CN113952029A - 一种实时步进式经皮穿刺规划系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实时步进式经皮穿刺规划系统，包括：进针起始点确定模块，用于根据初始规划影像的CT值在所述初始规划影像上确定进针起始点；路径规划模块，用于以所述进针起始点为起点，靶点为终点规划穿刺路径，并在所述穿刺路径上通过CT值设置N个阶段性规划进针点；实时三维影像配准模块，用于在穿刺到第i个阶段性规划进针点时进行影像扫描，并将得到的影像序列数据与所述初始规划影像的数据进行配准；风险评估模块，用于根据配准后的数据获得误差数据以判断真实的穿刺针是否在穿刺路径的进针路线上以及真实的靶点是否出现偏移。本发明能够给出穿刺手术实施过程中的动态安全范围。

Description

一种实时步进式经皮穿刺规划系统
技术领域
本发明涉及计算机辅助医疗技术领域，特别是涉及一种实时步进式经皮穿刺规划系统。
背景技术
经皮穿刺技术主要用于需经皮穿刺插入进行肿瘤取样活检，或者是肿瘤消融手术。通常在手术之前，需要预先进行手术规划，现有技术在进行规划时预先在人体腹部三维模型上模拟出病灶所在位置的目标点，穿刺针通过体表上的可进针区域进入人体腹部三维模型、危险区域，然后再模拟出能够绕过上述危险区域的可行经皮穿刺路径，目前可以通过计算机程序从多条可行经皮穿刺路径中选择最优经皮穿刺路径，但是在穿刺过程中由于误差的存在，仍然有可能进入危险区域，因此亟需一种术中规划系统来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实时步进式经皮穿刺规划系统，能够给出穿刺手术实施过程中的动态安全范围。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种实时步进式经皮穿刺规划系统，包括：进针起始点确定模块，用于根据初始规划影像的CT值在所述初始规划影像上确定进针起始点；路径规划模块，用于以所述进针起始点为起点，靶点为终点规划穿刺路径，并在所述穿刺路径上通过CT值设置N个阶段性规划进针点；实时三维影像配准模块，用于在穿刺到第i个阶段性规划进针点时进行影像扫描，并将得到的影像序列数据与所述初始规划影像的数据进行配准；风险评估模块，用于根据配准后的数据获得误差数据以判断真实的穿刺针是否在穿刺路径的进针路线上以及真实的靶点是否出现偏移。
所述的实时步进式经皮穿刺规划系统还包括角度调整模块，用于在真实的穿刺针不在穿刺路径的进针路线上时计算出所述真实的穿刺针穿刺到所述靶点所需要调整的空间角度信息。
所述的实时步进式经皮穿刺规划系统还包括路径调整模块，用于在所述真实的靶点出现偏移时，将所述第i个阶段性规划进针点作为起点，所述真实的靶点作为终点重新规划穿刺路径，并在所述重新规划的穿刺路径上通过CT值设置M个阶段性规划进针点。
所述进针起始点确定模块在确定所述进针起始点时，通过CT值判断所述进针起始点的邻域是否为空气和皮肤的交界。
所述阶段性规划进针点为所述穿刺路径上的CT值存在波动的点。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过实时三维影像配准模块将术前和术中的不同时间节点的影像对齐，从而可以监测到穿刺针在穿刺过程中的不同时间节点在影像里的真实位置信息与规划路线上的相对规划点的误差，从而实时计算出要准确穿刺到最终节点所需要实时调整的空间角度信息，反馈给穿刺手术实施者。与此同时，规划系统会给出穿刺手术实施过程中的动态安全范围提示，使得在安全范围内即使存在穿刺精度误差，也不会给病人造成实质性的损害(比如穿到重要血管或者器官等)。
附图说明
图1是本发明实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种实时步进式经皮穿刺规划系统，如图1所示，包括：
进针起始点确定模块，用于根据初始规划影像的CT值在所述初始规划影像上确定进针起始点。在确定进针起始点时，需要对起始点是否合适进行判断，本实施方式判断合适进针起始点的方式为：判断进针起始点的邻域是否为空气(CT值：-1000)和皮肤(CT值：30)的交界。
路径规划模块，用于以所述进针起始点为起点，靶点为终点规划穿刺路径，并在所述穿刺路径上通过CT值设置N个阶段性规划进针点。本实施方式中阶段性规划进针点设置方式如下：在进针起始点和靶点规划的穿刺路径中，判断CT值稳定还是波动，若CT值存在波动，说明构建的穿刺路径存在着其他组织或器官，此时给予提示，并将CT值存在波动的点设置为阶段性规划进针点。
实时三维影像配准模块，用于在穿刺到第i个阶段性规划进针点时进行影像扫描，并将得到的影像序列数据与所述初始规划影像的数据进行配准。
风险评估模块，用于根据配准后的数据获得误差数据以判断真实的穿刺针是否在穿刺路径的进针路线上以及真实的靶点是否出现偏移。
由此可见，通过实时三维影像配准模块可将同一模态的不同时序影像配准到同一个坐标系中，将术前(即初始规划影像的数据)和术中(穿刺后影像扫描得到的影像序列数据)的不同时间节点的影像对齐，从而可以监测到穿刺针在穿刺过程中的不同时间节点在影像里的真实位置信息与规划路径上的相对规划点的误差。
角度调整模块，用于在真实的穿刺针不在穿刺路径的进针路线上时计算出所述真实的穿刺针穿刺到所述靶点所需要调整的空间角度信息，计算得到的空间角度信息可以通过显示设备展示给穿刺手术实施者。
路径调整模块，用于在所述真实的靶点出现偏移时，将所述第i个阶段性规划进针点作为起点，所述真实的靶点作为终点重新规划穿刺路径，并在所述重新规划的穿刺路径上通过CT值设置M个阶段性规划进针点，此时由于路径重新调整，因此需要舍弃之前的N-i个阶段性规划进针点。
本实施方式的实时步进式经皮穿刺规划系统的操作步骤如下：
步骤1，在CT/MR影像上设置进针起始点以及靶点。该进针起始点为皮肤表皮上的点，通过CT值可以判断是否为合适的进针起始点。
步骤2，计算进针起始点到靶点的直线进针路径，并根据穿刺精度设置路径误差范围(例如3mm)，以及根据CT值在穿刺路径上设置阶段性规划进针点。其中，第一个阶段性规划进针点一般为穿透皮肤后的点。
步骤3，将进针起始点与第一个阶段性规划进针点构成的线段作为进针的空间角度与深度，来操控机器人进行穿刺。
步骤4，穿刺到第一个阶段性规划进针点的时候进行影像扫描(CT/MR)，将得到的影像序列数据与初始规划影像数据进行配准，获得穿刺误差，通过穿刺误差判断真实的穿刺针是否在进针路线上，以及真实的靶点有没有出现偏移，如果穿刺针未在进针路线上，则进行角度调整使得穿刺针调整到进针路线上，如果靶点出现偏移，则将所述第一个阶段性规划进针点作为起点，所述真实的靶点作为终点重新规划穿刺路径，从而实时调整规划路径，通过CT值在新的规划路径上设置阶段性规划进针点。
步骤5，将第一个阶段性规划进针点与下一个阶段性规划进针点构成的线段作为进针的空间角度与深度，来操控机器人进行穿刺，当穿刺到下一个阶段性规划进针点时，进行步骤4中的风险判断，根据风险判断的结果决定是否要重新规划穿刺路径，如此重复步骤直至穿刺针准确的到达靶点。
不难发现，本发明通过实时三维影像配准模块将术前和术中的不同时间节点的影像对齐，从而可以监测到穿刺针在穿刺过程中的不同时间节点在影像里的真实位置信息与规划路线上的相对规划点的误差，从而实时计算出要准确穿刺到最终节点所需要实时调整的空间角度信息，反馈给穿刺手术实施者。与此同时，规划系统根据穿刺误差会给出穿刺手术实施过程中的动态安全范围提示，使得在安全范围内即使存在穿刺精度误差，也不会给病人造成实质性的损害(比如穿到重要血管或者器官等)。

