一種帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備的製作方法

2023-06-12 18:23:06 1

專利名稱：一種帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備，屬於醫療輔助設備。
背景技術：
近年來，影像引導下的經皮熱消融治療方法憑藉其在腫瘤治療上的微創、安全、腫瘤完全壞死率高、療效好而無化療、放療的毒副作用，對正常組織損傷小，並且能激活增強機體的抗腫瘤免疫等顯著優點，成為現代腫瘤治療方法的重要組成部分。影像引導下的經皮腫瘤熱消融是對穿刺精確度要求很高的技術。其治療的實施需要在術前根據影像學檢查進行手術規劃，選擇合適的穿刺入路，同時確定需要形成多少個消融區才能完全覆蓋整個腫瘤。在術中則需要依靠影像學的引導將消融針按照術前的規劃植入腫瘤內部。術後需要判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復發。無論術前的手術規劃、術中的穿刺定位還是術後的效果評估均高度依賴術者的經驗，受到各種人為因素的幹擾，直接影響熱消融的療效。因而有必要採用新的技術和方法克服各種人為因素的幹擾，解決術前科學規劃、術中精確定位，術後效果評估的難題，將影像引導的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確的基礎上。

發明內容
在此基礎上，我們研發了一種帶有影像配準裝置消融治療影像引導設備。這種設備通過三維影像處理和分析技術來直觀、清晰、任意角度地顯示空間毗鄰關係，並通過計算進行定量評估進行術前的手術規劃，以及結合介入手術導航系統進行穿刺術中的精確定位，還能通過判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復發進行有效的手術評估。這種設備的提出有效的解決了術前、術中、術後遇到的各種難題，將影像引導的腫瘤熱消融建立在了更加客觀、精確的基礎上。本發明所述的帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備包括處理器、顯示屏、 鍵盤和滑鼠。顯示屏、鍵盤和滑鼠都與處理器連接，顯示屏作為處理器的輸出設備，可以直觀地顯示影像，以利於使用者瀏覽、判斷、分析；鍵盤和滑鼠作為處理器的輸入設備，可以操縱處理器，使使用者根據自己的需求和判斷，對影像進行加工、處理。處理器是本發明的核心部件，其內部包括影像採集器、影像處理器和影像管理器，影像採集器用於採集影像信息，並將採集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像採集器採集來的影像信息進行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示， 同時傳輸至影像管理器進行存儲，以備使用者隨時調用。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、影像測量裝置、影像配準裝置、影像分割裝置。所述影像配準裝置由「點配準」、「剛體配準」及「非剛體配準」三部分組成。更進一步，所述影像配準操作包括以下四步操作步驟(I)加載需要配準的兩組影像；
(2)在數據管理器中選中兩組影像，選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動影 像；(3)交互區上方顯示出參考影像與浮動影像的結點名稱；(4)通過調節滑塊來設置浮動影像的透明度，採用兩種顏色進行對比，可使影像間 的區別更加明顯。本發明解決了術前科學規劃、術中精確定位，術後效果評估的難題，克服了各種人 為因素的幹擾，直接提高了熱消融的療效，將影像引導的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確 的基礎上。


圖I為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的處理器的結構示意圖；圖3為影像裁剪圖；圖4為點配準圖；圖5為腫瘤形狀大小以及到各管道系統最短距離圖；圖6為安全邊界圖；圖7為三維PDF報告圖；圖8為手術導航不意圖；圖9為消融區域的顏色編碼分析圖；圖10為腫瘤消融手術效果評估圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體的實施例對本發明所述的帶有影像配準裝置的消融治療影 像引導設備作進一步的說明，但不能以此作為限制本發明的保護範圍。參見圖1、2，本發明所述的帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備包括處理 器I、顯示屏2、鍵盤3和滑鼠4。