肿瘤定位方法、系统、装置及肿瘤发展预测方法制造方法及图纸

本申请提供了一种肿瘤定位方法，涉及外科诊断及医用导航技术领域。本申请通过采用人体表面特征点，经由过渡图像坐标系与断层扫描图像坐标系的融合，将断层扫描图像中的坐标精确的转换为空间坐标，用于指导手术机器人执行端的位置，实现对目标区域的精准定位操作。本申请同时也提供了实施上述肿瘤定位方法的系统、装置，以及相关的存储介质。同时，本申请还提供了一种应用肿瘤定位系统中部分成果进行肿瘤发展预测的方法。采用病患周期断层扫描图像层数，以及各层断层扫描图像中的面积、轮廓扩增距离等指标与良性肿瘤大数据的对比，预测肿瘤发展情况。发展情况。发展情况。

【技术实现步骤摘要】
肿瘤定位方法、系统、装置及肿瘤发展预测方法


[0001]本申请涉及医用导航
，涉及一种基于多种图像数据精确定位肿瘤的方法，以及实施该定位方法的装置、系统和相关存储介质；同时还涉及了一种利用肿瘤定位系统进行肿瘤发展预测的方法。

技术介绍

[0002]近年来，腹腔镜手术因其创伤小、恢复快、痛苦轻、治愈率高等优点在外科领域被广泛应用，并随着科技的发展而被逐渐应用于进行肿瘤切除等高难度手术中。然而，在肝脏肿瘤等腹腔深层肿瘤切除术中，由于腹腔镜只能传输二维图像，无法得到器官内部肿瘤位置等深度信息。传统手术中须由主刀医师的手术临床经验和术前对CT资料的技术判断成为了制定术中方案的主要决策依据，这样难免存在医师主观偏差导致肝癌定位不准的难题。若肝表面切缘的划定不准确，则肝脏切除过多会导致肝功衰竭、切除不完整导致切割到肿瘤直接使肿瘤细胞破裂而扩散等严重的后果，因此肝脏肿瘤切除术中肝脏表面的切缘划定尤为重要。
[0003]随着医用导航系统的发展，目前也尝试了腹腔镜与医用导航系统联用实施腹腔肿瘤切除手术。现有医用导航系统发展到无框定位阶段，采用影像引导技术，利用空间立体定位原理，能够较为准确地为相关设备提供定位信息。目前，医用导航系统多用于神经外科、骨外科的操作。然而，针对肝脏肿瘤等腹腔深层肿瘤切除手术，尤其是特殊部位的肿瘤切除，受限于位置的特殊性及部位本身及周围血管结构的复杂性，对定位的精度要求极高。
[0004]现阶段，针对肝脏肿瘤定位技术仍处于探索阶段。其中，术中荧光成像技术已被成功应用于手术中。通过吲哚氰绿在肝脏聚集和滞留的别动靶向效应，借助相应可视化设备可展示肝癌组织形貌及位置。但在荧光成像技术介导的切除手术操作中，医师的手术操作水平仍是决定肿瘤切除成败的关键。而目前尚未有针对肝脏肿瘤手术操作端进行精确定位辅助的报道。

