專利名稱：一種帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，屬于醫(yī)療輔助設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，影像引導(dǎo)下的經(jīng)皮熱消融治療方法憑借其在腫瘤治療上的微創(chuàng)、安全、腫瘤完全壞死率高、療效好而無化療、放療的毒副作用，對(duì)正常組織損傷小，并且能激活增強(qiáng)機(jī)體的抗腫瘤免疫等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代腫瘤治療方法的重要組成部分。影像引導(dǎo)下的經(jīng)皮腫瘤熱消融是對(duì)穿刺精確度要求很高的技術(shù)。其治療的實(shí)施需要在術(shù)前根據(jù)影像學(xué)檢查進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，選擇合適的穿刺入路，同時(shí)確定需要形成多少個(gè)消融區(qū)才能完全覆蓋整個(gè)腫瘤。在術(shù)中則需要依靠影像學(xué)的引導(dǎo)將消融針按照術(shù)前的規(guī)劃植入腫瘤內(nèi)部。術(shù)后需要判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)。無論術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中的穿刺定位還是術(shù)后的效果評(píng)估均高度依賴術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，受到各種人為因素的干擾，直接影響熱消融的療效。因而有必要采用新的技術(shù)和方法克服各種人為因素的干擾，解決術(shù)前科學(xué)規(guī)劃、術(shù)中精確定位，術(shù)后效果評(píng)估的難題，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確的基礎(chǔ)上。

發(fā)明內(nèi)容
在此基礎(chǔ)上，我們研發(fā)了一種帶有影像配準(zhǔn)裝置消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備。這種設(shè)備通過三維影像處理和分析技術(shù)來直觀、清晰、任意角度地顯示空間毗鄰關(guān)系，并通過計(jì)算進(jìn)行定量評(píng)估進(jìn)行術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃，以及結(jié)合介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行穿刺術(shù)中的精確定位，還能通過判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)進(jìn)行有效的手術(shù)評(píng)估。這種設(shè)備的提出有效的解決了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后遇到的各種難題，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在了更加客觀、精確的基礎(chǔ)上。本發(fā)明所述的帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備包括處理器、顯示屏、 鍵盤和鼠標(biāo)。顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接，顯示屏作為處理器的輸出設(shè)備，可以直觀地顯示影像，以利于使用者瀏覽、判斷、分析；鍵盤和鼠標(biāo)作為處理器的輸入設(shè)備，可以操縱處理器，使使用者根據(jù)自己的需求和判斷，對(duì)影像進(jìn)行加工、處理。處理器是本發(fā)明的核心部件，其內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器，影像采集器用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示， 同時(shí)傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲(chǔ)，以備使用者隨時(shí)調(diào)用。其中，影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測(cè)量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置。所述影像配準(zhǔn)裝置由“點(diǎn)配準(zhǔn)”、“剛體配準(zhǔn)”及“非剛體配準(zhǔn)”三部分組成。更進(jìn)一步，所述影像配準(zhǔn)操作包括以下四步操作步驟(I)加載需要配準(zhǔn)的兩組影像；
