CN107049475A - 肝癌局部消融方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种肝癌局部消融方法，包括步骤：对配准后的术前影像依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像上；对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；术前影像和术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；术中影像包括CT图像。本发明在术前规划、术中定位以及术后评估中加入图像配准步骤，实现术前对肿瘤热消融的科学规划、术中治疗时的信息直观与有效显示以及术后疗效的科学评估与治疗经验反馈以指导术前规划。
Description
技术领域
本发明涉及手术局部消融技术领域，更具体地说，本发明涉及一种肝癌局部消融方法及系统。
背景技术
我国是肝癌高发国家，每年发病及死亡人数都占全球一半以上，严重威胁着我国人民的健康和生命。手术切除是肝癌的首选治疗措施。但对于巨块型肝癌、肿瘤数目多、存在门静脉及肝静脉等血管侵犯、肝外转移以及肝储备力差的患者，无法进行手术切除治疗。随着医学影像学及介入治疗学的进步，局部肿瘤微创治疗得到快速发展，其中包括经皮无水乙醇和乙酸注入、微波消融治疗、射频消融治疗及氩氦刀消融治疗等方法，这些简单、安全和有效的治疗方式大大提高了肝癌患者的生存率，尤其是针对具有肝硬化基础的患者，其高重复性对于控制肝内复发有很高的治疗价值。
相比于其他治疗技术，微波消融具有以下技术优势：(1)微波消融具有非常宽广的而不依赖组织导电性的主动加热区域，微波能量在活组织中的传输不受组织干燥及炭化的限制。因此，肿瘤内温度可以达到足够的高度从而保证创造一个足够大的消融区域，用较短的治疗时间更彻底的灭活肿瘤；(2)微波消融较少受灌注介质的“热降”效应的影响，这样它可以更好地灭活靠近血管的肿瘤；(3)在射频消融中存在的电子干涉现象不会在多个微波能量协同作用时出现，微波可以在短时间内通过协同作用扩大肿瘤的消融范围。
肿瘤消融是否精准对于监测肿瘤复发意义重大。但是，有时超声、CT、及MRI等检查结果并不一致，要求临床医生熟识肿瘤消融后各种影像学表现的情况，这样才能准确地评价治疗效果，探测有无新发及复发灶。并且，影像引导下经皮热消融治疗肝癌的实施不仅需要在术前根据影像学检查进行手术规划，选择合适的穿刺入路，而且在术中需要依靠影像学的引导将消融针按照术前的规划植入肿瘤内部，术后也需要根据影像学来评价疗效。因此，术前科学规划、术中精确定位、术后准确评估是整个肝脏局部消融治疗过程中必不可少的三个关键步骤。解决局部热消融治疗的术前科学规划、术中精确定位、术后准确评估的问题，使得经皮局部热消融治疗更加科学、客观、精确，个体化，是目前面临的主要问题之一。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种肝癌局部消融方法及系统，在术前规划、术中定位以及术后评估过程中加入多模态影像配准，实现术前对肿瘤热消融的科学规划、术中治疗时的信息直观与有效显示以及术后疗效的科学评估与治疗经验反馈以指导术前规划。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种肝癌局部消融方法，其包括步骤：
术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；
术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；
其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。
优选的是，所述模块分割包括步骤：
对术前影像做基于体素灰度值的阈值分割，分割出骨骼；
将先验影像与待分割的术前影像进行配准，分割出肝脏；
以交互方式获取肿瘤的初始轮廓，在初始轮廓选取初始控制点，初始化基于区域灰度一致性以及闭合3次B样条构造的水平集模型，构建基于最小均方误差的最小化外力变形模型，分割出样条函数逼近真实边界的肝脏肿瘤；
选择一个或若干个增长的种子点，分割出具有连通性的血管；基于区域增长的血管模板，删除多余的假阳性目标，对血管表面进行平滑处理；获取血管中心线，点集配准不同序列的影像，分割出血管。
