計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，尤其是涉及一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考 點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療成為研宄的 熱門，其中手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在臨床中已廣泛應(yīng)用。本發(fā)明主要應(yīng)用于肺部手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。肺 部手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是將病人術(shù)前或術(shù)中影像數(shù)據(jù)和手術(shù)床上病人解剖結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確對應(yīng)，術(shù)中跟 蹤手術(shù)器械并將手術(shù)器械的位置在病人影像上以虛擬探針的形式實(shí)時(shí)更新顯示，使醫(yī)生對 手術(shù)器械相對病人解剖結(jié)構(gòu)的位置一目了然，使外科手術(shù)更快速、更精確、更安全。
[0003] 根據(jù)2014年《世界癌癥報(bào)告》，癌癥已經(jīng)成為全世界人類最大致死原因，其中肺癌 在全球癌癥病例中上升最快，已成為全球最大的癌癥殺手。同樣的，在我國肺部手術(shù)量大、 難度高，價(jià)格昂貴。但是，由于呼吸作用帶來的肺軟組織漂移，使計(jì)算機(jī)定位精度與實(shí)時(shí)性 難以保障，制約了肺部手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。如何對肺部進(jìn)行動態(tài)配準(zhǔn)，實(shí)時(shí)獲取病灶位 置，是計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)肺部手術(shù)中，醫(yī)生通過多次入針和CT/X 射線反復(fù)成像來定位，極依賴自身經(jīng)驗(yàn)。手術(shù)難度高、時(shí)間長，對患者和醫(yī)生輻射傷害大。
[0004] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，張春生在《基于CT圖像的肺部輪廓非剛性配準(zhǔn)方 法》論文中提出基于薄板樣條的非剛性配準(zhǔn)算法，通過確定性退火算法和特征點(diǎn)模糊對應(yīng) 矩陣模型來求得配準(zhǔn)最優(yōu)值。利用該方法可以很好的對肺部輪廓進(jìn)行配準(zhǔn)。但大量存在的 腫瘤位置并不在肺部表面，此方法不能實(shí)時(shí)監(jiān)控肺內(nèi)部病灶的位移變化，并不適用。針對這 類手術(shù)，國內(nèi)外依然沒有一個(gè)成熟的動態(tài)精確定位技術(shù)提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種計(jì)算機(jī)輔助肺 部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，通過建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn)相關(guān)模型，運(yùn)用參考點(diǎn)返 回給軟件系統(tǒng)的坐標(biāo)，實(shí)時(shí)計(jì)算病灶的位置變化，從而更敏捷而準(zhǔn)確地定位病灶。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0008] 首先依據(jù)肺的生理學(xué)特征和臨床統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行肺部分區(qū)，建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn) 相關(guān)t吳型；
[0009] 再根據(jù)參考探針的返回?cái)?shù)據(jù)跟蹤肺部形變，求得病灶實(shí)時(shí)坐標(biāo)；
[0010] 然后使用可視化工具包將病灶動態(tài)變化在屏幕中顯示；
[0011] 最后米用磁導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)穿刺針準(zhǔn)確定位病灶。
[0012] 所述的肺部分區(qū)具體為：
[0013] 首先將肺部區(qū)域從整個(gè)胸部體數(shù)據(jù)中分割出來，根據(jù)肺的生理學(xué)特征和臨床數(shù)據(jù) 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，將肺區(qū)分上、中、下三部分，對應(yīng)標(biāo)為A、B、C三個(gè)區(qū)。
[0014] 所述的建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn)相關(guān)模型具體為：
[0015] 將嵌入?yún)⒖继结樀膫鞲衅饕暈閰⒖键c(diǎn)，通過參考點(diǎn)與定位點(diǎn)的位置關(guān)系，由參考 點(diǎn)實(shí)時(shí)返回的數(shù)據(jù)計(jì)算跟蹤定位點(diǎn)位移。
[0016] 所述的根據(jù)參考探針的返回?cái)?shù)據(jù)跟蹤肺部形變，求得病灶實(shí)時(shí)坐標(biāo)具體為：
