CN114795468A - 一种血管内治疗的术中导航方法及其系统 - Google Patents

一种血管内治疗的术中导航方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种血管内治疗的术中导航方法、系统、设备和计算机可读存储介质，方法其包括：获取术前病变部位的CT图像；识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；根据3D模型经第一预处理后得到3D模型的第一向量特征；获取术中病变部位的平面图像；根据术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的平面图像的第二向量特征；将第一向量特征与第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。本发明克服了目前介入设备在病灶部位的三维空间位置完全依靠操作医师凭借个人经验对手术部位的了解、想象进行定位，给手术操作的精确性带来了巨大困难的问题。

Description

一种血管内治疗的术中导航方法及其系统
技术领域
本发明属于医疗技术领域，具体涉及为一种血管内治疗的术中导航方法及其系统。
背景技术
术区重要血管定位是众多外科手术降低手术风险提高手术成功率的必要条件，如普外科复杂术区的血管定位，可以减少术中出血；血管外科术区血管定位，可以明确手术部位等。现有的血管成像方法，主要集中于术前血管定位，以彩色多普勒超声及CT血管造影技术最为常见。其中CT血管造影可以提供血管管径、走行等信息，且能清楚显示血管与周边肌肉的关系，并能利用CT数据获得三维血管模型提供直观影像资料，已逐渐成为血管成像及定位的金标准。但无论哪种术前成像信息都无法在术中与患者精确配对，实现术中血管立体定位。
在当前神经介入手术中，手术设备如导丝插入血管中开展手术时，为了了解导丝在血管中的实时位置，一般通过数字减影技术(Digital subtraction angiography,DSA)的造影成像设备进行拍摄，形成二维图像。由于DSA造影设备只能形成二维影像，导丝在血管中的三维空间位置完全依靠操作医师凭借个人经验对手术部位的了解、想象进行定位，给手术操作的精确性带来了巨大的困难，不仅无法精确导丝在术中的实时位置，进而还导致了手术失败的风险高。
本发明针对上述问题，提供一种血管内治疗的术中导航方法及其系统。
发明内容
为了克服背景技术中提出的问题，本发明提供一种血管内治疗的术中导航方法及其系统。
一种血管内治疗的术中导航方法，其包括：
获取术前病变部位的CT图像；
识别所述术前病变部位的CT图像生成3D模型；
根据所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
获取术中病变部位的平面图像；
根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。
所述第一预处理包括：将所述3D模型与显示设备融合，调整3D模型使其围绕XYZ三个空间轴旋转，再从固定方位渲染成像，得到第一投影渲染图像；
基于所述第一投影渲染图像进行特征提取得到所述第一向量特征；
可选的，所述第一投影渲染图像为平面图像；
可选的，所述术前病变部位的CT图像为DICOM影像；
所述第二预处理包括：根据所述术中病变部位的平面图像进行特征提取得到所述第二向量特征；
可选的，所述术中病变部位的平面图像包括术中注入对比剂的血管部位和目标设备；
所述特征匹配比对包括：将所述第二向量特征和所述第一投影渲染图像中最相似的第一向量特征进行匹配，根据匹配结果调整所述术中病变部位的平面图像在所述3D模型中的视角方位；
可选的，所述特征匹配比对采用LSH算法。
所述视角方位的调整包括：调整所述3D模型的旋转角度，提取调整后所述3D模型旋转角度的特征，使其与所述术中病变部位的平面图像的角度和位置的特征相匹配，得到术中病变部位在3D模型中的图像；
可选的，所述术中病变部位在3D模型中的图像为术中注入对比剂的血管部位在3D模型的图像；
可选的，所述术中注入对比剂的血管部位在3D模型的图像通过显示设备呈现。
所述术中导航方法还包括：基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征；
将所述目标设备图像的特征与所述术中病变部位在3D模型的图像特征相匹配和空间拟合，得到目标设备在术中病变部位的具体空间位置；
可选的，所述目标设备图像的特征包括位置和形态；
可选的，所述目标设备在术中病变部位的具体空间位置通过显示设备展现。
一种血管内治疗的术中导航方法的分析设备，所述设备包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序指令；
所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行上述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
一种血管内治疗的术中导航系统，包括：
第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。
一种血管内治疗的术中导航系统，包括：
第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位；
目标设备定位模块，包括：提取单元和拟合单元；所述提取单元为基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征；所述拟合单元为将所述目标设备图像的特征与所述术中病变部位在3D模型的图像特征相匹配和空间拟合，得到目标设备在术中病变部位的具体空间位置。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
本申请具有以下有益效果：
1、本发明中在获取第一投影渲染图像环节中，通过旋转3D角度分割，实现对术前病变部位生成的3D模型的多角度展示；又通过将二维的术中病变部位图像与投影渲染后得到的最相似的第一投影渲染图像进行特征匹配比对，保证术中病变部位的准确呈现，以及目标设备在术中病变部位定位导航的精确性。