优选的是，所述穿刺路径规划包括步骤：
分别生成所述肝脏、所述肿瘤病灶、所述血管以及所述肝脏周围组织的表面模型，并对各表面模型进行可视化面渲染；
计算各个所述表面模型的体积、表面积、最大直径；
计算所述肿瘤病灶分别与肝脏、血管以及肝脏周围组织的最短距离。
优选的是，所述穿刺热场规划包括步骤：
选择单个消融针的消融范围或消融温度，并将所述消融范围或所述消融温度以面渲染方式叠加显示在渲染窗口；
将所述肿瘤病灶划分成不同颜色编码显示的完全消融区域、安全边界和未消融区域。
优选的是，所述术中定位的多模态影像配准，包括步骤：
标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术中影像分别标记若干个解剖学标记点；
标记点配准；以术中影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；
体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术中影像进行多分辨率配准；
融合显示及联动：对体素配准后的浮动图像进行插值处理，以伪彩色显示的方式，输出大小相同的浮动图像和参考图像，且浮动图像中的肿瘤病灶融合显示在参考图像上。
优选的是，所述术后评估的多模态影像配准，包括步骤：
标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术后影像分别标记若干个解剖学标记点；
标记点配准；以术后影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；
体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术后影像进行多分辨率配准；
消融区域与肿瘤病灶的分割与显示：在术后影像上分割出消融区域，生成消融区域的面模型，以面渲染方式输出并显示；在术前影像上分割出肿瘤病灶，生成肿瘤病灶的面模型，以面渲染方式输出并显示；
消融边界与肿瘤边界的距离计算：计算消融区域到肿瘤边界的距离，并将肿瘤病灶所在空间划分为完全消融区、安全边界和未消融区，以面渲染方式输出并显示。
优选的是，所述标记点选择，包括步骤：
在一个CT影像和/MR影像的横断位视图中选择至少六个解剖学标记点：第一个解剖学标记点位于肝脏膈顶部、第二个解剖学标记点位于肝脏最下部、其余至少四个解剖学标记点位于肝脏门静脉分叉点所在横断位断层图像中的肝脏边界；
术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点一一对应，采用迭代最近点算法进行标记点之间的刚性配准；
或，术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点数量不同且两个影像中存在位置对应的两个解剖学标记点，采用基于高斯混合模型或基于t分布混合模型进行标记点之间的刚性配准。
一种肝癌局部消融系统，其包括：
术前规划单元：其对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割模块、对穿刺路径进行规划的穿刺路径规划模块以及对穿刺热场路径进行规划的穿刺热场规划模块；
术中定位单元，其对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
术后评估单元，其对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；
其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。
优选的是，还包括：
可视化单元，其用于对影像进行二维断层图像显示、三维面渲染以及三维体渲染的处理；以及，
数据读写单元，其用于读取DICOM文件、将数据信息封装保存为预定义格式文件；
其中，所述二维断层图像显示包括文字信息的叠加显示；所述三维面渲染用于显示面模型、消融针以及文字信息；
所述预定义格式包括DICOM、TIFF、JEGG以及BMP中的至少一种；所述数据读写单元将自定义信息添加到保存的DICOM文件。
