CN103479376B - 一种术前ct数据和术中x光影像完全对应融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，属于医学图像处理领域。通过病人术前的CT3D数据应用MC算法进行病灶部位的三维重建，以三维重建模型为信息输入，在已知所要应用的C型臂X光机外形尺寸的基础上，模拟生成数字重建三维影像DRR影像，将DRR影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机真实发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机真实成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置，使DRR影像的生成过程真实模拟本系统应用的C形臂X光机的成像过程，从而实现CT3D数据和X光影像完全对应融合，用DRR来模拟真实X光影像。

Description

一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法

技术领域

本发明属于医学图像处理领域，具体涉及一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法。

背景技术

CT3D体数据（电子计算机X射线断层扫描技术）广泛的应用在术前病人病灶位置和病情的诊断，现在已成为很多手术术前必须采集的数据，特别是骨外科诊断和手术。C形臂X光机广泛的应用于外科手术中（特别是骨外科手术），在术中确定病人病灶的位置和病情的诊断。病人在采集CT3D体数据时会暴露在大量的辐射下，同样，在进行C形臂X光机图像采集时，医生和病人都会暴露在X光的辐射范围内，给病人和医生带来很大的身体伤害。同时，由于地磁干扰和其他外界电磁波或者其他外部条件的干扰，C型臂X光影像还会出现变形和模糊，给医生的诊断带来一定为影响。

发明内容

为了解决病人在CT3D体数据采集完毕后进行手术时，术中还要用C形臂X光机进行病灶位置的确定和诊断，给病人和医生带来辐射危险的问题，同时还有C型臂X光影像模糊的问题，提出一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，包括以下步骤：

根据病人术前的CT3D体数据，重建病人病灶的三维模型；

根据重建的病人病灶的三维模型和C形臂X光机的外形尺寸数据，生成病人病灶的数字重建放射影像。

上述技术方案中，所述C形臂X光机的外形尺寸数据包括：发射源位置，接收面位置，旋转中心位置。

上述技术方案中，生成病人病灶的数字重建放射影像过程中，所述数字重建放射影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置。

上述技术方案中，重建病人病灶的三维模型过程中，采用MC算法基于C++和VTK与ITK开源软件结合实现。

上述技术方案中，生成病人病灶的数字重建放射影像的过程中，采用Siddon-Jacobs快速光线跟踪算法基于C++实现。

本发明的有益效果是：本发明的一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，不仅可以避免病人和医生在术中拍摄C型臂X光影像并暴露在X光辐射下的危险，而且由于数字化电脑直接成像，图像清晰，可以通过自己设定的参数调节图像的灰度和图像的大小，使图像更好的为医生的诊断和术中手术或者操作服务，避免了C型臂X光图像的变形和模糊。最后，由于对病人病灶进行了三维重建，在模拟X光影像时，可以多角度的去拍摄，解决了需要病人术中移动的问题，给病人减少了术中的痛苦。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为术前CT3D体数据和术中C型臂X光影像完全对应融合方法的原理图。

图2为三维重建放射影响完全模拟C型臂X光机影像示意图。

图中的附图标记表示为：

1、头骨拍摄术前CT3D体数据；2、CT3D体数据三维重建；3、数字重建放射影像（DRR）；4、头骨的C型臂X光图像。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

本发明的一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，如图1所示，通过病人术前的CT3D数据应用MC算法进行病灶部位的三维重建，以三维重建模型为信息输入，在已知所要应用的C型臂X光机外形尺寸的基础上，模拟生成数字重建三维影像DRR影像，将DRR影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机真实发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机真实成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置，使DRR影像的生成过程真实模拟本系统应用的C形臂X光机的成像过程，从而实现CT3D数据和X光影像完全对应融合，用DRR来模拟真实X光影像。

本发明的一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，通过病人术前的CT3D体数据重建病人病灶的三维模型，采用MC算法基于C++和VTK与ITK开源软件结合实现。

本发明根据C形臂X光机的外形尺寸数据生成病人病灶的数字重建放射影像DRR（digitally reconstructed radiograph）影像，采用Siddon-Jacobs快速光线跟踪算法并基于C++实现。将DRR影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机真实发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机真实成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置，使DRR影像的生成过程真实模拟本系统应用的C形臂X光机的成像过程。

本发明的一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，通过病人术前采集的CT3D体数据经过三维重建得到病人病灶部位的三维重建模型并在获得使用的C形臂外形尺寸后进行数字重建放射影像完全模拟C形臂X光机的成像过程，不但不需要在术中拍摄大量X光影像，同时解决了C型臂X光影响模糊的问题。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

如图2所示，图中DRR影像的生成参数完全模拟C形臂X光机的外形参数，即将DRR影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机真实发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机真实成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置。

以人工颈椎间盘置换手术为例，颈椎间盘置换手术的目标是将已经病变的颈椎间盘取出，同时在原有的颈椎间盘位置用钻头磨削出用于固定人工颈椎间盘假体的位置，然后将人工颈椎间盘固定到正确的位置。

目前手术，需要让病人躺在病床上，用C型臂X光机在手术过程中，拍摄多张病人颈椎的位置，来制定手术路径和手术方案，给病人和医生都带来了很多辐射危险，同时让手术变得复杂和耗时长，给病人带来更多痛苦。

应用本发明的术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法进行手术的步骤是，手术前对病人颈椎进行CT扫描，获得病人颈椎的3D CT体数据，采用MC算法基于C++和VTK与ITK开源软件结合的方法，重建病人颈椎的三维重建模型。然后，确定好病人手术室采用的C型臂X光机的外形尺寸，X光光源的发射位置，和病人手术时的定位尺寸，以这些尺寸为参数去和已经重建好的病人颈椎三维重建模型来生成DRR影像。生成DRR的方法采用Siddon-Jacobs快速光线跟踪算法并基于C++实现，参数设定为：虚拟光源定位位置为X光光源的位置，成像平面为X光机接收平面的位置，病人三维重建颈椎模型为病人颈椎手术时固定到手术床上的位置，该位置通过病人手术时手术床相对于X光机的位置确定。这样，每一张DRR影像，都实时的反应手术时病人真实拍摄X光机C型臂X光影像。这样就实现了术前CT3D数据和术中X光影像完全对应融合。在手术时就不需要对病人进行反复的X光机拍照，减少辐射和操作步骤的同时，还可以在术前便制定好手术路径和手术方案，使手术变得更加简单和准确，同时DRR影像还可以减少X光机拍照带来的模糊和畸变。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据病人术前的CT 3D体数据，重建病人病灶的三维模型；

根据重建的病人病灶的三维模型和C形臂X光机的外形尺寸数据，生成病人病灶的数字重建放射影像；

所述C形臂X光机的外形尺寸数据包括：发射源位置，接收面位置，旋转中心位置；

生成病人病灶的数字重建放射影像过程中，所述数字重建放射影像生成的模拟发射源设在C形臂X光机发射源的位置，成像平面设在C形臂X光机成像平面的位置，三维重建病灶模型位于拍摄时的病人位置。

2.如权利要求1所述的术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，其特征在于，重建病人病灶的三维模型过程中，采用MC算法基于C++和VTK与ITK开源软件结合实现。

3.如权利要求1所述的术前CT数据和术中X光影像完全对应融合方法，其特征在于，生成病人病灶的数字重建放射影像的过程中，采用Siddon-Jacobs快速光线跟踪算法基于C++实现。