CN104323860B - 导航路径规划装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种导航路径规划装置和方法，适于在肺部区域的CT图像和支气管树三维影像的基础上对医疗器械进行导航。导航路径规划装置包括影像导入模块、三维影像重建模块以及路径规划模块。通过影像导入模块接收CT图像的原始图像数据，并且产生相应的三维CT图像信息。三维影像重建模块接收三维CT图像信息，然后根据三维CT图像信息重建出肺部区域的三维结构数据和支气管树三维影像的结构数据。路径规划模块即根据三维CT图像信息和支气管树三维影像的结构数据绘制出从病变位置朝向主气管方向的导航路径，从而保证了导航路径的唯一性，并且提高导航路径的识别性。

Description

导航路径规划装置和方法

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种导航路径规划装置和方法。

背景技术

目前基于电磁导航技术的经肺部自然气道的介入式医疗技术，首先导入病人的肺部计算机断层摄影(computed tomography,CT)影像数据，接着划定病变区域，并重建出主气管和支气管的三维模型。之后，根据主气管和支气管的三维模型，从主气管朝向支气管的方向计算经各级支气管到达病变位置的路径。在术中阶段，首先将带有电磁传感器的指引导管插入支气管镜中，使用支气管镜到达导航软件要求的几个关键部位并标记；根据这些标记位置计算出重建的主气管和支气管树三维模型与肺部在实际电磁导航空间中的位置的对应关系，即规划路径与实际位置的配准；最后，再根据之前从主气管朝支气管方向建立的导航路径引导电磁传感器经各级支气管接近和到达病变位置。

然而，现有技术中存在以下缺陷：首先，由CT影像数据重建的主气管和支气管的三维模型不够精确，其中若为了保证准确，则无法重建出下级支气管树结构，反之，若提高下级支气管树结构的级数，则无法保证重建出的三维模型的准确性。其次，通过上述从主气管朝向支气管方式所获得的路径规划结果，如果病变位置在较深位置，则缺乏下级支气管信息，无法准确建立经自然气道的导航路径，只能通过定位信息不断尝试接近病变位置。再者，配准算法可能有误差，越进入肺部深处误差越明显，可能导致导航路径偏移至自然气道外的肺部组织里，并且在导航软件中显示到达病变位置后仍无法保证电磁传感器在肺部内确实到达病变位置，必需藉助其他手段来进行确认，例如通过X光影像或CT等显像技术来达成，徒增操作上的不便和增加X射线对医生和患者身体的辐射损害。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于提供一种导航路径规划装置和方法，从而解决了术前导航路径规划时无法识别下级支气管并建立导航路径的问题等。

为了解决上述问题，本申请揭示了一种导航路径规划装置，适于在肺部区域的CT图像和支气管树三维影像的基础上对医疗器械进行导航路径的规划。导航路径规划装置包括影像导入模块、三维影像重建模块以及路径规划模块。影像导入模块用以接收CT图像的原始图像数据，并且根据原始图像数据产生三维CT图像信息。三维影像重建模块耦接于影像导入模块。三维影像重建模块包括三维重建单元以及支气管识别分割单元，其中三维重建单元用以接收三维CT图像信息，并且根据三维CT图像信息重建出肺部区域的三维结构数据；支气管识别分割单元用以接收肺部区域的三维CT图像信息和所述肺部区域的三维结构数据以及根据所述肺部区域的三维CT图像信息识别肺部区域的三维结构数据中的支气管树结构，并且进行分割处理，而获得支气管树三维影像的结构数据，且支气管树三维影像的结构数据包括图像坐标信息。路径规划模块分别耦接于影像导入模块和三维影像重建模块。路径规划模块用以接收三维CT图像信息以及支气管树三维影像，并且根据三维CT图像信息和支气管树三维影像的结构数据分别在CT图像和/或支气管树三维影像上绘制导航路径。