优选的是，还包括用于用户与系统进行交互的交互单元，所述交互包括图像浏览、窗宽窗位调节、图像测量、图像交互式分割、图像标记点添加、标记文字添加以及穿刺路径规划。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的肝癌局部消融方法，在术前规划、术中定位以及术后评估过程中加入多模态影像配准，将术前影像配准到术中影像中，以提供直观、有效的显示与导航，提高术中定位精确性；将术前影像配准到术后影像中，以对术后疗效进行科学评估并将治疗经验反馈以指导术前规划；同时，整个热消融治疗过程中涉及不同时间点的不同影像之间进行配准，实现多模态影像引导下肝肿瘤热消融治疗的科学、客观以及便捷。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的肝癌局部消融的方法流程图；
图2为本发明所述的模块分割的方法流程图；
图3为本发明所述的穿刺路径规划的方法流程图；
图4为本发明所述的穿刺热场规划的方法流程图；
图5为本发明所述的术中定位中图像配准的方法流程图；
图6为本发明所述的术后评估中多模态影像配准的方法流程图；
图7为本发明所述的标记点选择的方法流程图；
图8(a)-8(b)为本发明所述的肝癌局部消融系统的通信示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种肝癌局部消融方法，其包括步骤：
S10，术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划。
S20，术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
S30，术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上。
上述步骤S10中，术前规划主要用于规划消融针的穿刺路径。具体地，首先对术前影像进行配准，术前影像的配准，包括对术前的多时间序列的CT图像和/或MR图像进行多模态影像配准，为后续分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划提供比较清晰的肝脏肿瘤病灶参考影像；其次，肝脏周围组织包括骨骼、肺实质等，对配准后的术前影像进行肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割，如图2所示，包括步骤：S11，对术前影像做基于体素灰度值的阈值分割，分割出骨骼；S12，将先验影像与待分割的术前影像进行配准，分割出肝脏；S13，以交互方式获取肿瘤的初始轮廓，在初始轮廓选取初始控制点，初始化基于区域灰度一致性以及闭合3次B样条构造的水平集模型，构建基于最小均方误差的最小化外力变形模型，分割出样条函数逼近真实边界的肝脏肿瘤；S14，选择一个或若干个增长的种子点，分割出具有连通性的血管；基于区域增长的血管模板，删除多余的假阳性目标，对血管表面进行平滑处理；获取血管中心线，点集配准不同序列的影像，分割出血管。步骤S11中基于体素灰度值的阈值分割时，系统显示整个三维影像的灰度分割直方图，由用户根据灰度分布直方图选择高阈值Th和低阈值Tl，系统将大于Tl或小于Th的体素灰度置为背景，介于Tl和Th之间的体素置为骨骼。步骤S12中通过配准技术将先验图像与待分割图像进行配准，配准后的肝脏边界作为待分割图像的初始边界；对配准后的图像进行Gabor滤波，在Gabor图像和原始图像的肝脏边界上选择等大的图像块作为训练集，构造具有肝脏边界的特征描述；以待分割图像肝脏初始边界邻域范围内的体素点为中心，选择与训练集相同大小的图像块作为测试集；结合训练好的特征数据和测试集，计算对应于测试集的编码，并计算图像的重构误差；选择重构误差最小的图像块中心体素为肝脏的边界点；利用边界点构建肝脏表面，得到最终的分割结果，并对分割进行降维，得到较为平滑的分割模型。步骤S13中使用最小均方误差为最小化外力变形模型，使得样条函数逼近肝癌真实边界。肝脏肿瘤的初始轮廓完全包含肿瘤的分布范围。步骤S14中在肿瘤分割的基础上，使用基于模板的区域增长方式生成肝内血管，具体地，首先，由用户选择一个或若干个增长的种子点，然后分割出具有连通性的血管；然后，进一步根据血管模板删除多余的假阳性目标，并对血管表面进行平滑处理；最后，使用中心线提取方法获取血管中心线，并使用基于点集的配准算法配准不同序列的图像，分割出血管。至于区域增长方法，具体为基于连接门限的区域增长算法，或基于邻域连接的区域增长算法，或基于置信连接的区域增长算法，或孤立连接的区域增长算法。分割完成后由用户交互式选择一个或若干个位于骨骼上的标记点，然后根据标记点对标记为骨骼的体素进行连通性分析，将原先标记为骨骼但是与标记点不存在连通性的体素标记为背景。
