TWI683286B - 醫療影像對位方法 - Google Patents

Abstract

一種醫療影像對位方法，用於將一超聲波影像與多張相關於病患之骨骼之多個不同部位的電腦斷層掃描影像之其中一者進行影像對位，該超聲波影像係相關於病患之骨骼之該等部位的其中一者，並藉由一電腦裝置來實施，並包含：(A) 獲得該超聲波影像之一超聲波目標影像；(B) 對於每一電腦斷層掃描影像，獲得該電腦斷層掃描影像之一待比對掃描影像；(C) 對於每一待比對掃描影像，獲得該待比對掃描影像與該超聲波目標影像的一相似度；(D) 自該等待比對掃描影像中，獲得一對應有最高相似度的目標掃描影像； (E)將該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。

Description

醫療影像對位方法

本發明是有關於一種影像對位方法，特別是指一種適用於醫療影像的影像對位方法。

最早，外科醫生於手術前皆僅能仰賴病患於手術前的所有相關資訊（例如：電腦斷層影像）判定出欲手術的位置，此外，於手術的過程中更有可能因為外科醫生的動作（例如：打骨釘）使得病患身體些許移動，造成後續手術的位置有所偏移，進而影響到手術的正確性。

然而，目前外科醫生於手術期間想精確地判定出欲手術的位置時，則必須於手術期間拍攝電腦斷層才能確定，但此方法無法即時地偵測病患移動所產生的誤差，更使得病患吸收過多的輻射劑量。

有鑑於此，故如何提供一種在無需使病患吸收過多的輻射劑量狀況下，並於手術期間即時地輔助外科醫生確定欲手術之位置的方法，即為本創作所欲解決之首要課題。

因此，本發明的目的，即在提供一種在無需使病患吸收過多的輻射劑量狀況下，並於手術期間即時地輔助外科醫生確定欲手術之位置的方法。

於是，本發明醫療影像對位方法，適用於將一超聲波影像，與多張分別相關於一病患之骨骼之多個不同部位的電腦斷層掃描影像之其中一者進行影像對位，該超聲波影像係相關於該病患之骨骼之該等部位的其中一者，並藉由一電腦裝置來實施，該醫療影像對位方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)，以及一步驟(E)。

該步驟(A)是藉由該電腦裝置，獲得該超聲波影像之一感興趣區域所對應的一超聲波目標影像。

該步驟(B)是對於每一電腦斷層掃描影像，藉由該電腦裝置，獲得該電腦斷層掃描影像之一感興趣區域所對應的一待比對掃描影像。

該步驟(C)是對於每一待比對掃描影像，藉由該電腦裝置，獲得該待比對掃描影像與該超聲波目標影像的一相似度。

該步驟(D)是藉由該電腦裝置，自該等待比對掃描影像中，獲得一對應有最高相似度的目標掃描影像。

該步驟(E)是藉由該電腦裝置，將該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。

本發明之功效在於：藉由該電腦裝置將該超聲波影像所對應的該超聲波目標影像，及每一電腦斷層掃描影像所對應的該待比對掃描影像進行相似度分析，並獲得對應有最高相似度的目標掃描影像，最後將該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位，便可在無需使病患吸收過多的輻射劑量之情況下，並於手術期間即時地輔助外科醫生確定欲手術之位置。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，執行本發明醫療影像對位方法之一實施例之一電腦裝置1，以及電連接該電腦裝置1的一超聲波影像拍攝裝置2。

電腦裝置1包括一儲存模組11、一輸入模組12、一顯示模組13，以及一電連接該儲存模組11、該輸入模組12及該顯示模組13的處理模組14。

該儲存模組11儲存有多張分別相關於一病患之骨骼之多個不同部分的電腦斷層掃描影像（Computed Tomography，CT）。值得特別說明的是，舉例來說，該病患之骨骼為一脊椎，該脊椎包含多個脊椎節，每一脊椎節可切分為多個分段，每一電腦斷層掃描影像相關於一對應之分段（見圖2）。此外，每一電腦斷層掃描影像中對應該脊椎之分段的分段部分中的棘突21在該電腦斷層掃描影像中的上方，而每一電腦斷層掃描影像中對應該脊椎之分段的分段部分中的椎板22在該電腦斷層掃描影像中的下方。

該超聲波影像拍攝裝置2，用於拍攝一相關於該病患之骨骼之該等部位的其中一者的超聲波影像（Ultrasound），並將該超聲波影像傳送至該電腦裝置1。值得特別說明的是，承上述例子，該超聲波影像拍攝裝置2係於該病患處於俯臥時，拍攝相關於該病患之該脊椎之其中一分段的該超聲波影像（見圖3），以使該超聲波影像中對應該脊椎之分段的分段部分中的棘突31在該超聲波影像中的上方，而該超聲波影像中對應該脊椎之分段的分段部分中的椎板32在該超聲波影像中的下方。因此，該超聲波影像中所呈現之該脊椎的分段部分的面向與該等電腦斷層掃描影像中所呈現之該脊椎的分段部分的面向相同。

