一种透视导航地图系统、生成方法及定位方法与流程

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种用于临床介入手术的透视导航地图系统和生成透视导航地图的方法及利用透视导航地图进行定位的方法。

背景技术：

在临床介入手术场合，医生需要对患者身体进行透视曝光以确定介入手术部位的具体位置。在一次介入手术后，手术定位过程中进行的透视曝光影像就失去了使用价值，在下一次介入手术时，该患者还是需要重新进行透视曝光进行介入手术定位，这种应用模式存在的问题有：

1.医疗资源的浪费。每次透视曝光是在手术医生操作下进行不断的曝光调整采集得到的具有一定临床价值的影像，该影像对于相同患者而言，在下一次介入手术时具有宝贵的参考价值。如果不利用这些透视影像，而在下一次介入手术时重新进行透视曝光，无疑会造成医疗资源的浪费。

2.过度的辐射曝光。介入手术进行过程中，医生和患者都在接收着X射线辐射，手术涉及的辐射曝光剂量需要尽量降低来减小对人体的伤害，每增加一次辐射曝光，都是对医生和患者的一次辐射伤害，医生需要考虑透视曝光的必要性，以减少过度的辐射曝光，降低医生和患者的辐射伤害。

3.手术定位效率低。每次进行透视定位时，医生需要不断观察透视图像，结合自身临床经验进行手术部位的定位，这是一个有相当技术难度且耗时的工作。

如果存在一种类似地图的医疗辅助手段供医生随时进行定位参考，透视定位工作的难度会大大降低，定位时间可以明显缩短。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明期望提出一种用于临床介入手术的“患者透视地图”。通过患者在多次介入手术时累积的透视数据，形成手术导航数据，通过这种手术导航数据，医生可以在该患者下一次手术时利用该数据快速进行手术定位，其作用犹如一张地图，因此称为“透视导航地图”。

一方面，本发明提供一种透视导航地图系统，包括存储模块、更新模块、搜索模块和人机交互模块；

所述存储模块包括地图库；所述地图库包括多个根据透视床台划分的区域，所述区域包括根据解剖结构确定的解剖对象，所述解剖对象包括根单元，所述根单元包括子单元；

所述更新模块用于更新所述存储模块存储的信息；

所述搜索模块连接所述存储模块，用于搜索所述存储模块的信息；

所述人机交互模块连接所述搜索模块，用于操作所述系统和显示信息。

在临床介入手术时，人体对应着透视床台，根据透视床台将存储模块划分为多个区域，即可得到透视床台每个区域对应的人体解剖结构，每个区域可以包括多个根据解剖结构确定的解剖对象。每个解剖对象是一个根据人类认知形成的一种树状结构，有其对应的根单元。每个根单元可以包括多级子单元。

作为本发明优选的方案，所述存储模块还包括部位库，所述部位库用于按照部位类别进行存储，所述部位的信息根据所述解剖对象的连接度及拓扑信息确定，部位的信息可以是跨区域的。

本发明的透视导航地图系统中，所述存储模块存储的解剖对象的位置信息的坐标由透视床台平面建立的参考坐标系确定。

具体的，在本发明中，所述人机交互模块包括输入设备和输出设备；所述输入设备包括手动输入设备和语音输入设备；所述输出设备包括图像显示设备和语音输出设备。

第二方面，本发明提供一种生成透视导航地图的方法，包括：

将存储模块根据透视床台划分为多个区域，所述区域包括根据解剖结构确定的解剖对象，所述解剖对象包括根单元，所述根单元包括子单元，形成初始透视导航地图。

初始透视导航地图由多个初始的解剖对象组成。初始的解剖对象内部各种解剖结构在初始透视导航地图形成时是抽象化的，它们没有确定的位置坐标，只存在相互之间的拓扑位置关系。

在应用中，操作人员需将患者的信息写入初始透视导航地图。医生根据曝光影像的解剖结构位置，填写所述初始透视导航地图的解剖对象位置信息，获得透视导航地图，所述解剖对象的位置信息的坐标以患者所在透视床台平面建立的参考坐标系确定。

医生认为有必要时，可对所述解剖对象位置信息进行更新。

另一种存储患者信息的方案为：根据所述解剖对象的连接度及拓扑信息确定部位的信息，将所述部位的信息按照部位类别进行存储，获得透视导航地图的部位库。

第三方面，本发明提供一种利用上述系统进行透视导航定位的方法，包括以下步骤：

A、通过所述人机交互模块输入需定位的对象信息，所述人机交互模块将所述需定位的对象信息传递给搜索模块；

B、所述搜索模块根据所述需定位的对象信息，搜索所述存储模块的信息，获得定位对象的位置信息；

C、所述搜索模块将所述定位对象的位置信息传递给所述人机交互模块；

D、所述人机交互模块输出所述定位对象的位置信息。

在本发明的所述步骤A中，可通过手动输入设备输入需定位的对象信息，也可通过语音输入设备输入需定位的对象信息。

作为优选的方案，所述步骤D中，所述定位对象的位置信息通过图像显示设备输出，通过语音输出设备提示定位对象的位置信息，将涉及介入手术的相关部位对应于手术床台的位置通知手术医生。

