CN108143501B - 一种基于体表静脉特征的解剖投影方法 - Google Patents

一种基于体表静脉特征的解剖投影方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于体表静脉特征的解剖投影方法，在患者做CT和MRI检查目标时同时扫描体表静脉。将处理后的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像的都制成尺寸和坐标一致的解剖模型。手术时将模型投影到体表，在体表静脉显示仪下观察体表静脉模型与体表静脉的重合，就可以对其他解剖结构进行准确定位。穿刺时根据体表静脉特征可实现对目标的精准穿刺。做手术时，通过投影仪将CT或MRI影像投影在手术区域，可以提供手术精度，减少副损伤。本发明结构简单、使用方便，操作简单，准确性高。

Description

一种基于体表静脉特征的解剖投影方法
技术领域
本发明涉及一种基于体表静脉特征的解剖投影方法。
背景技术
外科手术中最重要的就是明确解剖关系，医生需要知道切开的组织周围有哪些解剖结构，但是在手术台上只能凭借经验和阅读影像片时的模糊记忆，需要反复回忆和思考，遇到解剖异常时也容易造成额外的损伤。
目前常规检查中CT、MRI等影像虽然精准，但难以和实际人体相融合。B超虽然可以灵活地调整影像层面，但是图像模糊，图像显示范围小。穿刺定位需要术者具有一定的超声知识，限制了其应用。X线具有放射性，CT和MRI设备巨大费用昂贵，CT具有放射性，MRI禁止一切铁磁性金属靠近，而且要在CT和MRI机房做穿刺手术，很难达到手术室的无菌要求。
人体血液中的血红蛋白对红外光线有较强的吸收能力，而周围组织对红外光线吸收能力较弱，因此排除可见光干扰，在红外成像上，静脉血管和周围组织就产生了光学反差，从而使皮下静脉血管的位置清晰地显示出来。通过分析人体血液的光谱可以进一步得到确切的红外线波段。因此利用这一特定波段近红外线制作人体表层血管显示仪，使用者可以使用显示仪对人体表层皮肤下的血管进行扫描成像，进而精确定位血管。体表静脉血管形态不会随着年龄增长发生根本性的变化，在体表的位置也是相对固定的，所以体内组织器官和体表静脉的位置关系也是固定的。
发明内容
本发明提供一种基于体表静脉特征的解剖投影方法，可实现目标的准确定位，所用装置结构简单、成本低、定位准确。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，通过断层扫描装置扫描人体获取包括体表静脉的连续断层扫描图像；
步骤二，利用图像处理软件处理步骤一中包括体表静脉的连续断层扫描图像，并提取体表静脉图像；
步骤三，将步骤二所得的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像的都进行归一化，制成尺寸和坐标一致的解剖模型；
步骤四，将步骤三的解剖模型投影在体表静脉所在的体表，并使解剖模型投影与人体实际尺寸比为(0.9-1.1)∶1；
步骤五，调整步骤四中解剖模型的投影位置，观察体表静脉并使至少两条体表静脉与投影模型中的静脉相重合，则解剖模型的投影位置就是该解剖结构在的实际体表投影。
进一步地，步骤一中，断层扫描图像通过CT设备和MRI设备获取；断层扫描图像包括与扫描层面平行的体表层皮下1cm内肉眼可直接辨识的体表静脉。
进一步地，步骤二中，使用图像处理软件使体表静脉清楚显示的方法为抠图处理。
进一步地，步骤三中，所述归一化是将步骤二所得的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像的都按照统一的尺寸和坐标处理。
进一步地，：步骤三中，在所述解剖模型加入比例尺。通过比较比例尺的标识长度与实际投影长度，可以知道体表投影与人体实际尺寸比例。再通过调整投影距离或图像大小来调整该比例。
进一步地，步骤四中，将步骤三中的模型经图像处理软件调整形状和位置后投影。
进一步地，步骤五为通过静脉显示装置观察体表静脉。
调整投影的模型，或调整体位，使静脉显示装置所显示体表静脉中至少两条体表静脉与投影的模型中的体表静脉相重合，则解剖模型投影时的体表位置就是该解剖结构在体表的投影。
一种静脉显示装置，其特征在于：包括依次相接的红外光源、红外滤光片、电子摄像头、计算机数据处理组件、控制组件和液晶显示器，当设有投影仪时，投影仪与计算机数据处理组件连接，投影仪前设有分光镜，投影仪的出光路线与电子摄像头的进光路线相垂直，所述分光镜位于投影仪的出光路线与电子摄像头的进光路线的相交处，且与出光路线与光路线均呈45°角；所述分光镜为带通滤波，选择性透过可见光而反射近红外光。
图像处理组件用于处理感光摄像镜头采集到的图像，并经过内置的算法处理，将图像发送到液晶显示器上，具体方法为现有技术。控制组件用于控制静脉显示装置的工作与否，可通过按钮控制，也可以经过遥控器控制，具体可参照现有技术。
本发明在做手术时将影像投影到患者体表，手术时先根据体表静脉模型实现人体目标定位，再通过投影仪将不同层次的CT或MRI影像投影在手术区域。可以根据手术进展程度调出对应层面的影像，提醒手术医生周边有哪些组织，以提高手术精度，减少副损伤。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明公开了一种基于体表静脉特征的解剖投影方法，在患者做CT和MRI检查目标时同时扫描体表静脉。将处理后的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像的都制成尺寸和坐标一致的解剖模型。手术时将模型投影到体表，在体表静脉显示仪下观察体表静脉模型与体表静脉的重合，就可以对其他解剖结构进行准确定位。穿刺时根据体表静脉特征可实现对目标的精准穿刺。做手术时，通过投影仪将CT或MRI影像投影在手术区域，可以提供手术精度，减少副损伤。本发明结构简单、使用方便，操作简单，准确性高。
