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CN111821032B - 医疗影像对位方法 - Google Patents

医疗影像对位方法 Download PDF

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Abstract

一种医疗影像对位方法，用于将一超声波影像与多张相关于病患之骨骼之多个不同部位的计算机断层扫描影像之其中一者进行影像对位，该超声波影像系相关于病患之骨骼之所述多个不同部位的其中一者，并藉由一计算机装置来实施，并包含：(A)获得该超声波影像之一超声波目标影像；(B)对于每一计算机断层扫描影像，获得该计算机断层扫描影像之一待比对扫描影像；(C)对于每一待比对扫描影像，获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像的一相似度；(D)自所述待比对扫描影像中，获得一对应有最高相似度的目标扫描影像；(E)将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。便可于手术期间实时地辅助外科医生确定欲手术之位置。

Description

医疗影像对位方法
技术领域
本发明涉及一种影像对位方法，特别是涉及一种适用于医疗影像的影像对位方法。
背景技术
最早，外科医生于手术前皆仅能仰赖病患于手术前的所有相关信息(例如：计算机断层影像)判定出欲手术的位置，此外，于手术的过程中更有可能因为外科医生的动作(例如：打骨钉)使得病患身体些许移动，造成后续手术的位置有所偏移，进而影响到手术的正确性。
然而，目前外科医生于手术期间想精确地判定出欲手术的位置时，则必须于手术期间拍摄计算机断层才能确定，但此方法无法实时地侦测病患移动所产生的误差，更使得病患吸收过多的辐射剂量。
有鉴于此，故如何提供一种在无需使病患吸收过多的辐射剂量状况下，并于手术期间实时地辅助外科医生确定欲手术之位置的方法，即为本创作所欲解决之首要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在无需使病患吸收过多的辐射剂量状况下，并于手术期间实时地辅助外科医生确定欲手术之位置的方法。
本发明的医疗影像对位方法，适用于将一超声波影像，与多张分别相关于一病患之骨骼之多个不同部位的计算机断层扫描影像之其中一者进行影像对位，该超声波影像系相关于该病患之骨骼之所述多个不同部位的其中一者，并藉由一计算机装置来实施，该医疗影像对位方法包含一步骤(A)、一步骤(B)、一步骤(C)、一步骤(D)，以及一步骤(E)。
该步骤(A)是藉由该计算机装置，获得该超声波影像之一感兴趣区域所对应的一超声波目标影像。
该步骤(B)是对于每一计算机断层扫描影像，藉由该计算机装置，获得该计算机断层扫描影像之一感兴趣区域所对应的一待比对扫描影像。
该步骤(C)是对于每一待比对扫描影像，藉由该计算机装置，获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像的一相似度。
该步骤(D)是藉由该计算机装置，自所述待比对扫描影像中，获得一对应有最高相似度的目标扫描影像。
该步骤(E)是藉由该计算机装置，将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。
本发明的医疗影像对位方法，在该步骤(B)与该步骤(C)之间，还包含以下步骤：
(F)藉由该计算机装置，判定该超声波目标影像之尺寸是否相同于任一待比对扫描影像之尺寸；及
(G)当该计算机装置判定出该超声波目标影像之尺寸不同于任一待比对扫描影像之尺寸时，藉由该计算机装置根据任一待比对扫描影像之尺寸校正该超声波目标影像，以使校正后之超声波目标影像之尺寸相同于任一待比对扫描影像之尺寸；
其中，在该步骤(C)中，该计算机装置系获得每一待比对扫描影像与校正后之超声波目标影像所对应的一相似度，且在该步骤(E)中，该计算机装置系将校正后之超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。
本发明的医疗影像对位方法，在该步骤(B)与该步骤(C)之间，还包含以下步骤：
(H)对于每一待比对扫描影像，藉由该计算机装置，对该待比对扫描影像中之对象进行上轮廓特征提取，以使得提取后之待比对扫描影像仅保留其所含有之对象的上轮廓；及
