[發明專利]CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910220801.1
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN110013306B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 吳水才;張睿;吳薇薇;周著黃;高宏建
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明公開了CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法。首先在肝癌患者CT圖像上分割提取皮膚、肝腫瘤、肝臟和腹腔關鍵解剖結構并進行三維體繪制重構，量化腹腔關鍵解剖結構和肝腫瘤靶點的灰度圖，計算備選穿刺路徑與肝包膜的夾角；在患者CT圖像的三維包圍盒表面構建滿足穿刺路徑規避腹腔關鍵解剖結構、穿刺路徑深度和穿刺路徑角度約束條件下的灰度約束圖；按照臨床強約束條件，在灰度約束圖上由閾值篩選出可行進針區域；按照臨床弱約束條件，在可行進針區域內，將灰度約束圖的灰度值進行歸一化，獲取加權結果和其對應的灰度約束圖空間坐標；聯合加權結果和肝腫瘤靶點的空間坐標獲得穿刺路徑。本發明具有全自動、算法復雜度低、規劃精度高的特點。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，特別涉及一種基于計算機輔助的CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法。

背景技術

肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一，發病率居第五位，病死率高居第三位。肝腫瘤熱消融治療(包括射頻消融和微波消融等)已成為繼手術切除、肝移植后的第三大根治性手段。它是在醫學影像引導下，將消融針(射頻電極/微波天線)插入腫瘤內作為熱源，將腫瘤組織加熱到較高溫度，使腫瘤原位凝固性壞死。基于醫學影像的消融針穿刺路徑規劃是肝腫瘤熱消融治療的契機，直接決定治療的成敗。目前臨床上穿刺路徑規劃還依賴于醫師的經驗，尤其當穿刺路徑與患者CT(Computed Tomography,計算機斷層掃描成像)橫截面的夾角較大時，緊靠人為臆斷的路徑規劃耗時耗力，且規劃精度難以滿足臨床需求。因此，基于計算機輔助規劃系統進行穿刺路徑規劃能夠彌補現有手工規劃過程中存在的自動化、實時性和精度欠缺的不足。

本發明旨在提出一種基于計算機輔助的CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法，主要內容包括：(1)基于患者腹部CT圖像對皮膚、肝臟、肝腫瘤和腹腔關鍵解剖結構進行三維自動分割和可視化重構；(2)基于多項臨床強約束條件，在患者腹部CT圖像的包圍盒上篩選可行穿刺(進針)區域；(3)基于多項臨床弱約束條件，在可行進針區域內規劃最佳穿刺路徑。方法涉及的臨床強約束條件包括：(1)穿刺路徑應規避腹腔關鍵解剖結構。(2)穿刺路徑應嚴格小于消融針的長度。(3)穿刺路徑應至少介入肝臟實質一定深度(方法中該深度優選為5mm)。(4)穿刺路徑與肝包膜夾角應至少大于一定角度(方法中該角度優選為20°)。方法涉及的臨床弱約束條件包括(1)穿刺路徑距腹腔關鍵解剖結構盡可能遠。(2)在保證至少介入肝臟實質5mm的前提下，穿刺路徑深度盡可能淺。(3)穿刺路徑與肝包膜的夾角盡可能垂直。方法能夠基于計算機輔助規劃系統自動并實時性的規劃熱消融治療所需的穿刺路徑，且規劃的精度滿足臨床需求。

發明內容

本發明旨在克服現有臨床技術的缺點和不足，提出一種基于計算機輔助的CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法，包括以下關鍵步驟：

1.CT引導肝腫瘤熱消融治療穿刺路徑規劃方法，包括以下步驟：

1.1.基于患者掃描的CT序列圖像，利用圖像分割算法提取患者皮膚、肝腫瘤、肝臟和腹腔關鍵解剖結構，腹腔關鍵解剖結構包括大血管、骨骼、肺、胃、腎、脾、膽囊，并對上述關鍵解剖結構進行三維重構，得到重構場景圖像I_Sence；

1.2.依據臨床強約束條件，量化穿刺路徑規劃過程中所需的參數；參數包括腫瘤靶點的空間坐標，備選穿刺路徑距腹腔關鍵解剖結構的距離信息和備選穿刺路徑的穿刺深度信息；方法涉及的臨床強約束條件包括：(1)穿刺路徑應規避腹腔關鍵解剖結構；(2)穿刺路徑應嚴格小于消融針的長度；(3)穿刺路徑應至少介入肝臟5mm；(4)穿刺路徑與肝包膜夾角應至少大于20°；

1.3.構建包含穿刺路徑距腹腔關鍵解剖結構距離信息的灰度約束圖I_Risk-const；

1.4.構建包含穿刺路徑穿刺深度信息的灰度約束圖I_Length-const；

1.5.構建包含備選穿刺路徑與肝包膜夾角信息的灰度約束圖I_Angle-const；