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一种颅脑穿刺前影像处理方法与系统与流程

2022-03-23 06:20:18 来源:中国专利 TAG:


1.本发明属于医学影像处理技术领域,尤其涉及一种颅脑穿刺前影像处理方法与系统。


背景技术:

2.医学图像分割是医学图像处理与临床领域中的核心技术,对于病变区域提取、特定组织测量、临床诊断、病理分析、手术计划制定等具有重要意义。目前医学图像分割的主流方法主要包含:基于边缘检测的图像分割方法,基于区域的图像分割方法,基于聚类的图像分割方法,基于活动轮廓的图像分割方法,基于图论的图像分割方法等。由于受成像机制自身、外部环境、以及人体内部组织的复杂结构的影响,核磁共振图像中常常出现噪声、模糊、灰度不均匀等现象,为核磁共振图像的分割带来了困难。
3.另外,随着对4d-ct的深入研究,4d-ct可较好地解决呼吸运动问题,反映了器官,例如颅脑穿刺前的运动规律。但是,4d-ct仅限于单一的平均呼吸周期,往往含有成像伪影,而且成像剂量大;此外,由于ct的软组织分辨率低,对于软组织运动不能提供有效的信息。而核磁共振与其他影像设备相比,具有多重优势。它可以形成三维立体动态的图像,对软组织的对比度非常清晰。而且磁共振不仅由形态学,还具备功能学,可以形成分子影像。
4.颅脑穿刺手术是按照术前规划的穿刺路径,从颅骨表面入针位置处钻的微孔将穿刺器械伸入到颅内目标位置,进而进行特定手术操作的一类脑神经外科微创手术。相比传统的开颅手术,颅脑穿刺手术具有创伤小、感染几率低、术后恢复快等一些明显优势。
5.颅脑穿刺手术适用的场景有包括:1)为了提取颅内病变组织样本而实施的穿刺活检手术,可用于诊断肿瘤的良恶性或者恶性程度;2)针对出血性脑卒中病人实施的血肿穿刺引流手术,常见于急危病情治疗;3)由电极发出的热能引发颅脑肿瘤细胞凝固性坏死的穿刺射频电极消融手术等相关应用。
6.在术前规划阶段,医生需要从病人的影像扫描数据所呈现的二维断层切面信息中确定穿刺起始位置、方向与深度,对实施医生的临床经验、能力要求较高,而计算机辅助手术规划与导航系统对病人病患部位进行了三维模型重建与可视化,进而可以立体定向地辅助术前规划、并在手术过程中提供模型场景的虚拟交互和穿刺器械位置的实时信息反馈,具有巨大的临床应用价值。
7.此外,目前的计算机辅助颅脑穿刺手术系统更多还是以二维断层切面呈现的影像信息为主,结合部分三维模型,如病人颅骨结构来共同辅助规划穿刺路径,图像的实时性较差。因此,如何有效提高颅脑图像的实时性就成为其中一个重要的课题。


技术实现要素:

8.针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明提供一种颅脑穿刺前影像处理方法,包括以下步骤:
9.步骤s101、获取需要接受颅脑穿刺手术病人的第一图像;
10.步骤s103、在所述第一图像中选择感兴趣区域;
11.步骤s105、在所述感兴趣区域中任意选择一个像素p;
12.步骤s107、创建以p为中心的正方形区域,在所述正方形区域中寻找最小直接关联块;
13.步骤s109、基于所述最小直接关联块对所述第一图像进行初始化,得到第二图像;
14.步骤s111、基于所述第二图像,进行所述第一图像的重建。
15.其中,所述步骤s107具体包括:
16.步骤s1071、以p为中心,创建大小为2n×2n
的第n正方形区域,其中n为整数,n=》3;
17.步骤s1073、在所述第n正方形区域中,寻找最小直接关联块;
18.步骤s1075、若找到最小直接关联块,则执行步骤s109;
19.步骤s1077、若没有找到最小直接关联块,则使得n=n 1,转到步骤s1071。
20.其中,假定图像i中任意一个像素p与其直接相邻的像素构成的3
×
3的区域a(p),则所述图像i中任意一个区域b的相邻像素n(b)可用下式(1)表示:n(b)={y∈(i-b)|a(y)∩b≠φ};
21.则所述最小直接关联块满足如下条件:
22.条件1:i(x)=i(y)=c;
23.条件2:i(z)《c,其中x,y,z为图像i中的像素,c为常数。
24.其中,所述步骤s109包括:
25.将所述最小直接关联块中的像素设定为参照像素,取值保持不变;
26.将第一图像中排除所述最小直接关联块中的像素设定为可变像素,取值赋零;
27.得到第二图像。
28.其中,所述步骤s111包括:
29.将所述第二图像中所有不等于0的像素求和,得到所述第二图像中像素的第一最大像素参照值f;
30.创建数量为f的队列,分别表示为a1.…
a[f],将所述第二图像中的参照像素存入与其取值对应的队列中;
[0031]
顺序判断队列a[f]

