[发明专利]腹部外科介入手术的图像导航配准系统及相关装置

说明书

本申请公开了一种腹部外科介入手术的图像导航配准系统及相关装置，其中，腹部外科介入手术的图像导航配准方法首先获得物理空间与术前图像空间的配准结果；然后获取患者处于不同呼吸态时的腹部表面图像对应的腹部特征点集，利用深度相机分别对腹部表面图像和术前腹部表面图像进行相应处理，获得多个术中特征点集和术前腹部特征点集；最后根据物理空间与术前图像空间的配准结果，将术中特征点集的参考系变换为术中图像空间，并在术中图像空间中，对术中特征点集和多个腹部特征点集进行可变形配准，从而实现在术中对处于不同呼吸态的患者的术中图像空间与物理空间的实时配准的目的，提高了腹部外科介入手术过程中图像配准的精度。

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，更具体地说，涉及一种腹部外科介入手术的图像导航配准系统及相关装置。

背景技术

图像导航系统(Image Guided System)是指通过医学影像设备扫描得到医学影像，从而给医生对患者的手术过程提供图像引导的系统。通过该系统，医生可以在治疗过程中得到患者身体内部结构和生理信息，从而可以准确地判断当前的治疗状态(例如治疗器械在患者体内的位置、病灶消融区域动态大小以及是否有由于穿刺失效而导致的体内大出血等情况)。相较于传统无图像引导的手术方法，图像导航系统有利于提高手术成功率，降低术后回访率。

图像导航系统的关键在于图像配准，图像配准是指将来自于不同传感器、不同时间或者不同空间的图像融合到一个坐标系下，使同一个解剖部位在不同状态下的位置对应起来。在传统的针对硬组织的手术导航中，比如神经外科手术导航，由于术前和术中硬组织的位置一般固定不变，所以只需进行一次配准，将术前图像空间和手术物理空间匹配起来，就能实现术中的实时引导和跟踪。但是针对肝部、肺部等腹部的软组织手术导航，由于病人呼吸运动的影响，导致在手术时，会造成软组织及病灶部位的位置偏移，不仅需要配准术前图像空间和手术物理空间，还要对术前图像空间和术中图像空间进行配准。

目前的腹部外科手术中图像导航的配准采用的解决办法多为让病人平稳呼吸或者手动选取标记点结合参考帧纠正软组织及病灶部位由于呼吸运动带来的位置偏移，这种方法对病人要求较高，而且需要医生有丰富的经验，同时精度无法得到保证。有些技术采用外部标记点的方法，通过在身体表面附加一系列外部标记点，来进行术前和术中图像配准进而消除呼吸运动带来的偏移，这种方法需要标记点始终附着于人体表面，可能会影响医生手术中进针点的选取，并且与人体表面的相对位置不得发生变化，否则要重新进行配准，而且受标记点个数的影响，配准的精度也很难得到保证。

因此，如何在不采用始终附着于病人体表的外部标记点的情况下，提高腹部外科介入手术过程中图像配准的精度成为本领域技术人员的研究重点。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种腹部外科介入手术的图像导航配准系统及相关装置，以实现在不采用始终附着于病人体表的外部标记点的情况下，提高腹部外科介入手术过程中图像配准的精度的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种图像导航配准系统，基于包括参照体、相机跟踪手柄和配准物的图像导航系统实现，所述参照体、相机跟踪手柄和所述配准物均包括多个能被导航相机检测到的光学球；所述配准物还包括多个按预设顺序排列的球形结构，所述球形结构由能被所述导航相机检测到的材料制成；所述相机跟踪手柄还包括相机跟踪手柄支架和设置于所述相机跟踪手柄支架上的深度相机；所述腹部外科介入手术的图像导航配准系统包括：

数据获取模块，用于在患者处于第一呼吸态时，利用导航相机获取包含患者体内待测目标和所述配准物的位置信息的图像数据；

术前配准模块，用于将所述参照体固定于预设位置处，以使所述导航相机能够同时检测到所述配准物、参照体和所述待测目标，并利用所述参照体、配准物、导航相机以及所述图像数据，将物理空间与术前图像空间进行配准，并记录所述物理空间与术前图像空间的配准结果；