CN109758213A - 一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法及系统 - Google Patents
一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磁共振‑超声融合前列腺穿刺针定位方法及系统,其包括:将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,进行三维重建得到前列腺影像;置入带有刻度的虚拟尿管,并根据虚拟尿管得到病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,以及病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与通过虚拟尿管的矢状线之间的夹角;在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺的定位。本发明定位精度较高,定位准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器械领域,特别是关于一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法及系统。
背景技术
前列腺癌病灶需要依靠超声引导下前列腺穿刺活检确诊。磁共振对前列腺癌病灶识别具有较好的特异性,但磁共振直接引导前列腺穿刺应用受到诸多限制;超声可以很方便地引导前列腺穿刺,但对前列腺癌病灶识别的特异性较差。磁共振-超声融合技术结合了二者的优势,将磁共振上前列腺癌病灶的定位信息融合在超声图像上,在超声引导下可以精准地穿刺。
目前磁共振-超声融合前列腺靶向穿刺定位方法分为两步:融合(fusion)、追踪(tracking)。融合的方法包括刚性融合和弹性融合。两种融合方法均由计算机软件完成,区别在于:刚性融合没有考虑到实际穿刺过程中前列腺位置的移动以及形状变化,弹性融合将这些变化加入计算序列,进行图像补偿。
由于穿刺过程中超声探头不断在移动位置,因此需要将实时的超声图像与原有的磁共振图像实现联动,即追踪技术。目前追踪技术包括电磁追踪、机械追踪等。
电磁追踪技术原理:利用外部小型电磁发生器产生电磁,超声探头上的微小传感器接受电磁信号,经过初始定位后,传感器随同超声探头移动位置,将相对位置变化信息告知电磁主机。其缺陷在于电磁信号的稳定性易受干扰。
机械追踪技术是运用机械臂将超声探头的位置信息传输到主机,实现追踪。其缺陷为机身较大,且价格昂贵。
目前的融合、追踪技术纯粹依靠计算机的所谓图像融合及追踪,设备成本昂贵,精度有待提高,并没有很理想地解决精准穿刺定位的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法及系统,其定位精度较高,定位准确。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法,其包括以下步骤:1)将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到前列腺立体影像;2)将前列腺磁共振图像三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管的影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度作为病灶在Z轴上的标记;3)将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;4)在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;5)在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据步骤3)得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位。
进一步,所述步骤3)中,虚拟尿管的尺寸与真实尿管一致。
进一步,所述步骤3)中,具体实现方法包括以下步骤:3.1)在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;3.2)在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,并以该中心位置为中心点引出一条矢状线;3.3)在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角。
进一步,所述步骤3.1)中,将前列腺从基底部到尖部以5mm的间距分割成若干横断面。
进一步,所述步骤4)中,相邻可识别标识段之间的距离与相邻横断面间的间距对应设置。
进一步,所述步骤5)中,具体实现方法包括以下步骤:5.1)以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;5.2)提取与病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上根据标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;5.3)引出线的长度与步骤3)得到的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与步骤3)中的夹角相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
进一步,所述步骤5.1)中,预设距离与相邻横断面间的间距相同。
一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位系统,其包括前列腺立体影像获取模块、影像融合模块、夹角测量模块、可识别模块和定位模块;所述前列腺立体影像获取模块将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到前列腺立体影像;所述影像融合模块将前列腺磁共振图像三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管的影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度作为病灶在Z轴上的标记;所述夹角测量模块将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;所述可识别模块是在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;所述定位模块是在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据所述夹角测量模块得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位。
