CN113598909B - 一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，包括：S1、CT影像扫描，并制定穿刺计划；在CT影像中，选取一体外点和病灶点，穿刺路径的经皮点位于体外点与病灶点的连线上；S2、确定经皮点；按一定步长从体外点沿所述连线向体内病灶点进行遍历，当发现某点的CT值大于设定阈值，则确定该点为经皮点；S3、计算穿刺深度：计算经皮点到体内病灶点的距离。

Description

一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助手术导航技术领域，特别涉及一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法。

背景技术

在普通的胸腹部外科手术中，主刀医生通常将患者的胸腹部完全切开，通过肉眼或触碰等手段直观感知待处理的病灶的位置、大小、形状、硬度等信息，从而可以直接对相应的病灶进行手术处理。

微创手术却并非如此，在普通的微创手术中，主刀医生并非完全切开患者的胸腹部直接面对病灶，而是通过腹腔镜、CT、超声、核磁等辅助手段来间接观察对应的病灶，之后采用一些特定的手段来对病灶进行处理，从而达到减轻手术痛苦、减少术后并发症、加快手术伤口愈合的目的。

但微创手术也有其弊端，其最大的弊端在于获取病灶信息的间接性，因此，主刀医生在术中获取相应的病灶信息时存在各种局限。以CT引导下的胸腹部肿瘤消融术为例，主刀医生需要在CT图像引导下将相应的消融针插入到病灶指定位置。但是，由于肿瘤病灶位于人体内部，主刀医生通常无法直接观测到病灶的位置，因此，在穿刺的过程中，主刀医生也无法通过肉眼观察判断穿刺针是否已经穿刺到位。为了应对该问题，目前通常的做法是在穿刺前，医生必须在相应的CT影像上以直线拖拽的方式测量出经皮点到病灶的距离，但这样存在一定问题，就是相应的直线一端必须分别在病灶点上，而另外一端必须正好在经皮点上，不得在皮肤外，也不得在皮肤内。这样带来的问题就是穿刺路径很难通过人体外的参照点来反应，而且相应的测量距离的结果受到操作者的操作影响会非常大，也会带来不必要的误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，包括：

S1、CT影像扫描，并制定穿刺计划

在CT影像中，选取一体外点和病灶点，穿刺路径的经皮点位于体外点与病灶点的连线上；

S2、确定经皮点

按一定步长从体外点沿所述连线向体内病灶点进行遍历，当发现某点的CT值大于设定阈值，则确定该点为经皮点；

S3、计算穿刺深度

计算经皮点到体内病灶点的距离。

较佳地，步骤S1包括：

S11、将患者置于CT床上，并将患者的穿刺经皮区域的皮肤裸露于空气之中；

S12、进行CT扫描；

S13、将CT扫描图像传输至影像分析设备；

S14、在影像分析设备上选取病灶点和体外点，通过这两点确定直线的方式来确定穿刺角度和方向。

较佳地，在步骤S14中，病灶点为(x0，y0，z0)，体外点为(x1，y1，z1)，由此计算体外点指向病灶点的方向向量为(x0-x1，y0-y1，z0-z1)，并得到两点距离d，并以此将方向向量归一化处理为(xd，yd，zd)。

较佳地，在步骤S2中，设定遍历步长为t，那么遍历的第1个点的位置为(x1+xd*t，y1+yd*t，z1+zd*t)，根据图像数据，获取该位置对应像素的CT值，如果该CT值大于设定阈值，那么遍历停止，取该位置记为经皮点；

如果该CT值未大于设定阈值，那么遍历继续，根据步长查找第2个点的位置，第2个点的位置为(x1+xd*t*2，y1+yd*t*2，z1+zd*t*2)，第3个点的位置为(x1+xd*t*3，y1+yd*t*3，z1+zd*t*3)，......第n个点的位置为(x1+xd*t*n，y1+yd*t*n，z1+zd*t*n)，依序类推，直到遍历到CT值大于设定阈值的点，并将其设为经皮点。

较佳地，在步骤S3中，根据经皮点的位置坐标和病灶点的位置坐标，计算穿刺深度。

较佳地，所述影像分析设备包括：

触控显示单元，用于显示CT图像、病人信息、体外点、病灶点、穿刺路径、经皮点和穿刺深度，并供用户交互式操作；

处理单元，用于将用户的操作转化为控制指令，并进行运算反馈。

较佳地，应用于CT引导下的胸腹部穿刺手术，所述设定阈值为-200Hu。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

