颅脑介入手术实时立体显示系统技术方案

颅脑介入手术实时立体显示系统，涉及医学影像处理和临床医学领域，解决当前颅脑介入手术过程中，通过正侧视X光片的从两个角度观察导丝在患者血管内的位置和走向，存在观察的位置偏差等题，本发明专利技术所述的颅脑介入手术实时立体显示系统，将采集的多种信息融合并进行编码从而进行三维显示。该系统可以在将患者脑血管三维结构与导丝实时三维位置进行配准和融合，从而可以实时显示导丝在脑血管三维结构中的位置，极大地提高了导丝的空间立体显示效果，特别有助于医生快速准确地判断导丝与血管之间的位置关系。本发明专利技术通过该系统可以实现脑血管三维立体结构显示和实时跟踪导丝的三维位置，从而解决二维图像下无法精确判断导丝三维位置的问题。

【技术实现步骤摘要】
颅脑介入手术实时立体显示系统
本专利技术涉及医学影像处理和临床医学领域，具体涉及一种颅脑介入手术实时立体显示系统。
技术介绍
脑血管病是一种高发性疾病，具有高致残率，高死亡率的特点。目前对脑血管病变进行检查主要依赖于数字减影技术，该技术可以对人体组织进行透射成像，并减除不需要的无关组织只留下血管等组织，称为血管造影。血管造影是由数字减影设备在X-ray二维环境下完成，二维图像由于缺乏相应的深度信息，医生无法获得真实场景的尺寸和距离等感官信息。三维显示技术在近年来突飞猛进，广泛应用到诸多领域。国内外已经有团队开始在医疗领域进行初步尝试，极大地促进了诊疗技术及医学教育的发展，且与当今精准医学的理念不谋而合。但是目前的三维显示设备与现有信息采集设备如数字减影设备还没有匹配，无法直接把数字减影设备的信息直接在三维显示设备上显示，需要进行进一步的图像处理以及信息提取、融合，图像的三维编码等，最终才能在三维显示设备上显示。
技术实现思路
本专利技术为了解决当前颅脑介入手术过程中，通过正侧视X光片的从两个角度观察导丝在患者血管内的位置和走向，存在观察的位置偏差等题，提供一种颅脑介入手术实时立体显示系统。颅脑介入手术实时立体显示系统，包括DSA图像采集系统、二维导丝提取系统、三维导丝计算系统和立体显示系统；所述DSA图像采集系统预先采集脑血管三维图像，并将其传送至三维导丝计算系统和立体显示系统；实时采集导丝正视图像和侧视图像，并将其传送至二维导丝提取系统和三维导丝计算系统；所述二维导丝提取系统接收DSA图像采集系统提供的正视图像和侧视图像，并从正视图像和侧视图像中分别提取出导丝的二维位置，将其传送至三维导丝计算系统；所述三维导丝计算系统首先接收DSA图像采集系统的脑血管三维图像，将其显示在三维坐标系中，并手工点选所述三维坐标系中的金属标志点；然后，将所述DSA图像采集系统的正视图像和侧视图像也显示在所述三维坐标系中，在所述正视图像和侧视图像中分别点选其中的金属标志点，进行二维三维联合标定，获得脑血管三维图像与正视图像和侧视图像在空间中的位置关系；所述三维导丝计算系统在通过二维三维联合标定后，实时接收所述二维导丝提取系统传送的二维导丝坐标数据，并用于计算导丝三维曲线坐标，并将该三维曲线坐标的数据传送至立体显示系统；所述立体显示系统将融合所述DSA图像采集系统的脑血管三维图像和所述三维导丝计算系统的三维导丝空间曲线，将二者显示在同一个坐标系下，并进行偏振三维显示。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的颅脑介入手术实时立体显示系统，将采集的多种信息融合并进行编码从而进行三维显示。该系统可以在将患者脑血管三维结构与导丝实时三维位置进行配准和融合，从而可以实时显示导丝在脑血管三维结构中的位置，极大地提高了导丝的空间立体显示效果，特别有助于医生快速准确地判断导丝与血管之间的位置关系。本专利技术颅脑介入手术实时立体显示系统，可以实时显示导管在脑血管三维结构中的三维位置。通过该系统可以实现脑血管三维立体结构显示和实时跟踪导丝的三维位置，从而解决二维图像下无法精确判断导丝三维位置的问题。本专利技术所述的立体显示系统，有利于实时动态观察脑动脉的立体结构，以及导丝在脑血管中的实时三维位置，解决二维图像下无法精确判断导丝三维位置和脑血管三维走向等问题。附图说明图1为本专利技术所述的颅脑介入手术实时立体显示系统的整体数据流图和系统架构图；图2为本专利技术所述的三维导丝计算系统的流程图；具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图2说明本实施方式，颅脑介入手术实时立体显示系统，该系统将导丝、血管的真三维数据采用立体视觉显示设备进行显示，医生只需佩戴立体显示眼镜即可实时观察导丝和血管的相对位置关系，更好地判断导丝在血管中的走向。包括DSA图像采集系统、二维导丝提取系统、三维导丝计算系统立体显示系统。所述DSA图像采集系统预先采集脑血管三维图像，并将其传送至三维导丝计算系统和立体显示系统；所述DSA图像采集系统还需实时采集导丝正视图像和侧视图像，并将其传送至二维导丝提取系统和三维导丝计算系统；由于我们后续要进行二维和三维联合标定，因此，患者在术前必须在头部的不同位置放置一定数量的金属标志点。标志点的数量不小于3，材质为铅或者铁等X射线不易穿透的金属，在患者头部随机摆放。这样，在所述的脑血管三维图像和导丝正侧视图像中，将明显的看到金属标志点，方便医师进行后续的点选；所述二维导丝提取系统接受来自DSA图像采集系统提供的正侧视图像，并从正侧视图像中提取出导丝的二维位置(紧密连接的像素点组成的二维曲线)，将其传送至三维导丝计算系统；所述三维导丝计算系统是本专利技术最核心的部件。其首先接收DSA图像采集系统的脑血管三维图像(其中能明显的看到金属标志点)，将其显示在三维坐标系中，并手工点选其中的金属标志点。然后，将所述DSA图像采集系统的正侧视图像也显示在这个坐标系中，同样，由医师在正侧视图像中分别点选其中的金属标志点，从而为脑血管三维图像中的金属标志点和正侧视图像中的金属标志点建立了一一对应的关系，方便后续进行标定。注意，此点选过程仅在接收到脑血管三维图像和第一张正侧视图像之后进行，在之后的实时立体显示过程中无需再次点选标志点；在从脑血管三维图像和正侧视二维图像中分别对应点选了金属标志点后，将进行二维和三维联合标定。其核心目的是计算出正侧视图像的X射线发射源的三维空间位置。一旦有了这个位置，就可以根据正侧视数据中(Dicom格式的医学图像数据)提供的几个关键参数，实时计算出导丝的三维位置。这些关键参数包括：数据中x、y方向的每个像素在实际物理空间中的长度(ImagerPixelSpacing)，X射线发射源到X射线接收器之间的距离(DistanceSourceToDetector)，X射线发射源与X射线接收器中心之间的连线与患者身体之间的角度(PositionerPrimaryAngle，PositionerSecondaryAngle)；为了计算正侧视图像中X射线发射源的三维空间位置(设为S，为一个三维坐标)，采用数值优化的手段。首先，给定一个S的初始估计值，从这个初始值向每个金属标志点的三维坐标(从脑血管三维图像中点选得到)引一条射线，这些射线与正侧视图像的交点是在当前的S值配置下三维金属标志点在正侧视图中的投影。由于当前的S值并不是精确的，故这些通过投影计算出来的金属标志点的坐标也是不精确的，其通常与正侧视图像中已经点选出来的金属标志点之间有较大差距。为此，以通过投影计算出来的这些金属标志点与真实的金属标志点之间的距离平方和作为目标函数F，以S值作为优化变量，采用数值优化算法最大化缩小F的值(理想情况是F的值为0)。当优化过程结束后得到的S值即为X射线源在三维坐标系中的真实位置。优化算法采用的是SLSQP算法。所述三维导丝计算系统在通过二维三维联合标定获得正侧视图中X射线发射源的真实三维空间位置之后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.颅脑介入手术实时立体显示系统，包括DSA图像采集系统、二维导丝提取系统、三维导丝计算系统和立体显示系统；其特征是：/n所述DSA图像采集系统预先采集脑血管三维图像，并将其传送至三维导丝计算系统和立体显示系统；实时采集导丝正视图像和侧视图像，并将其传送至二维导丝提取系统和三维导丝计算系统；/n所述二维导丝提取系统接收DSA图像采集系统提供的正视图像和侧视图像，并从正视图像和侧视图像中分别提取出导丝的二维位置，将其传送至三维导丝计算系统；/n所述三维导丝计算系统首先接收DSA图像采集系统的脑血管三维图像，将其显示在三维坐标系中，并手工点选所述三维坐标系中的金属标志点；/n然后，将所述DSA图像采集系统的正视图像和侧视图像也显示在所述三维坐标系中，在所述正视图像和侧视图像中分别点选其中的金属标志点，进行二维三维联合标定，获得脑血管三维图像与正视图像和侧视图像在空间中的位置关系；/n所述三维导丝计算系统在通过二维三维联合标定后，实时接收所述二维导丝提取系统传送的二维导丝坐标数据，并用于计算导丝三维曲线坐标，并将该三维曲线坐标的数据传送至立体显示系统；/n所述立体显示系统将融合所述DSA图像采集系统的脑血管三维图像和所述三维导丝计算系统的三维导丝空间曲线，将二者显示在同一个坐标系下，并进行偏振三维显示。/n...

