计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学图像处理技术，尤其是涉及一种计算机辅助肺部手术中基于参考 点的动态配准方法。
【背景技术】
[0002] 近年，随着计算机图形学和医学影像学的不断发展，计算机辅助医疗成为研宄的 热门，其中手术导航系统在临床中已广泛应用。本发明主要应用于肺部手术导航系统。肺 部手术导航系统是将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，术中跟 踪手术器械并将手术器械的位置在病人影像上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医生对 手术器械相对病人解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全。
[0003] 根据2014年《世界癌症报告》，癌症已经成为全世界人类最大致死原因，其中肺癌 在全球癌症病例中上升最快，已成为全球最大的癌症杀手。同样的，在我国肺部手术量大、 难度高，价格昂贵。但是，由于呼吸作用带来的肺软组织漂移，使计算机定位精度与实时性 难以保障，制约了肺部手术导航系统的发展。如何对肺部进行动态配准，实时获取病灶位 置，是计算机辅助肺部手术的重点和难点。在传统肺部手术中，医生通过多次入针和CT/X 射线反复成像来定位，极依赖自身经验。手术难度高、时间长，对患者和医生辐射伤害大。
[0004] 经对现有技术的文献检索发现，张春生在《基于CT图像的肺部轮廓非刚性配准方 法》论文中提出基于薄板样条的非刚性配准算法，通过确定性退火算法和特征点模糊对应 矩阵模型来求得配准最优值。利用该方法可以很好的对肺部轮廓进行配准。但大量存在的 肿瘤位置并不在肺部表面，此方法不能实时监控肺内部病灶的位移变化，并不适用。针对这 类手术，国内外依然没有一个成熟的动态精确定位技术提出。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算机辅助肺 部手术中基于参考点的动态配准方法，通过建立参考点与定位点相关模型，运用参考点返 回给软件系统的坐标，实时计算病灶的位置变化，从而更敏捷而准确地定位病灶。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0008] 首先依据肺的生理学特征和临床统计学数据进行肺部分区，建立参考点与定位点 相关t吴型；
[0009] 再根据参考探针的返回数据跟踪肺部形变，求得病灶实时坐标；
[0010] 然后使用可视化工具包将病灶动态变化在屏幕中显示；
[0011] 最后米用磁导航系统引导穿刺针准确定位病灶。
[0012] 所述的肺部分区具体为：
[0013] 首先将肺部区域从整个胸部体数据中分割出来，根据肺的生理学特征和临床数据 统计学分析，将肺区分上、中、下三部分，对应标为A、B、C三个区。
[0014] 所述的建立参考点与定位点相关模型具体为：
[0015] 将嵌入参考探针的传感器视为参考点，通过参考点与定位点的位置关系，由参考 点实时返回的数据计算跟踪定位点位移。
[0016] 所述的根据参考探针的返回数据跟踪肺部形变，求得病灶实时坐标具体为：
[0017] 假设CT扫描中，参考点的位置坐标为Pki= (X ,Q，J，病灶中心的坐标为Pftl = (Xf〇. f〇. f〇) ^ t = t〇；
[0018] 由于呼吸作用导致的肺区漂移，参考点在t = L时刻坐标为= /Vq ，其 中G二（'Δλη, AZV1)表示参考点从h到t i时刻的位移；
[0019] 在肺形变过程中，利用参考点在病人物理空间坐标系中的位移以及参考点与病灶 点的相对关系，计算出病灶位移的矫正量：
[0020]
【主权项】
1. 一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其特征在于，包括以下步 骤： 首先依据肺的生理学特征和临床统计学数据进行肺部分区，建立参考点与定位点相关 丰旲型； 再根据参考探针的返回数据跟踪肺部形变，求得病灶实时坐标； 然后使用可视化工具包将病灶动态变化在屏幕中显示； 最后采用磁导航系统引导穿刺针准确定位病灶。
2. 根据权利要求1所述的一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其 特征在于，所述的肺部分区具体为： 首先将肺部区域从整个胸部体数据中分割出来，根据肺的生理学特征和临床数据统计 学分析，将肺区分上、中、下三部分，对应标为A、B、C三个区。
3. 根据权利要求1所述的一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其 特征在于，所述的建立参考点与定位点相关模型具体为： 将嵌入参考探针的传感器视为参考点，通过参考点与定位点的位置关系，由参考点实 时返回的数据计算跟踪定位点位移。
4. 根据权利要求1所述的一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其 特征在于，所述的根据参考探针的返回数据跟踪肺部形变，求得病灶实时坐标具体为： 假设CT扫描中，参考点的位置坐标为Prfl= (XfY^Zrfl)，病灶中心的坐标为Pftl= (XfQ， Yftl，Zftl)，设此时 t = t。； 由于呼吸作用导致的肺区漂移，参考点在t = tl时刻坐标为Prl = Pr0 + G，其中 MAV1, ADZrl)表示参考点从tQ到t i时刻的位移； 在肺形变过程中，利用参考点在病人物理空间坐标系中的位移以及参考点与病灶点的 相对关系，计算出病灶位移的矫正量：
最终病灶在图像系统中的位置： Pfi = rfi + rVi + Pfo 式中ai，βρ 临床数据统计得到的参数。
5. 根据权利要求4所述的一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，其 特征在于，所述的αρ βρ YiF同分区，数值不同，具体数值如下表所示：
其中A区为肺上部，B区为肺中部，C区为肺下部。
【专利摘要】本发明涉及一种计算机辅助肺部手术中基于参考点的动态配准方法，包括以下步骤：首先依据肺的生理学特征和临床统计学数据进行肺部分区，建立参考点与定位点相关模型；再根据参考探针的返回数据跟踪肺部形变，求得病灶实时坐标；然后使用可视化工具包将病灶动态变化在屏幕中显示；最后采用磁导航系统引导穿刺针准确定位病灶。与现有技术相比，本发明具有简单、快速、准确、低伤害等优点。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104732537
【申请号】CN201510128779
【发明人】余炜, 金擎初, 洪士彬, 穆容, 舒品, 顾力栩, 陈炜生
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月23日