CN108294833A - 一种用于小动物颅骨的开颅定位系统 - Google Patents

一种用于小动物颅骨的开颅定位系统 Download PDF

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刘喆
王改梅
艾琪
毕晓晨
高梦
毛旭清
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Abstract

本发明属于生物医学基础研究领域，公开了一种用于小动物颅骨的开颅定位系统，设置有：中央处理器；CT扫描系统；数据分析系统；数字成像系统；三维图像输出系统；头颅矢量坐标输出系统；图像坐标合成系统；显示系统。本发明通过头颅矢量坐标输出系统可以结合所测数据对动物头颅进行矢量坐标化，三维图像输出系统以及头颅矢量坐标输出系统所得数据通过图像坐标合成系统进行整理对应，通过显示系统将动物头颅的三维成像以及对应的矢量坐标进行显示，从而达到对动物开颅手术精准定位的目的，本系统对于提高动物头颅手术精准度有极大的促进作用，非常适合推广使用。

Description

一种用于小动物颅骨的开颅定位系统
技术领域
本发明属于生物医学基础研究领域，尤其涉及一种用于小动物颅骨的开颅定位系统。
背景技术
目前，开颅手术在医学界依然是一个大手术，在手术时对于病灶的定位准确程度是手术成功的关键。生物医学界在动物身上做实验就变得非常有进步意义，然而现有的医疗器械无法系统全面地对病灶进行精确定位，造成手术难度居高不下。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有医疗器械无法系统准确地对病灶进行精确定位，功能单一，无法满足研究人员的需要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于小动物颅骨的开颅定位系统。
本发明是这样实现的，一种用于小动物颅骨的开颅定位系统设置有：
中央处理器；CT扫描系统；数据分析系统；数字成像系统；三维图像输出系统；头颅矢量坐标输出系统；图像坐标合成系统；显示系统。
所述中央处理器双向电信号连接于所述CT扫描系统、数据分析系统和数字成像系统；
所述CT扫描系统电信号连接于所述数据分析系统；所述数据分析系统电信号连接于所述数字成像系统；所述中央处理器电单项连接所述三维图像输出系统、头颅矢量坐标输出系统和图像坐标合成系统；
所述CT扫描系统平滑化的剪裁图像的特定像素坐标(a，b))的亮度值表示为f(a，b)时，使用下面所示的表达式计算所有像素的梯度矢量；
梯度矢量表示在特定像素和相邻像素之间亮度值的程度差的物理量；
基于式(1)所示的梯度矢量的x成分的值和式(2)中所示的梯度矢量的y成分的值，通过式(3)中所示的表达式可计算梯度矢量的方向θ；
通过图像数据的离散化计算标准图像处理中的梯度计算，并且使用如式(4)和式(5)、式(6)中所示的表达式中的微分计算相邻像素之间的梯度；
所述三维图像输出系统电信号连接于所述头颅矢量坐标输出系统；所述头颅矢量坐标输出系统电信号连接于所述图像坐标合成系统；所述图像坐标合成系统电信号连接于所述显示系统；
所述三维图像输出系统显示，包括以下步骤：
步骤一，对于高光谱图像数据的每个像素，由各谱段的灰度值计算出辐亮度值，并进行归一化构成一条光谱曲线；
步骤二，针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线，采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理，在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声，得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三，将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z)，其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔；
步骤四，根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65)，通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*，获得三个色彩感知参量，即明度彩度及色调h1；
其中，
XD65＝95.047,YD65＝100,ZD65＝108.883；
步骤五，设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值，通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1，得到调制后的色彩感知参量，即明度彩度及色调h2，使可视化效果满足保真复现需求，则kL＝kC＝1，kh＝0，改变kL实现调节图像明暗的需求，改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求，改变kh实现调节图像白平衡的需求；
步骤六，根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW)，通过下式，将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z')；
步骤七，根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB，建立起如下式的特征化模型，通过特征化模型，步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB)，即完成了高光谱图像的色彩可视化，其中N是显示设备单通道的存储位数；
