肝癌局部消融方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种肝癌局部消融方法，包括步骤：对配准后的术前影像依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像上；对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；术前影像和术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；术中影像包括CT图像。本发明专利技术在术前规划、术中定位以及术后评估中加入图像配准步骤，实现术前对肿瘤热消融的科学规划、术中治疗时的信息直观与有效显示以及术后疗效的科学评估与治疗经验反馈以指导术前规划。

Local ablation method and system for liver cancer

The invention discloses a method for local ablation, hepatocellular carcinoma comprises the steps of: after the registration of preoperative imaging in tumor lesions, including the liver, liver blood vessels and surrounding tissue module segmentation, path planning and puncture puncture thermal field planning; multi modal image registration image of preoperative and intraoperative imaging, preoperative image output the tumor lesions displayed in the intraoperative image fusion; multi modality image registration of preoperative imaging and postoperative imaging, preoperative imaging output tumor lesion after image fusion; preoperative imaging and postoperative imaging respectively including the time series of CT images and / or intraoperative imaging including MR image; CT image. The invention of planning, intraoperative localization and postoperative evaluation in image registration steps before operation, preoperative treatment to achieve scientific planning and operation of thermal ablation of tumor in the visual information display and scientific and effective evaluation and treatment experience of postoperative curative effect of feedback to guide the preoperative planning.

【技术实现步骤摘要】
肝癌局部消融方法及系统
本专利技术涉及手术局部消融
，更具体地说，本专利技术涉及一种肝癌局部消融方法及系统。
技术介绍
我国是肝癌高发国家，每年发病及死亡人数都占全球一半以上，严重威胁着我国人民的健康和生命。手术切除是肝癌的首选治疗措施。但对于巨块型肝癌、肿瘤数目多、存在门静脉及肝静脉等血管侵犯、肝外转移以及肝储备力差的患者，无法进行手术切除治疗。随着医学影像学及介入治疗学的进步，局部肿瘤微创治疗得到快速发展，其中包括经皮无水乙醇和乙酸注入、微波消融治疗、射频消融治疗及氩氦刀消融治疗等方法，这些简单、安全和有效的治疗方式大大提高了肝癌患者的生存率，尤其是针对具有肝硬化基础的患者，其高重复性对于控制肝内复发有很高的治疗价值。相比于其他治疗技术，微波消融具有以下技术优势：(1)微波消融具有非常宽广的而不依赖组织导电性的主动加热区域，微波能量在活组织中的传输不受组织干燥及炭化的限制。因此，肿瘤内温度可以达到足够的高度从而保证创造一个足够大的消融区域，用较短的治疗时间更彻底的灭活肿瘤；(2)微波消融较少受灌注介质的“热降”效应的影响，这样它可以更好地灭活靠近血管的肿瘤；(3)在射频消融中存在的电子干涉现象不会在多个微波能量协同作用时出现，微波可以在短时间内通过协同作用扩大肿瘤的消融范围。肿瘤消融是否精准对于监测肿瘤复发意义重大。但是，有时超声、CT、及MRI等检查结果并不一致，要求临床医生熟识肿瘤消融后各种影像学表现的情况，这样才能准确地评价治疗效果，探测有无新发及复发灶。并且，影像引导下经皮热消融治疗肝癌的实施不仅需要在术前根据影像学检查进行手术规划，选择合适的穿刺入路，而且在术中需要依靠影像学的引导将消融针按照术前的规划植入肿瘤内部，术后也需要根据影像学来评价疗效。因此，术前科学规划、术中精确定位、术后准确评估是整个肝脏局部消融治疗过程中必不可少的三个关键步骤。解决局部热消融治疗的术前科学规划、术中精确定位、术后准确评估的问题，使得经皮局部热消融治疗更加科学、客观、精确，个体化，是目前面临的主要问题之一。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种肝癌局部消融方法及系统，在术前规划、术中定位以及术后评估过程中加入多模态影像配准，实现术前对肿瘤热消融的科学规划、术中治疗时的信息直观与有效显示以及术后疗效的科学评估与治疗经验反馈以指导术前规划。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种肝癌局部消融方法，其包括步骤：术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。优选的是，所述模块分割包括步骤：对术前影像做基于体素灰度值的阈值分割，分割出骨骼；将先验影像与待分割的术前影像进行配准，分割出肝脏；以交互方式获取肿瘤的初始轮廓，在初始轮廓选取初始控制点，初始化基于区域灰度一致性以及闭合3次B样条构造的水平集模型，构建基于最小均方误差的最小化外力变形模型，分割出样条函数逼近真实边界的肝脏肿瘤；选择一个或若干个增长的种子点，分割出具有连通性的血管；基于区域增长的血管模板，删除多余的假阳性目标，对血管表面进行平滑处理；获取血管中心线，点集配准不同序列的影像，分割出血管。优选的是，所述穿刺路径规划包括步骤：分别生成所述肝脏、所述肿瘤病灶、所述血管以及所述肝脏周围组织的表面模型，并对各表面模型进行可视化面渲染；计算各个所述表面模型的体积、表面积、最大直径；计算所述肿瘤病灶分别与肝脏、血管以及肝脏周围组织的最短距离。优选的是，所述穿刺热场规划包括步骤：选择单个消融针的消融范围或消融温度，并将所述消融范围或所述消融温度以面渲染方式叠加显示在渲染窗口；将所述肿瘤病灶划分成不同颜色编码显示的完全消融区域、安全边界和未消融区域。优选的是，所述术中定位的多模态影像配准，包括步骤：标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术中影像分别标记若干个解剖学标记点；标记点配准；以术中影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术中影像进行多分辨率配准；融合显示及联动：对体素配准后的浮动图像进行插值处理，以伪彩色显示的方式，输出大小相同的浮动图像和参考图像，且浮动图像中的肿瘤病灶融合显示在参考图像上。优选的是，所述术后评估的多模态影像配准，包括步骤：标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术后影像分别标记若干个解剖学标记点；标记点配准；以术后影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术后影像进行多分辨率配准；消融区域与肿瘤病灶的分割与显示：在术后影像上分割出消融区域，生成消融区域的面模型，以面渲染方式输出并显示；在术前影像上分割出肿瘤病灶，生成肿瘤病灶的面模型，以面渲染方式输出并显示；消融边界与肿瘤边界的距离计算：计算消融区域到肿瘤边界的距离，并将肿瘤病灶所在空间划分为完全消融区、安全边界和未消融区，以面渲染方式输出并显示。优选的是，所述标记点选择，包括步骤：在一个CT影像和/MR影像的横断位视图中选择至少六个解剖学标记点：第一个解剖学标记点位于肝脏膈顶部、第二个解剖学标记点位于肝脏最下部、其余至少四个解剖学标记点位于肝脏门静脉分叉点所在横断位断层图像中的肝脏边界；术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点一一对应，采用迭代最近点算法进行标记点之间的刚性配准；或，术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点数量不同且两个影像中存在位置对应的两个解剖学标记点，采用基于高斯混合模型或基于t分布混合模型进行标记点之间的刚性配准。一种肝癌局部消融系统，其包括：术前规划单元：其对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割模块、对穿刺路径进行规划的穿刺路径规划模块以及对穿刺热场路径进行规划的穿刺热场规划模块；术中定位单元，其对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；术后评估单元，其对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。优选的是，还包括：可视化单元，其用于对影像进行二维断层图像显示、三维面渲染以及三维体渲染的处理；以及，数据读写单元，其用于读取DICOM文件、将数据信息封装保存为预定义格式文件；其中，所述二维断层图像显示包括文字信息的叠加显示；所述三维面渲染用于显示面模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肝癌局部消融方法，其特征在于，其包括步骤：术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示，并将其融合显示在术后影像上；其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。