a[1]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素是否存在可变像素;
[0032]
基于判断结果,形成新的f个队列;
[0033]
基于新的f个队列中的像素对所述第一图像进行重建。
[0034]
其中,所述顺序判断队列a[f]

a[1]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素是否存在可变像素,具体包括:
[0035]
对于队列a[j],1≤j≤f,当所述队列a[j]为非空时,顺序判断队列a[j]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素;
[0036]
如果所述直接相邻像素为可变像素,则将该像素取值为自身取值或j值中的较小者;
[0037]
将该像素存入与其取值对应的队列中。
[0038]
其中,所述队列将第一图像中的所有像素构建的矩阵中的一列或一行。
[0039]
其中,采用形态学重建进行第一图像的重建。
[0040]
其中,所述重建遵循如下规则:
[0041]
对于图像i中的任意一个像素p,在其直接相邻范围中的某一像素p’的值为i[p’]=max(i(p),i(p’))。
[0042]
其中,所述步骤s111之后,还包括:基于重建后的图像与所述第一图像进行比对,判断所述感兴趣区域是否存在异常。
[0043]
本发明还提供了一种颅脑穿刺前影像处理系统,包括:
[0044]
第一获取模块,用于获取需要接受颅脑穿刺手术病人的第一图像;
[0045]
第一选择模块,用于在所述第一图像中选择感兴趣区域;
[0046]
第二选择模块,用于在所述感兴趣区域中任意选择一个像素p;
[0047]
第一寻找模块,用于创建以p为中心的正方形区域,在所述正方形区域中寻找最小直接关联块;
[0048]
第一初始化模块,用于基于所述最小直接关联块对所述第一图像进行初始化,得到第二图像;
[0049]
第一重建模块,用于基于所述第二图像,进行所述第一图像的重建。
[0050]
上述的颅脑穿刺前影像处理方法与系统,通过在颅脑穿刺手术病人的第一图像中选择感兴趣区域,减少无关图像的干扰,并在这个感兴趣区域中任意选择一个像素,以这个像素为中心,寻找最小直接关联块,对第一图像进行初始化和重建,减少对图像数据的处理时间,从而提高获得颅脑图像的实时性。
附图说明
[0051]
通过参考附图阅读下文的详细描述,本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式,并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分,其中:
[0052]
图1是示出根据本发明实施例的一种颅脑穿刺前影像处理方法流程图;
[0053]
图2是示出根据本发明实施例的一种颅脑穿刺前影像处理系统的示意图。
具体实施方式
[0054]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,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,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0055]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义,“多种”一般包含至少两种。
[0056]
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
[0057]
如图1所示,本发明公开了一种颅脑穿刺前影像处理方法,包括以下步骤:
[0058]
步骤s101、获取需要接受颅脑穿刺手术病人的第一图像;
[0059]
步骤s103、在所述第一图像中选择感兴趣区域;
[0060]
步骤s105、在所述感兴趣区域中任意选择一个像素p;
[0061]
步骤s107、创建以p为中心的正方形区域,在所述正方形区域中寻找最小直接关联块;
[0062]
步骤s109、基于所述最小直接关联块对所述第一图像进行初始化,得到第二图像;
[0063]
步骤s111、基于所述第二图像,进行所述第一图像的重建。
[0064]
在一个实施例中,本发明提出了一种颅脑穿刺前影像处理方法,包括以下步骤:
[0065]
步骤s101、获取需要接受颅脑穿刺手术病人的第一图像;
[0066]
步骤s103、在所述第一图像中选择感兴趣区域;
[0067]
步骤s105、在所述感兴趣区域中任意选择一个像素p;
[0068]
步骤s107、创建以p为中心的正方形区域,在所述正方形区域中寻找最小直接关联块;
[0069]
步骤s109、基于所述最小直接关联块对所述第一图像进行初始化,得到第二图像;
[0070]
步骤s111、基于所述第二图像,进行所述第一图像的重建。
[0071]
其中,所述步骤s107具体包括:
[0072]
步骤s1071、以p为中心,创建大小为2n×2n
的第n正方形区域,其中n为整数,n=》3;
[0073]
步骤s1073、在所述第n正方形区域中,寻找最小直接关联块;
[0074]
步骤s1075、若找到最小直接关联块,则执行步骤s109;
[0075]
步骤s1077、若没有找到最小直接关联块,则使得n=n 1,转到步骤s1071。
[0076]
其中,假定图像i中任意一个像素p与其直接相邻的像素构成的3
×
3的区域a(p),则所述图像i中任意一个区域b的相邻像素n(b)可用下式(1)表示:n(b)={y∈(i-b)|a(y)∩b≠φ};
[0077]
则所述最小直接关联块满足如下条件:
[0078]
条件1:i(x)=i(y)=c;
[0079]
条件2:i(z)《c,其中x,y,z为图像i中的像素,c为常数。
[0080]
其中,所述步骤s109包括:
[0081]
将所述最小直接关联块中的像素设定为参照像素,取值保持不变;
[0082]
将第一图像中排除所述最小直接关联块中的像素设定为可变像素,取值赋零;
[0083]
得到第二图像。
[0084]
其中,所述步骤s111包括:
[0085]
将所述第二图像中所有不等于0的像素求和,得到所述第二图像中像素的第一最大像素参照值f;
[0086]
创建数量为f的队列,分别表示为a1.…
a[f],将所述第二图像中的参照像素存入与其取值对应的队列中;
[0087]
顺序判断队列a[f]

