[发明专利]腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正方法及装置

说明书

腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正方法及装置，通过术中二维超声影像能够进行三维空间下的呼吸矫正，将术前规划随呼吸运动进行动态矫正，使术前规划的静态介入路径矫正为当前呼吸节点下的规划路径，术中无需医生额外操作，具有非常高的实用性。方法包括：(1)初始化影像参数，进行位姿配准及目标选取；(2)术前运动分析，获取目标的空间位置；(3)提取呼吸信号规律：实时跟踪目标在三维空间中的位置，同步跟踪体表传感器的空间位置，拟合出两个信号之间的映射关系；(4)呼吸运动矫正：术中利用当前时刻体表传感器的空间位置预测目标在呼吸影响下的空间位置，在每一时刻都对术前规划的静态介入路径进行矫正。

技术领域

本发明涉及手术导航的技术领域，尤其涉及一种腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正方法，以及腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正装置。

背景技术

随着微创介入和精准医学的迅速发展，基于图像的手术导航系统逐渐成为介入科手术主流，其主要是利用各种医学图像信息(US、CT、MRI和PET多模态数据)为手术器械进行导航，最大可能地为医生提供手术部位附近的信息，在二维的医学图像与实际部位之间架一座桥梁，实现减少手术创伤，缩短手术时间，提高手术质量。

超声图像通过超声探头向人体内发射超声波，线性或扇形扫描，遇到不同声阻抗的组织，产生不同幅度的反射声波，由探头接收后经过信号处理显示在屏幕上，由于其低成本、实时、无创以及无辐射等优点常作为观察腹腔内脏器的首选方法。应用于腹腔部位的手术导航系统也常采用超声图像辅助引导。

由于腹腔内受呼吸运动影响较大，会引起术中患者空间位置与术前规划时空间位置发生偏移，影响手术导航精度。呼吸时由于肺部收缩使得膈肌带动肝脏及周围区域发生类周期运动，术中医生进行介入操作时，难以在运动的目标上执行静态的术前规划方案。目前基于超声引导的手术导航系统尚未对呼吸运动提出系统性的解决方案，但已有学者对此进行一些尝试，Huang在2019年将基于二维超声的目标跟踪方法应用于腹部放射治疗中的运动监测系统，通过主成分分析及慢特征提取图像特征，K近邻算法寻找索引帧，用以估计目标位置，但缺少三维信息使得呼吸运动仅能在平面内矫正，由于实际术中二维超声平面内目标并不固定为同一切面，所以仅基于二维影像信息难以应用在临床上矫正术中的呼吸运动。因此，需要在术中进行实时的三维矫正，满足医生对于超声手术导航中的需求。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正方法，其通过术中二维超声影像能够进行三维空间下的呼吸矫正，将术前规划随呼吸运动进行动态矫正，使术前规划的静态介入路径矫正为当前呼吸节点下的规划路径，术中无需医生额外操作，具有非常高的实用性。

本发明的技术方案是：这种腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正方法，其包括以下步骤：

(1)初始化影像参数，进行位姿配准及目标选取；

(2)术前运动分析，获取目标的空间位置；

(3)提取呼吸信号规律：实时跟踪目标在三维空间中的位置，同步跟踪体表传感器的空间位置，拟合出两个信号之间的映射关系；

(4)呼吸运动矫正：术中利用当前时刻体表传感器的空间位置预测目标在呼吸影响下的空间位置，在每一时刻都对术前规划的静态介入路径进行矫正。

本发明通过在术中实时跟踪二维超声平面内的目标位置，将局部图像通过与术前三维影像进行匹配，以获取超声平面在三维空间内的角度及位置，将矫正后的三维的位移矢量作用到术前规划的治疗方案上，将术前规划随呼吸运动进行动态矫正，使术前规划的静态介入路径矫正为当前呼吸节点下的规划路径，术中无需医生额外操作，具有非常高的实用性。

还提供了腹腔内柔性组织呼吸实时图像矫正装置，其包括：

初始化模块，其配置来初始化影像参数，进行位姿配准及目标选取；

分析模块，其配置来术前运动分析，获取目标的空间位置；