本發(fā)明屬于醫(yī)療
技術(shù)領(lǐng)域：
，更進(jìn)一步涉及醫(yī)學(xué)影像處理與應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
中的一種血管造影中介下的先心病手術(shù)中血管辨識(shí)的裝置及方法。本發(fā)明利用血管造影中介下的先心病術(shù)中血管辨識(shí)的裝置中的圖像提取模塊，對(duì)先心病患者的術(shù)前CT圖像進(jìn)行分割，然后將分割后得到的心臟及周圍血管的三維模型進(jìn)行平面化處理，得到若干張CT二維圖像。再利用本發(fā)明的裝置術(shù)中造影成像模塊獲取先心病患者的心臟及周圍血管的術(shù)中造影圖像，再利用本發(fā)明的裝置中的圖像配準(zhǔn)模塊將CT二維圖像和術(shù)中造影圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，所獲得的配準(zhǔn)圖像可以為手術(shù)中的醫(yī)生提供血管辨識(shí)參考。
背景技術(shù)：
：在先天性心臟病手術(shù)中，能為手術(shù)中的醫(yī)生提供血管辨識(shí)輔助的有術(shù)前CT圖像、MR圖像等，但是由于患兒個(gè)體較小，血管與健康人差異較大，并且開(kāi)胸之后血肉模糊，醫(yī)生難以單憑一種圖像完成血管辨識(shí)。對(duì)于在先心病手術(shù)中的血管辨識(shí)這一問(wèn)題，并沒(méi)有相應(yīng)的專利或文獻(xiàn)予以說(shuō)明。而與之相近的一些配準(zhǔn)技術(shù)，也存在諸多缺陷，因此并不適用于術(shù)中這一場(chǎng)景。王婕妤等人在其發(fā)表的論文“基于改進(jìn)光流場(chǎng)和尺度不變特征變換的非剛性醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)”(電子與信息學(xué)報(bào)，vol.35,No.5,May.2013)中提出了一種加入尺度不變特征變換特征的光流場(chǎng)模型的配準(zhǔn)方法。該方法首先使用尺度不變特征變換方法對(duì)源圖像和目標(biāo)圖像進(jìn)行特征點(diǎn)的提取及匹配，并且使用隨機(jī)抽樣一致方法去除部分誤匹配點(diǎn)，接著為特征點(diǎn)賦權(quán)值，然后在確定特征點(diǎn)的速度場(chǎng)后建立特征匹配項(xiàng)，極小化得到的能量函數(shù)完成圖像配準(zhǔn)。該方法的不足之處在于，兩幅圖像的特征點(diǎn)不易找到，更不易準(zhǔn)確匹配，且內(nèi)部紋理細(xì)節(jié)不明顯。周其慧等人在其發(fā)表的論文“基于多分辨率和Powell算法的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)”(計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，vol.30,No.4,Apr.2013)中提出了一種改進(jìn)的Powell算法與多分辨策略相結(jié)合的配準(zhǔn)方法。該方法先將待配準(zhǔn)的兩幅圖像進(jìn)行兩層小波分解，得到圖像的近似分量，然后配準(zhǔn)最低分辨率的近似分量，再以上一層的結(jié)果作為粗略位置，進(jìn)行下一輪循環(huán)，直到最底層的源圖像，最終得到搜索結(jié)果完成圖像配準(zhǔn)。該方法存在的不足之處是，盡管該算法配準(zhǔn)所需的時(shí)間相對(duì)于基本的Powell算法已有所減少，但仍不夠快，而且仍然容易陷入局部最優(yōu)結(jié)果，無(wú)法保證配準(zhǔn)的精度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種血管造影中介下的先心病手術(shù)中血管辨識(shí)的裝置及方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的思路是，分割出先心病患者術(shù)前CT圖像中的血管和心臟，并將其進(jìn)行三維可視化重建，對(duì)重建得到的模型進(jìn)行平面化處理，得到術(shù)前二維的心臟和血管圖像，在得到術(shù)中心臟和血管的造影像后，將兩種圖像配準(zhǔn)，并展示配準(zhǔn)的結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體步驟如下：本發(fā)明的裝置包括術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊、術(shù)前CT圖像分割模塊、術(shù)前CT圖像三維重建模塊、術(shù)前CT圖像二維平面化模塊、術(shù)中造影成像模塊、術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊、術(shù)中量子更新模塊、術(shù)中個(gè)體變異模塊、術(shù)中變異后處理模塊、圖像配準(zhǔn)模塊、血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊。所述的術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊，用于從術(shù)前心臟造影CT圖像中選擇一幅主動(dòng)脈瓣CT圖像作為初始圖像；標(biāo)記初始圖像中心臟和血管所在的位置，并將其作為圖割方法中無(wú)向圖的權(quán)值；所述的術(shù)前CT圖像分割模塊，是利用圖割方法，對(duì)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊得到的初始圖像進(jìn)行分割，得到分割后的參考模板；用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的前一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有CT圖像的最前一幅圖像，若是，則執(zhí)行下一步，否則，繼續(xù)分割圖像；用參考模板中的心臟和血管位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的后一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有CT圖像的最后一幅圖像，若是，則將所有的參考模板傳入三維重建模塊，否則，繼續(xù)分割圖像；所述的術(shù)前CT圖像三維重建模塊，是將所有的參考模板加載到具有三維可視化功能的軟件中；利用軟件的體繪制選項(xiàng)，對(duì)所有的參考模板中的心臟和血管，進(jìn)行三維可視化重建；所述的術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，是將先心病患者手術(shù)時(shí)擬平躺于水平手術(shù)臺(tái)且面向醫(yī)生時(shí)的心臟位置作為基準(zhǔn)，以先心病患者心臟的主動(dòng)脈竇的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；以過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