其中，在该步骤(C)中，该计算机装置系获得每一提取后之待比对扫描影像与该超声波目标影像所对应的一相似度，且在该步骤(D)中，该计算机装置系自提取后之所述待比对扫描影像中，获得对应有最高相似度的该目标扫描影像。
本发明的医疗影像对位方法，在该步骤(H)中，该计算机装置系藉由保留该待比对扫描影像之每一行中的第一个像素值不为零之像素的像素值并将其他像素的像素值设定为零，以提取出该待比对扫描影像中之对象的上轮廓特征。
本发明的医疗影像对位方法，在该步骤(C)中，该计算机装置系藉由利用一最大交互讯息法来获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像的该相似度。
本发明的医疗影像对位方法，：
在该步骤(C)中，该计算机装置利用该最大交互讯息法不仅获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像的该相似度，还获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像间之映像关系的一几何转换参数组；及
在该步骤(E)中，该计算机装置系根据对应于该目标扫描影像与该超声波目标影像的几何转换参数组，来将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。
本发明的医疗影像对位方法，在该步骤(H)中，该计算机装置还将该待比对扫描影像中所保留之所有不为零之像素的像素值设定为255。
本发明的有益效果在于：藉由该计算机装置将该超声波影像所对应的该超声波目标影像，及每一计算机断层扫描影像所对应的该待比对扫描影像进行相似度分析，并获得对应有最高相似度的目标扫描影像，最后将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位，便可在无需使病患吸收过多的辐射剂量之情况下，并于手术期间实时地辅助外科医生确定欲手术之位置。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一方块图，说明一执行本发明医疗影像对位方法的一实施例的计算机装置与一超声波影像拍摄装置电连接；
图2是一示意图，说明该计算机装置所存储之多张计算机断层扫描影像之其中一者；
图3是一示意图，说明该超声波影像拍摄装置所拍摄的一超声波影像；
图4是一流程图，说明本发明医疗影像对位方法的该实施例的步骤51、步骤52、步骤53及步骤54；
图5是一流程图，接续图4说明本发明医疗影像对位方法的该实施例的步骤55、步骤56、步骤57及步骤58；
图6是一流程图，说明本发明医疗影像对位方法的另一实施例的步骤51’、步骤52’、步骤53’及步骤54’；
图7是一示意图，说明该超声波影像之所对应的一超声波目标影像；
图8是一示意图，说明所述计算机断层扫描影像之其中一者所对应的一待比对扫描影像；
图9是一示意图，说明该待比对扫描影像经上轮廓特征提取后的影像；及
图10是一示意图，说明该超声波目标影像与一目标扫描影像进行影像对位之结果。
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图1，执行本发明医疗影像对位方法之一实施例之一计算机装置1，以及电连接该计算机装置1的一超声波影像拍摄装置2。
计算机装置1包括一存储模块11、一输入模块12、一显示模块13，以及一电连接该存储模块11、该输入模块12及该显示模块13的处理模块14。
该存储模块11存储有多张分别相关于一病患之骨骼之多个不同部位的计算机断层扫描影像(Computed Tomography，CT)。值得特别说明的是，举例来说，该病患之骨骼为一脊椎，该脊椎包含多个脊椎节，每一脊椎节可切分为多个分段，每一计算机断层扫描影像相关于一对应之分段(见图2)。此外，每一计算机断层扫描影像中对应该脊椎之分段的分段部分中的棘突21在该计算机断层扫描影像中的上方，而每一计算机断层扫描影像中对应该脊椎之分段的分段部分中的椎板22在该计算机断层扫描影像中的下方。
该超声波影像拍摄装置2，用于拍摄一相关于该病患之骨骼之多个不同部位的其中一者的超声波影像(Ultrasound)，并将该超声波影像传送至该计算机装置1。值得特别说明的是，承上述例子，该超声波影像拍摄装置2系于该病患处于俯卧时，拍摄相关于该病患之该脊椎之其中一分段的该超声波影像(见图3)，以使该超声波影像中对应该脊椎之分段的分段部分中的棘突31在该超声波影像中的上方，而该超声波影像中对应该脊椎之分段的分段部分中的椎板32在该超声波影像中的下方。因此，该超声波影像中所呈现之该脊椎的分段部分的面向与所述计算机断层扫描影像中所呈现之该脊椎的分段部分的面向相同。