其中，處理器I是本發明的核心部件，其內部包括影像採 集器5、影像處理器6和影像管理器7，影像採集器5用於採集影像信息，並將採集到的影像 信息傳輸給影像處理器6 ;影像處理器6將由影像採集器5採集來的影像信息進行加工、處 理，以得到使用者需要的影像；經過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示2，同時傳輸至影 像管理器7進行存儲，以備使用者隨時調用。顯示屏2、鍵盤3和滑鼠4都與處理器I連接， 顯示屏2作為處理器I的輸出設備，可以直觀地顯示影像，以利於使用者瀏覽、判斷、分析； 鍵盤3和滑鼠4作為處理器的輸入設備，可以操縱處理器1，使使用者根據自己的需求和判 斷，對影像進行加工、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、影像測量裝置10、影 像配準裝置11、影像分割裝置12。參見圖3，顯示屏2由三個二維視圖窗口和一個三維視圖窗口組成，三個二維視圖 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成。影像基本 處理裝置包括針對單幅影像的濾波處理及針對兩幅影像的算術運算處理。
影像裁剪裝置一般會分析所有影像數據，為獲得更好的對比度及更加靈活的操作方式，用戶可執行裁剪操作來選擇部分區域數據執行影像處理操作。影像三維處理裝置由「體繪製」及「視頻製作」兩部分組成。體數據當中的每一個點都可以分配一個光線的發射與吸收參數。這樣，通過模擬光線在體內部的傳播，就能夠實現體數據在任意視角條件下的顯示。影像處理結果可以通過製作視頻錄製將視頻或視圖截屏保存下來。影像測量裝置能夠使用戶與二維影像或含有堆棧及平面圖形數據類型的三維單張影像面片進行交互操作。它可以測量距離、角度、路徑及一些幾何圖形。執行測量操作後， 可將與所選影像相關的相同或不同的測量圖形一起進行保存，以備將來所用。當在影像上畫了多個圖形時，當前應用圖形顯示為紅色，其餘應用圖形則顯示為白色，影像上的顯示值為當前應用圖形的返回值。所有的測量圖形都會各自生成一個影像樹的結點在數據管理器中顯示出來。不再需要的單一的測量圖形或影像能夠在數據管理器中逐個進行刪除或作為一組整體刪除。影像配準裝置由「點配準」、「剛體配準」及「非剛體配準」三部分組成。醫學影像配準是指將一組醫學影像經空間變換後，使它與另一組保持不動的醫學影像上的對應點達到空間上的一致。保持不動的叫做參考影像，做變換的稱作浮動影像。配準的結果應用於浮動影像。影像配準操作都應先進行以下四步操作(I)加載需要配準的兩組影像。(2)在數據管理器中選中兩組影像。選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動影像。可通過點擊「參考影像與浮動影像互換」按鈕來確定哪一組為參考影像，哪一組為浮動影像。(3)交互區上方顯示出參考影像與浮動影像的結點名稱。可通過點擊「參考影像與浮動影像互換」按鈕來確定哪一組為參考影像，哪一組為浮動影像。(4)通過調節滑塊來設置浮動影像的透明度，滑塊在最左邊時，浮動圖像顯示為全透明狀態，在最右邊時則顯示為完全不透明狀態。選中顯示選項複選框，可使兩組影像由灰度影像切換為紅/綠色影像。採用兩種顏色進行對比，可使影像間的區別更加明顯。影像分割裝置能夠在人體的醫學影像上為解剖結構及病理結構創建分割。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。血管分割包括基於閾值的血管分割和基於模型的血管重建兩步。應用該設備可實現如下幾個功能I、術前規劃(I)對腫瘤大小、最大徑以及腫瘤表面到各管道系統距離的計算及可視化。參見圖 5，腫瘤大小，形狀，最大徑及表面各點到肝靜脈，肝動脈，門脈，膽囊各管道系統的最短距離可通過該設備精準的反映與測量出來。(2)對腫瘤消融所劃定的安全邊界的風險分析。參見圖6，通過重建後的三維渲染圖，可以清晰看到預先劃定的消融安全邊界是否存在風險，可根據實際情況，重新劃定安全邊界。(3)將肝臟三維重建模型生成三維PDF報告。參見圖7，規劃完成後，可實現將肝臟三維重建模型及各項信息導出到PDF軟體，並生成三維PDF報告。2、手術導航影像引導下的介入手術導航系統採用多種模態的醫學影像協助醫生將手術器械直接穿刺到腫瘤內部進行局部治療，進而提高手術質量、減少手術創傷、降低患者痛苦。本系統的功能包括(I)本系統執行了手術器械頂點與跟蹤工具之間的標定。參見圖8，磁定位儀將獲取的跟蹤工具的坐標信息與術中的超聲圖像統一在同一坐標系內後，系統將統一的信息映射到影像坐標系內，實現獲得任意時刻手術器械頂點在影像坐標系內的坐標信息，並進行三維顯示。