且垂直于手術(shù)臺(tái)平面的直線為Z軸，將先心病患者面部所在的方向確定為Z軸正方向；以過(guò)原點(diǎn)且垂直于脊柱中心線所在平面的直線為X軸，將指向先心病患者左臂的方向確定為X軸正方向；以過(guò)原點(diǎn)且垂直于X軸和Z軸所在平面的直線為Y軸，將指向先心病患者頭部的方向確定為Y軸正方向，完成術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的構(gòu)建；構(gòu)建術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系完成后，保持建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系時(shí)分割的術(shù)前心臟和血管的位置不變，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，得到一張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸，將分割的術(shù)前心臟和血管分別向X軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，將分割的術(shù)前心臟和血管分別向Y軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；所述的術(shù)中造影成像模塊，用于獲取先心病患者心臟和血管的術(shù)中造影像；所述的術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，是將從術(shù)前CT圖像二維平面化模塊中獲得的五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中任選一張圖像；分別將配準(zhǔn)所需要的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)種群初始化為5個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取一個(gè)隨機(jī)值；利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；將水平位移種群、垂直位移種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為50，旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為20，根據(jù)每種個(gè)體組合的互信息占所有個(gè)體組合的互信息總和的比例，對(duì)個(gè)體組合中的個(gè)體按比例進(jìn)行復(fù)制，生成復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中量子更新模塊，是利用量子更新方法，對(duì)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的個(gè)體進(jìn)行量子更新，得到更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中個(gè)體變異模塊，是將每個(gè)種群中個(gè)體發(fā)生變異的概率設(shè)定為20％，對(duì)術(shù)中量子更新模塊更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中變異的個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取隨機(jī)值，得到變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中變異后處理模塊，是對(duì)術(shù)中個(gè)體變異模塊獲得的變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；判斷當(dāng)前的極大互信息是否小于配準(zhǔn)初始化模塊的極大互信息，若是，則獲得極大互信息中的最大值，并執(zhí)行下一步，否則，執(zhí)行水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制步驟；判斷是否選完五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像，若是，則執(zhí)行造影像配準(zhǔn)步驟，否則，執(zhí)行得到圖像的最大互信息的步驟；所述的圖像配準(zhǔn)模塊，是從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出與術(shù)中造影像的最大互信息；從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的個(gè)體組合；用最大互信息的個(gè)體組合中的水平位移、垂直位移、旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像進(jìn)行配準(zhǔn)；所述的血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊，是將術(shù)前三維參考模板的角度調(diào)整到與配準(zhǔn)所用的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的角度一致后，將先心病患者術(shù)前血管的位置輸出到顯示器展示。本發(fā)明的方法，包括如下步驟：(1)分割術(shù)前心臟造影CT圖像：(1a)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊，從術(shù)前心臟造影CT圖像中選擇一幅主動(dòng)脈瓣CT圖像作為初始圖像；(1b)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊標(biāo)記初始圖像中心臟和血管所在的位置，并將其作為圖割方法中無(wú)向圖的權(quán)值；(1c)術(shù)前CT圖像分割模塊利用圖割方法，對(duì)初始圖像進(jìn)行分割，得到分割后的參考模板；(1d)術(shù)前CT圖像分割模塊用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的前一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；(1e)術(shù)前CT圖像分割模塊判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有術(shù)前心臟造影CT圖像的最前一幅圖像，若是，則執(zhí)行步驟(1f)，否則，執(zhí)行步驟(1d)；(1f)術(shù)前CT圖像分割模塊用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的后一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；(1g)判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有術(shù)前心臟造影CT圖像的最后一幅圖像，若是，則執