一种基于相位配准的穿刺方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位配准的穿刺方法，包括步骤：选择4D影像中任一3D影像作为规划影像进行规划；获取患者呼吸曲线；获取所述4D影像中病灶特征的位置，得到病灶特征运动曲线；对所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线进行相位匹配得到所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线的映射关系；根据上述规划影像在所述病灶特征运动曲线上的相位点和上述映射关系得到该规划影像在所述呼吸曲线中对应的幅值，记为目标幅值；实时监测患者呼吸，当患者呼吸幅值达所述目标幅值，执行规划结果。本发明专利技术将规划影像的相位点与呼吸曲线的呼吸幅值建立对应关系，通过外部呼吸曲线的幅值变化能够提示到达穿刺相位，实现精准穿刺。实现精准穿刺。实现精准穿刺。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位配准的穿刺方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种基于相位配准的穿刺方法。

技术介绍

[0002]在临床上，特别是肿瘤治疗的临床上，越来越广泛的使用医学图像做引导，然后使用机械臂辅助进行手术工具的定位，从而进行微创手术，以便减少病人创面、加速病人康复速度。
[0003]肺部穿刺的活检、消融等手术中，由于病人处于持续呼吸的状态，且穿刺和消融主要的部位为肺部和肝部等受呼吸影响最大的部位，由于病人呼吸引起纵隔运动，对应的器官内病灶点的位移最大可达5cm，因此即使经验丰富的医生已无法保证百分之百成功率。肺部穿刺与消融的手术导航辅助机器人成为未来趋势，由于肺部的运动规律难以把握，而目前的手术导航辅助机器人无法精确把握肺部的运动规律，难以实现病灶点的精确手术。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于相位配准的穿刺方法，能够保证穿刺精度。
[0005]技术方案：一种基于相位配准的穿刺方法，包括步骤：
[0006]选择4D影像中任一3D影像作为规划影像进行规划；
[0007]获取患者呼吸曲线；
[0008]获取所述4D影像中病灶特征的位置，得到病灶特征运动曲线；
[0009]对所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线进行相位匹配得到所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线的映射关系；
[0010]根据上述规划影像在所述病灶特征运动曲线上的相位点和上述映射关系得到该规划影像在所述呼吸曲线中对应的幅值，记为目标幅值；
[0011]实时监测患者呼吸，当患者呼吸幅值达所述目标幅值，执行规划结果。
[0012]所述规划影像选取呼气末或吸气末对应的3D影像。
[0013]所述4D影像的扫描时间分辨率设置为0.25s。
[0014]获取患者呼吸曲线的步骤具体为：通过呼吸采集器获取得到至少一个呼吸周期的患者呼吸数据，以患者吸气末作为参考位姿，也即基准点，将患者一个呼吸周期中患者呼吸幅值变化最大的轴定义为基准轴，将患者后续呼吸中对应在该基准轴上的幅值作为患者呼吸曲线的纵坐标取值，进而得到患者呼吸曲线。
[0015]呼吸采集器为采用双目相机识别得到的示踪器、呼吸腹带或呼吸流量阀。
[0016]当患者在后续呼吸中基准点在与基准轴正交的其他两个方向中任一方向上的变化量超出设定阈值时，将所述基准点未发生变化的历史数据中同相位对应的呼吸幅值与最新采集到的呼吸幅值作差，并将得到的差值插值至该周期内患者呼吸曲线对应的相位，从而得到调整后的患者呼吸曲线。
[0017]获取病灶特征运动曲线的步骤为：对4D影像进行图像处理算法提取得到患者病灶特征在影像坐标系中的位置和对应的扫描采样时间，并对数据降维处理得到患者病灶特征运动曲线。
[0018]获取病灶特征运动曲线进一步为：采用患者病灶侧气管或血管的分叉点作为患者病灶特征点，提取第一幅3D影像的患者病灶特征点，对其在后续3D影像中进行跟踪处理或图像匹配算法，得到患者病灶特征随时间的运动的曲线。
[0019]获取患者病灶特征运动曲线进一步为：选择其中具有患者病灶特征的切片作为基准图片，其他时间扫描得到的对应切片位置的切片分别与基准图片做差运算，得到患者病灶特征运动方向的厚度特征，从而得到患者病灶特征运动曲线。
[0020]获得所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线的映射关系具体为：将患者病灶特征运动曲线在呼吸曲线的时间轴上以设定步长进行移动，并遍历呼吸曲线的整个范围，每次移动后，将每个时间分量对应的患者呼吸曲线和病灶特征运动曲线的幅值求均方差，以最小均方差所对应的时间分量对应的患者呼吸曲线和病灶特征运动曲线作为最佳匹配，由此得到二者之间的映射关系。
[0021]在患者呼吸曲线和病灶特征运动曲线的幅值求均方差之前，对患者病灶特征运动曲线和患者呼吸曲线数据进行降噪、归一化处理，并根据病灶特征运动曲线的特性针对不同相位的幅值设置相应的权重。
[0022]所述赋值的权重从病灶特征运动曲线在呼气末和吸气末所在相位至其中间相位逐渐降低。
