[發明專利]腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正方法及裝置

在審

• 申請號: 202011251430.2
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN114451994A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 楊健;武潺;王涌天;王一凡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/10
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 馮夢洪

腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正方法及裝置，通過術中二維超聲影像能夠進行三維空間下的呼吸矯正，將術前規劃隨呼吸運動進行動態矯正，使術前規劃的靜態介入路徑矯正為當前呼吸節點下的規劃路徑，術中無需醫生額外操作，具有非常高的實用性。方法包括：(1)初始化影像參數，進行位姿配準及目標選取；(2)術前運動分析，獲取目標的空間位置；(3)提取呼吸信號規律：實時跟蹤目標在三維空間中的位置，同步跟蹤體表傳感器的空間位置，擬合出兩個信號之間的映射關系；(4)呼吸運動矯正：術中利用當前時刻體表傳感器的空間位置預測目標在呼吸影響下的空間位置，在每一時刻都對術前規劃的靜態介入路徑進行矯正。

技術領域

本發明涉及手術導航的技術領域，尤其涉及一種腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正方法，以及腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正裝置。

背景技術

隨著微創介入和精準醫學的迅速發展，基于圖像的手術導航系統逐漸成為介入科手術主流，其主要是利用各種醫學圖像信息(US、CT、MRI和PET多模態數據)為手術器械進行導航，最大可能地為醫生提供手術部位附近的信息，在二維的醫學圖像與實際部位之間架一座橋梁，實現減少手術創傷，縮短手術時間，提高手術質量。

超聲圖像通過超聲探頭向人體內發射超聲波，線性或扇形掃描，遇到不同聲阻抗的組織，產生不同幅度的反射聲波，由探頭接收后經過信號處理顯示在屏幕上，由于其低成本、實時、無創以及無輻射等優點常作為觀察腹腔內臟器的首選方法。應用于腹腔部位的手術導航系統也常采用超聲圖像輔助引導。

由于腹腔內受呼吸運動影響較大，會引起術中患者空間位置與術前規劃時空間位置發生偏移，影響手術導航精度。呼吸時由于肺部收縮使得膈肌帶動肝臟及周圍區域發生類周期運動，術中醫生進行介入操作時，難以在運動的目標上執行靜態的術前規劃方案。目前基于超聲引導的手術導航系統尚未對呼吸運動提出系統性的解決方案，但已有學者對此進行一些嘗試，Huang在2019年將基于二維超聲的目標跟蹤方法應用于腹部放射治療中的運動監測系統，通過主成分分析及慢特征提取圖像特征，K近鄰算法尋找索引幀，用以估計目標位置，但缺少三維信息使得呼吸運動僅能在平面內矯正，由于實際術中二維超聲平面內目標并不固定為同一切面，所以僅基于二維影像信息難以應用在臨床上矯正術中的呼吸運動。因此，需要在術中進行實時的三維矯正，滿足醫生對于超聲手術導航中的需求。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供了一種腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正方法，其通過術中二維超聲影像能夠進行三維空間下的呼吸矯正，將術前規劃隨呼吸運動進行動態矯正，使術前規劃的靜態介入路徑矯正為當前呼吸節點下的規劃路徑，術中無需醫生額外操作，具有非常高的實用性。

本發明的技術方案是：這種腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正方法，其包括以下步驟：

(1)初始化影像參數，進行位姿配準及目標選取；

(2)術前運動分析，獲取目標的空間位置；

(3)提取呼吸信號規律：實時跟蹤目標在三維空間中的位置，同步跟蹤體表傳感器的空間位置，擬合出兩個信號之間的映射關系；

(4)呼吸運動矯正：術中利用當前時刻體表傳感器的空間位置預測目標在呼吸影響下的空間位置，在每一時刻都對術前規劃的靜態介入路徑進行矯正。

本發明通過在術中實時跟蹤二維超聲平面內的目標位置，將局部圖像通過與術前三維影像進行匹配，以獲取超聲平面在三維空間內的角度及位置，將矯正后的三維的位移矢量作用到術前規劃的治療方案上，將術前規劃隨呼吸運動進行動態矯正，使術前規劃的靜態介入路徑矯正為當前呼吸節點下的規劃路徑，術中無需醫生額外操作，具有非常高的實用性。

還提供了腹腔內柔性組織呼吸實時圖像矯正裝置，其包括：

初始化模塊，其配置來初始化影像參數，進行位姿配準及目標選取；

分析模塊，其配置來術前運動分析，獲取目標的空間位置；