用於高強度聚焦超聲刀腫瘤治療定位的方法及裝置的製作方法
2023-12-07 08:29:21
專利名稱：用於高強度聚焦超聲刀腫瘤治療定位的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用高強度聚焦超聲刀治療腫瘤進行定位的方法及裝置，更具體地指一種通過超聲圖像和MRI圖像的配準關係，利用MRI圖像進行定位並生成治療方案的非介入手術的定位方法及應用此方法的裝置。
背景技術：
高強度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound，HIFU)技術應用於腫瘤治療，近年來取得了快速發展。HIFU手術過程中，對病灶目標精確的實時的定位，是HIFU治療技術發展的關鍵。超聲成像由於其實時快速和準確，被廣泛採用，但是超聲圖像由於其噪聲大，解析度低等原因，無法對腹部腫瘤目標進行精確的定位，國外採用MRI引導的方法，其優點是，精度提高，但是因為每臺MRI設備價格在幾百萬，所以硬體成本大大提高，所以目前的定位方式普遍存在不精確或成本高的缺點，本發明提出了一種根據MRI圖像來和B超圖像配準後，引導治療的方法。
發明內容
本發明的目的是解決現有HIFU治療中定位技術中，用超聲引導誤差較大，用MRI引導成本較高的問題，而提出了一種應用三維重構MRI圖像與超聲圖像進行配準，通過MRI圖像來引導手術的方法，而實現準確治療、高安全性，並無須增加硬體成本。
根據本發明提供的方法，需要提供用於定位的超聲檢測探頭旋轉裝置，包括，底座、旋轉單元、超聲檢測探頭、控制機構，所訴超聲檢測探頭與旋轉單元相連，所訴旋轉單元通過控制機構實現旋轉，所訴超聲檢測探頭旋轉裝置特徵在於具備防水功能，整個裝置與HIFU超聲刀頭固定在一起，同時完成升降。
採用超聲檢測探頭旋轉裝置定位腫瘤的方法，包括如下步驟(1)通過DICOM系統，獲取MRI圖像，在多楨圖像中可以比較清楚的辨識包括腫瘤的幾楨圖像，分別在包括腫瘤的幾楨圖像中勾勒腫瘤的二維圖像；(2)把包括腫瘤的多楨二維MRI圖像重構出三維圖像；(3)在重構出的三維圖像的三維空間中計算出可以得到包容腫瘤的最小箱體尺寸，以此箱體的中心來作為腫瘤的標識點；(4)將超聲檢測探頭通過伸縮裝置升至病人體表，獲取超聲近場圖像，通過超聲探測探頭旋轉裝置，使其可以旋轉90°，因此通過超聲探測探頭旋轉裝置可以分別獲得X-Y方向的比較精確的尺寸；(5)通過X-Y兩個方向的超聲圖像就找到包容腫瘤的最小箱體尺寸，以此箱體中心作為超聲圖像的標識點；(6)通過超聲圖像的箱體的中心和MRI的三維圖像的箱體中心完成配準。
根據本發明的另一個實施例是步驟(1)(2)中所涉及的MRI圖像可以用CT圖像來實現，步驟(3)(4)相同，步驟(5)中用CT圖像和超聲圖像配準。
根據本發明的實施例還可以包括配準後還可以進一步根據MRI圖像或者CT圖像生成治療方案。治療區域以MRI或者CT的腫瘤邊界為準。
其中，在步驟(1)中，對於，沒有PACS系統的醫院，可以對患者先做MRI或者CT掃描，把圖像存到本地工作站，再打開近文件進行邊界拾取和重構。
其中，步驟(1)(4)中的二維圖像邊界的勾勒方法可以為任何有效的邊界識別方法，也可以為人機互動方法。
其中，步驟(1)(2)(3)和步驟(4)(5)的順序不分先後，可以為(4)(5)(1)(2)(3)，即可以優先完成超聲圖像的邊界拾取，然後完成MRI或者CT圖像的拾取，再進行配準。
其中，步驟(2)中三維重構可以採用任何方法，優選為VTK(VisualizationToolKit)或OPENGL(OpenGraphicsLib)。
本發明提供一種採用高強度聚焦超聲刀治療定位腫瘤的裝置，包括超聲探測探頭旋轉裝置單元，可移動的手術平臺，可識別CT或MRI圖像的圖像識別和重構單元，其特徵在於所訴可移動的手術平臺移動後根據CT或MRI圖像的中心與超聲探測探頭旋轉裝置單元旋轉前後的圖像的中心對比，實現B超圖像和CT或MRI圖像的配準，配合治療。
