一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其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、導(dǎo)航注冊(cè)工具、術(shù)中定位卡具、體表標(biāo)記點(diǎn)和患者固定裝置，所述軟件組成部分包括影像存儲(chǔ)服務(wù)器、體數(shù)據(jù)管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊。本發(fā)明的影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于手術(shù)過程中，然后通過系統(tǒng)的軟件部分來規(guī)范手術(shù)的流程，可以有效的幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病判斷、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中手術(shù)引導(dǎo)和術(shù)后的手術(shù)評(píng)估，進(jìn)而江都了手術(shù)的難度，提高治療的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手術(shù)成功率。
【專利說明】一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，尤其涉及一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]硬性引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航是一種新興的微創(chuàng)腫瘤治療方法，是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)控制、影像處理、三維圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)和臨床治療等多方面技術(shù)為一體的新方法。該方法使用多種模態(tài)的醫(yī)學(xué)影像協(xié)助醫(yī)生將手術(shù)器械直接穿刺到腫瘤內(nèi)部進(jìn)行局部治療，該方法能夠提高手術(shù)質(zhì)量、減少手術(shù)創(chuàng)傷、降低患者痛苦。[0003]雖然該方法取得了較好的臨床進(jìn)步，但是微創(chuàng)介入腫瘤治療手術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中還面臨著多方面的困難。例如，目前在進(jìn)行某些介入相關(guān)治療時(shí)，并沒有一種完善的手術(shù)規(guī)劃方法；醫(yī)生很難按照預(yù)定的手術(shù)方案準(zhǔn)確地將介入治療器械穿刺到腫瘤部位，因?yàn)獒t(yī)生難以精確測(cè)量腫瘤空間位置和形狀信息，也難以獲得穿刺過程中穿刺針末端和腫瘤的相對(duì)關(guān)系。這些問題都影響了手術(shù)的治療效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可降低手術(shù)難度、提高治療精度和效果的影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其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、導(dǎo)航注冊(cè)工具、術(shù)中定位卡具、體表標(biāo)記點(diǎn)和患者固定裝置，其特征在于，所述軟件組成部分包括影像存儲(chǔ)服務(wù)器、體數(shù)據(jù)管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊；
所述影像存儲(chǔ)服務(wù)器用于存儲(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信；
所述體數(shù)據(jù)管理模塊用于集中管理醫(yī)學(xué)影像可視化、手術(shù)規(guī)劃和導(dǎo)航過程中的體數(shù)
據(jù)；
所述三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速三維重構(gòu)計(jì)算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息；
所述三維影像快速分割模塊用于對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速的三維分割，并且進(jìn)一步利用分割的結(jié)果進(jìn)行術(shù)前分析；
所述術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊用于實(shí)現(xiàn)術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，根據(jù)醫(yī)生設(shè)計(jì)的手術(shù)路徑計(jì)算并預(yù)測(cè)手術(shù)的作用效果；
所述手術(shù)引導(dǎo)模塊用于導(dǎo)航手術(shù)的具體實(shí)施，該模塊用于術(shù)前醫(yī)療器械和定位裝置的標(biāo)定算法以及術(shù)中手術(shù)器械的實(shí)時(shí)定位和空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法；
所述術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊用于術(shù)后導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像并將其他術(shù)前影像相互匹配，再將術(shù)前術(shù)后的影響融合顯示，通過對(duì)比判斷手術(shù)效果。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述快速三維重構(gòu)計(jì)算是基于GPU的醫(yī)學(xué)影像快速三維可視化的快速三維重構(gòu)計(jì)算，所述快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進(jìn)行的快速體繪制。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)包括CT數(shù)據(jù)和MRI數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述三維影像可視化模塊的可視化結(jié)果可用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學(xué)影像快速三維并行分割算法對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速三維分割。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述三維影像快速分割模塊的三維分割結(jié)果用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