进一步，所述显示系统电信号连接于外部数据终端，所述显示系统电信号连接于外部数据终端。
进一步，数字分析系统可以对所采集的数据进行存储分析。
进一步，数字成像系统可以对数字分析系统所分析的结果进行初步成像生成。
进一步，三维图像输出系统可以对数字成像系统所得的初步成像进行三维图像输出。
进一步，头颅矢量坐标输出系统可以对扫描数据进行矢量坐标化。
进一步，图像坐标合成系统可以对三维图像输出系统所输出的结果与头颅矢量坐标输出系统所输出的矢量坐标进行合成，形成一一对应的矢量坐标化的三维图像。
本发明系统CT扫描系统可以对动物的头颅进行CT扫描，并通过数据分析系统对所得数据进行分析；通过数字成像系统可以对所得数据进行整理初步成像；通过三维图像输出系统可以对所得三维图像输出；通过头颅矢量坐标输出系统可以结合所测数据对动物头颅进行矢量坐标化，三维图像输出系统以及头颅矢量坐标输出系统所得数据通过图像坐标合成系统进行整理对应，通过显示系统将动物头颅的三维成像以及对应的矢量坐标进行显示，从而达到对动物开颅手术定位的目的，本系统对于提高手术精准度有极大的促进作用，非常适合推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于小动物颅骨的开颅定位系统结构示意图；
图中：1、中央处理器；2、CT扫描系统；3、数据分析系统；4、数字成像系统；5、三维图像输出系统；6、头颅矢量坐标输出系统；7、图像坐标合成系统；8、显示系统。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于小动物颅骨的开颅定位系统包括：中央处理器1；CT扫描系统2；数据分析系统3；数字成像系统4；三维图像输出系统5；头颅矢量坐标输出系统6；图像坐标合成系统7；显示系统8。
所述中央处理器1双向电信号连接于CT扫描系统2、数据分析系统3和数字成像系统4。
所述电信号连接于所述CT扫描系统2，所述CT扫描系统2电信号连接于所述数据分析系统4；
所述数据分析系统3电信号连接于所述数字成像系统4；所述中央处理器1电单项连接所述三维图像输出系统5、头颅矢量坐标输出系统6和图像坐标合成系统7；所述三维图像输出系统8电信号连接于所述头颅矢量坐标输出系统6；
所述头颅矢量坐标输出系统6电信号连接于所述图像坐标合成系统7；所述图像坐标合成系统7电信号连接于所述显示系统8。
所述CT扫描系统平滑化的剪裁图像的特定像素坐标(a，b))的亮度值表示为f(a，b)时，使用下面所示的表达式计算所有像素的梯度矢量；
梯度矢量表示在特定像素和相邻像素之间亮度值的程度差的物理量；
基于式(1)所示的梯度矢量的x成分的值和式(2)中所示的梯度矢量的y成分的值，通过式(3)中所示的表达式可计算梯度矢量的方向θ；
通过图像数据的离散化计算标准图像处理中的梯度计算，并且使用如式(4)和式(5)、式(6)中所示的表达式中的微分计算相邻像素之间的梯度；
所述三维图像输出系统显示，包括以下步骤：
步骤一，对于高光谱图像数据的每个像素，由各谱段的灰度值计算出辐亮度值，并进行归一化构成一条光谱曲线；
步骤二，针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线，采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理，在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声，得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三，将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z)，其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔；
步骤四，根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65)，通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*，获得三个色彩感知参量，即明度彩度及色调h1；
其中，
XD65＝95.047,YD65＝100,ZD65＝108.883；
步骤五，设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值，通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1，得到调制后的色彩感知参量，即明度彩度及色调h2，使可视化效果满足保真复现需求，则kL＝kC＝1，kh＝0，改变kL实现调节图像明暗的需求，改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求，改变kh实现调节图像白平衡的需求；
步骤六，根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW)，通过下式，将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z')；
步骤七，根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB，建立起如下式的特征化模型，通过特征化模型，步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB)，即完成了高光谱图像的色彩可视化，其中N是显示设备单通道的存储位数；