进一步地，在上述的导航路径规划装置中，支气管树结构包括主气管和多级支气管，导航路径沿着主气管和多级支气管绘制，并且在CT图像上标记有标定位置、目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记，其中标定位置位于多级支气管中的其中一个支气管上；目标位置与标定位置相互重叠；第一上级隆突标记位于此支气管的上级分叉处；第一下级隆突标记位于以第一上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；第二上级隆突标记位于以第一上级隆突标记为下级分叉点的上一级支气管的上级分叉处；第二下级隆突标记位于以第二上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；主隆突标记位于主气管和多级支气管的分叉处。并且，目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记相互连接，而构成导航路径。

进一步地，在上述的导航路径规划装置中，支气管树结构包括主气管和多级支气管，导航路径沿着主气管和多级支气管绘制，并且在CT图像上标记有标定位置、目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记，其中标定位置位于多级支气管中相邻的两个支气管之间；目标位置位于相邻的两个支气管中距离标定位置最近的支气管的下级分叉处；第一上级隆突标记位于以目标位置为下级分叉点的支气管的上级分叉处；第一下级隆突标记位于以第一上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；第二上级隆突标记位于以第一上级隆突标记为下级分叉点的上一级支气管的上级分叉处；第二下级隆突标记位于以第二上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；主隆突标记位于主气管和多级支气管的分叉处。并且，目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记相互连接，而构成导航路径。

本申请并揭示了一种导航路径规划方法，适于在肺部区域的CT图像和支气管树三维影像的基础上对医疗器械导航路径规划装置。导航路径规划方法包括：获得CT图像；在CT图像上将病变位置标记为标定位置；在CT图像上寻找多级支气管中最靠近标定位置的支气管，并且将支气管上对应标定位置的位置处标记为目标位置；将支气管位于目标位置的上级分叉处标记为第一上级隆突标记；在以第一上级隆突标记作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第一下级隆突标记；在CT图像上寻找多级支气管中以第一上级隆突标记作为下级分叉点的上一级支气管，将其上级分叉处标记为第二上级隆突标记；在以第二上级隆突标记作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第二下级隆突标记；重复标记上级隆突标记与下级隆突标记的步骤，直至上级隆突标记位于主气管与多级支气管分叉处的隆突位置，并且以位于此隆突位置的上级隆突标记作为主隆突标记；以及在目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记之间依相对位置绘制连接线，而构成导航路径。

进一步地，在上述的导航路径规划方法中，在CT图像上寻找多级支气管中最靠近标定位置的支气管，并且将支气管上对应标定位置的位置处标记为目标位置的操作中：若标定位置位于支气管上，目标位置与标定位置相互重叠；以及若标定位置位于多级支气管中相邻的两个支气管之间，目标位置位于相邻的两个支气管中距离目标位置最近的支气管的下级分叉处。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

本申请的导航路径规划装置和方法，通过导航路径从病变位置开始，朝向主气管的方向依序进行标记的方式，保证了导航路径的唯一性，并且提高导航路径的识别性，从而解决了术前导航路径规划时无法识别下级支气管并建立导航路径的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例的导航路径规划装置的方块示意图；

图2是本申请实施例的导航路径规划方法流程图；

图3和图4分别是对应本申请实施例的导航路径规划方法中的支气管树三维影像示意图；

图5和图6分别是对应本申请实施例的导航路径规划方法中的CT图像示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”或“电性连接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其它装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例描述

本申请的导航路径规划装置和方法适于在肺部区域的CT图像和支气管树三维影像的基础上，对医疗器械进行导航路径的规划。

如图1所示，本申请实施例所揭露的导航路径规划装置10包括影像导入模块110、三维影像重建模块120以及路径规划模块130。影像导入模块110耦接于三维影像重建模块120，用以接收多个CT图像，并且根据多个CT图像产生多个CT图像信息。三维影像重建模块120包括三维重建单元121以及支气管识别分割单元122，其中三维重建单元121用以从影像导入模块110接收多个CT图像信息，并且根据多个CT图像信息重建出支气管树三维影像。支气管识别分割单元122用以从影像导入模块110接收多个CT图像信息以及识别多个CT图像信息中的支气管树结构，并且进行分割处理，从而获得支气管树结构的三维结构数据，且三维结构数据包括支气管树三维影像的图像坐标信息。