[0011]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述的導(dǎo)航工作站為NVIDIA GTX470顯示單元，該單元能夠完成高性能可視化運(yùn)算和圖像處理。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述的術(shù)中定位裝置為被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器，該被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達(dá)到0.35毫米。
[0013]本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，具有如下有益效果:
本發(fā)明的影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于手術(shù)過程中，然后通過系統(tǒng)的軟件部分來規(guī)范手術(shù)的流程，可以有效的幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病判斷、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中手術(shù)引導(dǎo)和術(shù)后的手術(shù)評(píng)估，進(jìn)而江都了手術(shù)的難度，提高治療的精度和效果，降低患者的痛苦并提高手術(shù)成功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的軟件模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其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、導(dǎo)航注冊(cè)工具、術(shù)中定位卡具、體表標(biāo)記點(diǎn)和患者固定裝置，所述軟件組成部分包括影像存儲(chǔ)服務(wù)器、體數(shù)據(jù)管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊。
[0018]導(dǎo)航工作站主要用于處理大量的醫(yī)學(xué)影像，可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的器官和病灶分割重構(gòu)及快速可視化，并且基于三維可視化效果進(jìn)行手術(shù)路徑規(guī)劃，最終通過實(shí)時(shí)引導(dǎo)的方式指導(dǎo)手術(shù)進(jìn)行。導(dǎo)航工作站圖像處理能力極高，本發(fā)明具體的采用性能優(yōu)越的NVIDIAGTX479顯示單元，其能夠完成高性能的可視化運(yùn)算和基于GPU (圖像處理器)的圖像處理。
[0019]術(shù)中定位裝置主要用于定位手術(shù)器械在手術(shù)過程中的位置，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)要求手術(shù)中能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并顯示定位工具。本發(fā)明具體采用的術(shù)中定位裝置為被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器，該被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達(dá)到0.35毫米。
[0020]導(dǎo)航注冊(cè)工具是用來獲取三維影像中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)在定位坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，來建立影像坐標(biāo)系和光學(xué)定位裝置的定位坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系。術(shù)中定位卡具用于固定手術(shù)器械，并且通過獲得自身的定位坐標(biāo)來獲得手術(shù)器械的位置信息。體表標(biāo)記點(diǎn)主要用于手術(shù)過程中患者影響坐標(biāo)系和定位坐標(biāo)系的配準(zhǔn)過程，它是一類可被影像設(shè)備所捕獲并在醫(yī)學(xué)影像中顯影的標(biāo)記點(diǎn)，在對(duì)患者進(jìn)行CT或者M(jìn)RI掃描時(shí)需要確定這些標(biāo)記點(diǎn)，從而醫(yī)生能夠在患者術(shù)前影像上可以清晰地看到這些標(biāo)記點(diǎn)。患者固定裝置用于患者位姿的固定，來減少由于患者身體形變帶來的定位誤差。
[0021]軟件組成部分中的影像存儲(chǔ)服務(wù)器用于存儲(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信；本發(fā)明中的影像存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)質(zhì)上擔(dān)當(dāng)了醫(yī)院中圖像存儲(chǔ)于傳輸系統(tǒng)(PACS)系統(tǒng)的基本功能。當(dāng)患者完成CT掃描后，可以通過CT機(jī)自帶的DICOM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將影像發(fā)送到影像存儲(chǔ)服務(wù)器中，如果需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)軟件只需通過DICOM協(xié)議中的圖像獲取接口直接獲取圖像即可。
[0022]體數(shù)據(jù)管理模塊用于集中管理醫(yī)學(xué)影像可視化、手術(shù)規(guī)劃和導(dǎo)航過程中的體數(shù)據(jù)；體數(shù)據(jù)模塊獲取標(biāo)準(zhǔn)的DICOM格式的數(shù)據(jù)后，包裝成體數(shù)據(jù)，以供后續(xù)的各種算法使用。
[0023]三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速三維重構(gòu)計(jì)算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息；其中，快速三維重構(gòu)計(jì)算是基于GPU的醫(yī)學(xué)影像快速三維可視化的快速三維重構(gòu)計(jì)算，快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進(jìn)行的快速體繪制。三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)包括CT數(shù)據(jù)和MRI數(shù)據(jù)。該模塊時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)中最核心的模塊，體數(shù)據(jù)的可視化是手術(shù)規(guī)劃中人機(jī)交互操作、手術(shù)導(dǎo)航中基于三維顯示界面的實(shí)時(shí)引導(dǎo)的基礎(chǔ)。相關(guān)的可視化結(jié)果會(huì)被后續(xù)的術(shù)前手術(shù)規(guī)劃 模塊、手術(shù)導(dǎo)航模塊和術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
