一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，包括，三维数据体控制装置、二维透视装置、三维数据体位置信息采集元件、二维位置信息监测元件以及关联融合元件，所述关联融合元件，分别接收所述三维数据体位置信息采集元件提供的三维位置信息和二维位置信息监测元件提供的二维透视下靶区内的位置数据信息，实现三维数据体和二维透视影像的准确关联融合，进而实现二维透视下的三维可视化显示。本实用新型使二维透视下不可见的组织变得可视化，扩大了透视穿刺引导的应用领域，且能够实时观察穿刺感兴趣区的三维内部立体结构和整体轮廓，尤其对于复杂的不规则组织和管腔组织的穿刺尤为重要，同时也克服了呼吸动度对穿刺的影响。
【专利说明】—种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及介入放射学的影像引导【技术领域】，尤其涉及一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统。
【背景技术】
[0002]目前的介入放射医学中穿刺影像引导设备主要有超声、CT和MR的断层图像引导和X线机(包括血管造影机)的二维图像引导。超声、CT和MR引导对于穿刺区域的整体把握不足，只能显示断层图像，尤其对于复杂管腔的穿刺；同时许多介入手术操作需要在具有二维透视功能的血管造影机上进行，术中的穿刺再采用超声和CT引导会带来患者或设备的搬运，临床使用很不方便。X线平板探测器是目前介入放射科的主流产品，也是多数介入放射科医生目前仅有的影像引导设备，X线平板探测器有X线透视和CBCT成像功能，在穿刺引导方面虽均有应用，但有以下不足:
[0003]X线透视引导穿刺的缺点主要有以下两点:
[0004](I)多数软组织包括肝、胆、胰、脾、肾等脏器和血管、胆管等管腔在二维透视下不能分别出组织密度的差别，即这些穿刺靶区在二维透视下是经常不可见的。
[0005](2) 二维的透视图像导致组织前后位的重叠，影响组织的内部三维结构判断。
[0006]因此X线引导下的穿刺也经常被称为“盲穿”，或者更准确的认为是基于周围骨性结构的“半盲穿”。
[0007]CBCT (Cone beam CT，即锥形束CT)引导穿刺的特点主要如下:
[0008]大平板血管造影机一次性旋转采集后能重建组织的断层图像即CBCT图像，CBCT断层图像空间分辨率高，CBCT用三维锥形束X线扫描代替体层CT (螺旋CT)的二维扇形束扫描，虽然密度分辨率低于传统螺旋CT，但能分辨许多X线二维透视下不能分辨三维组织结构。目前利用CBCT引导穿刺设备已经上市,主要在国外市场,如GE公司的TrajectoryPlanning技术等。但现有的CBCT引导穿刺设备仅限于穿刺通路的规划和计划穿刺通路与X线透视的关联，穿刺靶区不可见，因此对于穿刺靶区的整体三维结构把握不足，对于管腔组织的穿刺更有很大的局限性；此外呼吸动度对穿刺准确性的影响是该技术的一大缺陷。
实用新型内容
[0009]基于现有技术中存在的上述不足，本实用新型现提出一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，以解决原有的采用X线透视引导穿刺和CBCT引导穿刺分别的穿刺不够精确的问题。
[0010]本实用新型所公开的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，包括:
[0011]三维数据体控制装置、二维透视装置、三维数据体位置信息采集元件、二维位置信息监测元件以及关联融合元件，其中，
[0012]所述三维数据体控制装置，与所述三维数据体位置信息采集元件相耦接，用于将再现的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件；[0013]所述三维数据体位置信息采集元件，分别与所述三维数据体控制装置和关联融合元件相耦接，用于实时监测并记录所述三维数据体的三维位置信息，并将该三维位置信息传送给所述关联融合元件；
[0014]所述二维透视装置，与所述二维位置信息监测元件相耦接，用于显示靶区内的二维X线，并将显示的二维透视下的靶区信息发送给所述二维位置信息监测元件；
[0015]所述二维位置信息监测元件，分别与所述二维透视装置和关联融合元件相耦接，用于实时监测并记录二维透视下靶区的位置数据信息，并将该位置数据信息发送给所述关联融合元件；
[0016]所述关联融合元件，分别与所述三维数据体位置信息采集元件和二维位置信息监测元件相耦接，用于接收所述三维数据体位置信息采集元件提供的三维位置信息和二维位置信息监测元件提供的二维透视下靶区内的位置数据信息，实现三维数据体和二维透视影像的准确关联融合，进而实现二维透视下的三维可视化显示。