路径规划模块130分别耦接于影像导入模块110和三维影像重建模块120。路径规划模块130用以接收CT图像信息以及支气管树三维影像，并且根据CT图像信息以及支气管树三维影像在CT图像上绘制导航路径，其中导航路径沿着支气管树结构的主气管和多个支气管绘制，并且在导航路径上标示有目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记，导航路径就是由这些位置和标记连接而成。

以下通过一些方法实施例对本申请实施例所揭露的导航路径规划装置10对医疗器械进行导航路径规划的方式做进一步说明。

如图2所示，本申请实施例所揭露的导航路径规划方法包括：

步骤S101，获得CT图像；

步骤S102，在CT图像上将病变位置标记为标定位置；

步骤S103，在CT图像上寻找多级支气管中最靠近标定位置的支气管，并且将支气管上对应标定位置的位置处标记为目标位置；

步骤S104，将支气管位于目标位置的上级分叉处标记为第一上级隆突标记；

步骤S105，在以第一上级隆突标记作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第一下级隆突标记；

步骤S106，在CT图像上寻找多级支气管中以第一上级隆突标记作为下级分叉点的上一级支气管，将其上级分叉处标记为第二上级隆突标记；

步骤S107，在以第二上级隆突标记作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第二下级隆突标记；

步骤S108，重复标记上级隆突标记与下级隆突标记的步骤，直至上级隆突标记位于主气管与多级支气管分叉处的隆突位置，并且以位于此隆突位置的上级隆突标记作为主隆突标记；以及

步骤S109，在目标位置、第一上级隆突标记、第一下级隆突标记、第二上级隆突标记、第二下级隆突标记和主隆突标记之间依相对位置绘制连接线，而构成导航路径。

请参照图1至图6，在本申请所揭露的第二方法实施例中，首先，通过影像导入模块110接收CT图像(S101)，并且从CT图像中获得CT图像的原始图像数据，然后根据CT图像的原始图像数据产生相应的三维CT图像信息。在此步骤中，还可以通过三维影像重建模块120的三维重建单元121接收影像导入模块110传入的三维CT图像信息，并且根据三维CT图像信息重建出肺部区域的三维结构数据。同时，在此步骤中，支气管识别分割单元122接收三维CT图像信息和肺部区域的三维结构数据，并且根据所述肺部区域的三维CT图像信息识别肺部区域的三维结构数据中的支气管树结构，然后进行分割处理，从而得到支气管树三维影像的结构数据，例如支气管树三维影像的图像坐标信息。

接着，在CT图像上将病变位置标记为标定位置在CT图像上将病变位置标记为标定位置T0(S102)。然后，在CT图像上寻找多级支气管中最靠近标定位置的支气管，并且将此支气管上对应标定位置的位置处标记为目标位置B0(S103)。其中，若标定位置T0位于此支气管上，目标位置B0与标定位置T0相互重叠(如图3和图5所示)；以及若标定位置T0位于多级支气管中相邻的两个支气管之间，则目标位置B0被标示在位于相邻的两个支气管中最靠近标定位置的支气管的下级分叉处(如图4和图6所示)。

之后，将支气管位于目标位置B0的上级分叉处标记为第一上级隆突标记C1(S104)。接着，在以第一上级隆突标记C1作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第一下级隆突标记B1(S105)。之后，在CT图像上寻找多级支气管中以第一上级隆突标记C1作为下级分叉点的上一级支气管，将其上级分叉处标记为第二上级隆突标记C2(S106)；以及在以第二上级隆突标记C2作为上级分叉点的另一支气管上，将其下级分叉处标记为第二下级隆突标记B2(S107)。

然后，以此类推，重复在CT图像上的主气管和多级支气管上对应标记上级隆突标记与下级隆突标记的步骤，直至上级隆突标记位于主气管与多级支气管分叉处的隆突位置，并且以位于此隆突位置的上级隆突标记作为主隆突标记Cn(S108)。最后，在目标位置B0、第一上级隆突标记C1、第一下级隆突标记B1、第二上级隆突标记C2、第二下级隆突标记B2和主隆突标Cn记之间依相对位置绘制连接线，而构成导航路径(S109)。