[0024]三維影像快速分割模塊用于對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速的三維分割，并且進(jìn)一步利用分割的結(jié)果進(jìn)行術(shù)前分析；三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學(xué)影像快速三維并行分割算法對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速三維分割。其三維分割結(jié)果用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
[0025]術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊用于實(shí)現(xiàn)術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，根據(jù)醫(yī)生設(shè)計(jì)的手術(shù)路徑計(jì)算并預(yù)測(cè)手術(shù)的作用效果，為醫(yī)生規(guī)范治療提供良好的基礎(chǔ)。手術(shù)引導(dǎo)模塊用于導(dǎo)航手術(shù)的具體實(shí)施，該模塊用于術(shù)前醫(yī)療器械和定位裝置的標(biāo)定算法以及術(shù)中手術(shù)器械的實(shí)時(shí)定位和空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法。術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊用于術(shù)后導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像并將其他術(shù)前影像相互匹配，再將術(shù)前術(shù)后的影響融合顯示，通過對(duì)比判斷手術(shù)效果。
[0026]以上依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其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、導(dǎo)航注冊(cè)工具、術(shù)中定位卡具、體表標(biāo)記點(diǎn)和患者固定裝置，其特征在于，所述軟件組成部分包括影像存儲(chǔ)服務(wù)器、體數(shù)據(jù)管理模塊、三維影像可視化模塊、三維影像快速分割模塊、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊； 所述影像存儲(chǔ)服務(wù)器用于存儲(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)影像以及醫(yī)院信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)的通信； 所述體數(shù)據(jù)管理模塊用于集中管理醫(yī)學(xué)影像可視化、手術(shù)規(guī)劃和導(dǎo)航過程中的體數(shù)據(jù)； 所述三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速三維重構(gòu)計(jì)算和快速體繪制顯示可視化的骨骼或血管信息； 所述三維影像快速分割模塊用于對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速的三維分割，并且進(jìn)一步利用分割的結(jié)果進(jìn)行術(shù)前分析； 所述術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊用于實(shí)現(xiàn)術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，根據(jù)醫(yī)生設(shè)計(jì)的手術(shù)路徑計(jì)算并預(yù)測(cè)手術(shù)的作用效果； 所述手術(shù)引導(dǎo)模塊用于導(dǎo)航手術(shù)的具體實(shí)施，該模塊用于術(shù)前醫(yī)療器械和定位裝置的標(biāo)定算法以及術(shù)中手術(shù)器械的實(shí)時(shí)定位和空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換算法； 所述術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊用于術(shù)后導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像并將其他術(shù)前影像相互匹配，再將術(shù)前術(shù)后的影響融合顯示，通過對(duì)比判斷手術(shù)效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述快速三維重構(gòu)計(jì)算是基于GPU的醫(yī)學(xué) 影像快速三維可視化的快速三維重構(gòu)計(jì)算，所述快速體繪制為使用GPU加速的光線投射法算法進(jìn)行的快速體繪制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像可視化模塊通過所述體數(shù)據(jù)管理模塊獲取醫(yī)學(xué)影像體數(shù)據(jù)包括CT數(shù)據(jù)和MRI數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3任一項(xiàng)所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像可視化模塊的可視化結(jié)果可用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像快速分割模塊使用基于圖割切的醫(yī)學(xué)影像快速三維并行分割算法對(duì)需要進(jìn)行手術(shù)的器官進(jìn)行快速三維分割。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述三維影像快速分割模塊的三維分割結(jié)果用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃模塊、手術(shù)引導(dǎo)模塊以及術(shù)后手術(shù)評(píng)估模塊反復(fù)使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的導(dǎo)航工作站為NVIDIA GTX470顯示單元，該單元能夠完成高性能可視化運(yùn)算和圖像處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種影像引導(dǎo)介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述的術(shù)中定位裝置為被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器，該被動(dòng)式紅外光學(xué)定位儀器的系統(tǒng)定位精度為每秒60Hz的速度下達(dá)到0.35毫米。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK103479430SQ201310431608
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】胡邊 申請(qǐng)人:江蘇美倫影像系統(tǒng)有限公司