[發明專利]一種肺部穿刺手術術前穿刺路徑規劃方法及訓練系統

在審

• 申請號: 202110393964.7
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113100935A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李育文;陳成;李明
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開了一種肺部穿刺手術術前穿刺路徑規劃方法及系統。該方法包括：使用CT掃描儀采集4D肺部CT圖像；基于所述CT圖像以及獲取的體外呼吸信號構建呼吸運動線性模型；基于所述呼吸運動線性模型，采用數字重建渲染方法，構建肺部呼吸四維可視化模型；根據所述肺部呼吸四維可視化模型顯示病灶區域；基于所述病灶區域確定穿刺進針點和目標點；基于所述穿刺進針點和所述目標點，采用路徑規劃算法確定穿刺路徑。本發明能精準有效地輔助醫生規劃穿刺路徑以及手術前的訓練。

技術領域

本發明涉及臨床醫療手術領域，特別是涉及一種肺部穿刺手術術前穿刺路徑規劃方法及訓練系統。

背景技術

肺癌作為發病率和死亡率增長最快的惡性腫瘤之一，對人們的生命健康產生了極大的威脅。目前，經皮穿刺手術得益于去創口面積小、手術價格較低、手術效果好和術后恢復快等優點，已經成為肺癌診斷和治療的一種重要手段。穿刺手術主要用途是將穿刺針刺入病患的病灶位置，以抽取病灶處的組織或是分泌物做化驗或者向體腔注入藥物。其在肺癌診療上的應用主要有穿刺活檢和近距離粒子治療術。穿刺活檢通過穿刺進入病變部位進行抽吸，以獲取少量的組織進行病理學檢查和診斷。近距離粒子治療是通過向體腔內放置放射性粒子，使其靠近腫瘤部位來殺傷腫瘤細胞，能夠對腫瘤組織造成持續性傷害，同時減少對周圍正常組織的放射性損傷，而且植入粒子的數目可以根據患者、病情、靶區形狀、未知具體情況變動，具有很大的靈活性，治理效果十分良好。

對于現今較為普遍的穿刺手術術前方式，外科醫生在手術之前首先得通過CT或者MR(核磁共振)設備對患者的病灶區域進行斷層掃描，將病灶掃描圖像導入至計算機，確定病變組織的區域，在區域合適的位置選取穿刺靶點，并通過計算機圖形工具選取合適的入針點，最終在手術過程中根據之前規劃的路徑進行穿刺手術。然而在手術之前的各項準備過程中都存在許多弊端，第一是由于肺部的呼吸運動是一個動態的過程，一般在掃描過后得到的是幾個呼吸節點的影像，并沒有對影像進行渲染構建動態的呼吸模型；第二醫生在手術之前需要對穿刺的路徑進行規劃，然而并沒有有效的措施對擬定的穿刺路徑進行模擬以評估其風險程度；第三面對復雜的手術環境，并沒有有效的手段讓醫生在術前進行系統性地訓練。

發明內容

本發明的目的是提供一種肺部穿刺手術術前穿刺路徑規劃方法及訓練系統，通過四維可視化技術重建肺部解剖結構的呼吸運動行為，采用路徑規劃算法生成最優的穿刺路徑，從而能夠最大程度得減少手術對其他組織器官的損害，為了驗證其規劃路徑的可靠性醫生可以通過佩戴VR設備對路徑進行校驗比對，在醫生確認路徑后，其可以進入虛擬手術平臺并佩戴VR設備對手術的過程進行模擬訓練，從而精準有效地輔助醫生規劃穿刺路徑以及手術前的訓練。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種肺部穿刺手術術前穿刺路徑規劃方法，包括：

使用CT掃描儀采集4D肺部CT圖像；

基于所述CT圖像以及獲取的體外呼吸信號構建呼吸運動線性模型；

基于所述呼吸運動線性模型，采用數字重建渲染方法，構建肺部呼吸四維可視化模型；

根據所述肺部呼吸四維可視化模型顯示病灶區域；

基于所述病灶區域確定穿刺進針點和目標點；

基于所述穿刺進針點和所述目標點，采用路徑規劃算法確定穿刺路徑。

進一步地，所述基于所述CT圖像以及獲取的體外呼吸信號構建呼吸運動線性模型，具體包括：

將4D肺部CT圖像與體外信號一一對應，確定匹配點；

利用4D肺部CT彈性配準獲取每一個配準點對于時間的三維形變位移；

對所述三維形變位移進行時間擬合獲得體外呼吸信號擬合曲線和配準點擬合曲線；