上述步骤S10中，术前规划，包括单针穿刺路径规划、多针穿刺路径规划。其中，以单针为例，如图3所示，穿刺路径规划包括步骤：S15，依据模型分割，分别自动生成肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的表面模型，并对各表面模型进行可视化面渲染；S16，计算各个表面模型的体积、表面积、最大直径；S17，计算肿瘤病灶分别与肝脏、血管以及肝脏周围组织的最短距离。当用户选择进行穿刺路径规划时，通过交互模式，用户可对虚拟消融针进行移动、绕目标点旋转、绕轴线旋转等进行操作。用户可在已有虚拟消融针的基础上，进一步添加一个或多个虚拟消融针，且多个消融针同时显示在同一个三维渲染窗口。当有多个虚拟消融针时，交互模块在原有交互功能基础上，可进行多针组合的平移和绕目标点旋转。肝脏周围组织、血管、肝脏和肿瘤病灶既可以使用系统预设的渲染模板，也可以自定义面渲染的传递函数。肝脏周围组织、血管、肝脏和肿瘤病灶的表面模型可单独保存，可全部保存；保存的文件格式为stl、obj、igs以及mrml中的一种。
上述步骤S10中，穿刺热场规划，包括单针热场规划、多针热场重叠规划、热场和肿瘤病灶相互位置显示、消融安全边界显示和肿瘤病灶未被热场覆盖的高亮显示。以单针热场规划为例，如图4所示，穿刺热场规划包括步骤：S18，选择单个消融针的消融范围或消融温度，并将消融范围或消融温度以面渲染方式叠加显示在渲染窗口；S19，将肿瘤病灶划分成不同颜色编码显示的完全消融区域、安全边界和未消融区域。该实施方式中，用户选择单个消融针的消融范围时，每一个消融针具有球形或椭球形的虚拟消融范围，并使用面渲染方式叠加显示在渲染窗口；或者，用户选择消融温度时，根据用户输入的温度可以生成等温曲面，并使用面渲染方式叠加显示在渲染窗口。当消融针的消融范围显示在渲染窗口时，肿瘤的表面模型根据消融范围的位置，其完全消融区域、安全边界和未消融区域分别使用不同的颜色编码进行显示。相对于单一的肿瘤病灶消融区域，将肿瘤病灶划分成完全消融区域、安全边界和未消融区域，并且用不同颜色编码显示，更有利于提高消融的精确性。更进一步地，为了提高消融针穿刺热场规划的精确性，若消融范围为球形，则球形消融范围的球心在消融针轴线上，且消融针针尖距球形表面距离为0.3-1厘米；若消融范围为椭球形，则椭球形消融范围的长轴在消融针轴线上，且消融针针尖距球形表面距离为0.3-1厘米；等温曲面的温度可调范围为40℃-70℃；安全边界的范围选择为0.5-4厘米。
上述步骤S20中，术中定位涉及的术中影像包括CT图像，术中定位涉及的图像配准，通常是根据获取的术中CT图像和术前MR图像进行快速配准，配准之后的CT图像和MR图像进行联动，输出术中联动影像。若术前的MR图像有分割后的图像并且已经读入到软件系统中，则将分割后的图像同时进行配准，并使用伪彩色进行显示。配准之后，MR图像上勾画的病灶边界区域可同步映射到CT图像上。当术前规划模式结束后，系统可进入术中定位模式。至于术中定位涉及的图像配准，如图5所示，包括步骤：S21，标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术中影像分别标记若干个解剖学标记点；S22，标记点配准；以术中影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；S23，体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术中影像进行多分辨率配准；S24，融合显示及联动：对体素配准后的浮动图像进行插值处理，以伪彩色显示的方式，输出大小相同的浮动图像和参考图像，且浮动图像中的肿瘤病灶融合显示在参考图像上。步骤S22中的插值，采用薄板样条函数或径向基函数；若使用薄板样条函数，则影像边缘的变形能量为零。步骤S23的体素配准中，若术前影像和术中影像是相同模态的，则体素配准测度是灰度均方误差，或互相关系数；若术前影像和术中影像的模态不同，则体素配准测度是互信息，或归一化互信息，或互信息直方图测度，或Mattes互信息直方图测度。步骤S24中，浮动图像的肿瘤病灶区域使用伪彩色图层的方式叠加显示在参考图像上。浮动图像和参考图像在配准后进行联动显示，交互模块对参考图像和浮动图像进行同步浏览，即浮动图像和参考图像在配准之后始终显示同一个断层。交互模型在浮动图像上的交互式分割操作结果，也将同步到参考图像上，并由伪彩色图像叠加显示。