附图说明
图1为本发明实施例基于体表静脉特征的解剖投影方法流程示意图；
图2A为实施例1中脐部右侧体表静脉的断层扫描图像示意图；
图2B为实施例1中图2A处理后的示意图；
图3A为实施例1中脐部左侧体表静脉的断层扫描图像示意图；
图3B为实施例1中图3A处理后的示意图；
图4A为实施例1中作为目标的左肾上级囊肿的断层扫描图像示意图；
图4B为实施例1中图4A处理后的示意图；
图5为实施例1中合成的体表静脉与比例尺共同显示模型的示意图；
图6为实施例1中定位后将解剖模型投影在体表的示意图。
图中，1-体表静脉，2-目标，3-比例尺，4-投影支架，5-投影仪。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例以肾囊肿穿刺为例，图1为本发明实施例基于体表静脉特征的解剖投影方法流程示意图。
步骤一，为获知肾囊肿与体表之间的空间关系，先通过断层扫描装置扫描人体获取包括体表静脉的断层扫描图像；
常规连续断层扫描设备包括CT和MRI，本实施例为通过CT检查肾脏囊肿。一般扫描时集中在目标2周围扫描，做冠状面和矢状面扫描时一般不包括与扫描层面平行的体表。目前已有体表静脉显示装置可以显示距离体表1cm以内的静脉，直径越粗越容易被观察。摄片时要求操作员专门在与扫描层面平行的体表扫描1～3层，把皮下1cm的包含静脉的结缔组织扫描下来，然后继续按相同的坐标常规扫描目标2。
如果只做水平面扫描，由于此时体表静脉1被横断，可以用Mimics medical 17.0软件重建模拟成冠状面和矢状面扫描。
步骤二，图2A为实施例1中脐部右侧体表静脉1的CT断层扫描图像示意图，下方中间的孔是肚脐的凹陷，肚脐右方的体表层可见不太明显的体表静脉1。通过Photoshop处理时，以原图为背景层，在背景之上复制一个新图层，在新图层上用磁性套索功能沿静脉边缘描绘出只含体表静脉1的选区，删除选区之外的图像。得到图2B，为实施例1中图2A处理后只含体表静脉1的示意图。
在其他的实施例中，还可以使用色阶调整、局部亮度调整、局部色彩调整和在体表静脉1上加轮廓线条的办法与其他部分图像明显区分开。
图3A为实施例1中脐部左侧体表静脉1的CT断层扫描图像示意图。用上述同样的方法处理，得到图3B。
图4A为实施例1中作为目标2的左肾上级囊肿的CT断层扫描图像示意图，用Photoshop反相功能使黑白颜色颠倒，使背景变淡。再用处理图2的方法处理，得到图4B，为实施例1中图4A处理后突出显示囊肿目标的示意图。
步骤三，将处理后的体表静脉图像和其他解剖目标断层扫描图像的都制成尺寸和坐标一致的解剖模型。
在常规连续断层扫描中，所有图像都共同坐标系统，有相同的缩放比例。本实施例取得的多幅断层扫描图像并没有进行大小缩放，所以仍然匹配原有的坐标系统。常规断层扫描时会在图像上留有长度比例尺3。
将图2B、图3B和长度比例尺3共同粘贴到同一张空白背景图中，将3张图片都顶在背景的左上角。即使没有事先标注对齐标志，也仍然可以准确对齐。得到图5，为实施例1中合成的体表静脉1模型。将其他断层扫描图像也粘贴到一张空白背景图中，将3张图片都顶在背景的左上角，制成和体表静脉1模型有同样坐标和尺寸的模型。
在一个非限制实施例中，用图像处理软件在图像上相同坐标的位置事先标注了对齐标志，用于校正是否对齐。
步骤四，如图6所示，将步骤三的模型投影在人体体表，使体表投影与人体目标2实际尺寸比为(0.95-1.05)∶1。通过比较比例尺的标识长度与实际长度，计算体表投影与人体实际尺寸比例。再通过调整投影距离或图像大小来调整比例。
步骤五，从静脉显示器中可以同时看见体表静脉1也投影在体表，但与实际体表静脉未必完全重合，需要调整投影仪5位置或体位使二者重合。使至少两条投影的体表静脉1与实际体表静脉相重合，则投影的模型上的目标2所对应的体表位置就是需要定位的目标2在体表的投影。
本实施例通过在计算机中调整投影静脉模型的位置和角度，可以从液晶显示器中看见体表实际体表静脉不动，投影的静脉模型不断向实际的体表静脉1靠齐。目标2距离体表投影的垂直距离设为d，d＝断层扫描时目标2与体表的断层数目×层厚。也可以直接在CT片上测量后通过比例尺3计算d的大小。
在一个非限制实施例中，通过指导患者调整体位，可以从液晶显示器中看见投影的静脉模型不动，患者实际的体表静脉1不断向投影的静脉模型靠齐，直至至少两条体表静脉1与投影的模型中的静脉相重合。
目前已有的静脉显示装置包括依次相接的红外光源、红外滤光片、电子摄像头、计算机数据处理组件、控制组件和液晶显示器。本实施例的计算机数据处理组件使用Intel公司的X86构架的计算机系统，运行windows8操作系统。液晶显示器安装在静脉显示装置上。投影仪5与静脉显示装置并排连接在一起。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：患者做MRI检查。MRI检查可以较CT更好地显示体表静脉1。
实施例3
本实施例与实施例1相似，所不同的是：本实施例用于做手术时的逐层定位投影。手术时先根据体表静脉1模型实现投影的静脉图像与实际体表静脉1重合，再通过固定在投影支架4上面的投影仪5将不同层次的CT或MRI影像垂直投影在手术区域，使体表投影与人体实际尺寸为1∶1。手术时可以根据手术进展程度调出不同层面的影像，提醒手术医生周边有哪些组织，以提高手术精度，减少副损伤。
实施例4
本实施例与实施例3相似，所不同的是：使用立体投影仪5。将CT或MRI影像经过计算机合成三维解剖结构，再投影到患者体表，并通过几何校正技术使体表投影与人体实际尺寸为1∶1。操作者可以带上3d眼镜在患者体表看到体内的3d解剖结构。