[0017]进一步地，所述三维数据体控制装置包括CBCT三维彩色数据体控制装置和呼吸动度三维数据体控制装置，它们分别耦接于所述三维数据体位置信息采集元件，其中，所述CBCT三维彩色数据体控制装置用于将再现的CBCT三维彩色数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件，所述呼吸动度三维数据体控制装置用于将再现的呼吸动度相关的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件。
[0018]进一步地，所述CBCT三维彩色数据体控制装置包括CBCT数据采集重建元件、感兴趣区分割元件、感兴趣区编染元件和感兴趣区三维彩色再现元件，其中，
[0019]所述CBCT数据采集重建元件，与所述感兴趣区分割元件相耦接，用于对大平板X线探测器的三维数据采集以及自动重建CBCT图像；
[0020]所述感兴趣区分割元件，分别与所述CBCT数据采集重建元件和感兴趣区编染元件相耦接，用于对穿刺感兴趣区的组织结构进行数据分割，以区别组织内部结构；
[0021]所述感兴趣区编染元件，分别与所述感兴趣区三维彩色再现元件和感兴趣区分割元件相耦接，用于对提取的感兴趣区内部结构采用不同的伪彩色进行染色，使其呈现出更好的视觉效果；
[0022]所述感兴趣区三维彩色再现元件，分别与三维数据体位置记录元件和感兴趣区编染元件相耦接，用于再现感兴趣区的三维彩色立体结构，并将三维彩色立体结构数据发送给所述三维数据体位置记录元件。
[0023]进一步地，所述位置数据信息包括床体、X线发生器以及平板影像增强器之间的距离大小和相对角度关系。
[0024]进一步地，所述呼吸动度三维数据体控制装置对与呼吸动度相关的三维数据体信息的检测是通过对膈肌部位依次进行数据采集重建、分割、染色以及三维再现实现的。
[0025]与现有技术相比，本实用新型所提供的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，达到了如下技术效果:
[0026]I)本实用新型解决了二维X线透视下因软组织密度差别小而无法观察到的组织以及二维透视下因组织前后重叠无法区分组织的三维立体结构等问题，使二维透视下不可见的组织变得可视化，且能够实时观察穿刺感兴趣区的三维内部立体结构和整体轮廓，尤其对于复杂的不规则组织和管腔组织的穿刺尤为重要。[0027]2)本实用新型显著拓宽了平板探测器在穿刺引导方面的应用范围，可广泛应用到肿瘤、囊肿、脓肿、胆囊、血管、消化道等规则和不规则组织，实体脏器和空腔脏器的穿刺引导，使部分原来只有在超声或CT引导下完成的穿刺引导也可以采用三维透视下完成，甚至部分超声穿刺的盲区组织、CT引导穿刺角度的限制不能穿刺的组织也能采用该三维可视化透视完成。
[0028]3)本实用新型解决了呼吸对三维和二维数据关联融合的影响，使呼吸动度对三维可视化穿刺引导的影响降到最低。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统的结构框图；
[0030]图2是图1所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定部件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0032]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0033]如图1所示，本实用新型提出的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，涉及介入放射医学的影像穿刺引导技术设备领域，基于一套平板X线探测器的附属设备，该设备利用平板探测器CBCT成像功能，采用特定技术充分分割感兴趣靶区内部结构，并与二维透视相关联，实现平板探测器的的三维可视化穿刺引导，并且通过呼吸控件，有效的控制呼吸对穿刺引导的影响，其包括有:三维数据体控制装置10、二维透视装置20、三维数据体位置信息采集元件11、二维位置信息监测元件21以及关联融合元件30，其中，
[0034]所述三维数据体控制装置10，与所述三维数据体位置信息采集元件11相耦接，用于将再现的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件11。
