[发明专利]一种肺部穿刺手术术前穿刺路径规划方法及训练系统

说明书

本发明公开了一种肺部穿刺手术术前穿刺路径规划方法及系统。该方法包括：使用CT扫描仪采集4D肺部CT图像；基于所述CT图像以及获取的体外呼吸信号构建呼吸运动线性模型；基于所述呼吸运动线性模型，采用数字重建渲染方法，构建肺部呼吸四维可视化模型；根据所述肺部呼吸四维可视化模型显示病灶区域；基于所述病灶区域确定穿刺进针点和目标点；基于所述穿刺进针点和所述目标点，采用路径规划算法确定穿刺路径。本发明能精准有效地辅助医生规划穿刺路径以及手术前的训练。

技术领域

本发明涉及临床医疗手术领域，特别是涉及一种肺部穿刺手术术前穿刺路径规划方法及训练系统。

背景技术

肺癌作为发病率和死亡率增长最快的恶性肿瘤之一，对人们的生命健康产生了极大的威胁。目前，经皮穿刺手术得益于去创口面积小、手术价格较低、手术效果好和术后恢复快等优点，已经成为肺癌诊断和治疗的一种重要手段。穿刺手术主要用途是将穿刺针刺入病患的病灶位置，以抽取病灶处的组织或是分泌物做化验或者向体腔注入药物。其在肺癌诊疗上的应用主要有穿刺活检和近距离粒子治疗术。穿刺活检通过穿刺进入病变部位进行抽吸，以获取少量的组织进行病理学检查和诊断。近距离粒子治疗是通过向体腔内放置放射性粒子，使其靠近肿瘤部位来杀伤肿瘤细胞，能够对肿瘤组织造成持续性伤害，同时减少对周围正常组织的放射性损伤，而且植入粒子的数目可以根据患者、病情、靶区形状、未知具体情况变动，具有很大的灵活性，治理效果十分良好。

对于现今较为普遍的穿刺手术术前方式，外科医生在手术之前首先得通过CT或者MR(核磁共振)设备对患者的病灶区域进行断层扫描，将病灶扫描图像导入至计算机，确定病变组织的区域，在区域合适的位置选取穿刺靶点，并通过计算机图形工具选取合适的入针点，最终在手术过程中根据之前规划的路径进行穿刺手术。然而在手术之前的各项准备过程中都存在许多弊端，第一是由于肺部的呼吸运动是一个动态的过程，一般在扫描过后得到的是几个呼吸节点的影像，并没有对影像进行渲染构建动态的呼吸模型；第二医生在手术之前需要对穿刺的路径进行规划，然而并没有有效的措施对拟定的穿刺路径进行模拟以评估其风险程度；第三面对复杂的手术环境，并没有有效的手段让医生在术前进行系统性地训练。

发明内容

本发明的目的是提供一种肺部穿刺手术术前穿刺路径规划方法及训练系统，通过四维可视化技术重建肺部解剖结构的呼吸运动行为，采用路径规划算法生成最优的穿刺路径，从而能够最大程度得减少手术对其他组织器官的损害，为了验证其规划路径的可靠性医生可以通过佩戴VR设备对路径进行校验比对，在医生确认路径后，其可以进入虚拟手术平台并佩戴VR设备对手术的过程进行模拟训练，从而精准有效地辅助医生规划穿刺路径以及手术前的训练。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种肺部穿刺手术术前穿刺路径规划方法，包括：

使用CT扫描仪采集4D肺部CT图像；

基于所述CT图像以及获取的体外呼吸信号构建呼吸运动线性模型；

基于所述呼吸运动线性模型，采用数字重建渲染方法，构建肺部呼吸四维可视化模型；

根据所述肺部呼吸四维可视化模型显示病灶区域；

基于所述病灶区域确定穿刺进针点和目标点；

基于所述穿刺进针点和所述目标点，采用路径规划算法确定穿刺路径。

进一步地，所述基于所述CT图像以及获取的体外呼吸信号构建呼吸运动线性模型，具体包括：

将4D肺部CT图像与体外信号一一对应，确定匹配点；

利用4D肺部CT弹性配准获取每一个配准点对于时间的三维形变位移；

对所述三维形变位移进行时间拟合获得体外呼吸信号拟合曲线和配准点拟合曲线；