
A
及E
S
作为空气及软组织的当前体素值；
[0016]对空气及软组织的体素值进行重新定标，并根据空气、软组织的体素值及其重定标后的值对其他组织的体素值进行重定标。
[0017]在重定标前还包括：根据三维影像中的圆窗掩膜识别到感兴趣区域，将掩膜外的体素值统一设为0值。
[0018]根据不同的手术目标设计对应的正投影射线传输函数中的权重具体为：
[0019]1)针对体素值分布可明显区别的组织，射线传输函数f
n
设定为以体素值为间隔的分段函数：
[0020][0021]其中，v1、v2、
…
、v
j
分别表示体素值分隔值；λ1、λ2、
…
、λ
j
分别表示对应的权重，u
n
为射线穿过的体素点n对应的体素值，其中手术目标区域对应体素点的权重大于其他区域体素点的权重；
[0022]2)针对体素值分布不具有明显区别的组织，通过对三维影像分割得到各组织对应区域的空间坐标范围，设定射线传输函数f
n
，具体如下：
[0023][0024]其中，Ω1、Ω2、
…
、Ω
j
分别表示通过各区域对应的体素点空间坐标范围，w
n
表示体素点n对应区域的空间坐标，其中手术目标区域对应体素点的权重大于其他区域体素点的权重。
[0025]对三维影像进行分割得到各组织对应区域的空间坐标的分割方法采用区域生长、图割、UNet或VNet神经网络分割算法。
[0026]还包括校正步骤：
[0027]计算得到的数字重建放射影像上的体素值分布，将其与预先设定的手术目标区域的期望体素值分布进行比对，判断是否符合期望；若符合，则输出数字重建放射影像，若不符合，则调整射线传输函数中的权重以重新进行正投影，重复该步骤直至得到的数字重建放射影像满足预先设定的手术目标区域的期望体素值分布为止。
[0028]调整射线传输函数f
n
的权重λ1、λ2、
…
、λ
j
具体为：
[0029]预先设定的手术目标区域的期望体素值分布包括手术目标区域影像体素值的期望平均值范围[E1,E2]和对应的方差范围[V1,V2]；
[0030]计算当前得到的数字重建放射影像中手术目标区域的体素值平均值E
k
；
[0031]若E
k
＜E1，则根据对应差值增大手术目标区域对应的传输函数中的权重；若E
k
＞
E2，则根据对应差值减小手术目标区域对应的传输函数中的权重；
[0032]通过上述调整，使得得到的数字重建放射影像中手术目标区域的体素值平均值E
k
∈[E1,E2]，计算对应的方差V
k
；
[0033]若V
k
＜V1，则根据对应差值增大手术目标区域对应的传输函数中的权重；若V
k
＞V2，则根据对应差值减小手术目标区域对应的传输函数中的权重；
[0034]重复调整，直至当前数字重建放射影像中手术目标区域的体素值平均值与方差均满足期望体素值分布，输出投影结果。
[0035]一种生成数字重建放射影像的系统，包括：
[0036]三维影像设备，用于扫描患者术前三维影像，并发送至重定标模块；
[0037]处理模块，根据不同的手术目标设计不同的正投影射线传输函数，通过正投影模型对重定标后的术前三维影像进行正投影得到数字重建放射影像；正投影射线传输函数的设计如前述。
[0038]还包括用于对患者术前三维影像中各组织的对应区域进行重定标处理的重定标模块。
[0039]本专利技术有益效果如下：本专利技术对三维CT影像先进行统一定标，然后根据不同的手术目标设计不同的正投影射线传输函数，在软组织、空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生成数字重建放射影像的方法，其特征在于：包括：获取患者三维影像；根据不同的手术目标设计对应的正投影射线传输函数中的权重，其中手术目标区域的权重大于其他组织；根据得到的正投影射线传输函数通过正投影模型进行正投影得到数字重建放射影像。2.根据权利要求1所述的生成数字重建放射影像的方法，其特征在于：获取所述患者三维影像后，还包括重定标步骤：统计三维影像中的体素值分布，识别得到三维影像中软组织、空气的体素值，对软组织、空气的体素值进行重定标，并根据软组织、空气的体素值及其重定标之后的值对其他组织的体素值进行重定标。3.根据权利要求2所述的生成数字重建放射影像的方法，其特征在于：将三维影像中的体素值通过第一间隔进行粗划分；根据各组中体素出现次数区分得到空气、软组织所代表的组，据此得到空气、软组织对应的体素值范围R
A
、R
S
；对空气、软组织对应的体素值范围R
A
、R
S
分别通过第二间隔进行细划分，将体素出现次数最多的组中的体素值平均值E
A
及E
S
作为空气及软组织的当前体素值；对空气及软组织的体素值进行重新定标，并根据空气、软组织的体素值及其重定标后的值对其他组织的体素值进行重定标。4.根据权利要求2所述的生成数字重建放射影像的方法，其特征在于：在重定标前还包括：根据三维影像中的圆窗掩膜识别到感兴趣区域，将掩膜外的体素值统一设为0值。5.根据权利要求1所述的生成数字重建放射影像的方法，其特征在于：根据不同的手术目标设计对应的正投影射线传输函数中的权重具体为：1)针对体素值分布可明显区别的组织，射线传输函数f
n
设定为以体素值为间隔的分段函数：其中，v1、v2、
…
、v
j
分别表示体素值分隔值；λ1、λ2、
…
、λ
j
分别表示对应的权重，u
n
为射线穿过的体素点n对应的体素值，其中手术目标区域对应体素点的权重大于其他区域体素点的权重；2)针对体素值分布不具有明显区别的组织，通过对三维影像分割得到各组织对应区域的空间坐标范围，设定射线传输函数f
n
，具体如下：其中，Ω1、Ω2、
…
、Ω
j
分别表示通过各区域对应的体素点空间坐标范围，w
n

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，
申请(专利权)人：佗道医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：