a[1]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素是否存在可变像素;
[0088]
基于判断结果,形成新的f个队列;
[0089]
基于新的f个队列中的像素对所述第一图像进行重建。
[0090]
其中,a[j]表示第二图像中的第j列像素。
[0091]
其中,所述顺序判断队列a[f]

a[1]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素是否存在可变像素,具体包括:
[0092]
对于队列a[j],1≤j≤f,当所述队列a[j]为非空时,顺序判断队列a[j]中每个像素在第一图像中的直接相邻像素;
[0093]
如果所述直接相邻像素为可变像素,则将该像素取值为自身取值或j值中的较小者;
[0094]
将该像素存入与其取值对应的队列中。
[0095]
其中,所述队列将第一图像中的所有像素构建的矩阵中的一列或一行。
[0096]
其中,采用形态学重建进行第一图像的重建。
[0097]
其中,所述重建遵循如下规则:
[0098]
对于图像i中的任意一个像素p,在其直接相邻范围中的某一像素p’的值为i[p’]=max(i(p),i(p’))。
[0099]
其中,所述步骤s111之后,还包括:基于重建后的图像与所述第一图像进行比对,判断所述感兴趣区域是否存在异常。
[0100]
上述的颅脑穿刺前影像处理方法,通过在颅脑穿刺手术病人的第一图像中选择感兴趣区域,减少无关图像的干扰,并在这个感兴趣区域中任意选择一个像素,以这个像素为中心,寻找最小直接关联块,对第一图像进行初始化和重建,减少对图像数据的处理时间,从而提高获得颅脑图像的实时性。
[0101]
如图2所示,本发明还提出了一种颅脑穿刺前影像处理系统,包括:
[0102]
第一获取模块201,用于获取需要接受颅脑穿刺手术病人的第一图像;
[0103]
第一选择模块203,用于在所述第一图像中选择感兴趣区域;
[0104]
第二选择模块205,用于在所述感兴趣区域中任意选择一个像素p;
[0105]
第一寻找模块207,用于创建以p为中心的正方形区域,在所述正方形区域中寻找最小直接关联块;
[0106]
第一初始化模块209,用于基于所述最小直接关联块对所述第一图像进行初始化,得到第二图像;
[0107]
第一重建模块211,用于基于所述第二图像,进行所述第一图像的重建。
[0108]
上述的颅脑穿刺前影像处理系统,通过在颅脑穿刺手术病人的第一图像中选择感兴趣区域,减少无关图像的干扰,并在这个感兴趣区域中任意选择一个像素,以这个像素为中心,寻找最小直接关联块,对第一图像进行初始化和重建,减少对图像数据的处理时间,从而提高获得颅脑图像的实时性。
[0109]
在一个实施例中,本发明提供了一种非易失性计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令可执行如上实施例所述的方法步骤。
[0110]
需要说明的是,本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本
公开中,计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于:电线、光缆、rf(射频)等等,或者上述的任意合适的组合。
[0111]
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的;也可以是单独存在,而未装配入该电子设备中。
[0112]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码,上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0113]
附图中的流程图和框图,图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分,该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0114]
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现,也可以通过硬件的方式来实现。其中,单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
[0115]
以上介绍了本发明的较佳实施方式,旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解,并不是为了限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的修改、替换、改进,均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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