(zhí)行步驟(2)，否則，執(zhí)行步驟(1f)；(2)重建術(shù)前三維參考模板：(2a)術(shù)前CT圖像三維重建模塊將所有參考模板加載到具有三維可視化功能的軟件中；(2b)術(shù)前CT圖像三維重建模塊利用軟件的體繪制選項(xiàng)，對(duì)參考模板中的心臟和血管，進(jìn)行三維可視化重建；(3)構(gòu)建術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系：(3a)術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將先心病患者手術(shù)時(shí)擬平躺于水平手術(shù)臺(tái)且面向醫(yī)生時(shí)的心臟位置作為基準(zhǔn)，以先心病患者心臟的主動(dòng)脈竇的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；(3b)術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且垂直于手術(shù)臺(tái)平面的直線為Z軸，將先心病患者面部所在的方向確定為Z軸正方向；(3c)術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)原點(diǎn)且垂直于脊柱中心線所在平面的直線為X軸，將指向先心病患者左臂的方向確定為X軸正方向；(3d)術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)原點(diǎn)且垂直于X軸和Z軸所在平面的直線為Y軸，將指向先心病患者頭部的方向確定為Y軸正方向，完成術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的構(gòu)建；(4)將分割的術(shù)前心臟和血管平面化：(4a)保持建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系時(shí)分割的術(shù)前心臟和血管的位置不變，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，得到一張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；(4b)以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將分割的術(shù)前心臟和血管分別向X軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；(4c)以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將分割的術(shù)前心臟和血管分別向Y軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；(5)獲取先心病患者的術(shù)中造影像：利用術(shù)中造影成像模塊，獲取先心病患者心臟和血管的術(shù)中造影像；(6)獲得圖像的最大互信息：(6a)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，從步驟(4a)、步驟(4b)、步驟(4c)中獲得的五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中任選一張圖像；(6b)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，分別將配準(zhǔn)所需要的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)種群初始化為5個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取一個(gè)隨機(jī)值；(6c)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；(6d)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，將水平位移種群、垂直位移種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為50，旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為20，根據(jù)每種個(gè)體組合的互信息占所有個(gè)體組合的互信息總和的比例，對(duì)個(gè)體組合中的個(gè)體按比例進(jìn)行復(fù)制，生成復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；(6e)術(shù)中量子更新模塊，利用量子更新方法，對(duì)復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的個(gè)體進(jìn)行量子更新，得到更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；(6f)將每個(gè)種群中個(gè)體發(fā)生變異的概率設(shè)定為20％，術(shù)中個(gè)體變異模塊對(duì)更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中變異的個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取隨機(jī)值，得到變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；(6g)術(shù)中變異后處理模塊，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，對(duì)變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；(6h)判斷當(dāng)前的極大互信息是否小于上一次迭代時(shí)的極大互信息，若是，則獲得極大互信息中的最大值，執(zhí)行步驟(7)，否則，執(zhí)行步驟(6d)；(7)判斷是否選完五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像，若是，則執(zhí)行步驟(8)，否則，執(zhí)行步驟(6)；(8)造影像配準(zhǔn)：(8a)圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出與術(shù)中造影像的最大互信息；(8b)圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；(8c)圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的個(gè)體組合；(8d)圖像配準(zhǔn)模塊，用最大互信息的個(gè)體組合中的水平位移、垂直位移、旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像進(jìn)行配準(zhǔn)；(9)辨識(shí)血管的位置：(9a)將術(shù)前三維參考模板的角度調(diào)整到與配準(zhǔn)所用的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的角度一致，獲得先心病患者術(shù)前血管的位置圖像；(9b)將先心病患者術(shù)前血管的位置圖像，輸出到血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊中的顯示器，顯示辨識(shí)血管的位置。