最終實現了定位儀器、病人/術中超聲影像、跟蹤工具、手術器械及術前CT影像之間的配準。實現了坐標系的轉換和註冊。(2)本系統能夠將術前的CT圖像與術中的超聲圖像進行配準，並通過立體定位儀器實現術中的醫學圖像、患者、手術器械之間的精確配準。(3)術前進針路徑規劃根據處理後的醫學圖像信息設計進針點距離、進針角度和進針深度。(4)術中進針引導通過映射將由定位裝置獲取的手術器械的實時坐標信息映射至影像坐標系內，同時計算手術器械與規劃路徑之間的偏差，精確引導手術按照術前規划進行穿刺。(5)融合導航的三維仿真裝置在手術進行中實現了術中超聲影像和術前CT影像的實時融合，並與三維影像重合顯示。計算出術中超聲影像在三維影像上相應的空間切面位置，通過在CT體數據上進行實時的三維重採樣來顯示與之對應的多平面重建，便於醫生從多角度、多層次進行觀察和分析。3、術後評估該設備可以判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復發。(I)清楚顯示消融後的管道系統是否有損傷。(2)應用紅黃綠顏色編碼方案表示三維腫瘤模型。應用紅黃綠顏色編碼方案來表示評估結果。即紅色表示不能進行消融手術的區域，黃色表示未完全消融的區域，綠色表示已成功消融的區域。(3)將三維腫瘤模型展開成二維平面圖直觀顯示。參見圖9，將重建後的腫瘤模型展開成二維平面圖，並應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域。(4)對腫瘤消融手術效果的評估。參見圖10，對腫瘤消融手術效果評估，即分析是否完全消融並且達到了消融的安全邊界。通過該設備，未消融，未完全消融，完全消融區域佔得百分比可以計算出來，平面圖上每點對應的腫瘤三維坐標以及距消融區表面的距離都可以計算並顯示出來。
權利要求
1.一種帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和滑鼠；處理器是帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備的核心部件；顯示屏、鍵盤和滑鼠都與處理器連接；其特徵在於所述處理器內部包括影像採集器、影像處理器和影像管理器，影像採集器用於採集影像信息，並將採集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像採集器採集來的影像信息進行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時傳輸至影像管理器進行存儲，以備使用者隨時調用；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、影像測量裝置、影像配準裝置、影像分割裝置；所述影像配準裝置由「點配準」、「剛體配準」及「非剛體配準」三部分組成。
2.根據權利要求I所述的帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備，其特徵在於， 所述影像配準包括以下四步操作步驟(1)加載需要配準的兩組影像。(2)在數據管理器中選中兩組影像，選擇其中的一組為參考影像，另一組為浮動影像。(3)交互區上方顯示出參考影像與浮動影像的結點名稱。(4)通過調節滑塊來設置浮動影像的透明度，採用兩種顏色進行對比，可使影像間的區別更加明顯。
全文摘要
一種帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和滑鼠；處理器是帶有影像配準裝置的消融治療影像引導設備的核心部件；顯示屏、鍵盤和滑鼠都與處理器連接；其特徵在於所述處理器內部包括影像採集器、影像處理器和影像管理器，影像採集器用於採集影像信息，並將採集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像採集器採集來的影像信息進行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時傳輸至影像管理器進行存儲，以備使用者隨時調用；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、影像測量裝置、影像配準裝置、影像分割裝置；所述影像配準裝置由「點配準」、「剛體配準」及「非剛體配準」三部分組成。
文檔編號G06T7/00GK102609621SQ20121003092
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月10日 優先權日2012年2月10日
發明者於曉玲, 於傑, 劉方義, 吳文波, 孫雲娜, 李寅巖, 梁萍, 程志剛, 穆夢娟, 類成龍, 薛勁, 韓治宇, 魯通 申請人:中國人民解放軍總醫院