技术实现思路

[0005]本申请的目的之一在于提供了一种肿瘤定位方法，通过采用人体表面特征点，将断层扫描图像中的坐标精确的转换为空间坐标，用于指导手术机器人执行端的位置，实现对目标区域的精准定位操作。
[0006]本申请所提供的肿瘤定位方法，是在现有的CT引导的手术机器人体系的基础上，利用了CT系统和手术机器人系统内置的坐标系，通过增设一过渡系统，将CT系统的坐标映射转换至手术机器人系统的坐标下。
[0007]现有影像引导在采用CT、MRI等采集设备获取患者实时影像过程中，通常需借助红外发射器对手术器械及人体位置进行标定。红外线对人体的标定稳定性、准确度决定了医用导航引导的手术定位精度。然而，在外科手术操作过程中，人体的位置难以保持绝对的稳定。这种微小的移动将导致医用导航系统引导的高精密度手术器械定位出现较大的偏差，
从而影响手术的安全性。本申请增设的过渡系统采集的体表标记物是人体表面所具有的器官、身体结构等易于辨识的特征。体表标记物与体内肿瘤间具有稳定的位置关联，避免了外部标记物无法针对人体位移而进行相应的调整所引发的定位误差。由体表标记物对肿瘤位置进行标定，在保证定位精度的前提下，还摆脱了目前CT引导的手术中对实时断层扫描图像的过分依赖，有利于进一步降低术中辐射剂量。
[0008]本申请所增设的过渡系统具有体表图像识别能力（内置或主动设置有过渡图像坐标系），通过识别CT系统所采用的体表标记物，过渡图像坐标系可与肿瘤图像坐标系（CT系统内置坐标系）关联；同时，过渡系统通过与手术机器人系统的位置绑定，也可与定位执行坐标系（手术机器人系统内置坐标系）进行转换。由此，本申请通过增设的过渡系统可将肿瘤图像坐标系中任意一点精准地转换为定位执行坐标系中的三维坐标。
[0009]本申请一实施例中，过渡系统由双目相机提供。
[0010]本申请所提供的肿瘤定位方法，具体包括以下步骤：S1. 在所述肿瘤图像坐标系中获取所述体表标记物的三维坐标：，感兴趣区域区任意一点坐标：，则所述感兴趣区域任一点与所述体表标记物的相对位置关系为：；S2. 在所述过渡图像坐标系中获取所述体表标记物的三维坐标，利用映射矩阵计算所述感兴趣区域任一点在所述过渡图像坐标系中的三维坐标为，计算过程如下：S21. 由旋转矩阵得到，其中为坐标系B经过旋转得到与C坐标轴同向的坐标系；S22. 已知，公式得到，即在坐标系下的坐标；S23. 通过向量运算法则，由公式得到，即在坐标系下的坐标；S24. 由旋转矩阵得到；S25. 由公式得到，即在B坐标系下的坐标；S3. 根据空间位置关联固有的映射关系计算所述过渡图像坐标系原点在所述定位执行坐标系中的三维坐标为，进一步计算出所述感兴趣区域任一点在所述定位执行坐标系中的三维坐标，计算过程如下：S31. 由旋转平移矩阵得到，即A坐标系到B坐标系的变换矩阵，
其中，值由机械臂参数提供；S32. 经公式得到，即在A坐标系下的坐标，表示为：。
[0011]本申请的目的之二在于提供一种肿瘤定位系统，包括：断层扫描数据源，提供人体躯干骨骼及体表外形以及相关器官的断层扫描图像，并至少包括体表标记物、器官、肿瘤、血管的断层扫描坐标信息；过渡图像数据源，提供体表外形空间图像，并至少包括原点及体表标记物的空间坐标信息；定位执行端，具有定位坐标用以执行定位结果，定位坐标与空间坐标具有固定映射关系；识别单元，用于自动标定后续断层扫描图像中的体表标记物、器官肿瘤、血管，生成识别数据信息；三维重建单元，获取、处理识别数据信息，更新标记物、器官、肿瘤、血管的坐标信息，生成一体化三维模型数据，并可在一体化三维模型数据中提取目标区域，获得目标区域断层扫描坐标数据；坐标转换单元，通过体表标记物关联断层扫描坐标信息与空间坐标信息，换算目标区域断层扫描坐标数据为空间坐标信息，并根据固定映射关系进一步换算为定位坐标信息；控制与执行单元，根据定位坐标信息控制定位执行端的位置。