在該實施例中，該電腦裝置1之實施態樣例如為一個人電腦、一伺服器或一雲端主機，但不以此為限。

在該實施例中，該超聲波影像拍攝裝置2之實施態樣例如為一超聲波診斷儀器，但不以此為限。

參閱圖4、5，以下將藉由本發明醫療影像對位方法之該實施例來說明該電腦裝置1，以及該超聲波影像拍攝裝置2各元件的運作細節，本發明醫療影像對位方法包含一步驟51、一步驟52、一步驟53、一步驟54、一步驟55、一步驟56、一步驟57，以及一步驟58。

在該步驟51中，該電腦裝置1在接收該超聲波影像後，獲得該超聲波影像之一感興趣區域所對應的一超聲波目標影像（見圖7）。值得特別說明的是，該電腦裝置1係回應外科醫生之操作並產生一輸入訊號，根據該輸入訊號，獲得該超聲波影像所對應的該超聲波目標影像。值得特別說明的是，在其他實施例中，也可以用習知的影像辨識方法，獲得該超聲波影像所對應的該超聲波目標影像。

在該步驟52中，對於每一電腦斷層掃描影像，該電腦裝置1獲得該電腦斷層掃描影像之一感興趣區域所對應的一待比對掃描影像（見圖8）。值得特別說明的是，對於每一電腦斷層掃描影像，該電腦裝置1係回應外科醫生之操作並產生另一輸入訊號，根據該另一輸入訊號，獲得該電腦斷層掃描影像所對應的該待比對掃描影像。值得特別說明的是，在其他實施例中，也可以用習知的影像辨識方法，獲得該電腦斷層掃描影像所對應的該待比對掃描影像。

在該步驟53中，對於每一待比對掃描影像，該電腦裝置1對該待比對掃描影像中之物件進行上輪廓特徵提取，以使得提取後之待比對掃描影像僅保留其所含有之物件的上輪廓（見圖9）。值得別說明的是，在該實施例中，該電腦裝置1係先將該待比對掃描影像中之雜訊去除，接著藉由保留該待比對掃描影像之每一行中的第一個像素值不為零之像素的像素值，並將其他像素的像素值設定為零，以提取出該待比對掃描影像中之物件的上輪廓特徵。而在其他實施例中，該電腦裝置1還可將該待比對掃描影像中所保留之所有不為零之像素的像素值設定為255，以提取出該待比對掃描影像中之物件的上輪廓特徵。

參閱圖6，特別地，在另一實施例中，大致與上述實施例說明類似，其差異僅在於在執行相關於超聲波影像的該步驟51’時，可與相關於電腦斷層掃描影像的該步驟52’及該步驟53’同時地執行，以更快速度地完成該醫療影像對位方法。

值得特別說明的是，使用該步驟53之提取出上輪廓特徵的該待比對掃描影像進行相似度分析時，因不會產生下輪廓特徵與該超聲波目標影像的雜訊重疊的狀況，因此，相較於直接使用未提取上輪廓特徵的該待比對掃描影像進行相似度分析時較佳，更能提升影像對位的精確度。

在該步驟54中，該電腦裝置1判定該超聲波目標影像之尺寸是否相同於任一待比對掃描影像之尺寸。當該電腦裝置1判定出該超聲波目標影像之尺寸相同於任一待比對掃描影像之尺寸時，進行流程步驟56；當該電腦裝置1判定出該超聲波目標影像之尺寸不相同於任一待比對掃描影像之尺寸時，進行流程步驟55。

在該步驟55中，該電腦裝置1根據任一待比對掃描影像之尺寸校正該超聲波目標影像，以使校正後之超聲波目標影像之尺寸相同於任一待比對掃描影像之尺寸。

在該步驟56中，對於每一提取後之待比對掃描影像，該電腦裝置1獲得提取後之該待比對掃描影像與校正後之該超聲波目標影像（若不需進行該步驟55，則使用該超聲波目標影像）的一相似度。值得特別說明的是，在該實施例中，該電腦裝置1係利用一最大交互訊息法（Mutual Information，MI）來獲得提取後之該待比對掃描影像與校正後之該超聲波目標影像的該相似度，以及提取後之該待比對掃描影像與校正後之該超聲波目標影像間之映射關係的一幾何轉換參數組。而在其他實施例中，該電腦裝置1亦可利用一疊代最近點演算法（例：Iterative Closest Points，ICP），獲得提取後之該待比對掃描影像與校正後之該超聲波目標影像的該相似度。

在該步驟57中，該電腦裝置1自提取後之該等待比對掃描影像中，獲得一對應有最高相似度的目標掃描影像。

在該步驟58中，該電腦裝置1將校正後之該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位，且將校正後之該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位之結果（見圖10）顯示於該顯示模組13，供外科醫生於手術期間參考，以確定欲手術之位置。值得特別說明的是，在該實施例中，該電腦裝置1係根據校正後之（若不需進行該步驟55，則使用該超聲波目標影像）與該目標掃描影像所對應的該幾何轉換參數組，將校正後之該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。而在其他實施例中，該電腦裝置1亦可利用一影像對位演算法（例：B-spline），進行影像對位。

