[發(fā)明專利]基于CT與超聲影像融合的實(shí)時(shí)三維重建裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110980118.5
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN113768527B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃凱;陳剛;白守民;胡海;尚高星
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院
• 主分類號(hào): A61B6/03
• 分類號(hào): A61B6/03;A61B8/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發(fā)明公開了一種基于CT與超聲影像融合的實(shí)時(shí)三維重建方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法通過鉛質(zhì)二維碼，獲取CT三維模型坐標(biāo)系與術(shù)中相機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系的第一變換矩陣；獲取患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針在術(shù)中相機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；然后獲取患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針在CT三維模型坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；再通過坐標(biāo)變換，確定患者術(shù)區(qū)超聲影像在CT三維模型中的相應(yīng)位置；最后根據(jù)體表運(yùn)動(dòng)模型得到進(jìn)針點(diǎn)的體表運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)更新到CT三維模型中。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)、直觀地反映出手術(shù)器械在患者體內(nèi)的狀態(tài)，保證手術(shù)的精確度與安全性；本發(fā)明三維重建精度更高，速度更快；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于CT與超聲融合技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CT與超聲融合技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于CT與超聲影像融合的實(shí)時(shí)三維重建方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

在穿刺手術(shù)或粒子植入手術(shù)中，需要獲得穿刺針在人體內(nèi)的位置及姿態(tài)，以實(shí)時(shí)控制手術(shù)進(jìn)程，確保穿刺的精準(zhǔn)度。

目前的大部分相關(guān)手術(shù)中使用超聲影像進(jìn)行實(shí)時(shí)探測，但是超聲影像分辨率低使得觀測很不直觀，對醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求很高。也有一部分技術(shù)提出了將CT與超聲融合來實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)針狀態(tài)，但是CT與超聲影像的配準(zhǔn)成為技術(shù)難點(diǎn)，并且這些技術(shù)沒有考慮到病人呼吸造成的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致三維重建精度降低。

比如，公開號(hào)為CN110537961A的專利文件公開了一種CT和超聲影像融合的微創(chuàng)介入引導(dǎo)系統(tǒng)及方法，該方法包括：對患者進(jìn)行CT掃描獲得CT影像序列，對CT影像序列進(jìn)行三維重建，獲得患者身體的三維模型；獲得患者的超聲影像；通過磁場發(fā)生器得到患者、超聲探頭和穿刺針之間的位置關(guān)系。通過坐標(biāo)變換，將磁場發(fā)生器坐標(biāo)下患者、超聲探頭和穿刺針的位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為CT影像坐標(biāo)下的，獲取超聲影像在三維模型中的截面位置。根據(jù)超聲影像在三維模型中的截面位置切割三維模型，獲得與超聲影像對應(yīng)的CT影像截面；同時(shí)顯示超聲影像及與超聲影像對應(yīng)的CT影像截面，并顯示穿刺針在CT影像中的位置。

該專利文件公開的方法存在以下缺陷：

(1)使用磁場發(fā)生器進(jìn)行坐標(biāo)的獲取、配準(zhǔn)與轉(zhuǎn)換，需要在地面安裝標(biāo)定板，在掃描床一側(cè)安裝磁場發(fā)生器，并且需要在超聲探頭、患者、穿刺針上安裝六個(gè)自由度的傳感器；繁瑣的準(zhǔn)備延長了術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間，并且對手術(shù)空間有著較大要求，同時(shí)安裝在掃描床側(cè)邊的磁場發(fā)生器占據(jù)了手術(shù)醫(yī)生的操作空間；

(2)沒有考慮病人呼吸造成的體表以及內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)，三維重建誤差較大；

(3)磁場發(fā)生器強(qiáng)度的變化會(huì)影響坐標(biāo)的配準(zhǔn)精度，導(dǎo)致CT與超聲融合效果較差；

(4)發(fā)出的電磁場雖然短時(shí)間內(nèi)對人體健康并無大礙，但長此以往，外科手術(shù)醫(yī)生難免會(huì)收到電磁輻射的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種基于CT與超聲影像融合的實(shí)時(shí)三維重建方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例包括一種基于CT與超聲影像融合的實(shí)時(shí)三維重建方法，包括：

獲取CT三維模型；

使用超聲探頭獲得患者術(shù)區(qū)超聲影像；

通過鉛質(zhì)二維碼，獲取CT三維模型坐標(biāo)系與術(shù)中相機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系的第一變換矩陣；

獲取患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針在所述術(shù)中相機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

通過所述第一變換矩陣，獲取患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針在所述CT三維模型坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

將所述術(shù)中相機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系下患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針的位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為CT影像坐標(biāo)系下患者病灶區(qū)域、超聲探頭和穿刺針的位置關(guān)系，以確定所述患者術(shù)區(qū)超聲影像在所述CT三維模型中的相應(yīng)位置；