Claims (8)

1.一种基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，通过CT设备和MRI设备获取包括体表静脉和解剖目标的断层扫描图像；
步骤二，利用图像处理软件处理步骤一中包括体表静脉的断层扫描图像，并提取体表静脉图像；
步骤三，将步骤二所得的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像都进行归一化，制成尺寸和坐标一致的解剖模型；
步骤四，将步骤三的解剖模型投影在体表静脉所在的体表，并使解剖模型投影与人体实际尺寸比为(0.9-1.1)∶1；
步骤五，调整步骤四中解剖模型的投影位置，观察体表静脉并使至少两条体表静脉与投影模型中的静脉相重合，则解剖模型的投影位置就是该解剖目标的实际体表投影。
2.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤一中，断层扫描图像包括与扫描层面平行的体表层皮下1cm内的体表静脉。
3.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤二中，使用图像处理软件使体表静脉清楚显示的方法为抠图处理。
4.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤三中，所述归一化是将步骤二所得的体表静脉图像和解剖目标断层扫描图像都按照统一的尺寸和坐标处理。
5.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤三中，在所述解剖模型加入比例尺。
6.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤四中，将步骤三中的模型经图像处理软件调整形状和位置后投影。
7.如权利要求1或6 所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤三中，使解剖模型投影与人体实际尺寸比为(0.95-1.05)∶1。
8.如权利要求1所述的基于体表静脉特征的解剖投影方法，其特征在于：步骤五中，利用静脉显示装置观察体表静脉。
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Address after: 215600 floor 3, building B, Dongcheng science and technology entrepreneurship Park, Miaoqiao Hengjing village, Tangqiao town, Zhangjiagang City, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant after: Suzhou Keling Medical Technology Co., Ltd

Address before: 223900 1-1, building 17, Dongcheng Kangqiao community, Sihong County, Suqian City, Jiangsu Province

Applicant before: Sihong Zhengxin Medical Technology Co., Ltd

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