[發明專利]虛擬內窺鏡輔助的腔體病灶檢查系統

有效

• 申請號: 201310254838.9
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103356155A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 段儕杰;任鏡潔;梁正榮
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: A61B1/05
• 分類號: A61B1/05
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 李保明;張慧芳

技術領域

本發明涉及數字醫學圖像處理、計算機輔助檢查和診斷、空間三維信息獲取和手術導航技術領域，更具體地說，涉及虛擬內窺鏡輔助的腔體病灶檢查系統。

背景技術

近年來隨著醫療水平的不斷提高，人們對診療過程的安全性及對病人造成的創傷方面提出了更高的要求，無創和微創診療技術也因此得到了越來越多的研究和應用，并成為未來發展的一個大趨勢。內窺鏡技術使醫生可以以一種微創的方式檢查原先無法檢查的器官和區域。在醫學影像技術飛速發展的今天，內窺鏡依然因其直觀、獲取信息豐富、可活檢和微創介入手術等優勢保持其不可替代的地位。一方面，隨著內窺鏡技術的進一步發展，更多的檢查手段被引入到人體內部，諸如超聲內窺鏡、共聚焦顯微內窺鏡、OCT內窺鏡等，人們可以得到其他方法無法獲取的體腔內部多分辨率、多模態的結構和功能信息，內窺鏡技術成為了多種現有診斷方法安全地進入人體內的載體；另一方面，伴隨著內窺鏡技術的發展，很多新的治療技術也應運而生。例如結腸鏡輔助的腹腔鏡手術，可以有效提高結腸手術目標區域定位的準確性，降低手術風險。這些基于內窺鏡的新型診療技術，大大提升了內窺鏡在臨床上的發展空間。

然而，目前內窺鏡檢查和操作依然存在著若干問題，限制了其在臨床上的應用和發展。首先是安全性問題，由于內窺鏡操作屬于微創操作，視野有限，因此醫生在操作過程中無法準確定位內窺鏡探頭、經內窺導入的手術器械與周邊組織的相對位置關系；對于一些結構較復雜的器官還會出現無法到達指定部位的情況，甚至造成器官穿孔、出血等損傷，因此檢查的安全性和效果嚴重依賴于醫生的經驗。其次，現有的光學內窺鏡只能看到腔體壁內表面信息，而對于表面以下的組織變化則無法了解，這也給病灶的發現和疾病的診斷帶來了一定的不確定性。

發明內容

本發明的一個目的是針對現有內窺鏡系統在操作中無法確定探頭的位置，使用不安全的技術缺陷，提供一種虛擬內窺鏡輔助的腔體病灶檢查系統。

本發明進一步的目的是解決現有內窺鏡檢查不到腔體壁表面以下（即腔體壁內部）組織變化的技術缺陷。

為達到上述的一個目的，本發明提供的虛擬內窺鏡輔助的腔體病灶檢查系統包括：

具有第一成像探頭（即內窺鏡探頭）的光學內窺鏡系統；

第二成像探頭，與第一成像探頭的相對位置固定且視野重合；和

圖像工作站，與第二成像探頭及光學內窺鏡系統連接，該圖像工作站包括：

第一模塊，用于重建三維虛擬器官，構造目標器官的虛擬內窺鏡環境；

第二模塊，用于與第二成像探頭結合，獲取光學內窺鏡視野內真實腔體壁的三維內表面；

第三模塊，用于根據第二模塊獲取的三維內表面，反向計算第一成像探頭的位置和姿態，進而通過對第二模塊獲取的三維內表面和三維虛擬器官的腔體壁內表面配準，在虛擬內窺鏡環境中顯示第一成像探頭在目標器官中的位置和姿態；和

第四模塊，用于將用于診斷的信息配準、融合到三維虛擬器官的腔體壁內表面。

為了達到上述的進一步的目的，一種方案是：在上述的腔體病灶檢查系統中，所述圖像工作站進一步還包括用于基于虛擬內窺鏡環境進行病灶初步檢查的第五模塊，第五模塊中用于檢查的特征包括目標器官腔體壁內表面的形態信息、以及從原始的斷層圖像和重建后的三維圖形中提取并處理后獲得的定量化影像信息。

優選地，所述第五模塊包括：

病灶組織和正常組織的特征統計模型；

用于使用特征組合、以及所述特征統計模型或分類器，按設定的基本單元，計算待檢查區域中各單元屬于病灶組織或正常組織的概率的子模塊；

用于將腔體壁內部的點和腔體壁內表面的點建立一一對應關系，并將腔體壁內部點對應的特征值映射到內表面的對應點上，以及將計算得到的概率值沿映射路徑積分后進行歸一化，在腔體壁內表面由偽彩表達并顯示的子模塊。

在上述的腔體病灶檢查系統中，優選地，所述第二模塊包括：

用于基于結構光法獲取深度信息的子模塊；和

用于基于紅外光的立體視覺法獲取深度信息的子模塊。

在上述的腔體病灶檢查系統中，優選地，所述第三模塊包括：

用于基于幾何特征的分割方法，從三維虛擬器官的腔體壁內表面分割得到至少一個特征結構的三維表面的子模塊；

用于以所述特征結構為基本單元，對第二模塊獲取的三維內表面提取特征點的子模塊；

用于使用由三維表面得到的幾何特征量作為基礎特征，將第二模塊獲取的真實腔體壁三維內表面與三維虛擬器官內表面進行粗配準的子模塊；和