基于增强弹性形变的carto电解剖图与ct图像配准方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及手术导航中图像配准技术领域，尤其涉及心房颤动（房颤）射频消融 介入手术导航中的CART0电解剖图（Electro-anatomicalMap,EAM)与CT图像的配准方法 和装置。
【背景技术】
[0002] CART0系统指导下的房颤消融是当前治疗房颤最常用也最为有效的手段。手术时， 医生将导管插入心房，依X线透视在心腔内壁依次标测近百个点，模拟构建心腔内表面三 维解剖模型，即CART0电解剖图（electro-anatomicmap，EAM);医生在CART0电解剖图上导 航导管，设计并定位消融线；导管头释放电能，逐点消融，把导致房颤的纤维组织烧掉。由于 标测点有限，CART0电解剖图分辨率低，而心房解剖结构复杂，医生很难在CART0电解剖图 上准确定位并有效隔离肺静脉，因而极大影响消融疗效。若术前采集清晰的心房CT图像， 从中分割出作为消融靶区的心腔内表面（简称CT曲面），然后将CART0系统采集的近百个 标测点叠加到CT曲面对应位置上，实现两者在空间位置上最佳叠合，即配准CART0电解剖 图与CT曲面，便可帮助医生从多个角度仔细观察消融靶区的解剖结构，从而增加消融位点 的精确性，减少手术并发症，缩短手术和X线曝光时间。
[0003] 然而，现有的CART0电解剖图与CT图像配准方法都不能很好地模拟实际CART0电 解剖图与CT曲面之间的形变差异。我们知道，CT图像采集于术前，CART0电解剖图采集于术 中，病人的躺卧姿势、呼吸深浅、心跳状况、心脏状态等，均存在差异，使得最终生成的CART0 电解剖图与CT曲面形态差异很大。同时，消融手术中，导管接触心腔内壁的力度、角度随着 医生手术时操作的特点不同而有所不同，心脏的形态也会随之产生不同程度的扭曲。因此， 现有方法常用的刚体变换和仿射变换，都不能很好地模拟实际CART0电解剖图与CT曲面之 间的形变差异，即使偶有使用弹性形变模型，其形变量也不足，致使配准精度难以满足临床 实际应用需求。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像配准 方法和装置，以更为精确细致地描述CART0电解剖图与CT图像之间的形变差异，从而提高 CART0电解剖图与CT图像的配准精度。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
[0006] -种基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像的配准方法，包括：
[0007] 获取CART0电解剖图与CT图像，所述CT图像是对CT原始图像进行重建分割之后 获得的心房内壁的曲面图像；
[0008] 采用刚体变换模型，以基于主轴的方法，粗配准CART0电解剖图与CT图像；粗配准 过程中，CT图像为基准图像，CART0电解剖图为浮动图像；
[0009] 在粗配准的基础上，以距离平方和为相似性度量函数，采用增强自由形变模型和 金字塔分层方法，精配准CART0电解剖图与CT图像；精配准过程中，CART0电解剖图为基准 图像，CT图像为浮动图像；
[0010] 将精配准形变后的CT图像叠加在CART0电解剖图上，得到CART0电解剖图与CT 图像的最终配准图像。
[0011] 基于上述所述的配准方法，本发明还提供了基于增强弹性形变的CART0电解剖图 与CT图像的配准装置，其包括：
[0012] 获取单元，用于获取CART0电解剖图与CT图像，所述CT图像是对CT原始图像进 行重建分割之后获得的心房内壁的曲面图像；
[0013] 粗配准单元，用于采用刚体变换模型，以基于主轴的方法，粗配准CART0电解剖图 与CT图像；粗配准过程中，CT图像为基准图像，CART0电解剖图为浮动图像；
[0014] 精配准单元，用于在粗配准的基础上，以距离平方和为相似性度量函数，采用增强 自由形变模型和金字塔分层方法，精配准CART0电解剖图与CT图像；精配准过程中，CART0 电解剖图为基准图像，CT图像为浮动图像；
[0015] 叠加单元，用于将精配准形变后的CT图像叠加在CART0电解剖图上，得到CART0 电解剖图与CT图像的最终配准图像。
[0016] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0017] 本发明提供的基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像的配准方法，采用增 强自由形变模型和金字塔分层技术，可以对或大或小的弹性形变建模，构建的形变场平滑、 连续，能够保持拓扑结构和一一对应关系，能更为精确细致地描述CART0电解剖图与CT图 像之间的形变差异，从而大幅提高CART0电解剖图与CT图像的配准精度；同时，金字塔分层 技术能减少因弹性形变产生的大的计算量，在保证配准精度的同时，也能获得较快的配准 速度。通过本发明的配准方法和装置得到的配准图像，能够为房颤消融手术中精确快速导 航消融导管提供保障。
【附图说明】
[0018] 为了清楚地理解本发明的技术方案，下面对描述本发明【具体实施方式】时用到的附 图进行简要说明。显而易见，这些附图仅是本发明的一部分附图，本领域普通技术人员在不 付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它附图。
[0019]图1是本发明实施例提供的基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像的配 准方法流程示意图；
[0020] 图2是本发明实施例提供的CART0电解剖图与CT图像的粗配准方法流程示意图；
[0021] 图3是本发明实施例提供的CART0电解剖图与CT图像的精配准方法流程示意图；
[0022] 图4是本发明实施例提供的获取每个控制点形变量的方法流程示意图；
[0023]图5是本发明实施例提供的由形变后的控制点位置，确定覆盖其下的CT图像中各 点位置的方法流程示意图；
[0024]图6是本发明实施例提供的基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像的配 准装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的目的、技术手段和有益效果更加清楚完整，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】进行描述。
[0026]图1是本发明实施例一提供的基于增强弹性形变的CART0电解剖图与CT图像的 配准方法流程示意图。如图1所示，该配准方法包括以下步骤：
[0027] S11、获取CART0电解剖图与CT图像，所述CT图像是对CT原始图像进行重建分割 之后获得的心房内壁的曲面图像。
[0028]S12、采用刚体变换模型，以基于主轴的方法，粗配准CART0电解剖图与CT图像；粗 配准过程中，CT图像为基准图像，CART0电解剖图为浮动图像：
[0029] 图2示出了步骤S12的具体实现过程。如图2所示，本发明实施例所述的粗配准 过程具体包括以下步骤：
[0030]S121、计算CT图像的质心CCT、惯性矩阵ICT和特征矩阵ECT;计算CART0电解剖图 EAM的质心CEAM、惯性矩阵IEAM和特征矩阵EEAM。
[0031]S122、计算与CT图像具有主轴对应关系的CART0电解剖图EAM'：
[0032] 惯性矩阵中的每一个特征向量对应一个主轴，坐标系中的任何坐标轴旋转180 度，并不会影响图像的惯性矩阵。因此，设定CT图像的特征矩阵^中的特征向量排 列固定不变，与之对应，构成CART0电解剖图的特征矩阵E_的特征向量排列方式有 =4:8种，即CART0电解剖图的特征矩阵Eeam共有48种。对每一个EEAM，分别计算 对应的CART0电解剖图EAM'，计算公式如下：
[0033] EAM'=Ε:(：τ * ΕτΕΑΧ?*{IEAU-CEAX,) +Ccr (1)
[0034]其中，是特征矩阵E_的转置矩阵。
[0035] S123、计算并比较48个CART0电解剖图EAM'到所述CT图像的距离，与CT图像距 离最小的CART0