2、本发明中，通过获取术前病变部位的CT图像并生成3D模型，获取术中病变部位的平面图像，再通过特征提取和融合，即可获得虚实结合的术中目标设备在术中病变部位的导航定位信息，精确、立体定位目标设备，克服了目前术中导航目标仪器设备在术中病变部位中的三维空间位置时，完全依靠操作医师凭借个人经验进行定位的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航方法示意流程图；
图2为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航设备示意图；
图3为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航系统示意流程图；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
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，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航方法示意流程图，具体地，所述方法包括如下步骤：
101：获取术前病变部位的CT图像；识别所述术前病变部位的CT图像生成3D模型；根据所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
在一个实施例中，术前病变部位的CT图像为DICOM影像，术前病变部位为病灶血管部位，或者为病灶血管部位及附近血管；3D模型展现的为术前病变部位的病灶血管部位或者病灶血管部位及附近血管的三维模型；
第一预处理包括：将所述3D模型与显示设备融合，调整3D模型使其围绕XYZ三个空间轴旋转，再从固定方位渲染成像，得到第一投影渲染图像；具体的，显示设备为MR设备，但有不限于MR设备，其为能够起到显示作用的其他显示设备。将病灶血管部位或者病灶血管部位及附近血管的三维图像放在MR设备中，调整3D模型使其分别围绕着XYZ三个空间轴进行旋转，后从固定方位渲染成像，得到第一投影渲染图像；通过旋转3D角度分割后，从多个角度展示3D模型。假设围绕XYZ三个空间轴每隔10°旋转一次进行渲染成像，则一个对象理论上最多生成45656幅第一投影渲染图像。
第一预处理还包括：基于所述第一投影渲染图像进行特征提取得到所述第一向量特征；可选的，所述第一投影渲染图像为平面图像；图像特征提取包括但不仅限于深度学习的CNN模型获取第一向量特征，CNN是经典的提取方式，还可以为SIFT算法等方式。
MR即Mixed Reality混合现实技术，是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。3D模型、3D模型的旋转、第一投影渲染图像都可以同步展示到MR设备。
DSA即数字减影技术，血管造影的影像通过数字化处理，把不需要的组织影像删除掉，只保留血管影像，为各种介入治疗提供了必备条件。
DICOM即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准，在数以万计的在用医学成像设备中，DICOM是部署最为广泛的医疗信息标准之一。
102：获取术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
在一个实施例中，术中病变部位的平面图像为基于DSA获得的影像，术中病变部位的平面图像包括术中注入对比剂的术中病灶血管部位和目标设备的实时影像；可选的，目标设备为术中疏通栓塞的导丝。
所述第二预处理包括：根据所述术中病变部位的平面图像进行特征提取得到所述第二向量特征；可选的，所述特征提取包括但不仅限于深度学习的CNN模型获取第一向量特征，CNN是经典的提取方式，还可以为SIFT算法等方式。
103：将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。
在一个实施例中，特征匹配比对采用LSH算法；将所述第二向量特征和所述第一投影渲染图像中最相似的第一向量特征进行匹配，根据匹配结果调整所述术中病变部位的平面图像在所述3D模型中的视角方位。特征匹配比对过程称之为向量相似度搜索，向量相似度搜索通过Milvus进行处理。
视角方位的调整包括：调整所述3D模型的旋转角度，提取调整后所述3D模型旋转角度的特征，使其与所述术中病变部位的平面图像的角度和位置的特征相匹配，得到术中病变部位在3D模型中的图像，即得到术中注入对比剂的血管在3D模型中的具体位置和形态。获得视角方位的信息并确认后的图像通过MR设备中展现，术中病灶血管部位得以实时呈现。术中病灶血管部位在3D模型中实时呈现。
LSH算法，局部敏感哈希算法，是近似最近邻搜索算法中最流行的一种，它有坚实的理论依据并且在高维数据空间中表现优异。它的主要作用是从海量的数据中挖掘出相似的数据，可以具体应用到文本相似度检测、网页搜索等领域。
104：基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征。
具体的，目标设备图像的特征通过术中病变部位的平面图像进行提取，目标设备为介入导丝，利用深度学习算法识别介入导丝在术中血管3D空间的具体方位和形态，为后续的介入操作起到指导、导航的作用。
第一投影渲染图像为全息投影渲染图像。
本发明的两个关键发明点：(1)重建三维的术前病灶血管部位生成全息投影渲染图像，结合提取全息投影渲染图像的第一向量特征，来和术中显影图像的第二向量特征进行匹配，从而匹配术中显影图像对应三维模型的旋转角度和位置；(2)提取术中显影图像里的介入导丝的位置和形态，与重建后的三维动脉血管模型进行匹配，实时更新介入导丝在三维模型中的空间位置。
图2为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航设备示意图，所述设备包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序指令；
所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行上述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
