一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，属于手术导航技术领域，包括在手术过程中，使用超声探头从不同角度

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法


[0001]本专利技术涉及手术导航
，具体涉及一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法
。

技术介绍

[0002]实时超声图像与先前影像数据的配准和手术导航融合是医学影像领域中的前沿技术
。
该技术通过将实时超声图像与高分辨率的先前影像数据
(
如
MRI、CT
等
)
进行配准和融合，为外科医生提供了在手术过程中精确导航和定位的能力
。
在这一技术中，特征匹配
、
图像配准算法以及实时导航引导系统的开发成为关键
。
通过实时追踪医生在患者体内的位置和姿态，结合高质量影像数据，系统能够为医生提供清晰的图像引导和手术路径规划，实现更准确
、
安全的外科手术操作
。
这项技术对于复杂手术
、
精细操作以及提高手术成功率都具有重要意义，将医学影像与实时导航技术相结合，为医疗领域带来了创新的发展机遇
。
为此，提出一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法
。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于：如何基于实时采集的超声图像与先前获取的高质量影像数据进行配准和融合，以实现外科手术过程中的精确导航和定位，提供了一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法
。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括以下步骤：
[0005]S1
：在手术过程中，使用超声探头从不同角度
、
位置实时采集患者的超声图像；
[0006]S2
：手术开始前，获取患者的先前影像数据；
[0007]S3
：将实时超声图像与先前影像数据进行配准，利用图像配准算法计算二者之间的坐标变换关系，使实时超声图像
、
先前影像数据在同一坐标系下；
[0008]S4
：将配准后的实时超声图像与先前影像数据融合在同一图片上并显示，得到融合后的图像信息；
[0009]S5
：根据融合后的图像信息，为外科医生提供实时导航引导，帮助其在手术过程中准确定位目标区域
。
[0010]更进一步地，在所述步骤
S1
中，超声探头与成像系统通信连接，成像系统对超声探头采集的信号进行成像，得到实时超声图像
。
[0011]更进一步地，在所述步骤
S2
中，先前影像数据为
CT
影像数据，具体处理过程如下：
[0012]S21
：收集多个图像切片，并将这些二维图像切片合并为三维图像数据，从而形成整个体积的影像数据；
[0013]S22
：对采集的影像数据进行预处理和滤波；
[0014]S23
：重建影像数据，生成最终的影像结果，即得到先前影像数据
。
[0015]更进一步地，在所述步骤
S3
中，具体处理过程如下：
[0016]S31
：从实时超声图像和先前影像数据中提取关键特征；
[0017]S32
：将实时超声图像的特征与先前影像数据的对应特征进行匹配，建立特征之间的对应关系，然后进行坐标变换估计，得到估计的坐标变换关系；
[0018]S33
：将估计的坐标变换关系应用于实时超声图像，使其根据坐标变换关系在同一坐标系下对齐先前影像数据，实现影像配准
。
[0019]更进一步地，在所述步骤
S32
中，估计的坐标变换关系包括最佳平移参数与最佳旋转参数
θ
。
[0020]更进一步地，使用最小二乘法来建立优化模型，
A
是实时超声图像中的特征点，
B
是先前影像数据中的特征点，平移变换的目标是找到最佳平移参数和使得实际观测值与模型预测值之间的误差平方和最小，具体目标函数为：
[0021][0022]其中，
A
ix
和
A
iy
是实时超声图像中第
i
个特征点的
x
和
y
坐标，
B
ix
和
B
iy
是实时超声图像中第
i
个特征点的
x
和
y
坐标；
[0023]旋转变换的目标是找到最佳的旋转角度
θ
，使得实际观测值与模型预测值之间的误差平方和最小化，即：
[0024][0025]更进一步地，在所述步骤
S4
中，具体处理过程如下：
[0026]S41
：使用插值方法处理变换后的体素，以平滑图像数据；
[0027]S42
：对配准后的图像使用交叉熵函数进行误差评估；
[0028]S43
：使用标定物体或模拟数据验证配准效果，进一步确定最小二乘法的迭代次数，收敛准则和学习率；
[0029]S44
：随着手术进行，实时超声图像持续更新，按照步骤
S3
中的方式定期更新坐标变换关系；
[0030]S45
：将配准后的实时超声图像与先前影像数据进行融合显示，得到融合后的
3D
图像信息
。
[0031]更进一步地，在所述步骤
S5
中，具体处理过程如下：
[0032]S51
：利用定位系统追踪手术器械在患者体内的位置和姿态，即实时定位信息；
[0033]S52
：将手术器械的实际定位信息与患者体内融合后的
3D
图像信息进行匹配；
[0034]S53
：使用外科医生标记的目标区域
、
实时超声图像以及匹配后的定位信息来计算最佳的手术路径和操作角度
。
[0035]本专利技术相比现有技术具有以下优点：该基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，实现了实时超声图像与先前高质量影像数据的融合，为医疗器械手术导航提供了更精确的导航和定位能力，从而在复杂手术
、
精细操作等方面具有重要意义，对于提高手术成功率和精确性，以及为医疗领域带来创新的发展机遇具有积极影响
。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例中基于实时超声图像配准融合的手术导航方法的流程示意图；
[0037]图2是本专利技术实施例中超声图像与
CT
影像数据融合时的坐标变换示意图；
[0038]图3是本专利技术实施例中随着迭代次数的增加交叉熵误差变化示意图；
[0039]图4是本专利技术实施例中平移变换的误差变化示意图；
[0040]图5是本专利技术实施例中旋转变换的误差变化示意图
。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：在手术过程中，使用超声探头从不同角度
、
位置实时采集患者的超声图像；
S2
：手术开始前，获取患者的先前影像数据；
S3
：将实时超声图像与先前影像数据进行配准，利用图像配准算法计算二者之间的坐标变换关系，使实时超声图像
、
先前影像数据在同一坐标系下；
S4
：将配准后的实时超声图像与先前影像数据融合在同一图片上并显示，得到融合后的图像信息；
S5
：根据融合后的图像信息，为外科医生提供实时导航引导，帮助其在手术过程中准确定位目标区域
。2.
根据权利要求1所述的一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，其特征在于：在所述步骤
S1
中，超声探头与成像系统通信连接，成像系统对超声探头采集的信号进行成像，得到实时超声图像
。3.
根据权利要求1所述的一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，其特征在于：在所述步骤
S2
中，先前影像数据为
CT
影像数据，具体处理过程如下：
S21
：收集多个图像切片，并将这些二维图像切片合并为三维图像数据，从而形成整个体积的影像数据；
S22
：对采集的影像数据进行预处理和滤波；
S23
：重建影像数据，生成最终的影像结果，即得到先前影像数据
。4.
根据权利要求1所述的一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，其特征在于：在所述步骤
S3
中，具体处理过程如下：
S31
：从实时超声图像和先前影像数据中提取关键特征；
S32
：将实时超声图像的特征与先前影像数据的对应特征进行匹配，建立特征之间的对应关系，然后进行坐标变换估计，得到估计的坐标变换关系；
S33
：将估计的坐标变换关系应用于实时超声图像，使其根据坐标变换关系在同一坐标系下对齐先前影像数据，实现影像配准
。5.
根据权利要求4所述的一种基于实时超声图像配准融合的手术导航方法，其特征在于：在所述步骤
S32
中，估计的坐标变换关系包括最佳平移参数与最佳旋转参数
θ

【专利技术属性】
技术研发人员：陈业慧，陈锡文，周莹，黄帆，
申请(专利权)人：赫丽佰合肥智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：