三维可视化方法、装置和系统、可读存储介质与流程

本技术涉及医疗系统、医学图像处理的，尤其涉及三维可视化方法、装置和系统、可读存储介质。

背景技术：

1、以脑深部电刺激（deep brain stimulaiton，dbs）为例，dbs是一种侵入式神经调控技术，通过立体定向手术方法在人脑中的特定神经结构植入刺激电极，并在人体内植入神经刺激器以连接电极，发放可被调节控制的弱电脉冲，从而改变大脑神经环路和网络的电活动及功能，达到控制和改善患者症状的目的。dbs治疗的疗效、不良反应与电极触点附近的电场激活范围有关，可以理解为电场激活范围与靶区域重合程度越高，治疗效果越好。若电场激活范围覆盖靶区域以外的脑区，则可能造成刺激相关不良反应。帮助医生直观地观察到脑核团、电极以及电场激活范围，就能帮助医生缩短程控操作时间。

2、基于此，本技术提供了三维可视化方法、装置和系统、可读存储介质，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供三维可视化方法、装置和系统、可读存储介质，解决了医生不能直观地观察到脑核团、电极以及电场激活范围的问题。

2、本技术的目的采用以下技术方案实现：

3、第一方面，本技术提供了一种三维可视化装置，用于服务器端中，所述装置包括：

4、模型组获取模块，用于根据目标用户的术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合，获取目标模型信息，所述目标模型信息包括脑区分割模型集合、激活范围模型集合、电极分割模型和白质纤维束追踪模型；

5、模型组发送模块，用于当接收到本地端发送的模型获取请求时，将所述目标模型信息发送至所述本地端，所述目标模型信息用于结合所述本地端的指定程控参数生成待展示三维模型，所述待展示三维模型用于向本地端的操作人员展示电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。

6、在一些可能的实现方式中，所述模型组获取模块，包括：

7、第一模型子模块，用于根据目标用户的术前核磁影像，通过脑区分割，得到多个目标脑区的脑区分割模型并作为脑区分割模型集合；所述术前核磁影像包括dti影像、t1核磁影像和t2核磁影像；

8、第二模型子模块，用于根据所述术后ct影像和所述术前核磁影像，通过电场激活范围模拟得到激活范围模型集合，所述激活范围模型集合包括预设程控参数集合以及与所述预设程控参数集合中的每个所述预设程控参数分别对应的电场激活范围模型；

9、第三模型子模块，用于根据所述t1核磁影像和所述术后ct影像，通过电极建模得到与所述目标用户的电极信息对应的电极分割模型；

10、第四模型子模块，用于根据所述目标用户的dti影像和所述t1核磁影像，通过白质纤维束追踪得到白质纤维束追踪模型；

11、模型组获取子模块，用于将所述脑区分割模型集合、所述激活范围模型集合、所述电极分割模型和所述白质纤维束追踪模型作为目标模型信息。

12、在一些可能的实现方式中，所述第一模型子模块包括：

13、第一配准获取单元，用于获取第一配准影像，所述第一配准影像是将所述t2核磁影像配准至所述t1核磁影像得到的；

14、第一掩膜获取单元，用于根据第一配准影像，获取第一大脑掩膜，所述第一大脑掩膜是去除所述第一配准影像中的颅骨后得到的；

15、第一分割获取单元，用于将所述第一大脑掩膜信息输入至第一掩膜分割模型，得到多个目标脑区掩膜作为第一脑区分割结果；

16、脑区模型获取单元，用于将所述第一脑区分割结果进行渲染，以得到多个目标脑区的三维分割模型并作为脑区分割模型集合。

17、在一些可能的实现方式中，所述第一配准获取单元包括：

18、第一预处理子单元，用于对所述t1核磁影像和所述t2核磁影像进行预处理，所述预处理包括亮度矫正和/或对比度矫正；

19、第一配准子单元，用于将预处理后的t2核磁影像配准至预处理后的t1核磁影像，得到配准影像并作为第一配准影像。

20、在一些可能的实现方式中，所述第二模型子模块包括：

21、第二分割获取单元，用于根据第一配准影像，获取分割结果，所述分割结果是基于灰质、白质和脑脊液对所述第一配准影像分割得到的；

22、激活范围模拟单元，用于根据所述分割结果和所述目标用户的电极触点信息，通过有限元的方式对预设程控参数集合中的每个预设程控参数进行激活范围模拟，得到模拟结果；所述电极触点信息包括多个电极触点的坐标；