图3为本发明实施例提供的一种血管内治疗的术中导航系统示意流程图，包括：301：第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
302：第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
303：图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位；
304：目标设备定位模块，包括：提取单元和拟合单元；所述提取单元为基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征；所述拟合单元为将所述目标设备图像的特征与所述术中病变部位在3D模型的图像特征相匹配和空间拟合，得到目标设备在术中病变部位的具体空间位置。
一种血管内治疗的术中导航系统，包括：
第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位；
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
本验证实施例的验证结果表明，为适应症分配固有权重相对于默认设置来说可以适度改善本方法的性能。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种计算机设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，包括：
获取术前病变部位的CT图像；
识别所述术前病变部位的CT图像生成3D模型；
根据所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
获取术中病变部位的平面图像；
根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。
2.根据权利要求1所述的血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，所述第一预处理包括：将所述3D模型与显示设备融合，调整3D模型使其围绕XYZ三个空间轴旋转，再从固定方位渲染成像，得到第一投影渲染图像；
基于所述第一投影渲染图像进行特征提取得到所述第一向量特征；
可选的，所述第一投影渲染图像为平面图像；
可选的，所述术前病变部位的CT图像为DICOM影像。
3.根据权利要求2所述的血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，所述第二预处理包括：根据所述术中病变部位的平面图像进行特征提取得到所述第二向量特征；
可选的，所述术中病变部位的平面图像包括术中注入对比剂的血管部位和目标设备。
4.根据权利要求3所述的血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，所述特征匹配比对包括：将所述第二向量特征和所述第一投影渲染图像中最相似的第一向量特征进行匹配，根据匹配结果调整所述术中病变部位的平面图像在所述3D模型中的视角方位；
可选的，所述特征匹配比对采用LSH算法。
5.根据权利要求4所述的血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，所述视角方位的调整包括：调整所述3D模型的旋转角度，提取调整后所述3D模型旋转角度的特征，使其与所述术中病变部位的平面图像的角度和位置的特征相匹配，得到术中病变部位在3D模型中的图像；
可选的，所述术中病变部位在3D模型中的图像为术中注入对比剂的血管部位在3D模型的图像；
可选的，所述术中注入对比剂的血管部位在3D模型的图像通过显示设备呈现。
6.根据权利要求1-5任一项所述的血管内治疗的术中导航方法，其特征在于，所述术中导航方法还包括：基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征；
将所述目标设备图像的特征与所述术中病变部位在3D模型的图像特征相匹配和空间拟合，得到目标设备在术中病变部位的具体空间位置；
可选的，所述目标设备图像的特征包括位置和形态；
可选的，所述目标设备在术中病变部位的具体空间位置通过显示设备展现。
7.一种血管内治疗的术中导航设备，所述设备包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序指令；
所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行权利要求1-6任意一项所述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
8.一种血管内治疗的术中导航系统，包括：
第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位。
9.一种血管内治疗的术中导航系统，包括：
第一处理模块，其用于导入术前病变部位的CT图像；用于识别术前病变部位的CT图像生成3D模型；基于所述3D模型经第一预处理后得到所述3D模型的第一向量特征；
第二处理模块，其用于导入术中病变部位的平面图像；根据所述术中病变部位的平面图像经第二预处理后得到术中病变部位的所述平面图像的第二向量特征；
图像匹配控制模块，将所述第一向量特征与所述第二向量特征进行特征匹配比对，确定并调节所述术中病变部位的平面图像在3D模型中的三维视角方位；
目标设备定位模块，包括：提取单元和拟合单元；所述提取单元为基于所述术中病变部位的平面图像识别所述术中病变部位含有目标设备的目标设备图像，提取所述目标设备图像的特征；所述拟合单元为将所述目标设备图像的特征与所述术中病变部位在3D模型的图像特征相匹配和空间拟合，得到目标设备在术中病变部位的具体空间位置。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的权利要求1-6任意一项所述的血管内治疗的术中导航方法的分析方法。
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