进一步,所述夹角测量模块包括横断面及其编号设定模块、矢状线确定模块和夹角计算模块;所述横断面及其编号设定模块在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;所述矢状线确定模块是在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,以该中心位置为中心点引出一条矢状线;所述夹角计算模块是在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角。
进一步,所述定位模块包括超声图像编号模块、引出线确定模块和穿刺位置确定模块;所述超声图像编号模块是以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;所述引出线确定模块是提取与病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上根据标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;所述穿刺位置确定模块是引出线的长度与病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与夹角α相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:本发明能精准定位穿刺针位置,投入成本低,定位准确。
附图说明
图1是本发明实施例中的磁共振图像示意图;
图2是本发明实施例中的超声图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法,前列腺穿刺针的定位需要一个三元数组(x,y,z),其中x,y,z为对应到三维空间的X轴、Y轴和Z轴上的数据。尿道可视为Z轴。本发明包括以下步骤:
1)将预先检测得到的前列腺磁共振图像(DICOM格式)导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到立体前列腺影像。
2)将前列腺磁共振图像(DICOM格式)三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度即可作为病灶在Z轴上的标记。
3)将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;
其中,虚拟尿管的尺寸与穿刺术中真实尿管规格一致。
具体方法通过以下步骤实现:
3.1)在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;
在一个优选的实施例中,将前列腺从基底部到尖部以5mm的间距分割成若干横断面。
3.2)在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,并以该中心位置为中心点引出矢状线。
3.3)在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角α。
4)在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;
其中,相邻可识别标识段之间的距离与相邻横断面间的间距对应设置;采用在真实尿管上设置有钛、橡胶、钙或锌等材料形成可识别标识段。
5)在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据步骤3)得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位;
其具体方法通过以下步骤实现:
5.1)以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;
其中,预设距离与相邻横断面间的间距相同。
5.2)提取与步骤3.1)中病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;
5.3)引出线的长度与步骤3)得到的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与步骤3)中的夹角α相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
实施例:
本实施例中,包括超声设备、穿刺架和步进器。如图1、图2所示,具体过程如下:
1)穿刺准备:将磁共振DICOM图像导入超声设备,三维重建前列腺影像。
2)在前列腺影像上置入带有刻度的虚拟尿管。
3)在前列腺影像上从虚拟尿管的0刻度开始,按照5mm一层从基底部到尖部切出若干横断面,并进行编号,确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号。
4)在确定的横断面上标识虚拟尿道中心位置,以及病灶的轮廓及中心点位置,计算病灶中心点距虚拟尿道中心位置的距离。
5)计算距离连线与人体矢状线的夹角。
6)将患者置高截石位,消毒、置入尿管(规格同虚拟尿管)、铺巾。
7)引入穿刺架、步进器,将超声探头置入患者直肠。
8)调整步进器,将超声平面对准真实尿管0刻度(超声能够识别)处。
9)从0刻度开始,每隔5mm采集一个图像。
10)标识真实尿管中心位置。
11)移动步进器定位至病灶中心平面。
12)从真实尿管中心点引出一条线,与矢状线成指定夹角,测量从真实尿管中心出发的指定距离,确定穿刺针穿刺的中心位置及病灶轮廓。
13)对准穿刺针穿刺的中心位置进行第1针穿刺。
14)围绕第1针,进行第2针、第3针等穿刺,距离第1针的距离小于病灶半径且位于病灶轮廓之内,尽可能接近穿刺针穿刺的中心位置。
15)完成病灶的靶向穿刺。
综上所述,本发明在使用时,本发明的定位方法具有非常高的定位精度,有效较低了成本。
本发明还提供一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位系统,其包括前列腺立体影像获取模块、影像融合模块、夹角测量模块、可识别模块和定位模块;
前列腺立体影像获取模块将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到前列腺立体影像;
影像融合模块将前列腺磁共振图像三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管的影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度作为病灶在Z轴上的标记;
夹角测量模块将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;
可识别模块是在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;
定位模块是在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据夹角测量模块得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位。