【技术特征摘要】
1.颅脑介入手术实时立体显示系统，包括DSA图像采集系统、二维导丝提取系统、三维导丝计算系统和立体显示系统；其特征是：
所述DSA图像采集系统预先采集脑血管三维图像，并将其传送至三维导丝计算系统和立体显示系统；实时采集导丝正视图像和侧视图像，并将其传送至二维导丝提取系统和三维导丝计算系统；
所述二维导丝提取系统接收DSA图像采集系统提供的正视图像和侧视图像，并从正视图像和侧视图像中分别提取出导丝的二维位置，将其传送至三维导丝计算系统；
所述三维导丝计算系统首先接收DSA图像采集系统的脑血管三维图像，将其显示在三维坐标系中，并手工点选所述三维坐标系中的金属标志点；
然后，将所述DSA图像采集系统的正视图像和侧视图像也显示在所述三维坐标系中，在所述正视图像和侧视图像中分别点选其中的金属标志点，进行二维三维联合标定，获得脑血管三维图像与正视图像和侧视图像在空间中的位置关系；
所述三维导丝计算系统在通过二维三维联合标定后，实时接收所述二维导丝提取系统传送的二维导丝坐标数据，并用于计算导丝三维曲线坐标，并将该三维曲线坐标的数据传送至立体显示系统；
所述立体显示系统将融合所述DS...

【专利技术属性】
技术研发人员：许侃，庞晓丽，
申请(专利权)人：吉林大学第一医院，
类型：发明
国别省市：吉林;22