[发明专利]经皮穿刺的手术规划方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及医学技术领域，尤其涉及一种经皮穿刺的手术规划方法及其系统。

背景技术

医学图像数据是指从X光机、超声、CT机和核磁共振等影像设备获取的图像或图像系列，获取医学图像数据的意义不仅在于准确定位病灶，更在于揭示因人而异的脏器/血管的解剖结构以及它们与病灶的关系。医学图像数据处理的目的是为医疗诊断、手术规划、手术模拟和手术规划等活动提供依据，常见的处理手段有图像增强、体绘制、图像分割、图像配准、图像融合、三维重建、虚拟现实等。

随着现代外科技术向着精准化和微创化方向发展，对基于医学图像数据进行诊断和手术规划的要求也越来越高。在骨科领域，传统的手术规划方式是根据X光片对目标骨骼区域诊断，并用白纸勾勒出骨骼形状，裁剪拼接白纸以得到大致的术后效果图。2011年解放军总医院主办的“首届国际精准肝脏外科研讨会暨2011中国国际肝胆外科论坛”中指出“在现代科技支撑下，目前，肝胆外科已步入了精准外科时代”，就是说在肝脏、胆道的手术中，在精确切除病灶的同时，应该尽量多的保留正常组织器官，最大程度的保证患者愈后的生理功能和生活质量。外科技术精准化、微创化的发展要求手术前对病灶及周围组织的形态、关系精确掌握，例如肝脏肿瘤切除手术，只有在术前了解门静脉、肝静脉与肿瘤的关系以及肿瘤所在的肝段，才能详细规划手术入路、切除部位、术中应急手段。总的来说，利用前沿计算机技术进行医学图像处理，揭示因人而异的脏器/血管的解剖结构以及它们与病灶的关系，是预先提供手术过程关键信息的有效手段。

经皮穿刺技术的一个重要步骤是建立从皮肤到病灶的穿刺路径，然而目前尚缺乏能有效的在术中同时观察穿刺器械和患者内部结构的技术设备，医生需要凭借自己的经验去判断刺入点和角度，常有刺入后达不到目标病灶的情况发生，而且还可能在穿刺中破坏大血管或邻近脏器。现在一些医生借助C臂机或超声来进行术中穿刺引导，但难以提供三维全景式的图像信息，操作上也较为麻烦。

在发明名称为“一种具有生理功能的人体肾脏计算机三维模型构建方法”公开号为CN 101582172A的中国专利中，提供了基于连续断面彩色图像重建肾脏三维模型，在三维模型上进行一些生理功能的计算机仿真。该专利实现了肾脏生理功能的计算机仿真，并不运用于手术临床，该专利使用的连续断面彩色图像是对真实器官剖面拍照获取的，难于应用于临床手术的指导和术前准备。

综上可知，现有的经皮穿刺的手术技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种经皮穿刺的手术规划方法及其系统，以使用户可以通过虚拟的穿刺器械反复进行皮肤穿刺操作，准确获取患者皮肤刺入点，角度和穿刺路径。

为了实现上述目的，本发明提供一种经皮穿刺的手术规划方法，所述方法包括如下步骤：

A、获取患者的医学图像数据；

B、根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；

C、采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。

根据所述的手术规划方法，所述步骤B包括：

B1、采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；

B2、采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型；

B3、采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。

根据所述的手术规划方法，所述步骤B1包括：

B11、从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索；

B12、将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或

B13、将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像；

B14、进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙；

B15、以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。

根据所述的手术规划方法，所述步骤B1包括：

B16、对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理；

B17、在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；

B18、在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或