微创穿刺手术中，由于医生无法肉眼直接观测病灶，因此必须通过影像的方式引导穿刺，而穿刺深度是表征病灶穿刺位置的一个重要指标，受限于普通医学影像浏览工具的限制，医生经常以一种非常不直观的手段来测量穿刺深度，进而造成手术路径和穿刺深度不一致，导致手术风险的增加。本发明的目的在于提供一种自动快捷直观的方式来辅助医生进行病灶深度测量，在CT图像引导下，将穿刺深度与穿刺路径规划结合起，不仅减少医生的手术难度，还提升手术精度，减少手术风险，从而保护了患者。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为空气、皮肤组织、皮下及体内脏器的分布图；

图2为空气和皮肤组织的分界点即为经皮点的示意图；

图3为本发明优选实施例提供的测量体内病灶点到经皮点距离的方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本实施例提供的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，用于CT图像引导下的胸腹部穿刺手术中对病灶深度的测量，并便于与穿刺路径规划结合起来，给医生提供一种自动快捷直观的方式来辅助进行病灶深度测量。

CT影像中的CT值是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称亨氏单位(hounsfield unit，HU)。空气为-1000HU，致密骨为+1000HU。实际上CT值是CT图像中各组织与X线衰减系数相当的对应值，无论是矩阵图像或矩阵数字都是CT值的代表，而CT值又是从人体组织、器官的μ值换算而来的。CT值不是绝对不变的数值，它不仅与人体内在因素如呼吸、血流等有关，而且与X线管电压、CT装置、室内温度等外界因素有关。在CT影像中，水CT值在0-10HU，脑积液为3-8Hu，血块的CT值是64-84Hu，肝脏是50-70Hu，脾脏是50-65HU。由此可以认为CT影像中的空气部分的CT值是小于-200Hu的，而人体的皮肤组织的CT值是大于-200Hu的。因此可以以-200Hu为阈值来从CT影像上区分体外空气和人体皮肤组织分界。

请参考图1，一般胸腹部的CT影像横断面，按照图像上的位置从外到内分别为空气、皮肤组织、皮下及体内脏器。

假如从以体外空气中某一点到皮下及体内病灶点画一条直线，那么遍历该直线从体外到体内的部分，直线上的点对应的CT值的变化必然会包含一个从小于-200Hu到大于-200Hu的过程。如果能从该直线上找到从小于-200Hu到大于-200Hu的突变位置，便可认为该位置对应与空气和皮肤组织的分界点(经皮点)，之后计算该分界点到体内病灶点的距离，便可得到该条直线在人体体内部分的长度，请参考图2。

将该过程与穿刺手术中设定穿刺路径和穿刺计划结合起来，具体如下：

请参考图3，在穿刺计划制定之后，获取穿刺路径的体外端点，以体外端点为起始点，按一定步长沿着直线方向向体内病灶点的位置进行遍历，如果通过遍历发现对应点的CT值大于-200Hu，那么遍历停止，且确定该点即为经皮点，之后通过经皮点及体内病灶点的位置计算穿刺深度。

本实施例提供的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，具体包括以下几个步骤：

S1、CT影像扫描，并制定穿刺计划

在CT影像中，选取一体外点和病灶点，穿刺路径的经皮点位于体外点与病灶点的连线上。

在使用该方法计算穿刺深度时，需要有相应的可供浏览的CT影像，且CT影像上所附带的层厚和像素大小以及图像坐标和方位等信息需保留完整。在使用该方法计算穿刺深度时，必须使用相应的影像分析设备。因此，步骤S1包括以下几个步骤：

S11、将患者置于CT床上，并将患者的穿刺经皮区域的皮肤裸露于空气之中，保证穿刺经皮区域的皮肤无任何衣物等遮挡；

S12、进行CT扫描；

S13、将CT扫描图像传输至影像分析设备；

所述影像分析设备包括：

触控显示单元，用于显示CT图像、病人信息、体外点、病灶点、穿刺路径、经皮点和穿刺深度，并供用户交互式操作，如在本实施例中用到的用户点击选取病灶位置等；

处理单元，用于将用户的操作转化为控制指令，并进行运算反馈，如将用户需要显示哪几帧影像，用户需要计算指定两点间的距离等。

在本实施例中，只需要在触控显示单元上显示的CT影像上先点一下病灶点，再点一下体外点，触控显示单元上就可以显示出穿刺路径、经皮点和穿刺深度了。除此之外，用户操作时点击的病灶点和体外点也会同步显示。

S14、在影像分析设备上选取病灶点和体外点，通过这两点确定直线的方式来确定穿刺角度和方向；

在步骤S14中，医生在影像分析设备上先点击病灶点为(x0，y0，z0)以确定穿刺目标，之后再点击某一体外点为(x1，y1，z1)，通过这两点确定直线的方式来确定穿刺角度和方向。在此步骤中，穿刺路径所涉及的经皮点必须落在CT扫描时裸露于空气的皮肤区域之中。

