CN110443749A - 一种动态配准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种动态配准方法及装置，方法包括：获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在该标记点从该标记点的运动范围最小值运动至该标记点的运动范围最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中标记点的位置进行配准，选取m次配准中误差最小的一次配准作为最优配准。本发明实施例能够提高配准精度，从而提高定位导航精度。

Description

一种动态配准方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及配准定位技术领域，尤其涉及一种动态配准方法及装置。
背景技术
在外部物体可视的环境条件下，对于外部物体内部的非可视位置点或物体的位置确定仍然存在一定的困难，在外部物体不可破除的情况下，虽然可通过扫描等方式对外部物体轮廓进行确定，但由于患者术中体位与术前体位以及体表轮廓形状会存在差异，采用术中某一瞬时的体表标记点状态与术前CT(Computed Tomography，计算机体层摄影)记录的体表标记点做配准将不可避免的存在误差，从而降低术中定位精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种动态配准方法及装置。
本发明实施例提供一种动态配准方法，包括：
获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；
通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；
通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；
将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
本发明实施例提供一种动态配准装置，包括：
第一获取模块，用于获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；
确定模块，用于通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；
第二获取模块，用于通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；
配准模块，用于将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。
本发明实施例提供的动态配准方法及装置，通过在胸廓目标区域预先设置标记点，通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率获取m组所有标记点的位置，m为正整数，将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，选取误差最小的一次配准作为最优配准，由此，能够通过术中动态配准，将患者不同体表形态特征状态下的体表标记点与术前CT记录的标记点做实时动态配准，从而找出最优匹配，即找到与术前患者体表形态最接近的某一术中体表形态，提高配准精度，从而可以提高定位导航精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种动态配准方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种动态配准装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种动态配准方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的动态配准方法，包括：
S1、获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置。
在具体应用中，可以通过光学导航设备，获取在胸廓目标区域预先设置的每个标记点处放置的光学反光小球的位置，进而获得在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置。
在具体应用中，在胸廓目标区域预先设置的标记点的数量可以为至少三个。
S2、通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围。
可以理解的是，人体在呼吸时，在胸廓目标区域预先设置的标记点会随着人体的呼吸产生运动，通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，能够确定人体正常呼吸时所有标记点的运动范围，以便后续术中在标记点从所述运动范围的最小值运动至所述运动范围的最大值的时间范围内，获取标记点的多组不同的位置。
在具体应用中，可以在胸廓目标区域预先设置n个标记点，n≥3，设第i(i≤n)个标记点的运动范围为Li，Li_MIN≤Li≤Li_MAX，Li_MIN为第i个标记点的运动范围的最小值，Li_MAX为第i个标记点的运动范围的最大值。
可以理解的是，本实施例步骤S1和S2均是术前执行的步骤。
S3、通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数。
可以理解的是，频率是单位时间内完成周期性变化的次数，本实施例所述预设频率要大于人体的呼吸频率，为了后续得到更精确的配准结果，获取术中更多组所述标记点的不同的位置，本实施例所述预设频率可远远大于人体的呼吸频率，例如，可以将所述预设频率设置为10Hz(赫兹)。
可以理解的是，通过在术中获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置，监测所有标记点的运动，当第i个标记点运动至Li_MIN时，以预设频率获取所述标记点的位置，直至第i个标记点运动至Li_MAX。
S4、将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
可以理解的是，本实施例将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准，最优配准状态下术中体表轮廓与术前拍摄CT时的体表轮廓最接近，在这个状态下进行导航定位的误差最小。
需要说明的是，本实施例所述方法的执行主体为处理器。
本发明实施例提供的动态配准方法，通过在胸廓目标区域预先设置标记点，通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率获取m组所有标记点的位置，m为正整数，将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，选取误差最小的一次配准作为最优配准，由此，能够通过术中动态配准，将患者不同体表形态特征状态下的体表标记点与术前CT记录的标记点做实时动态配准，从而找出最优匹配，即找到与术前患者体表形态最接近的某一术中体表形态，提高配准精度，从而可以提高定位导航精度。
进一步地，在上述实施例的基础上，在所述步骤S4之前，本实施例所述方法还可以包括：
获取在胸廓目标区域预先设置的标记点放置可在CT下成像的特殊材料后的术前CT数据，对所述术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料。
可以理解的是，本实施例术前可以在患者体表指定n(n≥3)个标记点，在这些标记点处贴上特殊材料(体积≤1mm3)，然后患者带着这些标记点拍摄CT，对术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料，以方便后续将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。举例来说，可以利用本实施例所述方法去定位肺结节。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤S4中的“将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准”，可以包括：
利用对应点集配准算法，将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。
可以理解的是，对应点集配准算法为现有的对应点集配准算法，本实施例并不对其进行限制。
这样，本实施例能够实现将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。
本发明实施例提供的动态配准方法，能够通过术中动态配准，将患者不同体表形态特征状态下的体表标记点与术前CT记录的标记点做实时动态配准，从而找出最优匹配，即找到与术前患者体表形态最接近的某一术中体表形态，提高配准精度，从而可以提高定位导航精度。
图2示出了本发明一实施例提供的一种动态配准装置的结构示意图，如图2所示，本实施例的动态配准装置，包括：第一获取模块21、确定模块22、第二获取模块23和配准模块24；其中：
所述第一获取模块21，用于获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；