上述步骤S30中的术后评估，通过多模态影像配准对术前影像和术后影像进行配准、融合显示，评估肿瘤消融完整性。术后评估的多模态影像配准，如图6所示，包括步骤：S31，标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术后影像分别标记若干个解剖学标记点；S32，标记点配准：以术后影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；S33，体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术后影像进行多分辨率配准；S34，消融区域与肿瘤病灶的分割与显示：在术后影像上分割出消融区域，生成消融区域的面模型，以面渲染方式输出并显示；在术前影像上分割出肿瘤病灶，生成肿瘤病灶的面模型，以面渲染方式输出并显示；S35，消融边界与肿瘤边界的距离计算：计算消融区域到肿瘤边界的距离，并将肿瘤病灶所在空间划分为完全消融区、安全边界和未消融区，以面渲染方式输出并显示。通过上述步骤可知，根据术前/术后的CT影像或术前/术后的MR影像，进行基于体素信息的全自动非刚性配准或由医生选取解剖学特征点进行非刚性配准，配准后将术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像中，使用不同颜色编码方案显示完全消融区域、消融安全边界和未消融区域。对于已经完成局部消融手术的病人，读入其复诊的影像，可进行术后评估模式。系统读入当前术后复查的的影像数据，系统自动根据患者姓名加载该患者在术前相同模态的影像，或者由用户指定该患者的术前同模态影像。
步骤S21和步骤S31中的标记点选择，如图7所示，包括步骤：S231，在一个CT影像和/MR影像的横断位视图中选择至少六个解剖学标记点：第一个解剖学标记点位于肝脏膈顶部、第二个解剖学标记点位于肝脏最下部、其余至少四个解剖学标记点位于肝脏门静脉分叉点所在横断位断层图像中的肝脏边界；S232，术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点一一对应，采用迭代最近点算法进行标记点之间的刚性配准；或，术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点数量不同且两个影像中存在位置对应的两个解剖学标记点，采用基于高斯混合模型或基于t分布混合模型进行标记点之间的刚性配准。
上述步骤S22和步骤S32中，基于点集的配准算法，包括迭代最近点方法，或迭代最近点方法的改进方法，或基于高斯混合模型的点集配准方法，或基于高斯混合模型的点集配准方法的改进方法，或基于t分布混合模型的点集配准方法，或基于t分布混合模型的点集配准方法的改进方法。
本发明提供的肝癌局部消融方法，在术前规划、术中定位以及术后评估过程中加入多模态影像配准，将术前影像配准到术中影像中，以提供直观、有效的显示与导航，提高术中定位精确性；将术前影像配准到术后影像中，以对术后肿瘤病灶消融的完整性和术后疗效进行科学评估并将治疗经验反馈以指导术前规划；同时，整个热消融治疗过程中涉及不同时间点的不同影像之间进行配准，实现多模态影像引导下肝肿瘤热消融治疗的科学、客观以及便捷。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明实施例提供一种肝癌局部消融系统，如图8(a)-图8(b)所示，其包括：
术前规划单元10：其对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割模块、对穿刺路径进行规划的穿刺路径规划模块以及对穿刺热场路径进行规划的穿刺热场规划模块；
术中定位单元20，其对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
术后评估单元30，其对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上；
其中，术前影像和术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；术中影像包括CT图像。