【技术特征摘要】
1.一种肝癌局部消融方法，其特征在于，其包括步骤：术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示，并将其融合显示在术后影像上；其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。2.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述模块分割包括步骤：对术前影像做基于体素灰度值的阈值分割，分割出骨骼；将先验影像与待分割的术前影像进行配准，分割出肝脏；以交互方式获取肿瘤的初始轮廓，在初始轮廓选取初始控制点，初始化基于区域灰度一致性以及闭合3次B样条构造的水平集模型，构建基于最小均方误差的最小化外力变形模型，分割出样条函数逼近真实边界的肝脏肿瘤；选择一个或若干个增长的种子点，分割出具有连通性的血管；基于区域增长的血管模板，删除多余的假阳性目标，对血管表面进行平滑处理；获取血管中心线，点集配准不同序列的影像，分割出血管。3.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述穿刺路径规划包括步骤：分别生成所述肝脏、所述肿瘤病灶、所述血管以及所述肝脏周围组织的表面模型，并对各表面模型进行可视化面渲染；计算各个所述表面模型的体积、表面积、最大直径；计算所述肿瘤病灶分别与肝脏、血管以及肝脏周围组织的最短距离。4.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述穿刺热场规划包括步骤：选择单个消融针的消融范围或消融温度，并将所述消融范围或所述消融温度以面渲染方式叠加显示在渲染窗口；将所述肿瘤病灶划分成不同颜色编码显示的完全消融区域、安全边界和未消融区域。5.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述术中定位的多模态影像配准，包括步骤：标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术中影像分别标记若干个解剖学标记点；标记点配准；以术中影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术中影像进行多分辨率配准；融合显示及联动：对体素配准后的浮动图像进行插值处理，以伪彩色显示的方式，输出大小相同的浮动图像和参考图像，且浮动图像中的肿瘤病灶融合显示在参考图像上。6.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述术后评估的多模态影像配准，包括步骤：标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术后影像分别标记若干个解剖学标记点；标记点配准；以术后影像的解剖学标记点为参考点集、以...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪建松，涂建飞，周志勇，徐民，赵中伟，
申请(专利权)人：纪建松，
类型：发明
国别省市：浙江,33