(2)在數(shù)據(jù)管理器中選中兩組影像，選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動(dòng)影 像；(3)交互區(qū)上方顯示出參考影像與浮動(dòng)影像的結(jié)點(diǎn)名稱；(4)通過調(diào)節(jié)滑塊來設(shè)置浮動(dòng)影像的透明度，采用兩種顏色進(jìn)行對(duì)比，可使影像間 的區(qū)別更加明顯。本發(fā)明解決了術(shù)前科學(xué)規(guī)劃、術(shù)中精確定位，術(shù)后效果評(píng)估的難題，克服了各種人 為因素的干擾，直接提高了熱消融的療效，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確 的基礎(chǔ)上。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為影像裁剪圖；圖4為點(diǎn)配準(zhǔn)圖；圖5為腫瘤形狀大小以及到各管道系統(tǒng)最短距離圖；圖6為安全邊界圖；圖7為三維PDF報(bào)告圖；圖8為手術(shù)導(dǎo)航不意圖；圖9為消融區(qū)域的顏色編碼分析圖；圖10為腫瘤消融手術(shù)效果評(píng)估圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影 像引導(dǎo)設(shè)備作進(jìn)一步的說明，但不能以此作為限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。參見圖1、2，本發(fā)明所述的帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備包括處理 器I、顯示屏2、鍵盤3和鼠標(biāo)4。其中，處理器I是本發(fā)明的核心部件，其內(nèi)部包括影像采 集器5、影像處理器6和影像管理器7，影像采集器5用于采集影像信息，并將采集到的影像 信息傳輸給影像處理器6 ;影像處理器6將由影像采集器5采集來的影像信息進(jìn)行加工、處 理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示2，同時(shí)傳輸至影 像管理器7進(jìn)行存儲(chǔ)，以備使用者隨時(shí)調(diào)用。顯示屏2、鍵盤3和鼠標(biāo)4都與處理器I連接， 顯示屏2作為處理器I的輸出設(shè)備，可以直觀地顯示影像，以利于使用者瀏覽、判斷、分析； 鍵盤3和鼠標(biāo)4作為處理器的輸入設(shè)備，可以操縱處理器1，使使用者根據(jù)自己的需求和判 斷，對(duì)影像進(jìn)行加工、處理。影像處理器6包括影像二維處理裝置8、影像三維處理裝置9、影像測(cè)量裝置10、影 像配準(zhǔn)裝置11、影像分割裝置12。參見圖3，顯示屏2由三個(gè)二維視圖窗口和一個(gè)三維視圖窗口組成，三個(gè)二維視圖 窗口分別為橫斷位窗口、矢狀位窗口、冠狀位窗口。影像二維處理裝置8由影像基本處理裝置及影像裁剪裝置兩部分構(gòu)成。影像基本 處理裝置包括針對(duì)單幅影像的濾波處理及針對(duì)兩幅影像的算術(shù)運(yùn)算處理。
影像裁剪裝置一般會(huì)分析所有影像數(shù)據(jù)，為獲得更好的對(duì)比度及更加靈活的操作方式，用戶可執(zhí)行裁剪操作來選擇部分區(qū)域數(shù)據(jù)執(zhí)行影像處理操作。影像三維處理裝置由“體繪制”及“視頻制作”兩部分組成。體數(shù)據(jù)當(dāng)中的每一個(gè)點(diǎn)都可以分配一個(gè)光線的發(fā)射與吸收參數(shù)。這樣，通過模擬光線在體內(nèi)部的傳播，就能夠?qū)崿F(xiàn)體數(shù)據(jù)在任意視角條件下的顯示。影像處理結(jié)果可以通過制作視頻錄制將視頻或視圖截屏保存下來。影像測(cè)量裝置能夠使用戶與二維影像或含有堆棧及平面圖形數(shù)據(jù)類型的三維單張影像面片進(jìn)行交互操作。它可以測(cè)量距離、角度、路徑及一些幾何圖形。執(zhí)行測(cè)量操作后， 可將與所選影像相關(guān)的相同或不同的測(cè)量圖形一起進(jìn)行保存，以備將來所用。當(dāng)在影像上畫了多個(gè)圖形時(shí)，當(dāng)前應(yīng)用圖形顯示為紅色，其余應(yīng)用圖形則顯示為白色，影像上的顯示值為當(dāng)前應(yīng)用圖形的返回值。所有的測(cè)量圖形都會(huì)各自生成一個(gè)影像樹的結(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)管理器中顯示出來。不再需要的單一的測(cè)量圖形或影像能夠在數(shù)據(jù)管理器中逐個(gè)進(jìn)行刪除或作為一組整體刪除。影像配準(zhǔn)裝置由“點(diǎn)配準(zhǔn)”、“剛體配準(zhǔn)”及“非剛體配準(zhǔn)”三部分組成。醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)是指將一組醫(yī)學(xué)影像經(jīng)空間變換后，使它與另一組保持不動(dòng)的醫(yī)學(xué)影像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間上的一致。保持不動(dòng)的叫做參考影像，做變換的稱作浮動(dòng)影像。配準(zhǔn)的結(jié)果應(yīng)用于浮動(dòng)影像。影像配準(zhǔn)操作都應(yīng)先進(jìn)行以下四步操作(I)加載需要配準(zhǔn)的兩組影像。