一种实时估计体内靶区运动的方法与流程

本发明公开一种实时估计体内靶区运动的方法，本方法在手术过程中，通过监控体表运动，间接估计体内靶区的运动状态。

背景技术：

在现代手术/治疗过程中，如进行病理穿刺、放射治疗等治疗时，准确找到靶区是非常重要的环节，它能直接影响到手术的结果。然而在手术过程中，由于手术病人自身的呼吸心跳和因疼痛造成不自觉的变换体位，靶区一定会随之发生移动。从而降低了手术的精确性，使得医生的工作强度加大，增加了许多目前的临床问题。

鉴于上述问题，有必要找到一种实时估计体内靶区运动的方法，以为上述问题提供一个可行的解决方案。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种实时估计体内靶区运动的方法，本方法在手术过程中，通过监控体表运动，间接估计体内靶区的运动状态。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实时估计体内靶区运动的方法，包括以下步骤：

S1：根据实际需要，为病人塑膜，利用负压袋或其他体位辅助固定装置固定病人体位；

S2：视病人情况而定，在体位辅助固定装置、体膜上安装多个定位标识工具；

在本发明的至少一个实施例中，所述定位标识工具是红外定位小球，但是所述领域的技术人员无需创造性劳动，就应该想到采用其他能够具有明显红外特征的材质制成的其他形状标记物体代替红外定位小球。因此类似的技术方案也没有超过本发明所公开并要求保护的范围。

安装的定位标识工具的数量优选为6个以上，保证检测到的定位标识工具的平移或旋转变化能够充分表现出三维空间中6个自由度的变化。如果采用不足6个定位标识工具，会影响定位精度，超过6个定位标识工具，虽然能提高精确度，但是计算复杂程度提高太多，从实际应用上不值得。

S3：在靶区附近体表固定一个或者多个定位标识工具，称之为呼吸运动标识工具；

在靶区附近体表安装的定位标识工具的数量优选为1个。

S4：通过医用扫描设备，扫描得到病人在呼气相位和吸气相位时，带体位辅助固定装置、体膜、定位标识工具的计算机断层图像；

在本发明的至少一个实施例中，所述呼气相位和吸气相位的计算机断层图像数据可以用四维CT扫描得到一系列不同呼吸相位的图像数据，或者可以在病人呼气至最大状态和吸气至最大状态时屏气进行CT扫描，从而获得呼气相位数据和吸气相位数据。

S5：将S4得到的计算机断层图像导入放射治疗计划系统，勾画出S2、S3固定的定位标识工具及在呼气相位、吸气相位下的靶区轮廓，计算S2固定的多个定位标识工具之间的空间位置关系T、呼气相位下的靶区位置T_ex和呼吸运动标识工具位置I_ex、吸气相位下的靶区位置T_in和呼吸运动标识工具位置I_in；

S6：根据S5勾画出的靶区位置，确定其运动模式；

在本发明中，运动模式分为三种：脊柱模式、表皮模式和双相模式。

S7：开启高精度红外跟踪系统实时测量S2固定于体位辅助固定装置、体膜的定位标识工具的三维位置坐标，结合S5计算得到的空间位置关系T，配准计算得到高精度红外跟踪系统坐标系到计算机断层图像坐标系的转换矩阵，记为P；

S8：高精度红外跟踪系统实时测量S3固定的呼吸运动标识工具的三维位置坐标W，并传输给计算机；

S9：计算机结合S8传输的固定于体表的呼吸运动标识工具的三维位置坐标和S6确定的运动模式，实时估算当前靶区的位置。

进一步地，所述实时估算当前靶区的位置根据S6选择的运动模式的不同，进行不同的估算。当运动模式选择为脊柱模式时，假设靶区位置不随呼吸运动发生改变；当运动模式选择为表皮模式时，假设靶区的位移与S3固定的呼吸运动标识工具的运动位移(包括运动幅度与方向)一致；当运动模式选择为双相模式时，假设靶区的位移与S3固定的定位标识工具的位移成比例。

进一步地，当运动模式为脊柱模式时，靶区位置估计为S5勾画出的靶区位置T_ex或T_in。

进一步地，当运动模式为表皮模式时，通过将S7计算得到的转换矩阵P作用于S8实时测量得到的呼吸运动标识工具坐标，将其实时位置W映射到计算机断层图像坐标系下。计算得到在计算机断层图像坐标系下，实时测量得到的呼吸运动标识工具W’与S5勾画的呼吸运动标识工具间的位移，将该位移作用在S5勾画出的靶区位置上，即靶区的实时位置估计为T_in+(W′-I_in)或T_ex+(W′-I_ex)。

进一步地，当运动模式为双相模式时，通过将S7计算得到的转换矩阵P作用于S8实时测量得到的呼吸运动标识工具坐标，将其实时位置W映射到计算机断层图像坐标系下，记为W’，则靶区的实时位置估计为或

本发明的有益效果在于：在病人手术的过程中，通过实时监控体表运动，间接估计出体内靶区的运动状态。从而增加手术的精确性，降低了医生的工作强度，为目前因体内靶区运动产生的临床问题提供一种可行的解决方案。

附图说明

图1为技术原理示意图。

图2是操作流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

参考图1，位于体位辅助固定装置、体模上的定位标识工具是用于获取高精度红外跟踪系统坐标系到计算机断层图像坐标系的转换矩阵。位于人体体表上的呼吸运动标识工具是用于指示人体体表随着呼吸运动而产生的运动状态。固定于体位辅助固定装置、体模上的定位标识工具的个数优选为6个以上。在图1所示实施例中，为使图像简洁美观，仅绘制了3个可见的定位标识工具固定于体位辅助固定装置、体模上。在图1所示实施例中，呼吸运动标识工具的个数是优选个数——1个。

参考图2，在实施过程中，在计算机断层图像坐标系下得到定位标识工具的位置，结合高精度红外跟踪系统坐标系下的定位标识工具的位置，通过配准、计算可得到高精度红外跟踪系统坐标系到计算机断层图像坐标系的转换矩阵P。由于定位标识工具固定在体位辅助固定装置、体膜上，不会随着呼吸运动而发生位置改变，因此它们在呼气相位和吸气相位的计算机断层图像中所处位置一致，在进行转换矩阵P的计算时，无需特别指定需要与某呼吸相位下的计算机断层图像进行配准计算。高精度红外跟踪系统实时测量呼吸运动标识工具的三维位置坐标W，并传输给计算机。计算机将转换矩阵P作用于W就可以计算得到计算机断层图像坐标系下该呼吸运动标识工具的实时位置W’。

在计算机断层图像坐标系下，测量呼气相位下的靶区位置T_ex和呼吸运动标识工具位置I_ex、吸气相位下的靶区位置T_in和呼吸运动标识工具的位置I_in。根据所选择的运动模式，进行相应的靶区位置估计。

进一步地，这三种运动模式分别是脊柱模式，双相模式和表皮模式。其中，在脊柱模式下，靶区的实时位置估计为T_ex或T_in；在双相模式下，靶区的实时位置估计为或在表皮模式下，靶区的实时位置估计为T_in+(W′-I_in)或T_ex+(W′-I_ex)。

进一步地，因为在脊柱模式下假设靶区位置不随呼吸运动发生改变，因此在理想情况下，T_ex和T_in的值是完全一样的；在实际情况中，受到测量误差、计算误差、图像扫描层不同等因素影响，T_ex和T_in的值可能不完全一致，但是两者之差很小，处于容许范围内，故在脊柱模式下，靶区的实时位置可以估计为T_ex或T_in。