[发明专利]一种X光和术前CT引导下的肺穿刺手术定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术，尤其是涉及一种X光和术前CT引导下的肺穿刺手术定位方法，将术前CT图像精确的解剖信息和术中X光图像实时的信息相结合，直接目的不是获得诊断结果或健康状况，而只是从活的人体或动物体获取作为中间结果的信息处理方法，给医生提供快速、准确的可视化手术过程。

背景技术

随着医学影像、计算机科学等技术的不断发展，计算机辅助医疗在临床检查与治疗中应用愈加广泛。本发明主要应用于X光图像引导下，结合患者术前CT图像和肺区平均形变模型，通过快速的图像配准方法计算出穿刺针和病灶的准确位置，实时提供医生可视化的手术过程。穿刺手术是一种微创介入手术，目前在临床上广泛用于癌症的检查和治疗，比如穿刺活检和消融等。无论是检查或是治疗，准确的定位到病灶部位都是最为关键的一步，所以在计算机医学影像的辅助下帮助医生进行病灶定位的技术十分关键。

随着社会科学的发展，医疗技术也在不断的创新和突破。传统上，医学影像引导下的肺穿刺手术主要使用CT图像进行引导，医生根据CT图像规划穿刺路径，根据设定的穿刺方向和入针深度插入肺区，之后再次拍摄CT图像查看穿刺针和病灶的位置，不断调整穿刺针的位置直到它到达预设的位置。其过程需要患者在CT室中多次拍摄CT图像，辐射量较大，手术进行速度较慢。而X光图像具有辐射剂量小，成本低等优势。但是由于X光图像的解剖信息不足，尤其是对于软组织成像中的劣势，不能被应用于肺穿刺手术的引导。因此将X光图像和术前CT图像结合的方式进行肺穿刺的方法结合了两者各自的优势，充分利用了CT成像中病人的解剖信息和术中X光图像成像速度快、辐射量、成本低的优势，达到更好的临床效果，具有很好的应用前景。

经对现有文章的检索发现，X光被广泛运用于股骨、盆骨、椎骨等骨组织的术中形变计算，由于骨组织在X光图像中具有突出的像素特征和形态特征，能够得到较好的配准计算效果。而将X光图像运用于肺部形变的方法有基于三维自由形变的方法，使用稀疏位移场使得CT图像形变后投影到二维图像与X光计算相似度，迭代求解稀疏位移场的变化，整个计算时间很长，不适宜临床应用。还有基于4D CT图像的肺部统计模型方法，对病人辐射量巨大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种X光和术前CT引导下的肺穿刺手术定位方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种X光和术前CT引导下的肺穿刺手术定位方法，包括以下步骤：

第一步，根据临床生理学特征建立肺部图像的三维形状模型和形变模型；

第二步，将患者手术前CT图像与形状模型进行配准，配准结果结合形变模型计算患者肺部形变模型；

第三步，将患者手术前CT图像进行投影计算，生成模拟的X光图像；

第四步，手术中采集X光图像与模拟的X光图像进行配准，计算术中肺部的二维位移场，计算穿刺针位置；

第五步，使用二维的位移场和肺部形变模型计算术中的三维图像的位移场；

第六步，使用得到的三维位移场和术前CT图像生成配准后的三维图像，计算三维图像中病灶的位置；

第七步，在可视化的三维图像引导下调整穿刺针位置直至完成穿刺定位。

所述的肺部图像的三维形状模型和形变模型定义具体为：

三维形状模型和形变模型是采用普通CT图像样本作为输入，通过统计学处理得到肺部CT的图像特征和形变特征；

使用M组包含最小呼吸相位I_exhale和最大呼吸相位I_inhale的CT图像样本，其中每组图像的最小和最大呼吸相位为同一患者数据，其中M≥10，

形状模型：用最小呼吸相位作为配准的浮动相位，最大呼吸相位作为配准的参考相位，首先对M组CT图像之间的参考相位进行仿射配准，去除不同图像样本的大小和位置差异，以第M组为参考图像，剩余M-1组配准得到转换系数：T＝{T₁,T₂,…,T_M-1,T_M}，T_M补充为单位变换，最后形状模型为：

其中对第i个图像进行仿射配准后的结果，取平均样本作为形状模型来描述肺部的最小呼吸相位特征；