因此，当导航路径绘制完成后，在CT图像上标记有目标位置B0、第一上级隆突标记C1、第一下级隆突标记B1、第二上级隆突标记C2、第二下级隆突标记B2、…、和主隆突标记Cn。

其中，标定位置T0位于多个支气管中的其中一个支气管上；目标位置B0依据标定位置T0的不同，而与标定位置T0相互重叠或者是位于相邻的两个支气管中最靠近标定位置T0的支气管的下级分叉处；第一上级隆突标记C1位于以目标位置B0为下级分叉点的支气管的上级分叉处；第一下级隆突标记B1位于以第一上级隆突标记C1为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；第二上级隆突标记C2位于以第一上级隆突标记C1为下级分叉点的上一级支气管的上级分叉处；第二下级隆突标记B2位于以第二上级隆突标记C2为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；主隆突标记Cn位于主气管与多个支气管的分叉处。

通过这种由病变位置开始向主气管的标记顺序，保证了导航路径的唯一性。此过程不仅标记路径，还获得了导航路径上的关键点，这些关键点包含了对各个支气管的分叉点的其他分叉支气管的位置进行标记，从而包含所有分叉处的导航信息，用于路径和前进方向的判断，并且这些数据完全对应于从CT图像信息重建得到的支气管树三维影像，可以在导航阶段中更好的指引医疗器械的前进方向，而顺利的引导医疗器械到达发生病变的目标位置。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种导航路径规划装置，适于在肺部区域的CT图像和支气管树三维影像的基础上对医疗器械进行导航路径的规划，其特征在于，所述导航路径规划装置包括：

影像导入模块，用以接收所述CT图像的原始图像数据，并且根据所述原始图像数据产生三维CT图像信息；

三维影像重建模块，耦接于所述影像导入模块，所述三维影像重建模块包括：

三维重建单元，用以接收所述三维CT图像信息，并且根据所述三维CT图像信息重建出所述肺部区域的三维结构数据；以及

支气管识别分割单元，用以接收所述肺部区域的三维CT图像信息和所述肺部区域的三维结构数据以及根据所述肺部区域的三维CT图像信息识别所述肺部区域的三维结构数据中的支气管树结构，并且进行分割处理，而获得所述支气管树三维影像的结构数据，且所述支气管树三维影像的结构数据包括所述图像坐标信息；以及

路径规划模块，分别耦接于所述影像导入模块和所述三维影像重建模块，所述路径规划模块用以接收所述三维CT图像信息以及所述支气管树三维影像的结构数据，并且根据所述三维CT图像信息和所述支气管树三维影像的结构数据分别在所述CT图像和/或所述支气管树三维影像上绘制所述导航路径；

其中，所述支气管树结构包括主气管和多级支气管，所述导航路径沿着所述主气管和所述多级支气管绘制，并且在所述CT图像上标记有：

标定位置，位于所述多级支气管中相邻的两个支气管之间；

目标位置，位于所述相邻的两个支气管中距离所述标定位置最近的支气管的下级分叉处；

第一上级隆突标记，位于以所述目标位置为下级分叉点的所述支气管的上级分叉处；

第一下级隆突标记，位于以所述第一上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；

第二上级隆突标记，位于以所述第一上级隆突标记为下级分叉点的上一级支气管的上级分叉处；

第二下级隆突标记，位于以所述第二上级隆突标记为上级分叉点的另一支气管的下级分叉处；以及

主隆突标记，位于所述主气管和所述多级支气管的分叉处；

其中，所述目标位置、所述第一上级隆突标记、所述第一下级隆突标记、所述第二上级隆突标记、所述第二下级隆突标记和所述主隆突标记相互连接，而构成所述导航路径；还获得了所述导航路径上的关键点，这些关键点包含了对各个支气管的分叉点的其他分叉支气管的位置进行标记，从而包含所有分叉处的导航信息，用于路径和前进方向的判断。