本发明系统CT扫描系统可以对动物的头颅进行CT扫描，并通过数据分析系统对所得数据进行分析；通过数字成像系统可以对所得数据进行整理初步成像；通过三维图像输出系统可以对所得三维图像输出；通过头颅矢量坐标输出系统可以结合所测数据对动物头颅进行矢量坐标化，三维图像输出系统以及头颅矢量坐标输出系统所得数据通过图像坐标合成系统进行整理对应，通过显示系统将动物头颅的三维成像以及对应的矢量坐标进行显示，从而达到对动物开颅手术精确定位的目的，本系统对于提高手术精准度有极大的促进作用，非常适合推广使用。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，所述用于小动物颅骨的开颅定位系统设置有：中央处理器；CT扫描系统；数据分析系统；数字成像系统；三维图像输出系统；头颅矢量坐标输出系统；图像坐标合成系统；显示系统；
所述中央处理器双向电信号连接于所述CT扫描系统、数据分析系统和数字成像系统；
所述CT扫描系统电信号连接于所述数据分析系统；所述数据分析系统电信号连接于所述数字成像系统；所述中央处理器电单项连接所述三维图像输出系统、头颅矢量坐标输出系统和图像坐标合成系统；
所述CT扫描系统平滑化的剪裁图像的特定像素坐标(a，b))的亮度值表示为f(a，b)时，使用下面所示的表达式计算所有像素的梯度矢量；
梯度矢量表示在特定像素和相邻像素之间亮度值的程度差的物理量；
基于式(1)所示的梯度矢量的x成分的值和式(2)中所示的梯度矢量的y成分的值，通过式(3)中所示的表达式可计算梯度矢量的方向θ；
通过图像数据的离散化计算标准图像处理中的梯度计算，并且使用如式(4)和式(5)、式(6)中所示的表达式中的微分计算相邻像素之间的梯度；
所述三维图像输出系统电信号连接于所述头颅矢量坐标输出系统；所述头颅矢量坐标输出系统电信号连接于所述图像坐标合成系统；所述图像坐标合成系统电信号连接于所述显示系统；
所述三维图像输出系统显示，包括以下步骤：
步骤一，对于高光谱图像数据的每个像素，由各谱段的灰度值计算出辐亮度值，并进行归一化构成一条光谱曲线；
步骤二，针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线，采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理，在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声，得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三，将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z)，其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔；
步骤四，根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65)，通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*，获得三个色彩感知参量，即明度彩度及色调h1；
其中，
XD65＝95.047,YD65＝100,ZD65＝108.883；
步骤五，设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值，通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1，得到调制后的色彩感知参量，即明度彩度及色调h2，使可视化效果满足保真复现需求，则kL＝kC＝1，kh＝0，改变kL实现调节图像明暗的需求，改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求，改变kh实现调节图像白平衡的需求；
步骤六，根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW)，通过下式，将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z')；
步骤七，根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB，建立起如下式的特征化模型，通过特征化模型，步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB)，即完成了高光谱图像的色彩可视化，其中N是显示设备单通道的存储位数；
2.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，所述显示系统电信号连接于外部数据终端。
3.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，数字分析系统可以对所采集的数据进行存储分析。
4.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，数字成像系统可以对数字分析系统所分析的结果进行初步成像生成。
5.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，三维图像输出系统可以对数字成像系统所得的初步成像进行三维图像输出。
6.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，头颅矢量坐标输出系统可以对扫描数据进行矢量坐标化。
7.如权利要求1所述的用于小动物颅骨的开颅定位系统，其特征在于，图像坐标合成系统可以对三维图像输出系统所输出的结果与头颅矢量坐标输出系统所输出的矢量坐标进行合成，形成一一对应的矢量坐标化的三维图像。
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