CN110731821B - 基于ct/mri用于肿瘤微创消融术的方法及引导支架 - Google Patents

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Abstract

一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法，其能够提升消融针进针的准确性，使得手术操作流程更加方便快捷，减少术中CT/MRI实时扫描次数，减小了病人及操作人员所承担的辐射危害，提升了CT/MRI扫描仪的使用寿命，对准确实现经皮肿瘤消融手术有着积极意义。其包括：(1)通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据；(2)病灶重建和皮肤重建；(3)设计消融规划；(4)设计进针规划；(5)打印支架；(6)肿瘤消融。还提供了引导支架。

Description

基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法及引导支架
技术领域
本发明涉及医学图像处理的技术领域，尤其涉及一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法，以及基于CT/MRI影像用于经皮肿瘤微创消融术的引导支架。
背景技术
CT(Computed Tomography,计算机断层扫描成像)引导射频消融术已应用于临床肝肿瘤的微创治疗，CT引导肿瘤射频消融术是在CT影像的引导下将射频电极(消融针)刺入肿瘤中心作为热源，在一定时间内将肿瘤组织加热到较高温度，即刻达到肿瘤的完全性凝固坏死，从而在原位直接杀灭肿瘤。
原发性肝癌为我国第4位常见的恶性肿瘤，且是第3位肿瘤致死病因，常见的治疗方法有手术切除、肝移植、放疗、化疗，尽管有着不错临床效果，但仍有大约30％的患者由于病例晚期、医学并发症、肝功能不全或表现不佳而不能接受手术。射频消融(Radiofrequency Ablation,RFA)是一种治疗不可切除肿瘤或医学上不能手术切除的恶性肿瘤的有效方法，该方法无须开腹、手术操作时间短、对病人器官只有轻微的伤害，需要短暂时间即可康复，并具有可重复性，是现在腹腔肿瘤治疗手术的主流技术。
MRI(Magnetic Resonance Imaging)又称磁共振成像，是利用原子核自旋运动的特点，将人体置于特殊的外加磁场内，经无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量，在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接收器收入，经电子计算机处理而获得图像的方法。
相较于其他引导方式，电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)空间分辨率及密度分辨率高，不受气体及骨骼的影响，无应用盲区，可进行三维立体重建，能够清晰显示肿瘤大小、位置、数目及其周围重要结构、脏器的毗邻关系，为合理制定RFA治疗方案提供了充分信息，还可即刻评价肿瘤消融疗效和有无并发症。实际治疗中先由医生插入引导针，当引导针进入肝脏且稳定后，依据引导针的运动情况判断病人的呼吸规律，然后再由医护人员插入消融针，搭配术中CT实时获取针头的皮下位置信息，直至消融针尖端到达待消融区域中心为止。此流程更多依赖于操作者的临床经验是否丰富，多次使用CT进行探针位置校正使病人及CT操作人员承受更大剂量的电离辐射危害，进而影响身体健康。此外，呼吸运行及病人位姿形态给进针位置、角度及深度带来了不确定性，容易对病人其他组织或血管造成附加损害，提升了肿瘤消融手术的操作难度。
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基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法，其能够提升消融针进针的准确性，使得手术操作流程更加方便快捷，减少术中CT/MRI实时扫描次数，减小了病人及操作人员所承担的辐射危害，提升了CT/MRI扫描仪的使用寿命，对准确实现经皮肿瘤消融手术有着积极意义。
本发明的技术方案是：这种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法，其包括以下步骤：
(1)通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据；
(2)针对病灶区域不同组织器官，在医学影像工具包MITK中通过使用图像分割算法，将二维CT/MRI切层中的皮肤及病灶分割提取，遍历所有切面，搭配体绘制与面绘制，对待消融区域的器官、血管、组织、肿瘤进行三维立体显示，直观展示肿瘤信息；基于人体结构先验及阈值分割实现皮肤提取，完成大致进针区域皮肤起伏面网结构的绘制；
(3)设计消融规划：依据确认的肿瘤属性信息，计算并确定肿瘤中心点所处位置，记为消融点，并预估该点与大致进针皮肤区域的距离；
(4)设计进针规划：采集病人呼气与吸气两个不同时间节点大致进针区域的表面皮肤重建信息，通过点云匹配，找出病人皮肤形变最小的进针点集；
(5)依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状；
(6)依据引导支架辅助消融针到达消融点后，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术。