上述实施方式中，术前规划模块主要通过对术前影像的配准、模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划，以实现消融针穿刺路径的精确规划。术中定位单元涉及的术中影像包括CT图像，术中定位涉及的图像配准，通常是根据获取的术中CT图像和术前MR图像进行快速配准，配准之后的CT图像和MR图像进行联动，并使用伪彩色进行显示，输出术中联动影像，则MR图像上勾画的病灶边界区域可同步映射到CT图像上，为术中消融提供清晰度较高的影像。术后评估单元通过多模态影像配准对术前影像和术后影像进行配准、融合显示，评估肿瘤消融完整性。
通过本发明提供的肝癌局部消融系统，在术前规划单元、术中定位单元以及术后评估单元中加入多模态影像配准：将术前影像配准到术中影像中，以提供直观、有效的显示与导航，提高术中定位精确性；将术前影像配准到术后影像中，以对术后肿瘤病灶消融的完整性和术后疗效进行科学评估并将治疗经验反馈以指导术前规划；同时，整个热消融治疗过程中涉及不同时间点的不同影像之间进行配准，实现多模态影像引导下肝肿瘤热消融治疗的科学、客观以及便捷。
作为上述实施方式的优选，肝癌局部消融系统还包括：
可视化单元，其用于对影像进行二维断层图像显示、三维面渲染以及三维体渲染的处理；以及，
数据读写单元，其用于读取DICOM文件、将数据信息封装保存为预定义格式文件。
其中，可视化单元的二维断层图像包括横断位、矢状位和冠状位；三维体渲染，是根据重建模板显示感兴趣的目标；面渲染和体渲染需要显示的目标预设其传递函数，也可以自定义渲染的传递函数。数据读写单元主要负责本地的DICOM文件读写和数据文件格式转换等工作。数据读写单元可从本地读取一个DICOM文件，或一个DICOM序列文件或多个DICOM序列文件，将其封装为预定义的数据格式并然后交由可视化模块进行显示；数据读写单元可以将系统处理的数据保存为DICOM文件，并将用户自定义的信息添加到保存的DICOM文件中；数据读写单元还可以将可视化模块的可视化结果，如显示窗口上的图像、测量结果等信息保存为tiff、jpe或bmp等格式的预定义格式文件。
作为上述实施方式的优选，肝癌局部消融系统还包括用于用户与系统进行交互的交互单元，交互包括图像浏览、窗宽窗位调节、图像测量、图像交互式分割、图像标记点添加、标记文字添加以及穿刺路径规划。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种肝癌局部消融方法，其特征在于，其包括步骤：
术前规划：对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割、穿刺路径规划以及穿刺热场规划；
术中定位：对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
术后评估：对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示，并将其融合显示在术后影像上；
其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。
2.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述模块分割包括步骤：
对术前影像做基于体素灰度值的阈值分割，分割出骨骼；
将先验影像与待分割的术前影像进行配准，分割出肝脏；
以交互方式获取肿瘤的初始轮廓，在初始轮廓选取初始控制点，初始化基于区域灰度一致性以及闭合3次B样条构造的水平集模型，构建基于最小均方误差的最小化外力变形模型，分割出样条函数逼近真实边界的肝脏肿瘤；
选择一个或若干个增长的种子点，分割出具有连通性的血管；基于区域增长的血管模板，删除多余的假阳性目标，对血管表面进行平滑处理；获取血管中心线，点集配准不同序列的影像，分割出血管。
3.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述穿刺路径规划包括步骤：
分别生成所述肝脏、所述肿瘤病灶、所述血管以及所述肝脏周围组织的表面模型，并对各表面模型进行可视化面渲染；
计算各个所述表面模型的体积、表面积、最大直径；
计算所述肿瘤病灶分别与肝脏、血管以及肝脏周围组织的最短距离。
4.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述穿刺热场规划包括步骤：
