CN109360181A - 超声图像与核磁图像融合方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声图像与核磁图像融合方法和系统，令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像，生成二维目标边界图像；根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。通过融合超声图像和核磁图像，使得海扶治疗中超声图像清晰，对治疗目标及其周围区域二维重切片，方便医生了解治疗目标周围的情况，避开可能存在危险的区域，提高治疗的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及海扶治疗领域，具体地，涉及一种超声图像与核磁图像融合方法和系统，尤其是涉及一种在海扶治疗中的超声图像与核磁图像融合系统。
背景技术
海扶治疗是针对肿瘤治疗的新型超声波的物理治疗方法，是通过超声聚焦，将声能转换成热能，用热能将肌瘤“烧死”。海扶治疗过程中需要通过实时监控的超声或者MRI观察肿瘤，确定切除的范围。因此，超声图像的清晰程度、切除范围边界明晰对治疗具有重大临床价值。
当前海扶治疗中有两种引导方式，一种是核磁引导，优点是图像清晰，缺点是做不到实时监控，对铁磁性部件敏感，对系统要求高；另一种是超声引导，优点是可以实时监控，缺点是图像不清晰，安全性不高。
专利文献CN106373108A公开了一种将实时超声图像与术前核磁图像进行融合的方法及装置，该方法包括：将术前核磁图像及术前基准超声图像进行分剖，然后进行非刚性配准；将实时超声图像进行分剖，将其与术前基准超声图像进行非刚性配准，间接的将实时超声图像与术前核磁图像融合。该装置包括：术前核磁图像单元，对术前核磁图像分割；术前基准超声图像单元，对术前超声图像单元分割；第一非刚性配准单元，对术前核磁图像与术前基准超声图像进行非刚性配准；实时超声图像单元，对实时超声图像单元分割；及第二非刚性配准单元，对实时超声图像单元与术前基准超声图像单元进行非刚性配准。弥补了形变，提高了导航精度；又降低了计算时间，保证了实时性。但是需要术前超声做为中介，需要三份图像，要做三次分割，两次配准，因此效率较低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超声图像与核磁图像融合方法和系统。
根据本发明提供的一种超声图像与核磁图像融合方法，包括以下步骤：
核磁图像三维重建步骤：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；
二维切片图像获取步骤：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像；
电机运动换算步骤：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；
图像采集步骤：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
优选地，所述二维切片图像获取步骤包括：
确定患者位置步骤：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；
确定变换关系步骤：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；
切片步骤：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
根据本发明提供的一种超声图像与核磁图像融合系统，包括以下模块：
核磁图像三维重建模块：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；
二维切片图像获取模块：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像；
电机运动换算模块：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；
图像采集模块：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
优选地，所述二维切片图像获取模块包括：
确定患者位置模块：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；
确定变换关系模块：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；
切片模块：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
优选地，所述预定角度指正对治疗床，从观察者右边出发到观察者左边，看到的治疗床短轴朝向观察者的方向为零度，从治疗床上边向下看，顺时针方向为正，从-90度到90度，每隔一度采集一幅图像。
优选地，所述三维重建采用勾画方式，所述勾画方式是在每一层核磁图像上勾画出目标边缘，利用移动立方体算法，将勾画出的三维区域重建出三维表面。
优选地，所述三维重建采用阈值分割方式，所述阈值分割方式是调节图像目标区域的像素最大值、最小值，选中最大值、最小值中间的像素值区域，在目标中选取一种子点，运用三维的区域增长算法，选中相邻的三维目标区域，利用移动立方体三维重建算法构建出三维表面。
优选地，所述三维重建采用涂抹方式，所述涂抹方式是用画笔涂抹目标区域的各层并修饰目标区域边缘，将目标区域各层图像都涂抹完后，利用移动立方体三维重建算法，重建出三维表面。
优选地，所述换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位是将海扶治疗的超声探头旋转一度换算成脉冲，驱动电机运动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过融合超声图像和核磁图像，使得海扶治疗中超声图像清晰，治疗区域边界明确；
2、通过核磁图像对治疗目标进行三维重建，提供医生明确认知，提高治疗的安全性；
3、对治疗目标及其周围区域二维重切片，方便医生了解治疗目标周围的情况，避开可能存在危险的区域，提高治疗的安全性和可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图中示出：超声探头1；夹持超声探头的旋转电机2；病床3；主控计算机4。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种超声图像与核磁图像融合方法，包括以下步骤：核磁图像三维重建步骤：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；二维切片图像获取步骤：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像，生成二维目标边界图像；电机运动换算步骤：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；图像采集步骤：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
具体地，所述二维切片图像获取步骤包括，确定患者位置步骤：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；确定变换关系步骤：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；切片步骤：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
具体地，所述预定角度指正对治疗床，从观察者右边出发到观察者左边，看到的治疗床短轴朝向观察者的方向为零度，从治疗床上边向下看，顺时针方向为正，从-90度到90度，每隔一度采集一幅图像。
具体地，所述三维重建采用勾画方式，所述勾画方式是在每一层核磁图像上勾画出目标边缘，利用移动立方体算法，将勾画出的三维区域重建出三维表面。
具体地，所述三维重建采用阈值分割方式，所述阈值分割方式是调节图像目标区域的像素最大值、最小值，选中最大值、最小值中间的像素值区域，在目标中选取一种子点，运用三维的区域增长算法，选中相邻的三维目标区域，利用移动立方体三维重建算法构建出三维表面。
具体地，所述三维重建采用涂抹方式，所述涂抹方式是用画笔涂抹目标区域的各层并修饰目标区域边缘，将目标区域各层图像都涂抹完后，利用移动立方体三维重建算法，重建出三维表面。
具体地，所述换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位是将海扶治疗的超声探头旋转一度换算成脉冲，驱动电机运动。
根据本发明提供的一种超声图像与核磁图像融合系统，包括以下模块：核磁图像三维重建模块：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；二维切片图像获取模块：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像，生成二维目标边界图像；电机运动换算模块：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；图像采集模块：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