在该实施例中，该计算机装置1之实施态样例如为一个人计算机、一服务器或一云端主机，但不以此为限。
在该实施例中，该超声波影像拍摄装置2之实施态样例如为一超声波诊断仪器，但不以此为限。
参阅图4、5，以下将藉由本发明医疗影像对位方法之该实施例来说明该计算机装置1，以及该超声波影像拍摄装置2各组件的运作细节，本发明医疗影像对位方法包含一步骤51、一步骤52、一步骤53、一步骤54、一步骤55、一步骤56、一步骤57，以及一步骤58。
在该步骤51中，该计算机装置1在接收该超声波影像后，获得该超声波影像之一感兴趣区域所对应的一超声波目标影像(见图7)。值得特别说明的是，该计算机装置1系响应外科医生之操作并产生一输入讯号，根据该输入讯号，获得该超声波影像所对应的该超声波目标影像。值得特别说明的是，在其他实施例中，也可以用现有的影像辨识方法，获得该超声波影像所对应的该超声波目标影像。
在该步骤52中，对于每一计算机断层扫描影像，该计算机装置1获得该计算机断层扫描影像之一感兴趣区域所对应的一待比对扫描影像(见图8)。值得特别说明的是，对于每一计算机断层扫描影像，该计算机装置1系响应外科医生之操作并产生另一输入讯号，根据该另一输入讯号，获得该计算机断层扫描影像所对应的该待比对扫描影像。值得特别说明的是，在其他实施例中，也可以用现有的影像辨识方法，获得该计算机断层扫描影像所对应的该待比对扫描影像。
在该步骤53中，对于每一待比对扫描影像，该计算机装置1对该待比对扫描影像中之对象进行上轮廓特征提取，以使得提取后之待比对扫描影像仅保留其所含有之对象的上轮廓(见图9)。值得特别说明的是，在该实施例中，该计算机装置1系先将该待比对扫描影像中之噪讯去除，接着藉由保留该待比对扫描影像之每一行中的第一个像素值不为零之像素的像素值，并将其他像素的像素值设定为零，以提取出该待比对扫描影像中之对象的上轮廓特征。而在其他实施例中，该计算机装置1还可将该待比对扫描影像中所保留之所有不为零之像素的像素值设定为255，以提取出该待比对扫描影像中之对象的上轮廓特征。
参阅图6，特别地，在另一实施例中，大致与上述实施例说明类似，其差异仅在于在执行相关于超声波影像的该步骤51’时，可与相关于计算机断层扫描影像的该步骤52’及该步骤53’同时地执行，以更快速度地完成该医疗影像对位方法。
值得特别说明的是，使用该步骤53之提取出上轮廓特征的该待比对扫描影像进行相似度分析时，因不会产生下轮廓特征与该超声波目标影像的噪讯重迭的状况，因此，相较于直接使用未提取上轮廓特征的该待比对扫描影像进行相似度分析时较佳，更能提升影像对位的精确度。
在该步骤54中，该计算机装置1判定该超声波目标影像之尺寸是否相同于任一待比对扫描影像之尺寸。当该计算机装置1判定出该超声波目标影像之尺寸相同于任一待比对扫描影像之尺寸时，进行流程步骤56；当该计算机装置1判定出该超声波目标影像之尺寸不相同于任一待比对扫描影像之尺寸时，进行流程步骤55。
在该步骤55中，该计算机装置1根据任一待比对扫描影像之尺寸校正该超声波目标影像，以使校正后之超声波目标影像之尺寸相同于任一待比对扫描影像之尺寸。
在该步骤56中，对于每一提取后之待比对扫描影像，该计算机装置1获得提取后之该待比对扫描影像与校正后之该超声波目标影像(若不需进行该步骤55，则使用该超声波目标影像)的一相似度。值得特别说明的是，在该实施例中，该计算机装置1系利用一最大交互讯息法(Mutual Information，MI)来获得提取后之该待比对扫描影像与校正后之该超声波目标影像的该相似度，以及提取后之该待比对扫描影像与校正后之该超声波目标影像间之映像关系的一几何转换参数组。而在其他实施例中，该计算机装置1亦可利用一迭代最近点算法(例：Iterative Closest Points，ICP)，获得提取后之该待比对扫描影像与校正后之该超声波目标影像的该相似度。
在该步骤57中，该计算机装置1自提取后之所述待比对扫描影像中，获得一对应有最高相似度的目标扫描影像。