[0012]其中，识别单元包括：图像处理模块，用于获取断层扫描图像，并进行灰度、锐化处理；图像识别模块，将人工标记的断层扫描图像送入卷积神经网络训练而得，用于识别断层扫描图像中的感兴趣区域；图像存储模块，对断层扫描图像信息以及识别到的感兴趣区域的坐标数据进行存储。
[0013]图像存储模块自断层扫描数据源接收N张断层扫描图像，将其全部存放于以数据文件夹，其中共有M（M ≤ N）张中含有肿瘤；图像处理模块依次对上述断层扫描图像进行灰度处理和锐化处理；图像存储模块对处理后的图像命名：将第一张含有肿瘤的轮廓信息为第j张，命名为图像I
j
，则最后一张含有肿瘤轮廓信息的图像为I
j+M
‑1；最后按照采集的顺序对体数据图像进行命名，其中命名格式可以为：{I1，I2，I3，
……
，I
j
，I
j+1
，
……
，I
j+M
‑1，
……
，I
N
}；自图像存储模块中提取M张包括肿瘤的图像，人工根据处理后的灰度值标定肿瘤轮廓线和血管轮廓线（两轮廓线均封闭）；将人工标定的图像送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.肿瘤定位方法，其特征在于，构建一与定位执行坐标系具有空间位置关联的过渡图像坐标系，所述过渡图像坐标系通过同一体表标记物与肿瘤图像坐标系进行映射转换，从而将所述肿瘤图像坐标系中任意一点转换为定位执行坐标系中的三维坐标；其中，所述定位执行坐标系用于执行空间定位；所述过渡图像坐标系用于标定所述体表标记物的空间数据信息；所述体表标记物为人体表面所具有的易于辨识的身体结构；所述肿瘤图像坐标系用于标定肿瘤、血管、器官、所述体表标记物的体数据信息。2.根据权利要求1所述的肿瘤定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1. 在所述肿瘤图像坐标系中获取所述体表标记物的三维坐标：，感兴趣区域区任意一点坐标，则所述感兴趣区域任一点与所述体表标记物的相对位置关系为：；S2. 在所述过渡图像坐标系中获取所述体表标记物的三维坐标，用映射矩阵计算所述感兴趣区域任一点在所述过渡图像坐标系中的三维坐标为，计算过程如下：S21. 由旋转矩阵得到，其中为坐标系B经过旋转得到与C坐标轴同向的坐标系；S22. 已知，由公式得到，即在坐标系下的坐标；S23. 通过向量运算法则，由公式得到，即在坐标系下的坐标；S24. 由旋转矩阵得到；S25. 由公式得到，即在B坐标系下的坐标；S3. 根据空间位置关联固有的映射关系计算所述过渡图像坐标系原点在所述定位执行坐标系中的三维坐标为，进一步计算出所述感兴趣区域任一点在所述定位执行坐标系中的三维坐标，计算过程如下：S31. 由旋转平移矩阵得到，即A坐标系到B坐标系的变换矩阵，其中，值由机械臂参数提供；S32. 经公式得到，即在A坐标系下的坐标，表示为：。3.肿瘤定位系统，其特征在于，包括：断层扫描数据源，提供人体躯干骨骼及体表外形以及相关器官的断层扫描图像，并至少包括体表标记物、器官、肿瘤、血管的断层扫描坐标信息；
过渡图像数据源，提供体表外形空间图像，并至少包括所述体表标记物的空间坐标信息；定位执行端，具有定位坐标用以执行定位结果，所述定位坐标与所述空间坐标具有固定映射关系；识别单元，用于自动标定后续断层扫描图像中的所述体表标记物、所述器官所述肿瘤、所述血管，生成识别数据信息；三维重建单元，获取、处理所述识别数据信息，更新所述标记物、所述器官、所述肿瘤、所述血管的坐标信息，生成一体化三维模型数据，并可在所述一体化三维模型数据中提取目标区域，获得目标区域断层扫描坐标数据；坐标转换单元，通过所述体表标记物关联断层扫描坐标信息与空间坐标信息，换算所述目标区域断层扫描坐标数据为空间坐标信息，并根据所述固定映射关系进一步换算为定位坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬君，刘衍瑾，邱建忠，李嘉鑫，彭彪，许树辉，赵炳彦，许崇海，肖光春，陈照强，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：