本发明通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据，通过图像分割算法分别获取皮肤及病变切层数据，使用体渲染带来三维直观的视觉感受，同时搭配姿态校准及呼吸运动模拟，设计消融规划，设计进针规划，依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术，因此能够提升消融针进针的准确性，使得手术操作流程更加方便快捷，减少术中CT/MRI实时扫描次数，减小了病人及操作人员所承担的辐射危害，提升了CT/MRI扫描仪的使用寿命，对准确实现经皮肿瘤消融手术有着积极意义。
还提供了一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其包括皮肤支撑面(1)、进针孔(2)、进针引导槽(3)、出针孔(4)，其中进针孔与出针孔的直径根据实际消融针的粗细来设计，进针引导槽根据消融针前端长度来确定。
附图说明
图1是根据本发明的基于CT用于肿瘤微创消融术的方法的简单示意图。
图2是根据本发明的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的流程图。
图3a是根据本发明的一个实施例的单针槽式引导支架的示意图；图3b是根据本发明的另一个实施例的多针槽式引导支架的示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，这种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法，其包括以下步骤：
(1)通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据(图1中只给出了通过CT扫描获取病人的医学影像数据，图2则给出了除了CT扫描，也可以包括MRI扫描)；
(2)针对病灶区域不同组织器官，在医学影像工具包MITK(Medical ImagingInteraction Toolkit)中通过使用图像分割算法，将二维CT切层中的皮肤及病灶分割提取，遍历所有切面，搭配体绘制与面绘制，对待消融区域的器官、血管、组织、肿瘤进行三维立体显示，直观展示肿瘤信息(即肿瘤位置、大小及是否扩散等信息)；基于人体结构先验及阈值分割实现皮肤提取，完成大致进针区域皮肤起伏面网结构的绘制；
(3)设计消融规划：依据确认的肿瘤属性信息，计算并确定肿瘤中心点所处位置，记为消融点，并预估该点与大致进针皮肤区域的距离；
(4)设计进针规划：采集病人呼气与吸气两个不同时间节点大致进针区域的表面皮肤重建信息，通过点云匹配，找出病人皮肤形变最小的进针点集；
(5)依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状；
(6)依据引导支架辅助消融针到达消融点后，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术。
本发明通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据，通过图像分割算法分别获取皮肤及病变切层数据，使用体渲染带来三维直观的视觉感受，同时搭配姿态校准及呼吸运动模拟，设计消融规划，设计进针规划，依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术，因此能够提升消融针进针的准确性，使得手术操作流程更加方便快捷，减少术中CT/MRI实时扫描次数，减小了病人及操作人员所承担的辐射危害，提升了CT/MRI扫描仪的使用寿命，对准确实现经皮肿瘤消融手术有着积极意义。
优选地，所述步骤(1)中，对于早期肿瘤，采用静脉注射造影剂后扫描。
优选地，所述步骤(2)中，图像分割算法包括：阈值法、区域生长法、图割法、卷积神经网络。
优选地，所述步骤(3)中，将待消融肿瘤看似球体，预估消融时所需能量及消融范围，在确保完全杀死肿瘤细胞的同时，降低对器官内其他组织及血管的附加伤害。
优选地，所述步骤(4)中，考虑皮肤厚度，依据表皮各点与消融点间的距离确定最短路径，并评估沿该路径引导破坏血管及其他组织的风险性，最终确定最优进针点，连接最优进针点与消融点，计算与皮肤表面所成夹角。
优选地，所述步骤(6)中，根据术中CT/MRI影像来校正针头，确定进针的准确性。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种基于CT/MRI影像用于经皮肿瘤微创消融术的装置，该装置通常以与方法各步骤相对应的功能模块的形式表示。该装置包括：
扫描模块，其配置来通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据；
病灶重建和皮肤重建模块，其针对病灶区域不同组织器官，在医学影像工具包MITK中通过使用图像分割算法，将二维CT/MRI切层中的皮肤及病灶分割提取，遍历所有切面，搭配体绘制与面绘制，对待消融区域的器官、血管、组织、肿瘤进行三维立体显示，直观展示肿瘤信息；基于人体结构先验及阈值分割实现皮肤提取，完成大致进针区域皮肤起伏面网结构的绘制；
消融规划模块，其依据确认的肿瘤属性信息，计算并确定肿瘤中心点所处位置，记为消融点，并预估该点与大致进针皮肤区域的距离；
进针规划模块，其采集病人呼气与吸气两个不同时间节点大致进针区域的表面皮肤重建信息，通过点云匹配，找出病人皮肤形变最小的进针点集；
打印支架模块，其依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状；