與現有技術相比，本發明所具有的優點和有益效果是1.與現有定位方法相比，本方法精度大大提高。
2.不需要增加硬體成本。
本發明的上述和其他目標、特性和其他優點可以通過下面的結合附圖的詳細描述而更清楚的理解，其中圖1是根據MRI圖像重構腫瘤步驟的流程圖；圖2通過斷面獲取體重構的示意圖；圖3是通過超聲檢測探頭識別圖像的步驟示意圖；圖4是超聲檢測探頭在X，Y兩個方向採集的示意圖；圖5是在某個面上超聲圖像截取最大值的示意圖；圖6是配準步驟示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明本發明包括三大部分，第一部分是根據MRI圖像重構腫瘤，第二部分是根據超聲圖像識別腫瘤覆蓋區域，第三部分是配準和生成治療方案。
圖1是根據MRI圖像重構腫瘤步驟的流程圖，如圖1所示，首先連接到醫院的PACS庫中，通過DICOM協議讀取圖像資料庫，獲取MRI圖像；如果設備所在醫院沒有PACS庫，可以給病人先做MRI掃描，然後把圖像拷貝至設備的主機中，通過本地方式打開MRI圖像。獲取一組MRI圖像後，在多楨圖像中只有部分圖像是包括腫瘤區域的，可以比較清楚的辨識包括腫瘤的幾楨圖像，分別在包括腫瘤的幾楨圖像中勾勒腫瘤的二維圖像；圖2是幾個截面的識別圖像的重構示意圖，類似圖中，在一組斷面中，在每個斷面中都截取一個邊界，通過OPENGL或VTK把包括腫瘤的多楨二維圖像重構出三維圖像；在重構出的三維圖像的三維空間中計算出可以得到包容腫瘤的最小箱體尺寸，即在X，Y，Z三個方向能把腫瘤覆蓋的空間作為箱體，以此箱體的中心來作為腫瘤的標識點。
本發明提供的配準方法還包括通過超聲圖像定位腫瘤，圖3是通過超聲檢測探頭識別圖像的步驟示意圖此步驟需要採用一個超聲檢測探頭旋轉裝置。超聲檢測探頭旋轉裝置包括底座、旋轉單元、超聲檢測探頭、控制機構，所訴超聲檢測探頭與旋轉單元相連，所訴旋轉單元通過控制機構實現0-90°旋轉，所訴超聲檢測探頭旋轉裝置特徵在於具備防水功能，整個裝置與HIFU超聲刀頭固定在一起，同時完成升降。首先沿X方向移動超聲檢測探頭，序列採集一組超聲圖像，圖4是超聲檢測探頭在X，Y兩個方向採集的示意圖，將所訴的超聲檢測探頭旋轉裝置隨同HIFU刀頭升至病人體表，獲取超聲近場圖像，超聲檢測探頭旋轉裝置可以旋轉0-90°，由於超聲檢測探頭在厚度方向的精度較低，而在橫向和縱向的解析度較高，因此通過這套裝置0度方向，和旋轉90度方向可以分別獲得XY方向的比較精確的尺寸；圖5是在某個面上超聲圖像截取最大值的示意圖，使超聲檢測探頭可以在近場觀察病變組織和對腫瘤進行定位，在超聲的人體橫斷面圖像上用兩條豎直標線標記腫瘤橫斷面的Y方向最大尺寸，用兩條水平標線作為Z方向最大尺寸，隨著X軸進行斷面掃描，如果腫瘤的邊界超出任何一標線，則將該標線進行調整並保證腫瘤始終位於標線以內，將超聲檢測探頭旋轉90°後，沿Y軸掃描，用兩條豎直的標線標記X軸的最大尺寸，這樣通過超聲圖象就可以找到包容腫瘤的最小箱體尺寸，以此箱體中心作為超聲圖像的標識點。圖6是配準步驟示意圖，在MRI圖像和超聲圖像相對位置關係確定後的，根據前兩個步驟各自得到的標識點，完成MRI圖像和超聲圖像的配準。然後可以按照MRI圖像的腫瘤邊界和重構的腫瘤三維圖像來生成治療方案。
上述所訴的MRI圖像也同樣適用於CT圖像。
本發明提供一種採用高強度聚焦超聲刀治療定位腫瘤的裝置，包括超聲探測探頭旋轉裝置單元，可移動的手術平臺，可識別CT或MRI圖像的圖像識別和重構單元，其特徵在於所訴可移動的手術平臺移動後根據CT或MRI圖像的中心與超聲探測探頭旋轉裝置單元旋轉前後的圖像的中心對比，實現B超圖像和CT或MRI圖像的配準。
