一種ct影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]原發(fā)性肝癌是世界上常見的惡性腫瘤之一，具有很高的發(fā)病率和死亡率。目前，射頻消融和微波消融已廣泛應(yīng)用于臨床肝腫瘤的治療，特別是對于不適宜接受手術(shù)切除的肝腫瘤患者，經(jīng)皮(微波/射頻)熱消融腫瘤治療已成為臨床常用的微創(chuàng)治療方法。計算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography, CT)成像技術(shù)由于具有解剖信息精確、分辨率高、掃描時間短、普及率高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于肝癌的診斷與治療。
[0003]目前臨床上基于CT引導(dǎo)的腫瘤熱消融治療，在治療前，醫(yī)師基于對二維CT影像的理解，憑經(jīng)驗擬定腫瘤消融計劃。在治療中，醫(yī)師在CT影像的引導(dǎo)下，憑借手眼協(xié)調(diào)能力及個人經(jīng)驗將熱消融針穿刺到腫瘤內(nèi)部。CT引導(dǎo)肝腫瘤熱消融治療成功的關(guān)鍵是熱消融針的精準(zhǔn)定位和穿刺。臨床治療中的定位與穿刺受醫(yī)師的個人經(jīng)驗和能力影響，不同的手術(shù)醫(yī)師制定的消融計劃往往是不同的，治療過程和效果也是有差異的。現(xiàn)有技術(shù)中的CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)還存在如下問題:肝腫瘤空間定位離快速、精確、高魯棒性的自動分割技術(shù)還有一定距離；穿刺路徑的自動規(guī)劃需要發(fā)掘更多有效的臨床約束條件并提高計算效率。因此有必要建立一種客觀、科學(xué)、定量的熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，這對于提高肝腫瘤熱消融治療的安全性和有效性、實現(xiàn)肝腫瘤的精準(zhǔn)治療具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提出一種CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。所述的CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)能對CT引導(dǎo)肝腫瘤熱消融進(jìn)行多方面的計算機(jī)輔助治療，包括:肝腫瘤及相鄰結(jié)構(gòu)的三維可視化和空間定位，熱消融針最佳進(jìn)針路徑的計算機(jī)輔助規(guī)劃，熱消融針的實時空間定位與導(dǎo)航以及術(shù)后療效及時評估功能。所述系統(tǒng)能縮短熱消融治療時間，減少并發(fā)癥的發(fā)生率，提高治療的有效性和安全性。
[0005]本發(fā)明提出了一種CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，包括硬件組成部分和軟件組成部分。所述硬件組成部分包括:導(dǎo)航工作站、術(shù)中定位裝置、圖像顯示設(shè)備。所述軟件組成部分包括:影像數(shù)據(jù)管理模塊、三維可視化模塊、三維影像自動分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、術(shù)中導(dǎo)航模塊以及術(shù)后療效評估模塊。
[0006]術(shù)中定位裝置、圖像顯示設(shè)備分別與導(dǎo)航工作站連接；硬件組成部分由軟件組成部分驅(qū)動；軟件組成部分中，影像數(shù)據(jù)管理模塊與三維可視化模塊直接連接或通過三維影像自動分割模塊后再與三維可視化模塊直接連接，三維可視化模塊分別與術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、術(shù)中導(dǎo)航模塊、術(shù)后療效評估模塊連接，術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊與術(shù)中導(dǎo)航模塊連接，術(shù)中導(dǎo)航模塊與術(shù)后療效評估模塊連接。
[0007]所述影像數(shù)據(jù)管理模塊，用于獲取并存儲患者CT掃描序列圖像，集中管理醫(yī)學(xué)影像可視化、自動分割、手術(shù)規(guī)劃和導(dǎo)航過程中的體數(shù)據(jù)。
[0008]所述三維可視化模塊，通過所述影像數(shù)據(jù)管理模塊獲取患者CT影像，經(jīng)過體繪制顯示可視化的肝臟與鄰近重要解剖結(jié)構(gòu)，對獲取的自動分割體數(shù)據(jù)通過面繪制可視化顯示肝臟及肝腫瘤的大小、形狀和空間位置，最后將體繪制/面繪制可視化體數(shù)據(jù)、手術(shù)規(guī)劃數(shù)據(jù)與手術(shù)器械的空間定位信息融合顯示。
[0009]所述三維影像自動分割模塊，用于對肝臟和肝腫瘤進(jìn)行快速自動的三維分割，利用分割結(jié)果進(jìn)行術(shù)前分析規(guī)劃。
[0010]所述術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊，用于進(jìn)行熱消融治療前的手術(shù)規(guī)劃，根據(jù)所述三維可視化模塊顯示的三維重建模型，輔助醫(yī)師進(jìn)行熱消融針最佳進(jìn)針路徑的規(guī)劃，并預(yù)測治療的作用效果。
[0011]所述術(shù)中導(dǎo)航模塊，通過手術(shù)器械標(biāo)定及空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，利用所述術(shù)中定位裝置獲取手術(shù)器械相對于患者目標(biāo)組織器官的實時位置，實現(xiàn)對熱消融針穿刺的引導(dǎo)。