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，本發(fā)明將分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像進(jìn)行配準(zhǔn)，克服了現(xiàn)有的配準(zhǔn)技術(shù)的結(jié)果難以提供先心病患者術(shù)中的心臟和血管的信息的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明的配準(zhǔn)結(jié)果包含準(zhǔn)確的先心病患者術(shù)中的心臟和血管的位置信息，為醫(yī)生在手術(shù)中辨識(shí)先心病患者的心臟和血管提供更可靠的影像信息。第二，本發(fā)明的裝置中由于采用術(shù)中造影成像模塊，用于獲取先心病患者心臟和血管的術(shù)中造影像，采用該圖像與分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)配準(zhǔn)后的結(jié)果缺乏細(xì)節(jié)信息的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明配準(zhǔn)完成后圖像紋理細(xì)節(jié)更清晰。第三，本發(fā)明的方法中的造影像配準(zhǔn)步驟中由于采用了量子更新操作，加快了搜索最優(yōu)配準(zhǔn)方案時(shí)的速度，保證了搜索最優(yōu)配準(zhǔn)方案時(shí)的全局搜索能力，克服了現(xiàn)有技術(shù)配準(zhǔn)圖像用時(shí)較長(zhǎng)且容易陷入局部最優(yōu)結(jié)果的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明的配準(zhǔn)精度比較高。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法的模塊圖。圖2是本發(fā)明方法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明的裝置，包括術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊、術(shù)前CT圖像分割模塊、術(shù)前CT圖像三維重建模塊、術(shù)前CT圖像二維平面化模塊、術(shù)中造影成像模塊、術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊、術(shù)中量子更新模塊、術(shù)中個(gè)體變異模塊、術(shù)中變異后處理模塊、圖像配準(zhǔn)模塊、血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊。所述的術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊，用于從術(shù)前心臟造影CT圖像中選擇一幅主動(dòng)脈瓣CT圖像作為初始圖像；標(biāo)記初始圖像中心臟和血管所在的位置，并將其作為圖割方法中無(wú)向圖的權(quán)值；所述的術(shù)前CT圖像分割模塊，是利用圖割方法，對(duì)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊得到的初始圖像進(jìn)行分割，得到分割后的參考模板；用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的前一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有CT圖像的最前一幅圖像，若是，則執(zhí)行下一步，否則，繼續(xù)分割圖像；用參考模板中的心臟和血管位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的后一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板；判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有CT圖像的最后一幅圖像，若是，則將所有的參考模板傳入三維重建模塊，否則，繼續(xù)分割圖像；所述的術(shù)前CT圖像三維重建模塊，是將所有的參考模板加載到具有三維可視化功能的軟件中；利用軟件的體繪制選項(xiàng)，對(duì)所有的參考模板中的心臟和血管，進(jìn)行三維可視化重建；所述的術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，是將先心病患者手術(shù)時(shí)擬平躺于水平手術(shù)臺(tái)且面向醫(yī)生時(shí)的心臟位置作為基準(zhǔn)，以先心病患者心臟的主動(dòng)脈竇的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；以過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且垂直于手術(shù)臺(tái)平面的直線為Z軸，將先心病患者面部所在的方向確定為Z軸正方向；以過(guò)原點(diǎn)且垂直于脊柱中心線所在平面的直線為X軸，將指向先心病患者左臂的方向確定為X軸正方向；以過(guò)原點(diǎn)且垂直于X軸和Z軸所在平面的直線為Y軸，將指向先心病患者頭部的方向確定為Y軸正方向，完成術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的構(gòu)建；構(gòu)建術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系完成后，保持建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系時(shí)分割的術(shù)前心臟和血管的位置不變，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，得到一張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸，將分割的術(shù)前心臟和血管分別向X軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，將分割的術(shù)前心臟和血管分別向Y軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；所述的術(shù)中造影成像模塊，用于獲取先心病患者心臟和血管的術(shù)中造影像；所述的術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，是將從術(shù)前CT圖像二維平面化模塊中獲得的五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中任選一張圖像；分別將配準(zhǔn)所需要