[0023]有益效果：本专利技术通过建立外部的呼吸曲线与患者体内的病灶特征运动曲线的映射关系，再结合规划影像在病灶特征运动曲线上的相位得到规划影像在呼吸曲线上对应的呼吸幅值，通过外部呼吸曲线的幅值变化能够提示到达穿刺相位，实现精准穿刺。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的穿刺方法流程图；
[0025]图2为外部呼吸曲线图；
[0026]图3为内部病灶特征运动曲线图；
[0027]图4为在规划影像中进行规划通道规划的示意图；
[0028]图5为呼吸曲线和病灶特征运动曲线的相位配准结果的示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。
[0030]如图1所示，本专利技术基于相位配准的穿刺方法包括如下步骤：
[0031](1)数据采集工具固定；
[0032]借助术前增强CT和透视影像定位确认患者病灶位置，并在患者病灶处放置注册器，在患者腹部放置呼吸采样器；注册器用于对影像坐标系和机器人坐标系进行注册配准，以将影像坐标系下的规划通道的位姿映射到机器人坐标系下的机器人执行空间内；呼吸采样器包括但不限于光学跟踪的示踪器、电磁导航的传感器或雷达的反射器，只要可用于采集呼吸波动变化即可，并对采集得到的呼吸波动数据进行处理得到患者呼吸曲线，如图2所
示；
[0033]具体的，本专利技术揭示的实施例中，注册器包括若干由不透X光材料制作而成的钢球，钢球采用预先设定的拓扑规则进行非对称排布，钢球的大小可以完全一致，也可以大小不一，优选的，钢球的直径为2
‑
4mm；
[0034]专利技术揭示的实施例中，呼吸采样器采用红外光学双目相机识别的示踪器，其中示踪器为能够发射红外光线的球体，该红外光线能够被红外双目相机捕捉从而确定示踪器的位置；
[0035](2)进行CT扫描得到4D影像；
[0036]对患者病灶执行4D扫描得到包含患者病灶特征的4D影像，扫描采样时间的分辨率尽可能小，本专利技术中，扫描时间分辨率设置为0.25s；
[0037]其中，扫描的4D影像的时间要求包含至少一个呼吸周期，病灶表征量尽可能清晰、无干扰；
[0038](3)确认规划影像；
[0039]医生在4D影像中选择任一3D影像作为规划影像，以该规划影像作为穿刺影像，基于该穿刺影像规划进行穿刺的规划通道，根据数据提取得到该规划影像的扫描采样时间点，如图4所示；
[0040]由于在呼气末和吸气末识别特征明显、提取结果可信度高，因此，选择呼气末和吸气末所对应的3D影像作为规划影像；
[0041](4)获取患者呼吸曲线；
[0042]通过红外双目相机实时追踪人体腹部的呼吸采样器位置变化，通过数据降噪、数据降维和动态基准调整算法，拟合得到患者呼吸曲线，如图2所示；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：包括步骤：选择4D影像中任一3D影像作为规划影像进行规划；获取患者呼吸曲线；获取所述4D影像中病灶特征的位置，得到病灶特征运动曲线；对所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线进行相位匹配得到所述呼吸曲线和所述病灶特征运动曲线的映射关系；根据上述规划影像在所述病灶特征运动曲线上的相位点和上述映射关系得到该规划影像在所述呼吸曲线中对应的幅值，记为目标幅值；实时监测患者呼吸，当患者呼吸幅值达所述目标幅值，执行规划结果。2.根据权利要求1所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：所述规划影像选取呼气末或吸气末对应的3D影像。3.根据权利要求1所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：所述4D影像的扫描时间分辨率设置为0.25s。4.根据权利要求1所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：获取患者呼吸曲线的步骤具体为：通过呼吸采集器获取得到至少一个呼吸周期的患者呼吸数据，以患者吸气末作为参考位姿，也即基准点，将患者一个呼吸周期中患者呼吸幅值变化最大的轴定义为基准轴，将患者后续呼吸中对应在该基准轴上的幅值作为患者呼吸曲线的纵坐标取值，进而得到患者呼吸曲线。5.根据权利要求4所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：呼吸采集器为采用双目相机识别得到的示踪器、呼吸腹带或呼吸流量阀。6.根据权利要求4所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在于：当患者在后续呼吸中基准点在与基准轴正交的其他两个方向中任一方向上的变化量超出设定阈值时，将所述基准点未发生变化的历史数据中同相位对应的呼吸幅值与最新采集到的呼吸幅值作差，并将得到的差值插值至该周期内患者呼吸曲线对应的相位，从而得到调整后的患者呼吸曲线。7.根据权利要求1所述的基于相位配准的穿刺方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，刘孝波，王锋，王英杰，
申请(专利权)人：南京佗道医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：