首先，在可旋轉90度的B超單元的初始狀態，移動可移動的手術平臺，可以獲取B超圖像中腫瘤在此方向(設為X向)和深度方向(設為Z向)的最大範圍，在可旋轉90度的B超單元旋轉90度後，重新移動可移動的手術平臺，獲取B超圖像中腫瘤在垂直方向(設為Y向)的最大範圍，以這兩個範圍可以獲得B超圖像中腫瘤的中心；其次，可識別CT或MRI圖像的圖像識別和重構單元重構腫瘤或取X，Y，Z向的最大範圍，識被出腫瘤的中心；最後，以兩個中心為基準，獲取B超圖像與CT或MRI圖像的對比關係，用CT或MRI圖像指導手術。
儘管參考作為示例的實施例對本發明進行了描述，但本領域技術人員應該可以理解，在其中進行形式和細節上的各種可能變化並不背離權利要求書限定的本發明的範圍。
權利要求
1.本發明提供一種採用高強度聚焦超聲刀治療腫瘤的定位腫瘤的方法，包括如下步驟(1)通過DICOM系統，獲取MRI圖像，在多楨圖像中可以比較清楚的辨識包括腫瘤的幾楨圖像，分別在包括腫瘤的幾楨圖像中勾勒腫瘤的二維圖像；(2)把包括腫瘤的多楨二維MRI圖像重構出三維圖像；(3)在重構出的三維圖像的三維空間中計算出可以得到包容腫瘤的最小箱體尺寸，以此箱體的中心來作為腫瘤的標識點；(4)將超聲檢測探頭通過伸縮裝置升至病人體表，獲取超聲近場圖像，通過超聲探測探頭旋轉裝置，使其可以旋轉90°，因此通過超聲探測探頭旋轉裝置可以分別獲得X-Y方向的比較精確的尺寸；(5)通過X-Y兩個方向的超聲圖像就找到包容腫瘤的最小箱體尺寸，以此箱體中心作為超聲圖像的標識點；(6)通過超聲圖像的箱體的中心和MRI的三維圖像的箱體中心完成配準。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(1)(2)(6)中的MRI圖像也可以使用CT圖像。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(1)中的二維圖像邊界的勾勒方法可以為任何有效的邊界識別方法，也可以為人機互動方法。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(4)所訴的X-Y方向最小尺寸，可以採用任何有效的識別方法，也可以為人機互動方法。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(1)(2)(3)和步驟(4)(5)的順序不分先後，可以為(4)(5)(1)(2)(3)。
6.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(2)中三維重構可以採用任何方法，優選為VTK或OPENGL。
7.本發明提供一種採用高強度聚焦超聲刀治療定位腫瘤的裝置，包括超聲探測探頭旋轉裝置單元，可移動的手術平臺，可識別CT或MRI圖像的圖像識別和重構單元，其特徵在於所訴可移動的手術平臺移動後根據CT或MRI圖像的中心與超聲探測探頭旋轉裝置單元旋轉前後的圖像的中心對比，實現B超圖像和CT或MRI圖像的配準，配合治療。
全文摘要
本發明提供一種採用超聲檢測探頭伸縮及旋轉裝置定位腫瘤的方法，其特徵在於通過MRI圖像三維重構和超聲圖像在互為90度的兩個截面的圖像截取的三維空間的標識點進行配準，通過MRI圖像對腫瘤進行定位和治療；本發明提供一種採用高強度聚焦超聲刀治療定位腫瘤的裝置，包括超聲探測探頭旋轉裝置單元，可移動的手術平臺，可識別CT或MRI圖像的圖像識別和重構單元，其特徵在於所述可移動的手術平臺移動後根據CT或MRI圖像的中心與超聲探測探頭旋轉裝置旋轉前後的圖像的中心對比，實現超聲圖像和CT或MRI圖像的配準，配合治療。與現有技術相比，本發明所具有的優點和有益效果是1.與現有定位方法相比，本方法精度大大提高；2.不需要增加硬體成本。
文檔編號A61B18/00GK101057790SQ200710123329
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者曾梓恆, 徐克 , 劉彥餘, 周震, 馮立輝, 呂維迪, 趙宏軍, 韓一順 申請人:北京長江源科技有限公司, 瀋陽長江源科技有限公司