的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)種群初始化為5個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取一個(gè)隨機(jī)值；利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；將水平位移種群、垂直位移種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為50，旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為20，根據(jù)每種個(gè)體組合的互信息占所有個(gè)體組合的互信息總和的比例，對(duì)個(gè)體組合中的個(gè)體按比例進(jìn)行復(fù)制，生成復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中量子更新模塊，是利用量子更新方法，對(duì)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的個(gè)體進(jìn)行量子更新，得到更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中個(gè)體變異模塊，是將每個(gè)種群中個(gè)體發(fā)生變異的概率設(shè)定為20％，對(duì)術(shù)中量子更新模塊更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中變異的個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取隨機(jī)值，得到變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群；所述的術(shù)中變異后處理模塊，是對(duì)術(shù)中個(gè)體變異模塊獲得的變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合；判斷當(dāng)前的極大互信息是否小于配準(zhǔn)初始化模塊的極大互信息，若是，則獲得極大互信息中的最大值，并執(zhí)行下一步，否則，執(zhí)行水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制步驟；判斷是否選完五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像，若是，則執(zhí)行造影像配準(zhǔn)步驟，否則，執(zhí)行得到圖像的最大互信息的步驟；所述的圖像配準(zhǔn)模塊，是從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出與術(shù)中造影像的最大互信息；從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像；從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的個(gè)體組合；用最大互信息的個(gè)體組合中的水平位移、垂直位移、旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像進(jìn)行配準(zhǔn)；所述的血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊，是將術(shù)前三維參考模板的角度調(diào)整到與配準(zhǔn)所用的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的角度一致后，將先心病患者術(shù)前血管的位置輸出到顯示器展示。下面結(jié)合附圖2對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。步驟1，分割術(shù)前心臟造影CT圖像。(1a)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊，從術(shù)前心臟造影CT圖像中選擇一幅主動(dòng)脈瓣CT圖像作為初始圖像。(1b)術(shù)前CT圖像預(yù)處理模塊標(biāo)記初始圖像中心臟和血管所在的位置，并將其作為圖割方法中無(wú)向圖的權(quán)值。(1c)術(shù)前CT圖像分割模塊利用圖割方法，對(duì)初始圖像進(jìn)行分割，得到分割后的參考模板。所述圖割方法的具體步驟如下：第1步，將標(biāo)記心臟和血管所在的位置后的初始圖像，映射為帶權(quán)值的無(wú)向圖。第2步，利用福特‐福克森Ford‐Fulkerson方法，從帶權(quán)值的無(wú)向圖中得到最大流。第3步，根據(jù)最大流最小割定理，將帶權(quán)值的無(wú)向圖的最大流作為最小割。第4步，將最小割分開(kāi)的帶權(quán)值的無(wú)向圖映射回參考圖像，得到分割完成的參考模板。(1d)術(shù)前CT圖像分割模塊用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的前一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板。(1e)術(shù)前CT圖像分割模塊判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有術(shù)前心臟造影CT圖像的最前一幅圖像，若是，則執(zhí)行步驟(1f)，否則，執(zhí)行步驟(1d)。(1f)術(shù)前CT圖像分割模塊用參考模板中心臟和血管所在的位置作為圖割方法的新的權(quán)值，采用圖割方法，對(duì)當(dāng)前參考模板分割圖像時(shí)的后一幅圖像進(jìn)行分割，得到并保存更新后的參考模板。(1g)判斷當(dāng)前參考模板更新時(shí)所選取的圖像是否為所有術(shù)前心臟造影CT圖像的最后一幅圖像，若是，則執(zhí)行步驟2，否則，執(zhí)行步驟(1f)。步驟2，重建術(shù)前三維參考模板。術(shù)前CT圖像三維重建模塊將所有參考模板加載到具有三維可視化功能的軟件中。術(shù)前CT圖像三維重建模塊利用軟件的體繪制選項(xiàng)，對(duì)參考模板中的心臟和血管，進(jìn)行三維可視化重建。步驟3，構(gòu)建術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將先心病患者手術(shù)時(shí)擬平躺于水平手術(shù)臺(tái)且面向醫(yī)生時(shí)的心臟位置作為基準(zhǔn)，以先心病患者心臟的主動(dòng)脈竇的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且垂直于手術(shù)臺(tái)平面的直線為Z軸，將先心病患者面部所在的方向確定為Z軸正方向。術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)原點(diǎn)且垂直于脊柱中心線所在平面的直線為X軸，將指向先心病患者左臂的方向確定為X軸正方向。