[发明专利]利用生物力学模型仿真配准术前和术中图像的系统和方法

说明书

公开了一种利用生物力学仿真配准术前图像和术中图像的方法和系统。通过利用约束的生物力学注气模型估计术前图像中诸如肝脏、周围组织和腹壁的一个或多个分割的解剖结构的变形，来将术前图像初始地配准至术中图像。然后利用微分同胚的非刚性细化对被初始配准的术前图像进行细化。

本申请要求2012年11月15日提交的美国临时申请号61/726，687的优先权，其公开在此通过引用被并入。

背景技术

本发明涉及用于腹腔镜手术的术前和术中图像的配准，并且更特别地涉及利用生物力学模型仿真的目标器官的术前和术中图像的配准。

腹腔镜手术是广泛用于治疗癌症和其它疾病的微创过程。诸如减少的术后痛苦和更短的恢复时间的优势使得腹腔镜手术优于开放手术。在腹腔镜手术期间，器官表面仅能通过腹腔镜图像被观察到并且难以可视化表面下肿瘤。因此，可引入术中三维(3D)图像以在腹腔镜手术期间提供更新的信息。虽然术中图像通常由于手术室中强加的限制条件而具有有限的图像信息，但术前图像能够提供器官、血管、及肿瘤的准确分割和补充的解剖功能细节。为了缩小手术方案和腹腔镜图像之间的差别，需要对术前和术中3D图像进行配准以引导实时导航。然而，这样的配准由于会导致大的器官变形以及内脏和腹壁之间的滑动的注气和其它手术准备而具有挑战性。因此，标准非刚性图像配准技术不提供准确的结果。

发明内容

本发明提供了一种用于配准目标器官的术前和术中图像的方法和系统。本发明的实施例提供了一种用于由注气下的腹部变形的生物力学建模而驱动的术前和术中图像的准确配准的方法。本发明的实施例通过优化所建模的术前图像和术中图像之间的强度相似度量度来实现配准和注气模型之间的耦合。本发明的实施例优化生物力学参数以利用患者特定的生物力学参数来估计注气模型。

在本发明的一个实施例中，通过利用与术中图像的生物力学注气模型约束配准估计术前图像中一个或多个分割的解剖结构的变形，来生成初始配准的术前图像。利用微分同胚的非刚性细化对初始配准的术前图像进行细化。

对于本领域普通技术人员而言，本发明的这些和其它优势通过参照下面的详细描述和附图将变得显而易见。

附图说明

图1示出了术前CT扫描和注气后的术中CT扫描之间的配准问题；

图2示出了根据本发明的一个实施例的对患者的目标器官的术前图像和术中图像进行配准的方法；

图3示出了图2的各方法步骤的示例性结果；

图4示出了针对术前图像中的分割的解剖结构生成的示例性网格；

图5是示出根据本发明的一个实施例的用于实施注气约束配准的算法的伪码；以及

图6是能够实施本发明的计算机的高级框图。

具体实施方式

本发明涉及利用生物力学模型仿真的目标器官的术前和术中图像的配准。在本文中描述了本发明的实施例，以给出对于利用生物力学模型仿真配准术前和术后图像的方法的可视化理解。数字图像通常由一个或多个物体(或形状)的数字表示组成。物体的数字表示在本文中通常根据识别和操作这些物体来描述。这样的操作是在计算机系统的存储器或其它电路/硬件中完成的虚拟操作。因此，应当理解的是，本发明的实施例可以利用存储在计算机系统内的数据在该计算机系统中被执行。