(2)在數(shù)據(jù)管理器中選中兩組影像。選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動(dòng)影像。可通過點(diǎn)擊“參考影像與浮動(dòng)影像互換”按鈕來確定哪一組為參考影像，哪一組為浮動(dòng)影像。(3)交互區(qū)上方顯示出參考影像與浮動(dòng)影像的結(jié)點(diǎn)名稱?？赏ㄟ^點(diǎn)擊“參考影像與浮動(dòng)影像互換”按鈕來確定哪一組為參考影像，哪一組為浮動(dòng)影像。(4)通過調(diào)節(jié)滑塊來設(shè)置浮動(dòng)影像的透明度，滑塊在最左邊時(shí)，浮動(dòng)圖像顯示為全透明狀態(tài)，在最右邊時(shí)則顯示為完全不透明狀態(tài)。選中顯示選項(xiàng)復(fù)選框，可使兩組影像由灰度影像切換為紅/綠色影像。采用兩種顏色進(jìn)行對(duì)比，可使影像間的區(qū)別更加明顯。影像分割裝置能夠在人體的醫(yī)學(xué)影像上為解剖結(jié)構(gòu)及病理結(jié)構(gòu)創(chuàng)建分割。包括交互式分割及血管分割兩部分。以下以肝臟為例，說明影像分割裝置的工作原理。血管分割包括基于閾值的血管分割和基于模型的血管重建兩步。應(yīng)用該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)功能I、術(shù)前規(guī)劃(I)對(duì)腫瘤大小、最大徑以及腫瘤表面到各管道系統(tǒng)距離的計(jì)算及可視化。參見圖 5，腫瘤大小，形狀，最大徑及表面各點(diǎn)到肝靜脈，肝動(dòng)脈，門脈，膽囊各管道系統(tǒng)的最短距離可通過該設(shè)備精準(zhǔn)的反映與測(cè)量出來。(2)對(duì)腫瘤消融所劃定的安全邊界的風(fēng)險(xiǎn)分析。參見圖6，通過重建后的三維渲染圖，可以清晰看到預(yù)先劃定的消融安全邊界是否存在風(fēng)險(xiǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況，重新劃定安全邊界。(3)將肝臟三維重建模型生成三維PDF報(bào)告。參見圖7，規(guī)劃完成后，可實(shí)現(xiàn)將肝臟三維重建模型及各項(xiàng)信息導(dǎo)出到PDF軟件，并生成三維PDF報(bào)告。2、手術(shù)導(dǎo)航影像引導(dǎo)下的介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)采用多種模態(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，進(jìn)而提高手術(shù)質(zhì)量、減少手術(shù)創(chuàng)傷、降低患者痛苦。本系統(tǒng)的功能包括(I)本系統(tǒng)執(zhí)行了手術(shù)器械頂點(diǎn)與跟蹤工具之間的標(biāo)定。參見圖8，磁定位儀將獲取的跟蹤工具的坐標(biāo)信息與術(shù)中的超聲圖像統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系內(nèi)后，系統(tǒng)將統(tǒng)一的信息映射到影像坐標(biāo)系內(nèi)，實(shí)現(xiàn)獲得任意時(shí)刻手術(shù)器械頂點(diǎn)在影像坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)信息，并進(jìn)行三維顯示。最終實(shí)現(xiàn)了定位儀器、病人/術(shù)中超聲影像、跟蹤工具、手術(shù)器械及術(shù)前CT影像之間的配準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和注冊(cè)。(2)本系統(tǒng)能夠?qū)⑿g(shù)前的CT圖像與術(shù)中的超聲圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，并通過立體定位儀器實(shí)現(xiàn)術(shù)中的醫(yī)學(xué)圖像、患者、手術(shù)器械之間的精確配準(zhǔn)。(3)術(shù)前進(jìn)針路徑規(guī)劃根據(jù)處理后的醫(yī)學(xué)圖像信息設(shè)計(jì)進(jìn)針點(diǎn)距離、進(jìn)針角度和進(jìn)針深度。(4)術(shù)中進(jìn)針引導(dǎo)通過映射將由定位裝置獲取的手術(shù)器械的實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息映射至影像坐標(biāo)系內(nèi)，同時(shí)計(jì)算手術(shù)器械與規(guī)劃路徑之間的偏差，精確引導(dǎo)手術(shù)按照術(shù)前規(guī)劃進(jìn)行穿刺。(5)融合導(dǎo)航的三維仿真裝置在手術(shù)進(jìn)行中實(shí)現(xiàn)了術(shù)中超聲影像和術(shù)前CT影像的實(shí)時(shí)融合，并與三維影像重合顯示。計(jì)算出術(shù)中超聲影像在三維影像上相應(yīng)的空間切面位置，通過在CT體數(shù)據(jù)上進(jìn)行實(shí)時(shí)的三維重采樣來顯示與之對(duì)應(yīng)的多平面重建，便于醫(yī)生從多角度、多層次進(jìn)行觀察和分析。