所述确定模块22，用于通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；
所述第二获取模块23，用于通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；
所述配准模块24，用于将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
具体地，所述第一获取模块21获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；所述确定模块22通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；所述第二获取模块23通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；所述配准模块24将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
在具体应用中，本实施例可以通过光学导航设备，获取在胸廓目标区域预先设置的每个标记点处放置的光学反光小球的位置，进而获得在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置。
在具体应用中，在胸廓目标区域预先设置的标记点的数量可以为至少三个。
可以理解的是，人体在呼吸时，在胸廓目标区域预先设置的标记点会随着人体的呼吸产生运动，所述确定模块22通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，能够确定人体正常呼吸时所有标记点的运动范围，以便后续术中在标记点从所述运动范围的最小值运动至所述运动范围的最大值的时间范围内，获取标记点的多组不同的位置。
在具体应用中，所述确定模块22可在胸廓目标区域预先设置n个标记点，n≥3，设第i(i≤n)个标记点的运动范围为Li，Li_MIN≤Li≤Li_MAX，Li_MIN为第i个标记点的运动范围的最小值，Li_MAX为第i个标记点的运动范围的最大值。
可以理解的是，本实施例所述第一获取模块21和所述确定模块22均是术前执行的模块。
可以理解的是，所述第二获取模块23可通过在术中获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置，监测所有标记点的运动，当第i个标记点运动至Li_MIN时，以预设频率获取所述标记点的位置，直至第i个标记点运动至Li_MAX。
可以理解的是，频率是单位时间内完成周期性变化的次数，本实施例所述预设频率要大于人体的呼吸频率，为了后续得到更精确的配准结果，获取术中更多组所述标记点的不同的位置，本实施例所述预设频率可远远大于人体的呼吸频率，例如，可以将所述预设频率设置为10Hz(赫兹)。
需要说明的是，本实施例所述装置应用于处理器。
可以理解的是，本实施例将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准，最优配准状态下术中体表轮廓与术前拍摄CT时的体表轮廓最接近，在这个状态下进行导航定位的误差最小。
本发明实施例提供的动态配准装置，能够通过术中动态配准，将患者不同体表形态特征状态下的体表标记点与术前CT记录的标记点做实时动态配准，从而找出最优匹配，即找到与术前患者体表形态最接近的某一术中体表形态，提高配准精度，从而可以提高定位导航精度。
进一步地，在上述实施例的基础上，本实施例所述装置还可以包括图中未示出的：
第三获取模块，用于在将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准之前，获取在胸廓目标区域预先设置的标记点放置铅丝后的术前CT数据，对所述术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料。
可以理解的是，本实施例术前可以在患者体表指定n(n≥3)个标记点，在这些标记点处贴上特殊材料(直径≤1mm),然后患者带着这些标记点拍摄CT，对术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料，以方便后续将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。举例来说，可以利用本实施例所述装置去定位肺结节。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述配准模块24中的“将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准”，可以包括：
利用对应点集配准算法，将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。
可以理解的是，对应点集配准算法为现有的对应点集配准算法，本实施例并不对其进行限制。
这样，本实施例能够实现将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。
本发明实施例提供的动态配准装置，能够通过术中动态配准，将患者不同体表形态特征状态下的体表标记点与术前CT记录的标记点做实时动态配准，从而找出最优匹配，即找到与术前患者体表形态最接近的某一术中体表形态，提高配准精度，从而可以提高定位导航精度。
本发明实施例提供的动态配准装置，可以用于执行前述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图3示出了本发明一实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括存储器302、处理器301、总线303及存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序，其中，处理器301，存储器302通过总线303完成相互间的通信。所述处理器301执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤，例如包括：获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤，例如包括：获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动态配准方法，其特征在于，包括：
获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；
通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；
通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；
将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置，包括：
通过光学导航设备，获取在胸廓目标区域预先设置的每个标记点处放置的光学反光小球的位置，进而获得在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在胸廓目标区域预先设置的标记点的数量为至少三个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，包括：
利用对应点集配准算法，将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准之前，所述方法还包括：
获取在胸廓目标区域预先设置的标记点放置可在CT下成像的特殊材料后的术前CT数据，对所述术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料。
6.一种动态配准装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置；
确定模块，用于通过在每个呼吸阶段获取所述标记点的位置，确定所有标记点的运动范围；
第二获取模块，用于通过术中获取所述标记点的位置，监测术中所有标记点的运动，对于任一标记点，在所述标记点从所述标记点的运动范围的最小值运动至所述标记点的运动范围的最大值的时间范围内，以预设频率，获取m组所有标记点的位置，m为正整数；
配准模块，用于将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准，确定m次配准中每次配准的误差，选取误差最小的一次配准作为最优配准。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于
通过光学导航设备，获取在胸廓目标区域预先设置的每个标记点处放置的光学反光小球的位置，进而获得在胸廓目标区域预先设置的标记点的位置。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三获取模块，用于在将在术中所获取的所有标记点的m组位置分别与术前CT中相对应标记点的位置进行配准之前，获取在胸廓目标区域预先设置的标记点放置可在CT下成像的特殊材料后的术前CT数据，对所述术前CT数据进行三维重建，重建出患者体表皮肤、体内结节、肋骨和体表标记点处的特殊材料。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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