Claims (5)

1.一种实时步进式经皮穿刺规划系统，其特征在于，包括：进针起始点确定模块，用于根据初始规划影像的CT值在所述初始规划影像上确定进针起始点；路径规划模块，用于以所述进针起始点为起点，靶点为终点规划穿刺路径，并在所述穿刺路径上通过CT值设置N个阶段性规划进针点；实时三维影像配准模块，用于在穿刺到第i个阶段性规划进针点时进行影像扫描，并将得到的影像序列数据与所述初始规划影像的数据进行配准；风险评估模块，用于根据配准后的数据获得误差数据以判断真实的穿刺针是否在穿刺路径的进针路线上以及真实的靶点是否出现偏移。
2.根据权利要求1所述的实时步进式经皮穿刺规划系统，其特征在于，还包括角度调整模块，用于在真实的穿刺针不在穿刺路径的进针路线上时计算出所述真实的穿刺针穿刺到所述靶点所需要调整的空间角度信息。
3.根据权利要求1所述的实时步进式经皮穿刺规划系统，其特征在于，还包括路径调整模块，用于在所述真实的靶点出现偏移时，将所述第i个阶段性规划进针点作为起点，所述真实的靶点作为终点重新规划穿刺路径，并在所述重新规划的穿刺路径上通过CT值设置M个阶段性规划进针点。
4.根据权利要求1所述的实时步进式经皮穿刺规划系统，其特征在于，所述进针起始点确定模块在确定所述进针起始点时，通过CT值判断所述进针起始点的邻域是否为空气和皮肤的交界。
5.根据权利要求1所述的实时步进式经皮穿刺规划系统，其特征在于，所述阶段性规划进针点为所述穿刺路径上的CT值存在波动的点。
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