[發明專利]超聲引導腫瘤穿刺訓練仿真系統

有效

• 申請號: 201410148060.8
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103971574B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 梁萍;吳文波;程志剛;劉方義;薛迎峰;王棟;薛勁;穆夢娟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總醫院
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所11323
• 代理人: 廉振保

技術領域

本發明涉及醫學技術領域，具體涉及超聲引導腫瘤穿刺訓練仿真系統。

背景技術

超聲（US）引導腫瘤穿刺技術已經廣泛應用于腫瘤治療領域。穿刺手術需要醫生具有熟練的技能，尤其是對手眼協調操作要求比較高。因此，需要發展各種訓練方法來強化醫生的手眼協調能力。目前，有一些仿真系統用來執行術前規劃和術中模擬。但是，這些系統都需要用到超聲機器，且在手術室內執行模擬，一方面超聲機器是非常昂貴的，另一方面，在手術室內進行模擬會受到許多非技術因素的影響，使得模擬效果不理想。而且，當前的仿真系統僅能用來訓練布針技能，不能滿足更復雜的技能訓練的要求，諸如選擇優化穿刺路徑、進針角度和進針深度等。因此，迫切需要一種在手術室外的低成本的可滿足復雜技能訓練的仿真系統。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種超聲引導腫瘤穿刺訓練仿真系統，使得以低成本方式滿足復雜技能訓練的需要。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種超聲引導腫瘤穿刺訓練仿真系統，包括：彈性假體，其模擬患者結構；仿真超聲探針，其能夠在假體上移動以實時仿真掃描；仿真穿刺針，其能夠插入假體執行仿真穿刺手術；電磁追蹤設備，其獲取仿真超聲探針和仿真穿刺針的位置和方向信息，將該信息傳送至影像引導模塊；術前CT圖像模塊，其讀取及顯示患者術前CT圖像；以及影像引導模塊。影像引導模塊包括：處理模塊，將由術前CT圖像重構出3D影像模型；配準模塊，其將術前CT圖像和彈性假體配準；實時CT切面圖像模塊，其在所述配準之后，隨著仿真超聲探針在假體上移動，由術前CT圖像根據仿真超聲探針的位置和方向生成實時CT切面圖像；仿真超聲圖像模塊，其由實時CT切面圖像生成對應的仿真超聲圖像；顯示模塊，其顯示實時CT切面圖像、仿真超聲圖像及3D影像模型，以及融合模塊，其根據仿真穿刺針的位置和方向將仿真穿刺針的實時穿刺路徑融合顯示在實時CT切面圖像、仿真超聲圖像及3D影像模型上，穿刺路徑示出仿真穿刺針的插入點、插入角度、插入深度以及消融場。在所述配準之后，仿真穿刺針插入假體執行仿真穿刺手術。

作為優選，所述電磁追蹤設備包括電磁場發生器、傳感器、傳感器接口單元和控制單元，控制單元控制電磁場發生器和傳感器，傳感器獲取仿真超聲探針和仿真穿刺針的位置和方位信息。

作為進一步的優選，所述傳感器為6自由度傳感器。

作為優選，所述仿真超聲探針選擇假體中的至少三個標記點，利用影像引導模塊選擇患者術前CT圖像中對應的至少三個標記點，所述配準模塊使用算法將這些標記點統一在同一坐標系統中以使得術前CT圖像和彈性假體配準。

作為進一步的優選，所述算法包括迭代就近點算法。

作為優選，所述影像引導設備還包括術前規劃模塊，其保存在術前CT圖像和/或3D影像模型上規劃出的仿真穿刺針插入彈性假體的預穿刺路徑。

作為優選，所述影像引導設備還包括術中觀察模塊，其在實時CT切面圖像、仿真超聲圖像及3D影像模型上同時顯示仿真穿刺針的預穿刺路徑和實時穿刺路徑。

作為優選，所述影像引導設備還包括術后評估模塊，其基于腫瘤數據和消融場數據分析腫瘤是否完全消融。

作為優選，所述仿真超聲探針和仿真穿刺針由體感游戲機的手控柄構成。

本發明由于采用了仿真超聲探針和仿真穿刺針，大大降低了仿真系統的成本，能夠以低成本方式滿足復雜技能訓練的需要。

附圖說明

圖1為本發明實施例的超聲引導腫瘤穿刺訓練仿真系統的結構示意圖。

圖2為術前CT圖像以及由術前CT圖像重構的3D影像模型示意圖，其中左上圖為術前CT圖像，其他圖為各種3D影像模型，其中右上圖示意地示出腫瘤、肝、重要血管結構的表面繪制，左下圖示意地示出腫瘤、重要血管結構的表面繪制，右下圖示意地示出骨骼、腫瘤、重要血管結構的表面繪制。

圖3為利用3D影像模型進行術前規劃的示意圖，圖示了插入兩個穿刺針來完全消融腫瘤。

圖4為仿真穿刺針的實時穿刺路徑融合顯示在實時CT切面圖像、仿真超聲圖像及3D影像模型上的示意圖，其中上方圖為仿真穿刺針的實時穿刺路徑融合顯示在3D影像模型上，左下圖為仿真穿刺針的實時穿刺路徑融合顯示在實時CT切面圖像上，右下圖為仿真穿刺針的實時穿刺路徑融合顯示在仿真超聲圖像上。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。