[发明专利]一种X射线CT图像中金属针的检测定位方法

说明书

本发明公开了一种X射线CT图像中金属针的检测定位方法，具体涉及医学CT成像技术和图像处理技术领域。该检测定位方法通过先校正由金属针导致的图像伪影，获得高质量的CT图像，再检测金属针的形态学信息，主要包括：首先重建由CT设备获得的含有金属针的检测部位多能投影数据、通过分割获得仅包含软组织和骨头的先验图像以及金属针、分层化处理多能投影数据、插值金属投影区域并重建得到校正后的图像；然后对校正后图像进行预处理得到二值图像；再利用面积分型方法实现Radon变换进行线段检测；最后使用DBSCAN聚类法实现金属针的“针点”定位。该方法可为CT图像引导的临床诊疗中“针状”器械提供快速、精准的检测和定位。

技术领域

本发明涉及CT成像技术和图像处理技术领域，具体涉及一种X射线CT图像中金属针的检测定位方法。

背景技术

图像引导下的介入治疗通过影像设备使医生对病变进行精确定位和深度观察，利用血管导管技术或是经皮穿刺器械，对体内器官的病变进行诊断和治疗。因该治疗方法损伤小、恢复快，越来越受到人们欢迎，并且一些国家将图像引导下微创治疗的研究列入了国家发展的战略高度。与其他影像技术相比，CT引导下的介入治疗是目前临床常用的一种微创治疗手段。但是由于治疗介入的“针状”器械，如活检针、穿刺针、消融针等金属针，会导致CT图像出现金属伪影，难以获得“针”形物尤其是针尖的准确位置，严重影响医生或是手术导航系统的判断以及手术效果。一般情况下，临床诊疗中医生通过对图像灰度进行调窗或是凭借经验获得消融针的位置，这样一方面增加手术时间且容易引起误判，另一方面无法适用于手术自动导航系统。

CT图像引导介入手术中“针状”器械不同于常规图像的线段，它的针尖部位比其余部位要细小的多，而针尖和与其相连部位的准确定位对于肿瘤穿刺、消融、活检的精准率具有十分重要的意义。尽管目前已有一些关于金属伪影消除方法的研究工作，但是仍没有一种比较通用的消除或是消减金属伪影的方法，尤其是对于“针状”引起的伪影；另外，当原始图像质量不理想时，现有图像分割技术也难以对“针”形物尤其是针尖进行准确定位。

目前已有一些基于硬件和软件的检测和定位手术中“针状”装置的方法。前者有通过外部系统或外部设备来检测定位针，如使用安装在超声探头上的摄像机估计“针”在超声图像中的位置；将光束转向方法与基于机器学习的“针”分割相结合获得定位。后者有利用FFT滤波、改进的Ostu方法、梯度边缘检测算法等，对于CT图像导引中穿刺针进行快速分割；有设计两个特征参数进行针的定位，一个是特征量化针引起的运动和第二个特征提供了强度不变的检测与针方向匹配的边缘，再结合Radon变换近似估计针的位置。这些方法一方面对于存在伪影的图像时无法实现“针形”的准确分割，另一方面难以对“针”尖、角度、长度等姿态特征进行准确获取和定位。

目前也有一些研究涉及到CT图像中“针状”器械的定位问题和方法，例如：专利号为CN108618844A的中国专利，公开了一种CT引导肝肿瘤射频消融术中穿刺导航方法与流程，其主要通过预先设置CT识别的标志物，从消融术中CT图像提取有关组织和结构，利用实时自动规划方法得到最优穿刺路径及其起点、终点、长度、角度等几何信息，当消融针的针尖移动到最优穿刺路径的起点之后，执行对消融针穿刺的实时导航。

专利号为CN 107361823 A的中国专利公开了一种多角度穿刺探针定位器，其设计了步进电机和设置在步进电机一端的联轴器等硬件构成定位器，可以实现穿刺探针的多角度定位。

专利号为CN 108309411A的中国专利公开了一种超声引导下穿刺针定位装置，其包括超声波引导器、探测板等本体组件和一些定位组件，以准确、方便确定穿刺针的进针方向。

专利号为US201615056160的美国专利公开了一种消融针引导定位方法，其将电极引入目标组织中，利用具有延展性的、多个狭槽的直线棒实现消融针的定位。