23、激活模型获取单元，用于对模拟结果进行渲染，得到多个三维模型组并作为激活范围模型集合。

24、在一些可能的实现方式中，所述第三模型子模块包括：

25、第二配准获取单元，用于获取第二配准影像，所述第二配准影像是将术后ct影像配准至t1核磁影像得到的；

26、第三分割获取单元，用于根据第二配准影像获取导线分割结果，所述导线分割结果包括分割掉电极导线轨迹后的结果；

27、电极触点获取单元，用于根据所述电极信息和所述导线分割结果获取电极触点信息，所述电极触点信息包括多个电极触点的坐标；

28、电极模型获取单元，用于根据所述分割结果和所述电极触点信息，通过渲染得到电极分割模型。

29、在一些可能的实现方式中，所述第二配准获取单元包括：

30、第二预处理子单元，用于对所述术后ct影像进行预处理，所述预处理包括亮度矫正和/或对比度矫正；

31、第二配准子单元，用于将预处理后的术后ct影像配准至预处理后的t1核磁影像，得到配准影像并作为第二配准影像。

32、在一些可能的实现方式中，所述第四模型子模块包括：

33、第三配准获取单元，用于获取第三配准影像，所述第三配准影像是将所述目标用户的dti影像配准至t1核磁影像得到的；

34、第二掩膜获取单元，用于根据所述第三配准影像，获取第二大脑掩膜，所述第二大脑掩膜是去除所述第三配准影像中的颅骨后得到的；

35、第四分割获取单元，用于将所述第二大脑掩膜信息输入至第二掩膜分割模型，得到多个目标脑区掩膜作为第二脑区分割结果；

36、纤维束追踪单元，用于根据所述第二脑区分割结果对所述dti影像进行全脑白质纤维束追踪，得到白质纤维束追踪结果；

37、追踪模型获取单元，用于根据所述白质纤维束追踪结果，通过渲染得到白质纤维束追踪模型。

38、在一些可能的实现方式中，所述第三配准获取单元包括：

39、第三预处理子单元，用于对所述dti影像进行预处理，所述预处理包括畸变校正和质控；

40、第三配准子单元，用于将预处理后的dti影像配准至t1核磁影像，将得到的配准影像作为第三配准影像。

41、第二方面，本技术还提供了一种三维可视化装置，用于本地端中，所述装置包括：

42、程控参数获取模块，用于获取目标用户的指定程控参数，所述指定程控参数是根据所述本地端的操作人员的选择操作得到的；

43、展示模型获取模块，用于根据所述指定程控参数，利用所述目标用户的目标模型信息进行合并渲染，以获取待展示三维模型；所述目标模型信息是从服务器端获取的，所述目标模型信息包括脑区分割模型集合、激活范围模型集合、电极分割模型和白质纤维束追踪模型；所述待展示三维模型用于向本地端的操作人员展示电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。

44、在一些可能的实现方式中，所述装置还包括：

45、模型组请求模块，用于展示模型获取模块执行之前，当首次在所述本地端对所述目标用户进行程控时，向服务器端发送模型获取请求，以使服务器端向所述本地端发送所述目标用户对应的目标模型信息；或，当在预定时长，所述本地端没有对所述目标用户进行程控时，向服务器端发送模型获取请求，以使服务器端向所述本地端发送所述目标用户对应的目标模型信息。

46、在一些可能的实现方式中，所述展示模型获取模块包括：

47、第一模型获取单元，用于从所述激活范围模型集合中获取与所述指定程控参数对应的激活范围模型，并作为目标激活范围模型；

48、第二模型获取单元，用于获取目标脑区分割模型和感兴趣白质纤维束，所述目标脑区分割模型是根据操作人员基于所述脑区分割模型集合的选择操作得到的，所述感兴趣白质纤维束是根据操作人员基于所述脑区分割模型集合、所述电极分割模型，从所述白质纤维束追踪模型的选择操作得到的；

