一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統的製作方法
2023-07-14 23:42:51 3
一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，包括，三維數據體控制裝置、二維透視裝置、三維數據體位置信息採集元件、二維位置信息監測元件以及關聯融合元件，所述關聯融合元件，分別接收所述三維數據體位置信息採集元件提供的三維位置信息和二維位置信息監測元件提供的二維透視下靶區內的位置數據信息，實現三維數據體和二維透視影像的準確關聯融合，進而實現二維透視下的三維可視化顯示。本發明使二維透視下不可見的組織變得可視化，擴大了透視穿刺引導的應用領域，且能夠實時觀察穿刺感興趣區的三維內部立體結構和整體輪廓，尤其對於複雜的不規則組織和管腔組織的穿刺尤為重要，同時也克服了呼吸動度對穿刺的影響。
【專利說明】—種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及介入放射學的影像引導【技術領域】，尤其涉及一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統。
【背景技術】
[0002]目前的介入放射醫學中穿刺影像引導設備主要有超聲、CT和MR的斷層圖像引導和X線機(包括血管造影機)的二維圖像引導。超聲、CT和MR引導對於穿刺區域的整體把握不足，只能顯示斷層圖像，尤其對於複雜管腔的穿刺；同時許多介入手術操作需要在具有二維透視功能的血管造影機上進行，術中的穿刺再採用超聲和CT引導會帶來患者或設備的搬運，臨床使用很不方便。X線平板探測器是目前介入放射科的主流產品，也是多數介入放射科醫生目前僅有的影像引導設備，X線平板探測器有X線透視和CBCT成像功能，在穿刺引導方面雖均有應用，但有以下不足:
[0003]X線透視引導穿刺的缺點主要有以下兩點:
[0004](I)多數軟組織包括肝、膽、胰、脾、腎等臟器和血管、膽管等管腔在二維透視下不能分別出組織密度的差別，即這些穿刺靶區在二維透視下是經常不可見的。
[0005](2) 二維的透視圖像導致組織前後位的重疊，影響組織的內部三維結構判斷。
[0006]因此X線引導下的穿刺也經常被稱為「盲穿」，或者更準確的認為是基於周圍骨性結構的「半盲穿」。
[0007]CBCT (Cone beam CT，即錐形束CT)`引導穿刺的特點主要如下:
[0008]大平板血管造影機一次性旋轉採集後能重建組織的斷層圖像即CBCT圖像，CBCT斷層圖像空間解析度高，CBCT用三維錐形束X線掃描代替體層CT (螺旋CT)的二維扇形束掃描，雖然密度解析度低於傳統螺旋CT，但能分辨許多X線二維透視下不能分辨三維組織結構。目前利用CBCT引導穿刺設備已經上市,主要在國外市場,如GE公司的TrajectoryPlanning技術等。但現有的CBCT引導穿刺設備僅限於穿刺通路的規劃和計劃穿刺通路與X線透視的關聯，穿刺靶區不可見，因此對於穿刺靶區的整體三維結構把握不足，對於管腔組織的穿刺更有很大的局限性；此外呼吸動度對穿刺準確性的影響是該技術的一大缺陷。
【發明內容】
[0009]基於現有技術中存在的上述不足，本發明現提出一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，以解決原有的採用X線透視引導穿刺和CBCT引導穿刺分別的穿刺不夠精確的問題。
[0010]本發明所公開的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，包括:
[0011]三維數據體控制裝置、二維透視裝置、三維數據體位置信息採集元件、二維位置信息監測元件以及關聯融合元件，其中，
[0012]所述三維數據體控制裝置，與所述三維數據體位置信息採集元件相耦接，用於將再現的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件；[0013]所述三維數據體位置信息採集元件，分別與所述三維數據體控制裝置和關聯融合元件相耦接，用於實時監測並記錄所述三維數據體的三維位置信息，並將該三維位置信息傳送給所述關聯融合元件；
[0014]所述二維透視裝置，與所述二維位置信息監測元件相耦接，用於顯示靶區內的二維X線，並將顯示的二維透視下的靶區信息發送給所述二維位置信息監測元件；
[0015]所述二維位置信息監測元件，分別與所述二維透視裝置和關聯融合元件相耦接，用於實時監測並記錄二維透視下靶區的位置數據信息，並將該位置數據信息發送給所述關聯融合元件；
[0016]所述關聯融合元件，分別與所述三維數據體位置信息採集元件和二維位置信息監測元件相耦接，用於接收所述三維數據體位置信息採集元件提供的三維位置信息和二維位置信息監測元件提供的二維透視下靶區內的位置數據信息，實現三維數據體和二維透視影像的準確關聯融合，進而實現二維透視下的三維可視化顯示。
