[发明专利]一种基于多模式医学融合图像的脊柱脊髓体表穿刺入路点智能定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于多模式医学融合图像的脊柱脊髓体表穿刺入路点智能定位系统及方法，属于医学领域。本发明利用超声技术进行实时脊柱图像采集；获得二维超声图像和二维超声图像对应的空间位置信息，并重建得到三维超声重建图；向系统输入采用非超声的方式获取到的脊柱多模式医学图像；再融合得到融合图像。融合图像可以用于穿刺训练或辅助手术。本发明凭借图像处理技术改善传统超声成像技术对脊柱骨性结构成像的技术短板；改善其穿刺损伤和辐射损害大、步骤繁琐耗时的不足，将在临床实操和模拟培训中，极大推动当今脊柱脊髓手术。

技术领域

本发明涉及医学领域，具体涉及一种基于多模式医学融合图像的脊柱脊髓体表穿刺入路点智能定位系统及方法。

背景技术

脊柱脊髓相关疾病包括脊柱脊髓肿瘤、外伤和退行性病变等，近年来，脊柱脊髓相关疾病发病率不断增高，严重影响人们的身体健康和劳动能力。在我国，脊柱脊髓相关疾病的诊疗工作主要由脊柱外科和神经外科医生承担，手术治疗是主要治疗手段之一。目前，脊柱脊髓手术主要分为开放手术和微创手术两大类，随着近年来医疗器械和导航技术的发展，微创手术凭借损伤小、出血少、时间短等优势逐渐占据主流地位。微创手术主要是在微创通道、内镜等器械辅助下，通过更小而精的切口，对病变部位进行精准暴露进而完成手术操作，实现治疗目的。正是由于微创理念下采用的短小而精准的切口和手术入路，使得手术医生无法像传统开放手术一样，通过充分观察和暴露病变周围其他组织，最大程度完成手术目标，例如完整切除肿瘤等，因此，微创手术的手术切口定位尤为重要。相比于传统开放手术，微创手术具有更高的技术门槛和更长的学习曲线，严重阻碍了微创技术的推广普及。当前，为降低微创手术技术门槛从而让更多病人的诊疗更微创化，临床医生根据具体情况不同，采用了多种方法：

第一，以C型臂X光机(简称C臂机)为代表的透视定位技术。C臂机是一种外形类似英文字母C的X线影像设备，利用X线透视完成辅助定位。C臂机的具体工作流程可简单概括为“穿刺——透视定位——调整穿刺——透视——定位完成”。基于C臂机的透视定位技术作为目前主流的定位方法，具备可以随时透视产生图像，定位精度高的优势，但仍存在穿刺针多次穿刺定位和反复透视，导致过程繁琐耗时且穿刺损伤和辐射损害较大。

第二，以导航设备和机器人为代表的导航定位技术。目前具有代表性的产品可以实现实时CT或MRI成像并得到二维和三维图像，配合6自由度的悬臂，辅助操作者实现高精度定位，并应用于椎弓根螺钉置入等操作。基于导航设备和机器人的导航定位方法，具备实时成像和定位精度高的优势，可减少精细操作的学习曲线和对操作者实践经验的依赖性，但同样存在设备价格昂贵、核心技术垄断、需要设置地标从而增加额外的体表损伤等问题。

第三，基于超声的导航定位技术。目前，超声引导下的脊神经阻滞和硬膜外麻醉穿刺的应用较为广泛，也有将超声与其他医学影像如CT、MRI结合，形成二维融合图像并用于辅助导航定位，相关设备及图像处理软件的使用，可以发挥超声图像实时、便携、无辐射的优势，但是，超声成像更适用于软组织结构，而对于骨骼结构，因存在声波衰减、畸变和反射，导致超声骨骼图像模糊、表面毛刺，难以清晰成像和精确定位，导致现有技术在实际应用的普适性和可靠性有限。

此外，鉴于微创操作技术具有较高的技术门槛和较长的学习曲线，年轻的操作者尚不具备足够的知识和经验，此消彼长之下，对年轻操作者在学习阶段的培训和工作初期的指导尤为困难。现有的培训方法、系统及设备可以较好的模拟整体操作流程，帮助初学者很好的了解操作步骤并辨识典型解剖结构，但存在模型及操作单一的问题，不足以应对纷繁的实际情况，同时出于对操作者的保护，难以运用诸如C臂机等透视设备，模拟真实状况下所需的精准定位。因此，目前对年轻操作者的培训指导仍依赖有经验的操作者借助尸体模型言传身教，其培训覆盖范围小，可重复性差。