49、展示模型获取单元，用于将所述目标激活范围模型、所述目标脑区分割模型、所述电极分割模型和所述感兴趣白质纤维束进行合并渲染，得到待展示三维模型。

50、第三方面，本技术还提供了一种三维可视化系统，所述系统包括本地端、与所述本地端相连的服务器端；

51、所述本地端包括如第二方面任一所述的三维可视化装置；

52、所述服务器端包括如第一方面任一所述的三维可视化装置。

53、第四方面，本技术还提供了一种三维可视化方法，用于服务器端中，所述方法包括：

54、根据目标用户的术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合，获取目标模型信息，所述目标模型信息包括脑区分割模型集合、激活范围模型集合、电极分割模型和白质纤维束追踪模型；

55、当接收到本地端发送的模型获取请求时，将所述目标模型信息发送至所述本地端，所述目标模型信息用于结合所述本地端的指定程控参数生成待展示三维模型，所述待展示三维模型用于向本地端的操作人员展示电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。

56、在一些可能的实现方式中，所述根据目标用户的术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合，获取目标模型信息，包括：

57、根据目标用户的术前核磁影像，通过脑区分割，得到多个目标脑区的脑区分割模型并作为脑区分割模型集合；所述术前核磁影像包括dti影像、t1核磁影像和t2核磁影像；

58、根据所述术后ct影像和所述术前核磁影像，通过电场激活范围模拟得到激活范围模型集合，所述激活范围模型集合包括预设程控参数集合以及与所述预设程控参数集合中的每个所述预设程控参数分别对应的电场激活范围模型；

59、根据所述t1核磁影像和所述术后ct影像，通过电极建模得到与所述目标用户的电极信息对应的电极分割模型；

60、根据所述目标用户的dti影像和所述t1核磁影像，通过白质纤维束追踪得到白质纤维束追踪模型；

61、将所述脑区分割模型集合、所述激活范围模型集合、所述电极分割模型和所述白质纤维束追踪模型作为目标模型信息。

62、在一些可能的实现方式中，所述根据目标用户的术前核磁影像，通过脑区分割，得到多个目标脑区的脑区分割模型并作为脑区分割模型集合，包括：

63、获取第一配准影像，所述第一配准影像是将所述t2核磁影像配准至所述t1核磁影像得到的；

64、根据第一配准影像，获取第一大脑掩膜，所述第一大脑掩膜是去除所述第一配准影像中的颅骨后得到的；

65、将所述第一大脑掩膜信息输入至第一掩膜分割模型，得到多个目标脑区掩膜作为第一脑区分割结果；

66、将所述第一脑区分割结果进行渲染，以得到多个目标脑区的三维分割模型并作为脑区分割模型集合。

67、在一些可能的实现方式中，获取第一配准影像的过程包括：

68、对所述t1核磁影像和所述t2核磁影像进行预处理，所述预处理包括亮度矫正和/或对比度矫正；

69、将预处理后的t2核磁影像配准至预处理后的t1核磁影像，得到配准影像并作为第一配准影像。

70、在一些可能的实现方式中，所述根据所述术后ct影像和所述术前核磁影像，通过电场激活范围模拟得到激活范围模型集合包括：

71、根据第一配准影像，获取分割结果，所述分割结果是基于灰质、白质和脑脊液对所述第一配准影像分割得到的；

72、根据所述分割结果和所述目标用户的电极触点信息，通过有限元的方式对预设程控参数集合中的每个预设程控参数进行激活范围模拟，得到模拟结果；所述电极触点信息包括多个电极触点的坐标；