上述实施例中,夹角测量模块包括横断面及其编号设定模块、矢状线确定模块和夹角计算模块;
横断面及其编号设定模块在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;
矢状线确定模块是在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,以该中心位置为中心点引出一条矢状线;
夹角计算模块是在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角。
上述各实施例中,定位模块包括超声图像编号模块、引出线确定模块和穿刺位置确定模块;
超声图像编号模块是以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;
引出线确定模块是提取与病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上根据标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;
穿刺位置确定模块是引出线的长度与病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与夹角α相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
上述各实施例仅用于说明本发明,各个步骤都是可以有所变化的,在本发明技术方案的基础上,凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到前列腺立体影像;
2)将前列腺磁共振图像三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管的影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度作为病灶在Z轴上的标记;
3)将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;
4)在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;
5)在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据步骤3)得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于:所述步骤3)中,虚拟尿管的尺寸与真实尿管一致。
3.如权利要求1或2所述方法,其特征在于:所述步骤3)中,具体实现方法包括以下步骤:
3.1)在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;
3.2)在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,并以该中心位置为中心点引出一条矢状线;
3.3)在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角。
4.如权利要求3所述方法,其特征在于:所述步骤3.1)中,将前列腺从基底部到尖部以5mm的间距分割成若干横断面。
5.如权利要求1至4任一项所述方法,其特征在于:所述步骤4)中,相邻可识别标识段之间的距离与相邻横断面间的间距对应设置。
6.如权利要求1至4任一项所述方法,其特征在于:所述步骤5)中,具体实现方法包括以下步骤:
5.1)以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;
5.2)提取与病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上根据标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;
5.3)引出线的长度与步骤3)得到的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与步骤3)中的夹角相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
7.如权利要求6所述方法,其特征在于:所述步骤5.1)中,预设距离与相邻横断面间的间距相同。
8.一种磁共振-超声融合前列腺穿刺针定位系统,其特征在于:包括前列腺立体影像获取模块、影像融合模块、夹角测量模块、可识别模块和定位模块;
所述前列腺立体影像获取模块将预先检测得到的前列腺磁共振图像导入超声设备,对该图像进行三维重建,得到前列腺立体影像;
所述影像融合模块将前列腺磁共振图像三维重建的立体影像与带刻度的虚拟尿管的影像融合,使得影像中虚拟尿管气囊下端置于膀胱与前列腺交界处,前列腺病灶所在的横断面与尿管垂直处所显示的刻度作为病灶在Z轴上的标记;
所述夹角测量模块将病灶中心点与虚拟尿管中心连线,测量此连线与人体矢状线之间的夹角α;
所述可识别模块是在真实尿管上设置有0刻度,并在真实尿管上间隔设置有若干可识别标识段,该0刻度和可识别标识段在超声下可识别,将该真实尿管置入后进行超声检查;
所述定位模块是在超声检查中,根据真实尿管上的可识别标识段得到若干超声图像,根据所述夹角测量模块得到的夹角和距离在超声图像上确定穿刺针穿刺的中心位置,完成穿刺针的定位。
9.如权利要求8所述系统,其特征在于:所述夹角测量模块包括横断面及其编号设定模块、矢状线确定模块和夹角计算模块;
所述横断面及其编号设定模块在前列腺磁共振影像上从虚拟尿管的0刻度开始,将前列腺从基底部到尖部分割成若干等间距的横断面,并对各横断面进行编号,进而确定病灶几何中心点所在的横断面及该横断面的编号;
所述矢状线确定模块是在确定编号的横断面上标识出虚拟尿管的中心位置,以该中心位置为中心点引出一条矢状线;
所述夹角计算模块是在确定编号的横断面上标识出病灶的轮廓及中心点的位置,计算病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离,并计算病灶中心点与虚拟尿管中心位置之间的距离连线与人体矢状线之间的夹角。
10.如权利要求8所述系统,其特征在于:所述定位模块包括超声图像编号模块、引出线确定模块和穿刺位置确定模块;
所述超声图像编号模块是以真实尿管0刻度处为起始位置,每隔一段预设距离采集一个超声图像,并进行编号;
所述引出线确定模块是提取与病灶几何中心点所在横断面编号相同的超声图像,在该超声图像上根据标识出真实尿管的中心位置,并从真实尿管的中心位置引出一条线;
所述穿刺位置确定模块是引出线的长度与病灶中心点距虚拟尿管中心位置的距离相同,且该引出线与通过真实尿管中心的人体矢状线之间的夹角与夹角α相同,则该引出线的端部即为穿刺针穿刺的中心位置。
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CN109758213B (zh) | 2020-09-08 |
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