一種ct影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領域，尤其涉及一種CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)
【背景技術】
[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用于臨床肝腫瘤的治療，特別是對于不適宜接受手術切除的肝腫瘤患者，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。計算機斷層掃描(Computed Tomography, CT)成像技術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，被廣泛應用于肝癌的診斷與治療。
[0003]目前臨床上基于CT引導的腫瘤熱消融治療，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引導肝腫瘤熱消融治療成功的關鍵是熱消融針的精準定位和穿刺。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?，F(xiàn)有技術中的CT影像引導肝腫瘤熱消融針的定位與導航系統(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、定量的熱消融針定位與導航系統(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)有技術的缺點與不足，提出一種CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)。所述的CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)能對CT引導肝腫瘤熱消融進行多方面的計算機輔助治療，包括:肝腫瘤及相鄰結(jié)構的三維可視化和空間定位，熱消融針最佳進針路徑的計算機輔助規(guī)劃，熱消融針的實時空間定位與導航以及術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影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(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:導航工作站、術中定位裝置、圖像顯示設備。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、術前手術規(guī)劃模塊、術中導航模塊以及術后療效評估模塊。
[0006]術中定位裝置、圖像顯示設備分別與導航工作站連接；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前手術規(guī)劃模塊、術中導航模塊、術后療效評估模塊連接，術前手術規(guī)劃模塊與術中導航模塊連接，術中導航模塊與術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)學影像可視化、自動分割、手術規(guī)劃和導航過程中的體數(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，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)、手術規(guī)劃數(shù)據(jù)與手術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行快速自動的三維分割，利用分割結(jié)果進行術前分析規(guī)劃。
[0010]所述術前手術規(guī)劃模塊，用于進行熱消融治療前的手術規(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)師進行熱消融針最佳進針路徑的規(guī)劃，并預測治療的作用效果。
[0011]所述術中導航模塊，通過手術器械標定及空間坐標系轉(zhuǎn)換，利用所述術中定位裝置獲取手術器械相對于患者目標組織器官的實時位置，實現(xiàn)對熱消融針穿刺的引導。
[0012]所述術后療效評估模塊，根據(jù)患者術后的CT掃描影像，對腫瘤熱消融凝固區(qū)進行三維分割，建立熱凝固區(qū)三維模型，將此模型與術前的肝腫瘤三維模型進行比較，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)及手術規(guī)劃數(shù)據(jù)的導入、導出和存儲。
[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、術前手術規(guī)劃模塊、以及術后療效評估模塊。
[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、術前手術規(guī)劃模塊、以及術后療效評估模塊。
[0016]優(yōu)選地，所述術前手術規(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)皮進針位置、腫瘤內(nèi)部靶點位置、進針角度、路徑長度。
[0017]優(yōu)選地，所述術中定位裝置為trakStar電磁位置跟蹤器(美國Ascens1n公司)。
[0018]優(yōu)選地，所述術中導航模塊采用電磁定位技術，通過坐標轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)熱消融針、三維可視化模型、術中患者之間多個坐標空間的統(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前/術后的CT掃描影像。
[0020]本發(fā)明解決了【背景技術】中存在的不足，具有如下有益效果:
[0021]本發(fā)明的CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)可有效幫助醫(yī)師進行肝腫瘤熱消融治療，包括術前診斷、術前手術規(guī)劃、術中引導和術后療效評估；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)師進行熱消融針穿刺路徑的規(guī)劃，降低了手術難度，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)合電磁定位技術可實現(xiàn)對熱消融針的快速精確空間定位及導航。
【附圖說明】
[0022]圖1:本發(fā)明一實施例的CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(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)明作進一步詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供一種CT影像引導肝腫瘤熱消融針定位與導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件組成部分包括:導航工作站、術中定位裝置、圖像顯示設備。
[0026]導航工作站主要用于對CT掃描影像、手術規(guī)劃、導航數(shù)據(jù)進行處理。具體包括存儲和處理大量的影像資料，進行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行術前手術的規(guī)劃(設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行融合顯示，最終在電磁定位設備的輔助下完成CT引導介入治療。導航工作站采用帶有GPU的計算機圖形工作站，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電磁定位跟蹤設備。術前調(diào)節(jié)電磁發(fā)生器使人體病灶處于有效磁場范圍內(nèi)。使用導航注冊工具，根據(jù)體表標記點或體內(nèi)解剖結(jié)構特征點建立術中患者、三維影像坐標空間和電磁定位坐標空間的映射關系。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置對患者位置進行固定，減少術中由于患者運