[0035]具体来说，所述三维数据体控制装置10包括CBCT三维彩色数据体控制装置100和呼吸动度三维数据体控制装置40，它们分别耦接于所述三维数据体位置信息采集元件11，其中，所述CBCT三维彩色数据体控制装置用于将再现的CBCT三维彩色数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件11，所述呼吸动度三维数据体控制装置40用于将再现的与呼吸动度相关的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件11，其中，对呼吸动度三维数据体信息的检测主要是通过对与呼吸动度最相关的，也就是说联系最紧密的膈肌部位的检测来实现的，这样检测到的数据更准确，当然我们也可通过对肺部、胸膜等部位的检测来实现数据的收集。[0036]更进一步来说，所述CBCT三维彩色数据体控制装置包括CBCT数据采集重建元件101、感兴趣区分割元件102、感兴趣区编染元件103和感兴趣区三维彩色再现元件104，其中，
[0037]所述CBCT数据采集重建元件101，与所述感兴趣区分割元件102相耦接，用于对平板X线探测器的三维数据采集，以及重建CBCT图像，并将重建后的CBCT图像信息发送给所述感兴趣区分割元件102。临床中，在采集三维资料后，一般会有重建软件自动重建CBCT图像。
[0038]所述感兴趣区分割元件102，分别与所述CBCT数据采集重建元件101和感兴趣区编染元件103相耦接，用于对穿刺感兴趣区的组织结构进行数据分割，以区别组织内部结构，如肿瘤、囊肿、血管、消化道管腔、骨骼等，然后将分割好的组织结构发给所述感兴趣区编染元件103。
[0039]所述感兴趣区编染元件103，分别与所述感兴趣区三维彩色再现元件104和感兴趣区分割元件102相耦接，用于对提取的感兴趣区内部结构采用不同的伪彩色进行染色，伪彩色增强能够把黑白图像的各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的彩色，得到一幅彩色图像，使原图像细节更易辨认，目标更容易识别，使其呈现出更好的视觉效果。
[0040]所述感兴趣区三维彩色再现元件104，分别与三维数据体位置记录元件和感兴趣区编染元件103相耦接，用于再现感兴趣区的三维彩色立体结构，并将三维彩色立体结构数据发送给所述三维数据体位置记录元件。
[0041]其中，对与呼吸动度最相关的膈肌的数据检测也是通过对膈肌部位的依次进行数据采集重建、感兴趣区域的分割、对感兴趣区进行染色以及对感兴趣区域进行三维再现后，最终得到膈肌的三维立体结构数据。
[0042]所述三维数据体位置信息采集元件11，分别与所述三维数据体控制装置10和关联融合元件30相耦接，用于实时监测并记录所述三维数据体的三维位置信息，并将该三维位置信息传送给所述关联融合元件30。
[0043]具体来说，所述三维数据体位置信息采集元件11能够实现对CBCT三维彩色数据体控制装置100发送的CBCT三维彩色数据体信息进行三维位置信息提取，以及实现对呼吸动度三维数据体控制装置40发送的与呼吸动度相关的三维数据体信息进行三维位置信息提取，实现对呼吸的控制。
[0044]所述二维透视装置20，与所述二维位置信息监测元件21相耦接，用于显示靶区内的二维X线，并将显示的二维透视下的靶区信息发送给所述二维位置信息监测元件21。所述二维透视装置20采用传统的X线透视设备即可。
[0045]所述二维位置信息监测元件21，分别与所述二维透视装置20和关联融合元件30相耦接，用于实时监测并记录二维透视下靶区的位置数据信息，并将该位置数据信息发送给所述关联融合元件30，由所述关联融合元件30实现二维数据体和三维数据体的关联融
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[0046]具体来说，所述位置数据信息包括床体、X线发生器以及平板影像增强器之间的距离大小和相对角度关系，其既适用于二维位置信息也适用于三维位置信息。
[0047]所述关联融合元件30，分别与所述三维数据体位置信息采集元件11和二维位置信息监测元件21相耦接，用于接收所述三维数据体位置信息采集元件11提供的三维位置数据信息和二维位置信息监测元件21提供的二维透视下靶区内的位置数据信息，实现三维数据体和二维透视影像的准确关联融合，进而实现二维透视下的三维可视化显示，这样也解决了二维X线透视下无法观察到的组织，也解决了二维透视下因组织前后重叠无法观察到组织的三维立体结构等问题。