術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，以過(guò)原點(diǎn)且垂直于X軸和Z軸所在平面的直線為Y軸，將指向先心病患者頭部的方向確定為Y軸正方向，完成術(shù)前心臟和血管標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的構(gòu)建。步驟4，將分割的術(shù)前心臟和血管平面化。保持建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系時(shí)分割的術(shù)前心臟和血管的位置不變，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，得到一張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像。以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將分割的術(shù)前心臟和血管分別向X軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像。以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，術(shù)前CT圖像二維平面化模塊將分割的術(shù)前心臟和血管分別向Y軸的正方向和反方向偏移五度，從Z軸正半軸看向負(fù)半軸的方向上，分別得到兩張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像。步驟5，獲取先心病患者的術(shù)中造影像。利用術(shù)中造影成像模塊，獲取先心病患者心臟和血管的術(shù)中造影像。步驟6，獲得圖像的最大互信息。(6a)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，從步驟4中獲得的五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中任選一張圖像。(6b)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，分別將配準(zhǔn)所需要的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)種群初始化為5個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取一個(gè)隨機(jī)值。所述的水平位移種群和垂直位移種群的隨機(jī)值的取值范圍均為[‐10,10]，旋轉(zhuǎn)角度種群的隨機(jī)值的取值范圍為[‐5,5]。(6c)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合。所述個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法的具體步驟如下：第1步，分別從水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中任意取出一個(gè)個(gè)體，組成個(gè)體組合。第2步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵：H(M)=-Σmf(m)lgf(m)]]>其中，H(M)表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵，∑表示求和操作，m表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中的像素灰度值，其取值范圍為[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第3步，按照下式，計(jì)算術(shù)中造影像的熵：H(N)=-Σnf(n)lgf(n)]]>其中，H(N)表示術(shù)中造影像的熵，∑表示求和操作，n表示術(shù)中造影像中的像素灰度值，其取值范圍為[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第4步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵：K=-ΣaΣbf(a,b)lgf(a,b)]]>其中，K表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵，∑表示求和操作，a和b分別表示像素灰度值，其范圍均是[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第5步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的互信息：MI=H(M)+H(N)K]]>其中，MI表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的互信息，H(M)表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵，H(N)表示術(shù)中造影像的熵，K表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵。第6步，判斷是否獲得所有個(gè)體組合的互信息，若是，則執(zhí)行第7步，否則，執(zhí)行第1步。第7步，對(duì)所有個(gè)體組合的互信息進(jìn)行排序，找出當(dāng)前的極大互信息和得到當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合。(6d)術(shù)中配準(zhǔn)初始化模塊，將水平位移種群、垂直位移種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為50，旋轉(zhuǎn)角度種群的復(fù)制規(guī)模設(shè)定為20，根據(jù)每種個(gè)體組合的互信息占所有個(gè)體組合的互信息總和的比例，對(duì)個(gè)體組合中的個(gè)體按比例進(jìn)行復(fù)制，生成復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群。(6e)術(shù)中量子更新模塊，利用量子更新方法，對(duì)復(fù)制后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的個(gè)體進(jìn)行量子更新，得到更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群。所述量子更新方法的具體步驟如下：第1步，按照下式，構(gòu)造量子旋轉(zhuǎn)矩陣：G=cos(l×p)sin(l×p)00]]>其中，G表示量子旋轉(zhuǎn)矩陣，cos(·)表示求余弦操作，sin(·)表示求正弦操作，l表示步長(zhǎng)，取值為0.9，r表示[0,1]中產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，p表示根據(jù)隨機(jī)數(shù)r得到的方向數(shù)，如果隨機(jī)數(shù)r小于等于1/3，則取方向數(shù)p為‐1，如果隨機(jī)數(shù)r大于1/3且小于等于2/3，則取方向數(shù)p為0，如果隨機(jī)數(shù)r大于2/3，則取方向數(shù)p為1。