选择单个消融针的消融范围或消融温度，并将所述消融范围或所述消融温度以面渲染方式叠加显示在渲染窗口；
将所述肿瘤病灶划分成不同颜色编码显示的完全消融区域、安全边界和未消融区域。
5.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述术中定位的多模态影像配准，包括步骤：
标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术中影像分别标记若干个解剖学标记点；
标记点配准；以术中影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；
体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术中影像进行多分辨率配准；
融合显示及联动：对体素配准后的浮动图像进行插值处理，以伪彩色显示的方式，输出大小相同的浮动图像和参考图像，且浮动图像中的肿瘤病灶融合显示在参考图像上。
6.如权利要求1所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述术后评估的多模态影像配准，包括步骤：
标记点选择：通过交互方式，对术前影像和术后影像分别标记若干个解剖学标记点；
标记点配准；以术后影像的解剖学标记点为参考点集、以术前影像的解剖学标记点为浮动点集进行离散点集配准，获得变形场；对体素所在的空间进行插值，获得每一个体素的变形场；
体素配准：以每一个体素的变形场作为体素配准的初始值，对术前影像和术后影像进行多分辨率配准；
消融区域与肿瘤病灶的分割与显示：在术后影像上分割出消融区域，生成消融区域的面模型，以面渲染方式输出并显示；在术前影像上分割出肿瘤病灶，生成肿瘤病灶的面模型，以面渲染方式输出并显示；
消融边界与肿瘤边界的距离计算：计算消融区域到肿瘤边界的距离，并将肿瘤病灶所在空间划分为完全消融区、安全边界和未消融区，以面渲染方式输出并显示。
7.如权利要求5或6所述的肝癌局部消融方法，其特征在于，所述标记点选择，包括步骤：
在一个CT影像和/MR影像的横断位视图中选择至少六个解剖学标记点：第一个解剖学标记点位于肝脏膈顶部、第二个解剖学标记点位于肝脏最下部、其余至少四个解剖学标记点位于肝脏门静脉分叉点所在横断位断层图像中的肝脏边界；
术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点一一对应，采用迭代最近点算法进行标记点之间的刚性配准；或，术前影像与术中影像或术前影像与术后影像中解剖学标记点数量不同且两个影像中存在位置对应的两个解剖学标记点，采用基于高斯混合模型或基于t分布混合模型进行标记点之间的刚性配准。
8.一种应用如权利要求1-7中所述的肝癌局部消融方法的肝癌局部消融系统，其特征在于，其包括：
术前规划单元：其对配准后的术前影像，依次进行包括肝脏、肿瘤病灶、血管以及肝脏周围组织的模块分割模块、对穿刺路径进行规划的穿刺路径规划模块以及对穿刺热场路径进行规划的穿刺热场规划模块；
术中定位单元，其对术前影像和术中影像进行多模态影像配准，输出术前影像的肿瘤病灶融合显示在术中影像的术中联动影像；
术后评估单元，其对术前影像和术后影像进行多模态影像配准，输出术前影像中肿瘤病灶融合显示在术后影像上，并进行实时联动；
其中，所述术前影像和所述术后影像分别包括时间序列的CT图像和/或MR图像；所述术中影像包括CT图像。
9.一种如权利要求8所述的肝癌局部消融系统，其特征在于，还包括：
可视化单元，其用于对影像进行二维断层图像显示、三维面渲染以及三维体渲染的处理；以及，
数据读写单元，其用于读取DICOM文件、将数据信息封装保存为预定义格式文件；
其中，所述二维断层图像显示包括文字信息的叠加显示；所述三维面渲染用于显示面模型、消融针以及文字信息；
所述预定义格式包括DICOM、TIFF、JEGG以及BMP中的至少一种；所述数据读写单元将自定义信息添加到保存的DICOM文件。
10.一种如权利要求8所述的肝癌局部消融系统，其特征在于，还包括用于用户与系统进行交互的交互单元，所述交互包括图像浏览、窗宽窗位调节、图像测量、图像交互式分割、图像标记点添加、标记文字添加以及穿刺路径规划。
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