[0048]与现有技术相比，本实用新型所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，使X线透视下可不到靶区内部组织结构，能够在透视下看得见，并且能分清其三维结构，扩大了透视穿刺引导的应用领域；使部分原来只有在超声或CT引导下完成的穿刺引导也可以采用三维可视化透视下完成，甚至超声或CT穿刺的盲区也能采用该三维可视化透视下完成。该技术也使目前X线平板探测器穿刺引导性能大大提高，三维实时靶区资料的显示使穿刺过程中更好的把握靶区的整体轮廓，尤其对于复杂的不规则组织和管腔组织的穿刺尤为重要，同时也克服了呼吸动度对穿刺的影响。
[0049]值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关【技术领域】均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，其特征在于包括，三维数据体控制装置、二维透视装置、三维数据体位置信息采集元件、二维位置信息监测元件以及关联融合元件，其中， 所述三维数据体控制装置，与所述三维数据体位置信息采集元件相耦接，用于将再现的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件； 所述三维数据体位置信息采集元件，分别与所述三维数据体控制装置和关联融合元件相耦接，用于实时监测并记录所述三维数据体的三维位置信息，并将该三维位置信息传送给所述关联融合元件； 所述二维透视装置，与所述二维位置信息监测元件相耦接，用于显示靶区内的二维X线，并将显示的二维透视下的靶区信息发送给所述二维位置信息监测元件； 所述二维位置信息监测元件，分别与所述二维透视装置和关联融合元件相耦接，用于实时监测并记录二维透视下靶区的位置数据信息，并将该位置数据信息发送给所述关联融合元件； 所述关联融合元件，分别与所述三维数据体位置信息采集元件和二维位置信息监测元件相耦接，用于接收所述三维数据体位置信息采集元件提供的三维位置信息和二维位置信息监测元件提供的二维透视下靶区内的位置数据信息，实现三维数据体和二维透视影像的准确关联融合，进而实现二维透 视下的三维可视化显示。
2.如权利要求1所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，其特征在于，所述三维数据体控制装置包括CBCT三维彩色数据体控制装置和呼吸动度三维数据体控制装置，它们分别耦接于所述三维数据体位置信息采集元件，其中，所述CBCT三维彩色数据体控制装置用于将再现的CBCT三维彩色数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件，所述呼吸动度三维数据体控制装置用于将再现的呼吸动度相关的三维数据体信息发送给所述三维数据体位置信息采集元件。
3.如权利要求2所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，其特征在于，所述CBCT三维彩色数据体控制装置包括CBCT数据采集重建元件、感兴趣区分割元件、感兴趣区编染元件和感兴趣区三维彩色再现元件，其中， 所述CBCT数据采集重建元件，与所述感兴趣区分割元件相耦接，用于对大平板X线探测器的三维数据采集以及自动重建CBCT图像； 所述感兴趣区分割元件，分别与所述CBCT数据采集重建元件和感兴趣区编染元件相耦接，用于对穿刺感兴趣区的组织结构进行数据分割，以区别组织内部结构； 所述感兴趣区编染元件，分别与所述感兴趣区三维彩色再现元件和感兴趣区分割元件相耦接，用于对提取的感兴趣区内部结构采用不同的伪彩色进行染色，使其呈现出更好的视觉效果； 所述感兴趣区三维彩色再现元件，分别与三维数据体位置记录元件和感兴趣区编染元件相耦接，用于再现感兴趣区的三维彩色立体结构，并将三维彩色立体结构数据发送给所述三维数据体位置记录元件。
4.如权利要求1所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，其特征在于，所述位置数据信息包括床体、X线发生器以及平板影像增强器之间的距离大小和相对角度关系。
5.如权利要求2所述的一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统，其特征在于，所述呼吸动度三维数据体控制装置对与呼吸动度相关的三维数据体信息的检测是通过对膈肌部位依次进行数据采集重建、分割 、染色以及三维再现实现的。
【文档编号】A61B17/34GK203815547SQ201420106378
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】王晓东 申请人:北京市肿瘤防治研究所