73、对模拟结果进行渲染，得到多个三维模型组并作为激活范围模型集合。

74、在一些可能的实现方式中，所述根据所述t1核磁影像和所述术后ct影像，通过电极建模得到与所述目标用户的电极信息对应的电极分割模型，包括：

75、获取第二配准影像，所述第二配准影像是将术后ct影像配准至t1核磁影像得到的；

76、根据第二配准影像获取导线分割结果，所述导线分割结果包括分割掉电极导线轨迹后的结果；

77、根据所述电极信息和所述导线分割结果获取电极触点信息，所述电极触点信息包括多个电极触点的坐标；

78、根据所述分割结果和所述电极触点信息，通过渲染得到电极分割模型。

79、在一些可能的实现方式中，获取第二配准影像的方式包括：

80、对所述术后ct影像进行预处理，所述预处理包括亮度矫正和/或对比度矫正；

81、将预处理后的术后ct影像配准至预处理后的t1核磁影像，得到配准影像并作为第二配准影像。

82、在一些可能的实现方式中，所述根据所述目标用户的dti影像和所述t1核磁影像，通过白质纤维束追踪得到白质纤维束追踪模型包括：

83、获取第三配准影像，所述第三配准影像是将所述目标用户的dti影像配准至t1核磁影像得到的；

84、根据所述第三配准影像，获取第二大脑掩膜，所述第二大脑掩膜是去除所述第三配准影像中的颅骨后得到的；

85、将所述第二大脑掩膜信息输入至第二掩膜分割模型，得到多个目标脑区掩膜作为第二脑区分割结果；

86、根据所述第二脑区分割结果对所述dti影像进行全脑白质纤维束追踪，得到白质纤维束追踪结果；

87、根据所述白质纤维束追踪结果，通过渲染得到白质纤维束追踪模型。

88、在一些可能的实现方式中，所述第三配准影像的获取方式包括：

89、对所述dti影像进行预处理，所述预处理包括畸变校正和质控；

90、将预处理后的dti影像配准至t1核磁影像，将得到的配准影像作为第三配准影像。

91、第五方面，本技术还提供了一种三维可视化方法，用于本地端中，所述方法包括：

92、s1，获取目标用户的指定程控参数，所述指定程控参数是根据所述本地端的操作人员的选择操作得到的；

93、s2，根据所述指定程控参数，利用所述目标用户的目标模型信息进行合并渲染，以获取待展示三维模型；所述目标模型信息是从服务器端获取的，所述目标模型信息包括脑区分割模型集合、激活范围模型集合、电极分割模型和白质纤维束追踪模型；所述待展示三维模型用于向本地端的操作人员展示电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。

94、在一些可能的实现方式中，在s2之前所述方法还包括：

95、当第一次在所述本地端对所述目标用户进行程控时，向服务器端发送模型获取请求，以使服务器端向所述本地端发送所述目标用户对应的目标模型信息；或，当在预定时长，所述本地端没有对所述目标用户进行程控时，向服务器端发送模型获取请求，以使服务器端向所述本地端发送所述目标用户对应的目标模型信息。

96、在一些可能的实现方式中，所述s2包括：

97、根据所述指定程控参数和所述激活范围模型集合，获取目标激活范围模型；

98、获取目标脑区分割模型和感兴趣白质纤维束，所述目标脑区分割模型是根据操作人员基于所述脑区分割模型集合的选择操作得到的，所述感兴趣白质纤维束是根据操作人员基于所述脑区分割模型集合、所述电极分割模型，从所述白质纤维束追踪模型的选择操作得到的；

99、将所述目标激活范围模型、所述目标脑区分割模型、所述电极分割模型和所述感兴趣白质纤维束进行合并渲染，得到待展示三维模型。

100、第六方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面或第二方面任一项所述的设备的功能，或实现第三方面或第四方面任一项所述的方法。

101、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

102、本实施例提供的三维可视化方法，本地端只用于获取操作人员 选择操作确定的指定程控参数，并结合目标模型信息进行简单的操作后得到待展示三维模型，以用于操作人员 获取目标用户的电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。因为其涉及到对术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合的处理，获取脑区分割模型集合、激活范围模型集合、电极分割模型和白质纤维束追踪模型，所以目标模型信息的生成过程并不在本地端执行，而是服务器端进行生成的。也就是说，本实施例定义了一套从源头数据获取(目标用户的术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合)到最终三维可视化程控模型渲染显示的全套流程，将目标用户的术前核磁影像、术后ct影像和预设程控参数集合作为输入，最终输出待展示三维模型，以用于向操作人员 展示电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系。

103、综上所述，通过三维可视化可以使操作人员 直观地看到电极触点、电场激活范围与脑区之间的相对位置关系，帮助操作人员 更迅速地理解目标用户的神经解剖结构和刺激效果。通过整合术前核磁影像、术后ct影像和程控参数，使操作人员 在制定治疗计划时能够考虑到多个方面的因素，有助于减少试错时间、提高治疗的准确性和效果，进而帮助操作人员缩短程控操作时间。