[發明專利]基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法

在審

• 申請號: 202110607517.7
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113349925A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 馮遠靜;潘顯波;洪暉航;曾慶潤;袁少楠;陳升煒;蔡正洲;蔣陳盛;盛軒碩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;G06T5/00;G06T7/00;G06T7/11;G06T7/33;G16H20/40;G16H50/30
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，包括以下步驟：1)獲取患者CT、T1、T2、T1增強、MRA、diffusion MRI序列圖像等，經過去噪校正并配準到同一坐標系內；2)利用深度學習及神經纖維圖譜實現腫瘤提取、區域分割及纖維跟蹤和自動識別；3)體素的風險值估計；4)候選路徑生成及路徑風險值估計；5)路徑優化及風險圖譜的生成。本發明有助于減少術前準備時間、降低手術風險、緩解醫生手術壓力。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，具體涉及一種基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法。

背景技術

如今，基于術前CT/MRI掃描的腦內探針，針頭，導管或電極精確靶向腫瘤，病變和解剖結構已成為立體定向神經外科的標準手術任務。常見的立體定向神經外科手術可能包括立體定向腦活檢，腦積水的治療，深部腦血腫的抽吸和排空，Ommay導管插入，深部腦刺激，用于癲癇的深度電極插入，內窺鏡腦室內手術。在所有手術中，錯誤地放置手術工具都可能導致不良結果，例如治療無效，顱內出血并發癥，盡管其發生率較低，但還是可能會帶來嚴重危害神經系統后遺癥以及暫時或永久性神經系統疾病的高風險損壞。不正確的手術工具放置也可能需要額外的手術程序才能達到預期的治療效果和治療隨后的并發癥。此類修正手術有時是開放式程序，可能會伴隨著大量額外的風險，時間和發病率。

規劃安全的手術軌跡，以最大程度地減少不正確的手術工具放置的預期風險及其可能的不良后果，具有重大的現實意義。當前，圖像引導立體定向神經外科手術的術前軌跡規劃通常涉及使用神經導航系統或立體定向框架來選擇術前CT/MRI頭部掃描的2D軸向，矢狀或冠狀橫截面上的目標結構。這項手動的術前計劃任務可能很復雜，耗時且取決于用戶和患者。這要求外科醫生在心理上識別和重建復雜的3D結構，包括血管，雄辯的腦部區域和心室系統，并得出這些結構與手術軌跡之間的空間關系。在某些情況下，根據經驗，在手術本身的過程中，要在無菌條件下和壓力下憑經驗對手術計劃進行手動校正和優化，而無法徹底，定量地分析最佳手術軌跡。實際上，即使對于有經驗的神經外科醫師而言，預期治療風險的評估也因此是一項復雜，具有挑戰性且耗時的任務。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法

為了解決上述技術問題本發明使用的技術方案如下：

一種基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，包括以下步驟：

步驟1、圖像獲取及預處理：獲取患者CT、T1、T2、T1增強、MRA、diffusion MRI序列圖像，經過去噪校正；

步驟2、圖像配準：以CT圖像為基準，將其他圖像配準到CT圖像中，得到各個圖像的轉換矩陣；

步驟3、腫瘤提取及區域分割：利用步驟1獲得的數據，采用自動化的方法對聽神經瘤進行提取，以及分割大腦內部的功能區、顱底血管及顱骨區域；

步驟4、纖維跟蹤及自動識別：利用神經纖維圖譜，對纖維進行跟蹤及自動標識；

步驟5、數據融合：根據重建前的轉換矩陣，將各個組織的三維模型轉換到CT圖像的坐標下；

步驟6、體素風險值估計：體素風險值的意義是量化表示當前位置體素所對應的解剖位置受到破壞時，對人體造成損傷的嚴重程度，風險值大小不僅由硬約束決定，而且受軟約束影響；

步驟7、候選路徑生成及風險估計：候選路徑可以表示為由目標點和待進入點組成的一條具有直徑的線段，整條路徑的風險值由其所包圍的體素風險值決定；

步驟8、路徑優化及風險圖譜生成：通過快速排序算法對所有待進入點代表的路徑進行空間搜索，找到風險值最小的三條路徑作為本方案規劃的手術路徑，同時將路徑風險值歸一化到0～255的范圍，進行顏色編碼，生成路徑的風險圖譜供醫生參考。