[发明专利]虚拟内窥镜辅助的腔体病灶检查系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字医学图像处理、计算机辅助检查和诊断、空间三维信息获取和手术导航技术领域，更具体地说，涉及虚拟内窥镜辅助的腔体病灶检查系统。

背景技术

近年来随着医疗水平的不断提高，人们对诊疗过程的安全性及对病人造成的创伤方面提出了更高的要求，无创和微创诊疗技术也因此得到了越来越多的研究和应用，并成为未来发展的一个大趋势。内窥镜技术使医生可以以一种微创的方式检查原先无法检查的器官和区域。在医学影像技术飞速发展的今天，内窥镜依然因其直观、获取信息丰富、可活检和微创介入手术等优势保持其不可替代的地位。一方面，随着内窥镜技术的进一步发展，更多的检查手段被引入到人体内部，诸如超声内窥镜、共聚焦显微内窥镜、OCT内窥镜等，人们可以得到其他方法无法获取的体腔内部多分辨率、多模态的结构和功能信息，内窥镜技术成为了多种现有诊断方法安全地进入人体内的载体；另一方面，伴随着内窥镜技术的发展，很多新的治疗技术也应运而生。例如结肠镜辅助的腹腔镜手术，可以有效提高结肠手术目标区域定位的准确性，降低手术风险。这些基于内窥镜的新型诊疗技术，大大提升了内窥镜在临床上的发展空间。

然而，目前内窥镜检查和操作依然存在着若干问题，限制了其在临床上的应用和发展。首先是安全性问题，由于内窥镜操作属于微创操作，视野有限，因此医生在操作过程中无法准确定位内窥镜探头、经内窥导入的手术器械与周边组织的相对位置关系；对于一些结构较复杂的器官还会出现无法到达指定部位的情况，甚至造成器官穿孔、出血等损伤，因此检查的安全性和效果严重依赖于医生的经验。其次，现有的光学内窥镜只能看到腔体壁内表面信息，而对于表面以下的组织变化则无法了解，这也给病灶的发现和疾病的诊断带来了一定的不确定性。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有内窥镜系统在操作中无法确定探头的位置，使用不安全的技术缺陷，提供一种虚拟内窥镜辅助的腔体病灶检查系统。

本发明进一步的目的是解决现有内窥镜检查不到腔体壁表面以下（即腔体壁内部）组织变化的技术缺陷。

为达到上述的一个目的，本发明提供的虚拟内窥镜辅助的腔体病灶检查系统包括：

具有第一成像探头（即内窥镜探头）的光学内窥镜系统；

第二成像探头，与第一成像探头的相对位置固定且视野重合；和

图像工作站，与第二成像探头及光学内窥镜系统连接，该图像工作站包括：

第一模块，用于重建三维虚拟器官，构造目标器官的虚拟内窥镜环境；

第二模块，用于与第二成像探头结合，获取光学内窥镜视野内真实腔体壁的三维内表面；

第三模块，用于根据第二模块获取的三维内表面，反向计算第一成像探头的位置和姿态，进而通过对第二模块获取的三维内表面和三维虚拟器官的腔体壁内表面配准，在虚拟内窥镜环境中显示第一成像探头在目标器官中的位置和姿态；和

第四模块，用于将用于诊断的信息配准、融合到三维虚拟器官的腔体壁内表面。

为了达到上述的进一步的目的，一种方案是：在上述的腔体病灶检查系统中，所述图像工作站进一步还包括用于基于虚拟内窥镜环境进行病灶初步检查的第五模块，第五模块中用于检查的特征包括目标器官腔体壁内表面的形态信息、以及从原始的断层图像和重建后的三维图形中提取并处理后获得的定量化影像信息。

优选地，所述第五模块包括：

病灶组织和正常组织的特征统计模型；

用于使用特征组合、以及所述特征统计模型或分类器，按设定的基本单元，计算待检查区域中各单元属于病灶组织或正常组织的概率的子模块；

用于将腔体壁内部的点和腔体壁内表面的点建立一一对应关系，并将腔体壁内部点对应的特征值映射到内表面的对应点上，以及将计算得到的概率值沿映射路径积分后进行归一化，在腔体壁内表面由伪彩表达并显示的子模块。

在上述的腔体病灶检查系统中，优选地，所述第二模块包括：

用于基于结构光法获取深度信息的子模块；和

用于基于红外光的立体视觉法获取深度信息的子模块。

在上述的腔体病灶检查系统中，优选地，所述第三模块包括：

用于基于几何特征的分割方法，从三维虚拟器官的腔体壁内表面分割得到至少一个特征结构的三维表面的子模块；

用于以所述特征结构为基本单元，对第二模块获取的三维内表面提取特征点的子模块；

用于使用由三维表面得到的几何特征量作为基础特征，将第二模块获取的真实腔体壁三维内表面与三维虚拟器官内表面进行粗配准的子模块；和