[发明专利]CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法

说明书

本发明公开了CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法。首先在肝癌患者CT图像上分割提取皮肤、肝肿瘤、肝脏和腹腔关键解剖结构并进行三维体绘制重构，量化腹腔关键解剖结构和肝肿瘤靶点的灰度图，计算备选穿刺路径与肝包膜的夹角；在患者CT图像的三维包围盒表面构建满足穿刺路径规避腹腔关键解剖结构、穿刺路径深度和穿刺路径角度约束条件下的灰度约束图；按照临床强约束条件，在灰度约束图上由阈值筛选出可行进针区域；按照临床弱约束条件，在可行进针区域内，将灰度约束图的灰度值进行归一化，获取加权结果和其对应的灰度约束图空间坐标；联合加权结果和肝肿瘤靶点的空间坐标获得穿刺路径。本发明具有全自动、算法复杂度低、规划精度高的特点。

技术领域

本发明属于图像处理领域，特别涉及一种基于计算机辅助的CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法。

背景技术

肝癌是我国常见的恶性肿瘤之一，发病率居第五位，病死率高居第三位。肝肿瘤热消融治疗(包括射频消融和微波消融等)已成为继手术切除、肝移植后的第三大根治性手段。它是在医学影像引导下，将消融针(射频电极/微波天线)插入肿瘤内作为热源，将肿瘤组织加热到较高温度，使肿瘤原位凝固性坏死。基于医学影像的消融针穿刺路径规划是肝肿瘤热消融治疗的契机，直接决定治疗的成败。目前临床上穿刺路径规划还依赖于医师的经验，尤其当穿刺路径与患者CT(Computed Tomography,计算机断层扫描成像)横截面的夹角较大时，紧靠人为臆断的路径规划耗时耗力，且规划精度难以满足临床需求。因此，基于计算机辅助规划系统进行穿刺路径规划能够弥补现有手工规划过程中存在的自动化、实时性和精度欠缺的不足。

本发明旨在提出一种基于计算机辅助的CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法，主要内容包括：(1)基于患者腹部CT图像对皮肤、肝脏、肝肿瘤和腹腔关键解剖结构进行三维自动分割和可视化重构；(2)基于多项临床强约束条件，在患者腹部CT图像的包围盒上筛选可行穿刺(进针)区域；(3)基于多项临床弱约束条件，在可行进针区域内规划最佳穿刺路径。方法涉及的临床强约束条件包括：(1)穿刺路径应规避腹腔关键解剖结构。(2)穿刺路径应严格小于消融针的长度。(3)穿刺路径应至少介入肝脏实质一定深度(方法中该深度优选为5mm)。(4)穿刺路径与肝包膜夹角应至少大于一定角度(方法中该角度优选为20°)。方法涉及的临床弱约束条件包括(1)穿刺路径距腹腔关键解剖结构尽可能远。(2)在保证至少介入肝脏实质5mm的前提下，穿刺路径深度尽可能浅。(3)穿刺路径与肝包膜的夹角尽可能垂直。方法能够基于计算机辅助规划系统自动并实时性的规划热消融治疗所需的穿刺路径，且规划的精度满足临床需求。

发明内容

本发明旨在克服现有临床技术的缺点和不足，提出一种基于计算机辅助的CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法，包括以下关键步骤：

1.CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法，包括以下步骤：

1.1.基于患者扫描的CT序列图像，利用图像分割算法提取患者皮肤、肝肿瘤、肝脏和腹腔关键解剖结构，腹腔关键解剖结构包括大血管、骨骼、肺、胃、肾、脾、胆囊，并对上述关键解剖结构进行三维重构，得到重构场景图像I_Sence；

1.2.依据临床强约束条件，量化穿刺路径规划过程中所需的参数；参数包括肿瘤靶点的空间坐标，备选穿刺路径距腹腔关键解剖结构的距离信息和备选穿刺路径的穿刺深度信息；方法涉及的临床强约束条件包括：(1)穿刺路径应规避腹腔关键解剖结构；(2)穿刺路径应严格小于消融针的长度；(3)穿刺路径应至少介入肝脏5mm；(4)穿刺路径与肝包膜夹角应至少大于20°；

1.3.构建包含穿刺路径距腹腔关键解剖结构距离信息的灰度约束图I_Risk-const；

1.4.构建包含穿刺路径穿刺深度信息的灰度约束图I_Length-const；

1.5.构建包含备选穿刺路径与肝包膜夹角信息的灰度约束图I_Angle-const；