[0017]進一步地，所述三維數據體控制裝置包括CBCT三維彩色數據體控制裝置和呼吸動度三維數據體控制裝置，它們分別耦接於所述三維數據體位置信息採集元件，其中，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置用於將再現的CBCT三維彩色數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件，所述呼吸動度三維數據體控制裝置用於將再現的呼吸動度相關的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件。
[0018]進一步地，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置包括CBCT數據採集重建元件、感興趣區分割元件、感興趣區編染元件和感興趣區三維彩色再現元件，其中，
[0019]所述CBCT數據採集重建元件，與所述感興趣區分割元件相耦接，用於對大平板X線探測器的三維數據採集以及自動重建CBCT圖像；
[0020]所述感興趣區分`割元件，分別與所述CBCT數據採集重建元件和感興趣區編染元件相耦接，用於對穿刺感興趣區的組織結構進行數據分割，以區別組織內部結構；
[0021]所述感興趣區編染元件，分別與所述感興趣區三維彩色再現元件和感興趣區分割元件相耦接，用於對提取的感興趣區內部結構採用不同的偽彩色進行染色，使其呈現出更好的視覺效果；
[0022]所述感興趣區三維彩色再現元件，分別與三維數據體位置記錄元件和感興趣區編染元件相耦接，用於再現感興趣區的三維彩色立體結構，並將三維彩色立體結構數據發送給所述三維數據體位置記錄元件。
[0023]進一步地，所述位置數據信息包括床體、X線發生器以及平板影像增強器之間的距離大小和相對角度關係。
[0024]進一步地，所述呼吸動度三維數據體控制裝置對與呼吸動度相關的三維數據體信息的檢測是通過對膈肌部位依次進行數據採集重建、分割、染色以及三維再現實現的。
[0025]與現有技術相比，本發明所提供的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，達到了如下技術效果:
[0026]I)本發明解決了二維X線透視下因軟組織密度差別小而無法觀察到的組織以及二維透視下因組織前後重疊無法區分組織的三維立體結構等問題，使二維透視下不可見的組織變得可視化，且能夠實時觀察穿刺感興趣區的三維內部立體結構和整體輪廓，尤其對於複雜的不規則組織和管腔組織的穿刺尤為重要。[0027]2)本發明顯著拓寬了平板探測器在穿刺引導方面的應用範圍，可廣泛應用到腫瘤、囊腫、膿腫、膽囊、血管、消化道等規則和不規則組織，實體臟器和空腔臟器的穿刺引導，使部分原來只有在超聲或CT引導下完成的穿刺引導也可以採用三維透視下完成，甚至部分超聲穿刺的盲區組織、CT引導穿刺角度的限制不能穿刺的組織也能採用該三維可視化透視完成。
[0028]3)本發明解決了呼吸對三維和二維數據關聯融合的影響，使呼吸動度對三維可視化穿刺引導的影響降到最低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統的結構框圖；
[0030]圖2是圖1所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統的具體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。如在說明書及權利要求當中使用了某些詞彙來指稱特定部件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個部件。本說明書及權利要求並不以名稱的差異來作為區分部件的方式，而是以部件在功能上的差異來作為區分的準則。說明書後續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本新型的一般原則為目的，並非用以限定本發明的範圍。本發明的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發明提出的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，涉及介入放射醫學的影像穿刺引導技術設備領域，基於一套平板X線探測器的附屬設備，該設備利用平板探測器CBCT成像功能，採用特定技術充分分割感興趣靶區內部結構，並與二維透視相關聯，實現平板探測器的的三維可視化穿刺引導，並且通過呼吸控制項，有效的控制呼吸對穿刺引導的影響，其包括有:三維數據體控制裝置10、二維透視裝置20、三維數據體位置信息採集元件11、二維位置信息監測元件21以及關聯融合元件30，其中，