第2步，按照下式，構(gòu)造個(gè)體矩陣：A=xa1a2a3]]>其中，A表示個(gè)體矩陣，x表示水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的任意一個(gè)個(gè)體，a1,a2,a3表示取值不同的三個(gè)量子位，其數(shù)值按照下式產(chǎn)生：ai=randrandlen]]>其中，ai表示取值不同的三個(gè)量子位中的第i個(gè)，i＝1,2,3,rand表示水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的任意一個(gè)個(gè)體的取值范圍內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)值，randlen表示水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中的任意一個(gè)個(gè)體的取值范圍的區(qū)間長(zhǎng)度。第3步，將量子旋轉(zhuǎn)矩陣G乘以個(gè)體矩陣A，得到結(jié)果矩陣。第4步，將結(jié)果矩陣中的第一行第一列的元素，作為量子更新操作后的個(gè)體。(6f)將每個(gè)種群中個(gè)體發(fā)生變異的概率設(shè)定為20％，術(shù)中個(gè)體變異模塊對(duì)更新后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中變異的個(gè)體在其取值范圍內(nèi)取隨機(jī)值，得到變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群。所述的水平位移種群、垂直位移種群個(gè)體的變異取值范圍為[‐10,10]，旋轉(zhuǎn)角度種群個(gè)體的變異取值范圍為[‐5,5]。(6g)術(shù)中變異后處理模塊，利用個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法，對(duì)變異后的水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群，計(jì)算所選的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像配準(zhǔn)的互信息，得到當(dāng)前的極大互信息和當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合。所述個(gè)體組合的互信息計(jì)算方法的具體步驟如下：第1步，分別從水平位移種群、垂直位移種群、旋轉(zhuǎn)角度種群中任意取出一個(gè)個(gè)體，組成個(gè)體組合。第2步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵：H(M)=-Σmf(m)lgf(m)]]>其中，H(M)表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵，∑表示求和操作，m表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中的像素灰度值，其取值范圍為[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第3步，按照下式，計(jì)算術(shù)中造影像的熵：H(N)=-Σnf(n)lgf(n)]]>其中，H(N)表示術(shù)中造影像的熵，∑表示求和操作，n表示術(shù)中造影像中的像素灰度值，其取值范圍為[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第4步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵：K=-ΣaΣbf(a,b)lgf(a,b)]]>其中，K表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵，∑表示求和操作，a和b分別表示像素灰度值，其范圍均是[0,255]，f(·)表示像素灰度值的均勻分布概率密度函數(shù)，lg表示以10為底的對(duì)數(shù)操作。第5步，按照下式，計(jì)算分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的互信息：MI=H(M)+H(N)K]]>其中，MI表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的互信息，H(M)表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的熵，H(N)表示術(shù)中造影像的熵，K表示分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像和術(shù)中造影像的聯(lián)合熵。第6步，判斷是否獲得所有個(gè)體組合的互信息，若是，則執(zhí)行第7步，否則，執(zhí)行第1步。第7步，對(duì)所有個(gè)體組合的互信息進(jìn)行排序，找出當(dāng)前的極大互信息和得到當(dāng)前的極大互信息的個(gè)體組合。(6h)判斷當(dāng)前的極大互信息是否小于上一次迭代時(shí)的極大互信息，若是，則獲得極大互信息中的最大值，執(zhí)行步驟7，否則，執(zhí)行步驟(6d)。步驟7，判斷是否選完五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像，若是，則執(zhí)行步驟8，否則，執(zhí)行步驟6。步驟8，造影像配準(zhǔn)。圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出與術(shù)中造影像的最大互信息。圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像。圖像配準(zhǔn)模塊，從五張分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像中找出得到最大互信息的個(gè)體組合。圖像配準(zhǔn)模塊，用最大互信息的個(gè)體組合中的水平位移、垂直位移、旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)最大互信息的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像與術(shù)中造影像進(jìn)行配準(zhǔn)。步驟9，辨識(shí)血管的位置。將術(shù)前三維參考模板的角度調(diào)整到與配準(zhǔn)所用的分割的術(shù)前心臟和血管的二維圖像的角度一致，獲得先心病患者術(shù)前血管的位置圖像。將先心病患者術(shù)前血管的位置圖像，輸出到血管辨識(shí)結(jié)果展示模塊中的顯示器，顯示辨識(shí)血管的位置。醫(yī)生在手術(shù)中可以根據(jù)本發(fā)明所展示出的先心病患者的術(shù)中心臟和血管的位置，結(jié)合臨床實(shí)際情況，辨識(shí)出所要操作的血管，同時(shí)也可避免對(duì)其他血管的誤操作。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3