[0012]所述術(shù)后療效評估模塊，根據(jù)患者術(shù)后的CT掃描影像，對腫瘤熱消融凝固區(qū)進(jìn)行三維分割，建立熱凝固區(qū)三維模型，將此模型與術(shù)前的肝腫瘤三維模型進(jìn)行比較，評價三維熱凝固區(qū)是否“適形”全方位覆蓋肝腫瘤，保證腫瘤的完全性熱消融壞死。
[0013]優(yōu)選地，所述影像數(shù)據(jù)管理模塊包括DIC0M體數(shù)據(jù)及手術(shù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出和存儲。
[0014]優(yōu)選地，所述三維可視化模塊的三維重建可視化使用GPU加速進(jìn)行顯示。三維可視化結(jié)果用于所述三維影像自動分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、以及術(shù)后療效評估模塊。
[0015]優(yōu)選地，所述三維影像自動分割模塊使用基于超體素和圖割算法的三維自動分割方法對肝臟進(jìn)行快速三維分割。三維分割結(jié)果用于所述三維影像自動分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、以及術(shù)后療效評估模塊。
[0016]優(yōu)選地，所述術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊根據(jù)三維分割結(jié)果，使用基于體繪制和柱面投影的穿刺路徑約束條件計算方法，進(jìn)行穿刺路徑的輔助規(guī)劃，輸出推薦的穿刺路徑參數(shù)，包括:經(jīng)皮進(jìn)針位置、腫瘤內(nèi)部靶點位置、進(jìn)針角度、路徑長度。
[0017]優(yōu)選地，所述術(shù)中定位裝置為trakStar電磁位置跟蹤器(美國Ascens1n公司)。
[0018]優(yōu)選地，所述術(shù)中導(dǎo)航模塊采用電磁定位技術(shù)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)熱消融針、三維可視化模型、術(shù)中患者之間多個坐標(biāo)空間的統(tǒng)一，實時獲取消融針相對于患者病灶區(qū)域組織器官的精確位置。
[0019]優(yōu)選地，所述術(shù)后療效評估模塊通過所述影像數(shù)據(jù)管理模塊獲得患者術(shù)前/術(shù)后的CT掃描影像。
[0020]本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中存在的不足，具有如下有益效果:
[0021]本發(fā)明的CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)可有效幫助醫(yī)師進(jìn)行肝腫瘤熱消融治療，包括術(shù)前診斷、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中引導(dǎo)和術(shù)后療效評估；可精確定位肝臟及病灶，實現(xiàn)快速自動化三維分割；基于多約束條件輔助醫(yī)師進(jìn)行熱消融針穿刺路徑的規(guī)劃，降低了手術(shù)難度，提高了治療的精度和效果。利用GPU并行運算加速各環(huán)節(jié)的運算速度，結(jié)合電磁定位技術(shù)可實現(xiàn)對熱消融針的快速精確空間定位及導(dǎo)航。
【附圖說明】
[0022]圖1:本發(fā)明一實施例的CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)組成模塊圖；
[0023]圖2:本發(fā)明一實施例的三維可視化模塊工作原理圖。
【具體實施方式】
[0024]結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供一種CT影像引導(dǎo)肝腫瘤熱消融針定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件組成部分包括:導(dǎo)航工作站、術(shù)中定位裝置、圖像顯示設(shè)備。
[0026]導(dǎo)航工作站主要用于對CT掃描影像、手術(shù)規(guī)劃、導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。具體包括存儲和處理大量的影像資料，進(jìn)行CT體數(shù)據(jù)中肝臟和病灶的分割重建以及快速可視化，并基于三維可視化模型進(jìn)行術(shù)前手術(shù)的規(guī)劃(設(shè)定靶點和穿刺路徑等)，將三維重建可視化模型與熱消融針實時空間定位信息進(jìn)行融合顯示，最終在電磁定位設(shè)備的輔助下完成CT引導(dǎo)介入治療。導(dǎo)航工作站采用帶有GPU的計算機(jī)圖形工作站，能完成高性能的可視化運算和GPU加速圖像處理。
[0027]術(shù)中定位裝置主要用于實時定位熱消融針在治療過程中的空間位置，具體采用trakStar電磁定位跟蹤設(shè)備。術(shù)前調(diào)節(jié)電磁發(fā)生器使人體病灶處于有效磁場范圍內(nèi)。使用導(dǎo)航注冊工具，根據(jù)體表標(biāo)記點或體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)特征點建立術(shù)中患者、三維影像坐標(biāo)空間和電磁定位坐標(biāo)空間的映射關(guān)系。固定于熱消融針上的示蹤器可通過獲得自身的定位坐標(biāo)來獲得消融針的位置信息?？墒褂没颊呶蛔斯潭ㄑb置對患者位置進(jìn)行固定，減少術(shù)中由于患者運