进一步的，在步骤D之后还包括步骤：确认所述透视导航地图系统是否存储有需定位对象的确切位置信息，判断是否更新所述透视导航地图系统。

如果涉及的定位对象的位置信息满足手术的定位要求，则透视导航地图不需要更新，可以直接使用透视导航地图进行手术定位。如果涉及的定位对象位置信息不满足手术的定位要求，则这透视导航地图需要更新，医生需要重新进行透视曝光，通过透视曝光得到的影像更新透视导航地图。

另一种优选的方案，需定位的对象可以是某一部位，通过所述人机交互模块输入需定位的部位信息，所述搜索模块根据所述需定位的部位信息，搜索部位库的信息，获得定位部位的位置信息，并由人机交互模块输出。

本发明提供的透视导航地图系统及其生成方法和定位方法，可以存储患者的透视影像，以便医生手术时随时调用；可以通过每次介入手术时采集的透视曝光影像不断更新，从而不断提高患者身体部位位置信息的精确度；可以将涉及介入手术的相关部位对应于手术床台的位置通知手术医生，让医生在手术过程中得到及时的定位信息；提高了手术效率，缩短了手术时间，降低了介入手术的辐射曝光剂量。

附图说明

图1是本发明实施例的透视导航地图系统示意图；

图2是本发明实施例解剖对象结构示意图；

图3是本发明实施例生成初始透视导航地图的流程图；

图4是本发明实施例解剖对象实例化流程图；

图5是本发明实施例生成部位库的流程图；

图6是利用本发明实施例的系统进行定位的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供一种透视导航地图系统，其包括存储模块100、更新模块200、搜索模块300和人机交互模块400。

存储模块100用于存储患者透视影像的信息，形成透视导航地图。其包括地图库101和部位库102。

临床介入手术时，人体的各个解剖结构对应着透视床台的不同位置，根据透视床台将地图库101划分为多个区域，根据每个区域对应的人体解剖结构确定解剖对象。每个解剖对象是一个根据人类认知形成的一种树状结构，有其对应的根单元。每个根单元可以包括多级子单元。子单元的多少取决于人们对解剖结构的认知精细程度。

如图2所示，以解剖结构“肺”为例，其对应的解剖对象为人体的肺部，该解剖对象对应的根单元为肺部。在此树状结构中，根单元肺部包括两个一级子单元肺叶和肋骨。一级子单元肋骨包括一个二级子单元浮肋。一级子单元肺叶包括三个二级子单元气管、血管、肺裂。二级子单元包括三个三级子单元右肺下动脉、右肺下静脉和右肺毛细血管网。其他解剖对象的树状结构与此相似。

本发明实施例的透视导航地图系统中，存储模块100存储的患者解剖对象的位置信息的坐标由透视床台平面建立的参考坐标系确定。

部位库102用于按照部位类别进行存储，部位的信息根据解剖对象的连接度及拓扑信息确定，部位的信息可以是跨区域的。

以心脏冠状动脉为例，地图库的某个区域中包含心脏冠状动脉的一部分，确定该段血管后，可根据血管连接度及拓扑信息进行血管路径搜索，该路径搜索是跨区域进行的，直到提取出整根血管，提取到的血管位置信息会存储到部位库中，即在部位库中有完整的心脏冠状动脉的信息。

更新模块200用于更新存储模块存储的信息。在实际使用中，是否需要对存储信息进行更新，由使用者根据具体情况判断。

搜索模块300连接存储模块100，用于搜索存储模块100中存储的患者透视信息。

人机交互模块400连接搜索模块200，用于操作系统和显示信息。人机交互模块400包括输入设备401和输出设备402；输入设备401包括手动输入设备和语音输入设备；输出设备402包括图像显示设备和语音输出设备。

实施例2

本发明实施例提供一种生成透视导航地图的方法，其包括：初始透视导航地图的生成和解剖对象实例化。

如图3所示，人体的解剖结构对应透视床台不同的位置，将存储模块根据透视床台划分为多个区域，所述区域包括根据解剖结构确定的解剖对象，所述解剖对象包括根单元，所述根单元包括子单元，形成初始透视导航地图。

初始透视导航地图由多个初始的解剖对象组成。初始的解剖对象内部各种解剖结构在初始透视导航地图形成时是抽象化的，它们没有确定的位置坐标，只存在相互之间的拓扑位置关系。

如图4所示，在应用中，操作人员需将患者的信息写入初始透视导航地图。医生根据曝光影像的解剖结构位置，填写所述初始透视导航地图的解剖对象位置信息，使得解剖对象实例化，获得透视导航地图。解剖对象实例化时使用的透视影像需要存档作为透视地图的实景图，以便医生随时调出查看和参考。