在该步骤58中，该计算机装置1将校正后之该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位，且将校正后之该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位之结果(见图10)显示于该显示模块13，供外科医生于手术期间参考，以确定欲手术之位置.。值得特别说明的是，在该实施例中，该计算机装置1系根据校正后之(若不需进行该步骤55，则使用该超声波目标影像)与该目标扫描影像所对应的该几何转换参数组，将校正后之该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。而在其他实施例中，该计算机装置1亦可利用一影像对位算法(例：B-spline)，进行影像对位。
综上所述，本发明医疗影像对位方法，藉由计算机装置1根据该超声波影像所对应的该超声波目标影像，及每一计算机断层扫描影像所对应该待比对扫描影像，并利用该最大交互讯息法，自提取后之所述待比对扫描影像中，获得对应有最高相似度的目标扫描影像，且将校正后之该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位，便可在且无需使病患吸收过多的辐射剂量之情况下，于手术期间实时地辅助外科医生确定欲手术之位置。因此，故确实能达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种医疗影像对位方法，适用于将一超声波影像，与多张分别相关于一病患之骨骼之多个不同部位的计算机断层扫描影像之其中一者进行影像对位，该超声波影像系相关于该病患之骨骼之所述多个不同部位的其中一者，并藉由一计算机装置来实施，其特征在于：该医疗影像对位方法包含以下步骤：
(A)藉由该计算机装置，获得该超声波影像之一感兴趣区域所对应的一超声波目标影像；
(B)对于每一计算机断层扫描影像，藉由该计算机装置，获得该计算机断层扫描影像之一感兴趣区域所对应的一待比对扫描影像；
(C)对于每一待比对扫描影像，藉由该计算机装置，对该待比对扫描影像中之对象进行上轮廓特征提取，以使得提取后之待比对扫描影像仅保留其所含有之对象的上轮廓；
(D)对于每一待比对扫描影像，藉由该计算机装置，获得该待比对扫描影像与该超声波目标影像的一相似度；
(E)藉由该计算机装置，自所述待比对扫描影像中，获得一对应有最高相似度的目标扫描影像；及
(F)藉由该计算机装置，将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位；
其中，在该步骤(D)中，该计算机装置系获得每一提取后之待比对扫描影像与该超声波目标影像所对应的相似度，且在该步骤(E)中，该计算机装置系自提取后之所述待比对扫描影像中，获得对应有最高相似度的该目标扫描影像。
2.根据权利要求1所述的医疗影像对位方法，其特征在于：在该步骤(C)与该步骤(D)之间，还包含以下步骤：
(G)藉由该计算机装置，判定该超声波目标影像之尺寸是否相同于任一待比对扫描影像之尺寸；及
(H)当该计算机装置判定出该超声波目标影像之尺寸不同于任一待比对扫描影像之尺寸时，藉由该计算机装置根据任一待比对扫描影像之尺寸校正该超声波目标影像，以使校正后之超声波目标影像之尺寸相同于任一待比对扫描影像之尺寸；
其中，在该步骤(D)中，该计算机装置系获得每一提取后之待比对扫描影像与校正后之超声波目标影像所对应的一相似度，且在该步骤(F)中，该计算机装置系将校正后之超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。
3.根据权利要求1所述的医疗影像对位方法，其特征在于：在该步骤(C)中，该计算机装置系藉由保留该待比对扫描影像之每一行中的第一个像素值不为零之像素的像素值并将其他像素的像素值设定为零，以提取出该待比对扫描影像中之对象的上轮廓特征。
4.根据权利要求1所述的医疗影像对位方法，其特征在于：在该步骤(D)中，该计算机装置系利用一最大交互讯息法来获得该提取后之待比对扫描影像与该超声波目标影像的该相似度。
5.根据权利要求4所述的医疗影像对位方法，其特征在于：
在该步骤(D)中，该计算机装置利用该最大交互讯息法不仅获得该提取后之待比对扫描影像与该超声波目标影像的该相似度，还获得该提取后之待比对扫描影像与该超声波目标影像间之映像关系的一几何转换参数组；及
在该步骤(F)中，该计算机装置系根据对应于该目标扫描影像与该超声波目标影像的几何转换参数组，来将该超声波目标影像与该目标扫描影像进行影像对位。
6.根据权利要求3所述的医疗影像对位方法，其特征在于：在该步骤(C)中，该计算机装置还将该待比对扫描影像中所保留之所有不为零之像素的像素值设定为255。
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