[0034]所述三維數據體控制裝置10，與所述三維數據體位置信息採集元件11相耦接，用於將再現的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件11。
[0035]具體來說，所述三維數據體控制裝置10包括CBCT三維彩色數據體控制裝置100和呼吸動度三維數據體控制裝置40，它們分別耦接於所述三維數據體位置信息採集元件11，其中，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置用於將再現的CBCT三維彩色數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件11，所述呼吸動度三維數據體控制裝置40用於將再現的與呼吸動度相關的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件11，其中，對呼吸動度三維數據體信息的檢測主要是通過對與呼吸動度最相關的，也就是說聯繫最緊密的膈肌部位的檢測來實現的，這樣檢測到的數據更準確，當然我們也可通過對肺部、胸膜等部位的檢測來實現數據的收集。
[0036]更進一步來說，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置包括CBCT數據採集重建元件101、感興趣區分割元件102、感興趣區編染元件103和感興趣區三維彩色再現元件104，其中，
[0037]所述CBCT數據採集重建元件101，與所述感興趣區分割元件102相耦接，用於對平板X線探測器的三維數據採集，以及重建CBCT圖像，並將重建後的CBCT圖像信息發送給所述感興趣區分割元件102。臨床中，在採集三維資料後，一般會有重建軟體自動重建CBCT圖像。
[0038]所述感興趣區分割元件102，分別與所述CBCT數據採集重建元件101和感興趣區編染元件103相耦接，用於對穿刺感興趣區的組織結構進行數據分割，以區別組織內部結構，如腫瘤、囊腫、血管、消化道管腔、骨骼等，然後將分割好的組織結構發給所述感興趣區編染元件103。
[0039]所述感興趣區編染元件103，分別與所述感興趣區三維彩色再現元件104和感興趣區分割元件102相耦接，用於對提取的感興趣區內部結構採用不同的偽彩色進行染色，偽彩色增強能夠把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像，使原圖像細節更易辨認，目標更容易識別，使其呈現出更好的視覺效果。
[0040]所述感興趣區三維彩色再現元件104，分別與三維數據體位置記錄元件和感興趣區編染元件103相耦接，用於再現感興趣區的三維彩色立體結構，並將三維彩色立體結構數據發送給所述三維數據體位置記錄元件。
[0041]其中，對與呼吸動度最相關的膈肌的數據檢測也是通過對膈肌部位的依次進行數據採集重建、感興趣區域 的分割、對感興趣區進行染色以及對感興趣區域進行三維再現後，最終得到膈肌的三維立體結構數據。
[0042]所述三維數據體位置信息採集元件11，分別與所述三維數據體控制裝置10和關聯融合元件30相耦接，用於實時監測並記錄所述三維數據體的三維位置信息，並將該三維位置信息傳送給所述關聯融合元件30。
[0043]具體來說，所述三維數據體位置信息採集元件11能夠實現對CBCT三維彩色數據體控制裝置100發送的CBCT三維彩色數據體信息進行三維位置信息提取，以及實現對呼吸動度三維數據體控制裝置40發送的與呼吸動度相關的三維數據體信息進行三維位置信息提取，實現對呼吸的控制。
[0044]所述二維透視裝置20，與所述二維位置信息監測元件21相耦接，用於顯示靶區內的二維X線，並將顯示的二維透視下的靶區信息發送給所述二維位置信息監測元件21。所述二維透視裝置20採用傳統的X線透視設備即可。
[0045]所述二維位置信息監測元件21，分別與所述二維透視裝置20和關聯融合元件30相耦接，用於實時監測並記錄二維透視下靶區的位置數據信息，並將該位置數據信息發送給所述關聯融合元件30，由所述關聯融合元件30實現二維數據體和三維數據體的關聯融
口 ο
[0046]具體來說，所述位置數據信息包括床體、X線發生器以及平板影像增強器之間的距離大小和相對角度關係，其既適用於二維位置信息也適用於三維位置信息。
[0047]所述關聯融合元件30，分別與所述三維數據體位置信息採集元件11和二維位置信息監測元件21相耦接，用於接收所述三維數據體位置信息採集元件11提供的三維位置數據信息和二維位置信息監測元件21提供的二維透視下靶區內的位置數據信息，實現三維數據體和二維透視影像的準確關聯融合，進而實現二維透視下的三維可視化顯示，這樣也解決了二維X線透視下無法觀察到的組織，也解決了二維透視下因組織前後重疊無法觀察到組織的三維立體結構等問題。