解剖对象的位置信息的坐标以患者所在透视床台平面建立的参考坐标系确定。由于透视影像中各个解剖结构的对比度可能存在差异，因此在解剖对象的位置信息填写时，要根据对比度的高低对该解剖对象的位置坐标进行范围界定，对比度越高，位置坐标的变化范围就越小，反之，对比度越低，位置坐标的变化范围就越大。

医生认为有必要时，可对所述解剖对象位置信息进行更新。以下情况下可能需要更新解剖对象位置信息：

1.涉及的介入手术部位在地图中的位置信息精度不满足介入手术要求。

2.患者身体解剖结构异于常人，或者患者的体内存在病理结构，有可能改变正常的解剖结构，使解剖对象需要重新构造。

3.涉及的介入手术部位短期内会发生明显变化，例如病理结构的变化以及支架植入部位可能出现的不良反应。

4.每个透视导航地图都具有时效性，超过有效期必须对透视地图进行更新。

5.如果在一个地图区域内进行了更新，那么该区域的相邻区域都有必要进行更新，并计算更新前后的差异性，如果差异性小于设定的阈值，则不必对其相邻区域继续进行更新，反之，如果差异性大于设定的阈值，则需要继续对其相邻区域进行更新，直至差异性小于设定的阈值而停止更新。

如图5所示，生成部位库的方案为：从解剖对象的子单元中解析到具体部位，根据解剖对象间组织的连接度及拓扑信息在临近区域搜索，确定部位的信息，将部位的信息按照部位类别进行存储，获得透视导航地图的部位库。

实施例3

如图6所示，实际使用中，利用透视导航地图进行定位的过程包括搜索解剖对象的信息，步骤如下：

A、通过人机交互模块输入需定位的对象信息，人机交互模块将需定位的对象信息传递给搜索模块；

B、搜索模块根据需定位的对象信息，搜索存储模块的信息，获得定位对象的位置信息；

C、搜索模块将定位对象的位置信息传递给人机交互模块；

D、人机交互模块输出定位对象的位置信息。

在本发明实施例的步骤A中，可通过手动输入设备输入需定位的对象信息，也可通过语音输入设备输入需定位的对象信息。

介入手术操作人员在手术操作过程中，通常采用语音方式与透视导航地图搜索模块进行交互，语音通过人机交互的语音接口进行传输，这里的语音接口通过话筒接收或输出语音信号，接口内部有一个语音到文本的转换器，可以把收到的语音转换成文本发送给透视导航地图搜索模块，还可以把透视导航地图搜索模块输出的文本形式的搜索结果转换成语音。

进一步的，在步骤D之后还包括步骤：确认透视导航地图系统是否存储有需定位对象的确切位置信息，判断是否更新透视导航地图系统。

如果涉及的定位对象的位置信息满足手术的定位要求，则透视导航地图不需要更新，可以直接使用透视导航地图进行手术定位。如果涉及的定位对象位置信息不满足手术的定位要求，则这透视导航地图需要更新，医生需要重新进行透视曝光，通过透视曝光得到的影像更新透视导航地图。

另一种优选的方案，需定位的对象可以是某一部位，通过人机交互模块输入需定位的部位信息，搜索模块根据需定位的部位信息，搜索部位库的信息，获得定位部位的位置信息，并由人机交互模块输出。

透视导航地图实际应用场景可以有以下两种(不限于这两种)：

1.介入手术操作人员在观察透视导航地图的影像进行定位的过程中，透视导航地图搜索模块根据透视影像在地图库或部位库中实时搜索获得匹配的对象位置，将辅助定位的标志信息添加到透视影像上形成带定位标记的影像。将标记影像实时地显示在透视地图显示屏上供介入手术操作人员观看，同时将目前的位置信息以语音方式提示介入手术操作人员。

2.介入手术操作人员以语音方式通过人机交互语音接口向透视地图地图搜索模块查询特定部位的位置信息，透视导航地图搜索模块根据这个查询在透视地图库或部位库中实时搜索获得匹配的部位位置，再将获得的搜索结果影像实时地显示在透视地图显示屏上供介入手术操作人员观看，同时将搜索结果的位置信息以语音方式提示介入手术操作人员。

一般情况下，透视导航地图搜索模块以软件形式在一台计算机上运行，透视导航地图的存储模块在同一台计算机硬盘上以一个或多个数据库形式存储。由于实际应用的多样性，透视导航地图搜索模块可以是平板电脑、手机等移动设备上的应用软件，也可以运行在DSP、ARM等专用芯片上，透视导航地图可以存储在另一台或多台计算机上，与透视地图搜索模块通过网络进行通信。

本发明实施例的透视导航地图是介入手术定位中使用的医疗辅助技术，它通过相同患者在每次介入手术时采集的透视曝光影像生成。可以将患者身体内涉及介入手术的相关部位，对应于手术床台的位置通知手术医生，让医生在手术过程中得到及时的定位信息。可以存档以便医生手术时随时调用，可以通过每次介入手术时采集的透视曝光影像不断更新，从而不断提高患者身体部位位置信息的精确度。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。