在计算穿刺深度时，首先由病灶点和体外点计算体外点指向病灶点的方向向量为(x0-x1，y0-y1，z0-z1)，并得到两点距离d，并以此将方向向量归一化处理为(xd，yd，zd)。

S2、确定经皮点

按一定步长从体外点沿所述连线向体内病灶点进行遍历，当发现某点的CT值大于设定阈值，则确定该点为经皮点。

具体的，在获取方向向量之后开始进行点遍历，遍历的步长和最后的穿刺深度的计算结果的误差有关，遍历的步长越小，那么计算结果越精确，反之亦然。设定遍历步长为t，那么遍历的第1个点的位置为(x1+xd*t，y1+yd*t，z1+zd*t)，之后根据图像数据，获取该位置对应像素的CT值。如果该CT值大于-200Hu，那么遍历停止，取该位置记为经皮点。如果该CT值未大于-200Hu，那么遍历继续，根据步长查找第2个点的位置，第2个点的位置为(x1+xd*t*2，y1+yd*t*2，z1+zd*t*2)，第3个点的位置为(x1+xd*t*3，y1+yd*t*3，z1+zd*t*3)，......第n个点的位置为(x1+xd*t*n，y1+yd*t*n，z1+zd*t*n)，依序类推，直到遍历到CT值大于-200Hu的点，并将其设为经皮点。

S3、计算穿刺深度

根据经皮点的位置坐标和病灶点的位置坐标，计算穿刺深度，并将穿刺深度结果用以指引医生穿刺。

本发明提供的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法不仅用于胸腹部穿刺手术中，如胸腹部肿瘤消融手术；还可以用于其他外科微创手术，在用于其他外科微创手术，可根据具体手术确定CT值的设定阈值。

目前临床上计算穿刺深度的方法是点击CT影像上所标识的病灶区域和经皮点，确定直线计算距离，该方法的缺陷是对应的穿刺深度计算并未与穿刺手术的计划路径结合起来，存在手术路径和穿刺深度不一致的缺陷，容易导致手术风险的增加。本方法则将两者做了结合，不仅减少医生的手术难度，还提升手术精度，减少手术风险，从而保护了患者。

Claims (7)

1.一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，包括：

S1、CT影像扫描，并制定穿刺计划

在CT影像中，选取一体外点和病灶点，穿刺路径的经皮点位于体外点与病灶点的连线上；

S2、确定经皮点

按一定步长从体外点沿所述连线向体内病灶点进行遍历，当发现某点的CT值大于设定阈值，则确定该点为经皮点；

S3、计算穿刺深度

计算经皮点到体内病灶点的距离。

2.如权利要求1所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，步骤S1包括：

S11、将患者置于CT床上，并将患者的穿刺经皮区域的皮肤裸露于空气之中；

S12、进行CT扫描；

S13、将CT扫描图像传输至影像分析设备；

S14、在影像分析设备上选取病灶点和体外点，通过这两点确定直线的方式来确定穿刺角度和方向。

3.如权利要求2所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，在步骤S14中，病灶点为(x0，y0，z0)，体外点为(x1，y1，z1)，由此计算体外点指向病灶点的方向向量为(x0-x1，y0-y1，z0-z1)，并得到两点距离d，并以此将方向向量归一化处理为(xd，yd，zd)。

4.如权利要求3所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，在步骤S2中，设定遍历步长为t，那么遍历的第1个点的位置为(x1+xd*t，y1+yd*t，z1+zd*t)，根据图像数据，获取该位置对应像素的CT值，如果该CT值大于设定阈值，那么遍历停止，取该位置记为经皮点；

如果该CT值未大于设定阈值，那么遍历继续，根据步长查找第2个点的位置，第2个点的位置为(x1+xd*t*2，y1+yd*t*2，z1+zd*t*2)，第3个点的位置为(x1+xd*t*3，y1+yd*t*3，z1+zd*t*3)，......第n个点的位置为(x1+xd*t*n，y1+yd*t*n，z1+zd*t*n)，依序类推，直到遍历到CT值大于设定阈值的点，并将其设为经皮点。

5.如权利要求4所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，在步骤S3中，根据经皮点的位置坐标和病灶点的位置坐标，计算穿刺深度。

6.如权利要求2所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，所述影像分析设备包括：

触控显示单元，用于显示CT图像、病人信息、体外点、病灶点、穿刺路径、经皮点和穿刺深度，并供用户交互式操作；

处理单元，用于将用户的操作转化为控制指令，并进行运算反馈。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种测量体内病灶点到经皮点距离的方法，其特征在于，应用于CT引导下的胸腹部穿刺手术，所述设定阈值为-200Hu。