[0048]與現有技術相比，本發明所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，使X線透視下可不到靶區內部組織結構，能夠在透視下看得見，並且能分清其三維結構，擴大了透視穿刺引導的應用領域；使部分原來只有在超聲或CT引導下完成的穿刺引導也可以採用三維可視化透視下完成，甚至超聲或CT穿刺的盲區也能採用該三維可視化透視下完成。該技術也使目前X線平板探測器穿刺引導性能大大提高，三維實時靶區資料的顯示使穿刺過程中更好的把握靶區的整體輪廓，尤其對於複雜的不規則組織和管腔組織的穿刺尤為重要，同時也克服了呼吸動度對穿刺的影響。
[0049]值得注意的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非因此限定本發明的專利保護範圍，本發明還可以對 上述各種零部件的構造進行材料和結構的改進，或者是採用技術等同物進行替換。故凡運用本發明的說明書及圖示內容所作的等效結構變化，或直接或間接運用於其他相關【技術領域】均同理皆包含於本發明所涵蓋的範圍內。
【權利要求】
1.一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，其特徵在於包括，三維數據體控制裝置、二維透視裝置、三維數據體位置信息採集元件、二維位置信息監測元件以及關聯融合元件，其中， 所述三維數據體控制裝置，與所述三維數據體位置信息採集元件相耦接，用於將再現的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件； 所述三維數據體位置信息採集元件，分別與所述三維數據體控制裝置和關聯融合元件相耦接，用於實時監測並記錄所述三維數據體的三維位置信息，並將該三維位置信息傳送給所述關聯融合元件； 所述二維透視裝置，與所述二維位置信息監測元件相耦接，用於顯示靶區內的二維X線，並將顯示的二維透視下的靶區信息發送給所述二維位置信息監測元件； 所述二維位置信息監測元件，分別與所述二維透視裝置和關聯融合元件相耦接，用於實時監測並記錄二維透視下靶區的位置數據信息，並將該位置數據信息發送給所述關聯融合元件； 所述關聯融合元件，分別與所述三維數據體位置信息採集元件和二維位置信息監測元件相耦接，用於接收所述三維數據體位置信息採集元件提供的三維位置信息和二維位置信息監測元件提供的二維透視下靶區內的位置數據信息，實現三維數據體和二維透視影像的準確關聯融合，進而實現二維透視下的三維可視化顯示。
2.如權利要求1所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，其特徵在於，所述三維數據體控制裝置包括CBCT三維彩色數據體控制裝置和呼吸動度三維數據體控制裝置，它們分別耦接於所述三維數據體位置信息採集元件，其中，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置用於將再現的CBCT三維彩色數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件，所述呼吸動度三維數據體控制裝置用於將再現的呼吸動度相關的三維數據體信息發送給所述三維數據體位置信息採集元件。
3.如權利要求2所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，其特徵在於，所述CBCT三維彩色數據體控制裝置包括CBCT數據採集重建元件、感興趣區分割元件、感興趣區編染元件和感興趣區三維彩色再現元件，其中， 所述CBCT數據採集重建元件，與所述感興趣區分割元件相耦接，用於對大平板X線探測器的三維數據採集以及自動重建CBCT圖像； 所述感興趣區分割元件，分別與所述CBCT數據採集重建元件和感興趣區編染元件相耦接，用於對穿刺感興趣區的組織結構進行數據分割，以區別組織內部結構； 所述感興趣區編染元件，分別與所述感興趣區三維彩色再現元件和感興趣區分割元件相耦接，用於對提取的感興趣區內部結構採用不同的偽彩色進行染色，使其呈現出更好的視覺效果； 所述感興趣區三維彩色再現元件，分別與三維數據體位置記錄元件和感興趣區編染元件相耦接，用於再現感興趣區的三維彩色立體結構，並將三維彩色立體結構數據發送給所述三維數據體位置記錄元件。
4.如權利要求1所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，其特徵在於，所述位置數據信息包括床體、X線發生器以 及平板影像增強器之間的距離大小和相對角度關係。
5.如權利要求2所述的一種用於穿刺的實時三維可視化影像引導系統，其特徵在於，所述呼吸動度三維數據體控制裝置對與呼吸動度相關的三維數據體信息的檢測是通過對膈肌部位依次進行數據採集重建、分割、染色以及三維再現實現的。
【文檔編號】A61B17/34GK103815953SQ201410085578
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】王曉東 申請人:北京市腫瘤防治研究所