肿瘤消融模块，其依据引导支架辅助消融针到达消融点后，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术。
如图3a、3b所示，还提供了一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其包括皮肤支撑面1、进针孔2、进针引导槽3、出针孔4，其中进针孔与出针孔的直径根据实际消融针的粗细来设计(常见14G,15G,17G,19G)，进针引导槽根据消融针前端长度来确定。
如图3b所示，优选地，所述引导支架包括多个进针孔2，多针孔的位置依据实际进针规划来设计。
优选地，所述多针孔的位置为品字形或一字形。
优选地，引导支架的材料为环保可回收绿色树脂材料，可透视至内部，实时观察进针深度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的装置，其特征在于：该装置包括：
扫描模块，其配置来通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据；
病灶重建和皮肤重建模块，其针对病灶区域不同组织器官，在医学影像工具包MITK中通过使用图像分割算法，将二维CT/MRI切层中的皮肤及病灶分割提取，遍历所有切面，搭配体绘制与面绘制，对待消融区域的器官、血管、组织、肿瘤进行三维立体显示，直观展示肿瘤信息；基于人体结构先验及阈值分割实现皮肤提取，完成初始进针区域皮肤起伏面网格结构的绘制；
消融规划模块，其依据确认的肿瘤属性信息，计算并确定皮下肿瘤中心点所处位置，记为消融点，并预估该点与初始进针皮肤表皮区域的距离；
进针规划模块，其采集病人呼气与吸气两个不同时间节点初始进针区域的表面皮肤重建信息，通过点云匹配，找出病人皮肤形变最小的进针点集；
打印支架模块，其依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状；
肿瘤消融模块，其依据引导支架辅助消融针到达消融点后，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术。
2.一种基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：
基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法包括以下步骤：
(1)通过CT/MRI扫描获取病人的医学影像数据；
(2)针对病灶区域不同组织器官，在医学影像工具包MITK中通过使用图像分割算法，将二维CT/MRI切层中的皮肤及病灶分割提取，遍历所有切面，搭配体绘制与面绘制，对待消融区域的器官、血管、组织、肿瘤进行三维立体显示，直观展示肿瘤信息；基于人体结构先验及阈值分割实现皮肤提取，完成初始进针区域皮肤起伏面网格结构的绘制；
(3)设计消融规划：依据确认的肿瘤属性信息，计算并确定皮下肿瘤中心点所处位置，记为消融点，并预估该点与初始进针皮肤表皮区域的距离；
(4)设计进针规划：采集病人呼气与吸气两个不同时间节点初始进针区域的表面皮肤重建信息，通过点云匹配，找出病人皮肤形变最小的进针点集；
(5)依据进针点处皮肤形态，实时重构引导支架的皮肤支撑面形状；
(6)依据引导支架辅助消融针到达消融点后，选择使用射频消融或微波消融，遵循消融规划，完成经皮肿瘤微创消融术；
引导支架包括皮肤支撑面(1)、进针孔(2)、进针引导槽(3)、出针孔(4)，其中进针孔与出针孔的直径根据实际消融针的粗细来设计，进针引导槽根据消融针前端长度来确定。
3.根据权利要求2所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述步骤(1)中，对于早期肿瘤，采用静脉注射造影剂后扫描。
4.根据权利要求3所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述步骤(2)中，图像分割算法包括：阈值法、区域生长法、图割法、卷积神经网络。
5.根据权利要求4所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述步骤(3)中，将待消融肿瘤看似球体，预估消融时所需能量及消融范围，在确保完全杀死肿瘤细胞的同时，降低对器官内其他组织及血管的附加伤害。
6.根据权利要求5所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述步骤(4)中，考虑皮肤厚度，依据表皮各点与消融点间的距离确定最短路径，并评估沿该路径引导破坏血管及其他组织的风险性，最终确定最优进针点，连接最优进针点与消融点，计算与皮肤表面所成夹角。
7.根据权利要求6所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述步骤(6)中，根据术中CT/MRI影像来校正针头，确定进针的准确性。
8.根据权利要求7所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述引导支架包括多个进针孔(2)，多针孔的位置依据实际进针规划来设计。
9.根据权利要求8所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：所述多针孔的位置为品字形或一字形。
10.根据权利要求9所述的基于CT/MRI用于肿瘤微创消融术的方法的引导支架，其特征在于：引导支架的材料为环保可回收绿色树脂材料。
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