3、術(shù)后評(píng)估該設(shè)備可以判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)。(I)清楚顯示消融后的管道系統(tǒng)是否有損傷。(2)應(yīng)用紅黃綠顏色編碼方案表示三維腫瘤模型。應(yīng)用紅黃綠顏色編碼方案來表示評(píng)估結(jié)果。即紅色表示不能進(jìn)行消融手術(shù)的區(qū)域，黃色表示未完全消融的區(qū)域，綠色表示已成功消融的區(qū)域。(3)將三維腫瘤模型展開成二維平面圖直觀顯示。參見圖9，將重建后的腫瘤模型展開成二維平面圖，并應(yīng)用顏色編碼方案來清晰、直觀的展示未消融、未完全消融與已完全消融的區(qū)域。(4)對(duì)腫瘤消融手術(shù)效果的評(píng)估。參見圖10，對(duì)腫瘤消融手術(shù)效果評(píng)估，即分析是否完全消融并且達(dá)到了消融的安全邊界。通過該設(shè)備，未消融，未完全消融，完全消融區(qū)域占得百分比可以計(jì)算出來，平面圖上每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的腫瘤三維坐標(biāo)以及距消融區(qū)表面的距離都可以計(jì)算并顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)；處理器是帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的核心部件；顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接；其特征在于所述處理器內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器，影像采集器用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時(shí)傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲(chǔ)，以備使用者隨時(shí)調(diào)用；其中，所述影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測(cè)量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置；所述影像配準(zhǔn)裝置由“點(diǎn)配準(zhǔn)”、“剛體配準(zhǔn)”及“非剛體配準(zhǔn)”三部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，其特征在于， 所述影像配準(zhǔn)包括以下四步操作步驟(1)加載需要配準(zhǔn)的兩組影像。(2)在數(shù)據(jù)管理器中選中兩組影像，選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動(dòng)影像。(3)交互區(qū)上方顯示出參考影像與浮動(dòng)影像的結(jié)點(diǎn)名稱。(4)通過調(diào)節(jié)滑塊來設(shè)置浮動(dòng)影像的透明度，采用兩種顏色進(jìn)行對(duì)比，可使影像間的區(qū)別更加明顯。
全文摘要
一種帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)；處理器是帶有影像配準(zhǔn)裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的核心部件；顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接；其特征在于所述處理器內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器，影像采集器用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時(shí)傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲(chǔ)，以備使用者隨時(shí)調(diào)用；其中，所述影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測(cè)量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置；所述影像配準(zhǔn)裝置由“點(diǎn)配準(zhǔn)”、“剛體配準(zhǔn)”及“非剛體配準(zhǔn)”三部分組成。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102609621SQ20121003092
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者于曉玲, 于杰, 劉方義, 吳文波, 孫云娜, 李寅巖, 梁萍, 程志剛, 穆夢(mèng)娟, 類成龍, 薛勁, 韓治宇, 魯通 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院