[0017] 假設(shè)CT掃描中，參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)為Pki= (X ,Q，J，病灶中心的坐標(biāo)為Pftl = (Xf〇. f〇. f〇) ^ t = t〇；
[0018] 由于呼吸作用導(dǎo)致的肺區(qū)漂移，參考點(diǎn)在t = L時(shí)刻坐標(biāo)為= /Vq ，其 中G二（'Δλη, AZV1)表示參考點(diǎn)從h到t i時(shí)刻的位移；
[0019] 在肺形變過程中，利用參考點(diǎn)在病人物理空間坐標(biāo)系中的位移以及參考點(diǎn)與病灶 點(diǎn)的相對關(guān)系，計(jì)算出病灶位移的矯正量：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步 驟： 首先依據(jù)肺的生理學(xué)特征和臨床統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行肺部分區(qū)，建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn)相關(guān) 豐旲型； 再根據(jù)參考探針的返回?cái)?shù)據(jù)跟蹤肺部形變，求得病灶實(shí)時(shí)坐標(biāo)； 然后使用可視化工具包將病灶動態(tài)變化在屏幕中顯示； 最后采用磁導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)穿刺針準(zhǔn)確定位病灶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其 特征在于，所述的肺部分區(qū)具體為： 首先將肺部區(qū)域從整個(gè)胸部體數(shù)據(jù)中分割出來，根據(jù)肺的生理學(xué)特征和臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 學(xué)分析，將肺區(qū)分上、中、下三部分，對應(yīng)標(biāo)為A、B、C三個(gè)區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其 特征在于，所述的建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn)相關(guān)模型具體為： 將嵌入?yún)⒖继结樀膫鞲衅饕暈閰⒖键c(diǎn)，通過參考點(diǎn)與定位點(diǎn)的位置關(guān)系，由參考點(diǎn)實(shí) 時(shí)返回的數(shù)據(jù)計(jì)算跟蹤定位點(diǎn)位移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其 特征在于，所述的根據(jù)參考探針的返回?cái)?shù)據(jù)跟蹤肺部形變，求得病灶實(shí)時(shí)坐標(biāo)具體為： 假設(shè)CT掃描中，參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)為Prfl= (XfY^Zrfl)，病灶中心的坐標(biāo)為Pftl= (XfQ， Yftl，Zftl)，設(shè)此時(shí) t = t。； 由于呼吸作用導(dǎo)致的肺區(qū)漂移，參考點(diǎn)在t = tl時(shí)刻坐標(biāo)為Prl = Pr0 + G，其中 MAV1, ADZrl)表示參考點(diǎn)從tQ到t i時(shí)刻的位移； 在肺形變過程中，利用參考點(diǎn)在病人物理空間坐標(biāo)系中的位移以及參考點(diǎn)與病灶點(diǎn)的 相對關(guān)系，計(jì)算出病灶位移的矯正量：
最終病灶在圖像系統(tǒng)中的位置： Pfi = rfi + rVi + Pfo 式中ai，βρ 臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，其 特征在于，所述的αρ βρ YiF同分區(qū)，數(shù)值不同，具體數(shù)值如下表所示：
其中A區(qū)為肺上部，B區(qū)為肺中部，C區(qū)為肺下部。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)輔助肺部手術(shù)中基于參考點(diǎn)的動態(tài)配準(zhǔn)方法，包括以下步驟：首先依據(jù)肺的生理學(xué)特征和臨床統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行肺部分區(qū)，建立參考點(diǎn)與定位點(diǎn)相關(guān)模型；再根據(jù)參考探針的返回?cái)?shù)據(jù)跟蹤肺部形變，求得病灶實(shí)時(shí)坐標(biāo)；然后使用可視化工具包將病灶動態(tài)變化在屏幕中顯示；最后采用磁導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)穿刺針準(zhǔn)確定位病灶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有簡單、快速、準(zhǔn)確、低傷害等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104732537
【申請?zhí)枴緾N201510128779
【發(fā)明人】余煒, 金擎初, 洪士彬, 穆容, 舒品, 顧力栩, 陳煒生
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月23日