具体地，所述二维切片图像获取模块包括，确定患者位置模块：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；确定变换关系模块：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；切片模块：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。优选地，利用患者头朝向信息作为中介得到海扶治疗坐标系到核磁肌瘤三维模型坐标系之间的变化关系，按照海扶治疗的预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
具体地，移动立方体(marching cube)方法是一种常用的二维图像到三维图形的三维重建方法，其输入为一层一层有选中区域的二值图像，输出为由一个一个三角面片组成的三维模型表面。算法原理为选中相邻两层图像对应的各四个点，根据八个点是否在选中区域内，生成空间三角面片，遍历所有的点，生成三维表面模型。
以下对优选例做进一步的阐述。
如图1所示，海扶治疗中的超声图像和核磁图像融合系统，包括：超声探头、夹持超声探头的旋转电机、主控计算机、病床。超声探头和夹持超声探头的旋转电机位于床体上方，主控计算机导入患者核磁图像后，通过软件完成目标治疗区域三维重建，算法实现对目标区域的预定角度切片后找出目标区域各角度二维轮廓，超声探头完成与核磁目标角度对应的超声图像采集。
主控计算机导入预采集的患者目标治疗区域核磁图像，完成治疗目标三维重建，算法自动实现治疗目标及附近区域各角度二维切片，重建，算法根据三维重建区域，自动提取目标边界，生成二维目标边界图像；主控计算机根据患者在病床上姿态，头朝向，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，进而换算出夹持超声探头电机运动参数；主控计算机控制电机进行对应的运动，到需要的位置后，控制超声探头采集图像，依次把所需采集的超声图像采集完全。主控计算机根据核磁图像得到的治疗目标区域各角度二维切片和对应的各角度超声图像进行目标轮廓配准，获取各二维轮廓变换关系矩阵，将核磁轮廓做核磁轮廓到超声轮廓变换，然后将超声图像和核磁图像融合。本发明只需准备术前核磁图像，做两次分割，一次配准，并且超声肌瘤轮廓的分割是自动进行，核磁肌瘤轮廓的分割可以用三维方法分割，极大提高了使用者的效率。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种超声图像与核磁图像融合方法，其特征在于，包括以下步骤：
核磁图像三维重建步骤：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；
二维切片图像获取步骤：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像；
电机运动换算步骤：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；
图像采集步骤：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
2.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法，其特征在于，所述二维切片图像获取步骤包括：
确定患者位置步骤：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；
确定变换关系步骤：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；
切片步骤：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
3.一种超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，包括以下模块：
核磁图像三维重建模块：令预采集的目标治疗区域核磁图像进行治疗目标三维重建，得到核磁图像三维模型；
二维切片图像获取模块：根据预定角度对核磁图像三维模型进行角度切片，获得目标治疗区域的各角度二维轮廓，形成核磁二维切片图像；
电机运动换算模块：根据待测目标的位置关系，换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位，根据超声图像方位换算夹持超声探头的电机运动参数；
图像采集模块：令夹持超声探头的电机根据电机运动参数在目标治疗区域进行图像采集。
4.根据权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述二维切片图像获取模块包括：
确定患者位置模块：确定海扶治疗时患者头部朝向，获取患者头朝向信息；
确定变换关系模块：根据核磁图像中的患者摆位和图像坐标确定出核磁三维模型坐标系与患者坐标系之间的变换关系；
切片模块：按照海扶治疗中预定角度对核磁三维肌瘤模型进行切片。
5.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法或者权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述预定角度指正对治疗床，从观察者右边出发到观察者左边，看到的治疗床短轴朝向观察者的方向为零度，从治疗床上边向下看，顺时针方向为正，从-90度到90度，每隔一度采集一幅图像。
6.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法或者权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述三维重建采用勾画方式，所述勾画方式是在每一层核磁图像上勾画出目标边缘，利用移动立方体算法，将勾画出的三维区域重建出三维表面。
7.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法或者权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述三维重建采用阈值分割方式，所述阈值分割方式是调节图像目标区域的像素最大值、最小值，选中最大值、最小值中间的像素值区域，在目标中选取一种子点，运用三维的区域增长算法，选中相邻的三维目标区域，利用移动立方体三维重建算法构建出三维表面。
8.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法或者权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述三维重建采用涂抹方式，所述涂抹方式是用画笔涂抹目标区域的各层并修饰目标区域边缘，将目标区域各层图像都涂抹完后，利用移动立方体三维重建算法，重建出三维表面。
9.根据权利要求1所述的超声图像与核磁图像融合方法或者权利要求3所述的超声图像与核磁图像融合系统，其特征在于，所述换算核磁二维切片图像对应的超声图像方位是将海扶治疗的超声探头旋转一度换算成脉冲，驱动电机运动。
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Denomination of invention: Ultrasonic image and nuclear magnetic image fusion method and system Effective date of registration: 20220308 Granted publication date: 20200724 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Xuhui sub branch Pledgor: ZHONGHUI MEDICAL TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000046 |
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Application publication date: 20190219 Assignee: Sano Aike Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Assignor: ZHONGHUI MEDICAL TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co.,Ltd. Contract record no.: X2023310000032 Denomination of invention: Methods and Systems for Fusion of Ultrasound and Nuclear Magnetic Resonance Images Granted publication date: 20200724 License type: Common License Record date: 20230317 |