綜上所述，本發明醫療影像對位方法，藉由電腦裝置1根據該超聲波影像所對應的該超聲波目標影像，及每一電腦斷層掃描影像所對應該待比對掃描影像，並利用該最大交互訊息法，自提取後之該等待比對掃描影像中，獲得對應有最高相似度的目標掃描影像，且將校正後之該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位，便可在且無需使病患吸收過多的輻射劑量之情況下，於手術期間即時地輔助外科醫生確定欲手術之位置。因此，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1‧‧‧電腦裝置

11‧‧‧儲存模組

12‧‧‧輸入模組

13‧‧‧顯示模組

14‧‧‧處理模組

2‧‧‧超聲波影像拍攝裝置

51~58‧‧‧步驟

51’~54’‧‧‧步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明一執行本發明醫療影像對位方法的一實施例的電腦裝置與一超聲波影像拍攝裝置電連接； 圖2是一示意圖，說明該電腦裝置所儲存之多張電腦斷層掃描影像之其中一者； 圖3是一示意圖，說明該超聲波影像拍攝裝置所拍攝的一超聲波影像； 圖4是一流程圖，說明本發明醫療影像對位方法的該實施例的步驟51、步驟52、步驟53及步驟54； 圖5是一流程圖，接續圖4說明本發明醫療影像對位方法的該實施例的步驟55、步驟56、步驟57及步驟58； 圖6是一流程圖，說明本發明醫療影像對位方法的另一實施例的步驟51’、步驟52’、步驟53’及步驟54’； 圖7是一示意圖，說明該超聲波影像之所對應的一超聲波目標影像； 圖8是一示意圖，說明該等電腦斷層掃描影像之該者所對應的一待比對掃描影像； 圖9是一示意圖，說明該待比對掃描影像經上輪廓特徵提取後的影像；及 圖10是一示意圖，說明該超聲波目標影像與一目標掃描影像進行影像對位之結果。

51~54‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種醫療影像對位方法，適用於將一超聲波影像，與多張分別相關於一病患之骨骼之多個不同部位的電腦斷層掃描影像之其中一者進行影像對位，該超聲波影像係相關於該病患之骨骼之該等部位的其中一者，並藉由一電腦裝置來實施，該醫療影像對位方法包含以下步驟：(A)藉由該電腦裝置，獲得該超聲波影像之一感興趣區域所對應的一超聲波目標影像；(B)對於每一電腦斷層掃描影像，藉由該電腦裝置，獲得該電腦斷層掃描影像之一感興趣區域所對應的一待比對掃描影像；(C)對於每一待比對掃描影像，藉由該電腦裝置，對該待比對掃描影像中之物件進行上輪廓特徵提取，以使得提取後之待比對掃描影像僅保留其所含有之物件的上輪廓；(D)對於每一提取後之待比對掃描影像，藉由該電腦裝置，獲得提取後之該待比對掃描影像與該超聲波目標影像的一相似度；(E)藉由該電腦裝置，自提取後之該等待比對掃描影像中，獲得一對應有最高相似度的目標掃描影像；及(F)藉由該電腦裝置，將該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。
2. 如請求項1所述的醫療影像對位方法，在該步驟(C)與該步驟(D)之間，還包含以下步驟： (G)藉由該電腦裝置，判定該超聲波目標影像之尺寸是否相同於任一提取後之待比對掃描影像之尺寸；及(H)當該電腦裝置判定出該超聲波目標影像之尺寸不同於任一提取後之待比對掃描影像之尺寸時，藉由該電腦裝置根據任一提取後之待比對掃描影像之尺寸校正該超聲波目標影像，以使校正後之超聲波目標影像之尺寸相同於任一提取後之待比對掃描影像之尺寸；其中，在該步驟(D)中，該電腦裝置係獲得每一提取後之待比對掃描影像與校正後之超聲波目標影像所對應的一相似度，且在該步驟(F)中，該電腦裝置係將校正後之超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。
3. 如請求項1所述的醫療影像對位方法，其中，在該步驟(C)中，該電腦裝置係藉由保留該待比對掃描影像之每一行中的第一個像素值不為零之像素的像素值並將其他像素的像素值設定為零，以提取出該待比對掃描影像中之物件的上輪廓特徵。
4. 如請求項1所述的醫療影像對位方法，其中，在該步驟(D)中，該電腦裝置係藉由利用一最大交互訊息法來獲得提取後之該待比對掃描影像與該超聲波目標影像的該相似度。
5. 如請求項4所述的醫療影像對位方法，其中：在該步驟(D)中，該電腦裝置利用該最大交互訊息法不僅獲得提取後之該待比對掃描影像與該超聲波目標影像的該相似度，還獲得提取後之該待比對掃描影像與該超聲波目標影像間之映射關係的一幾何轉換參數組；及 在該步驟(F)中，該電腦裝置係根據對應於該目標掃描影像與該超聲波目標影像的幾何轉換參數組，來將該超聲波目標影像與該目標掃描影像進行影像對位。
6. 如請求項3所述的醫療影像對位方法，其中，在該步驟(C)中，該電腦裝置還將該待比對掃描影像中所保留之所有不為零之像素的像素值設定為255。

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