CN114469342B - 肿瘤切缘边距场的定义方法、建立系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种肿瘤切除缘边距场模型的建立方法，目的是解决现有技术中肝脏肿瘤切除过程中手术风险大以及手术时间长的问题。提供了一种肿瘤切缘边距场的定义方法，包括以下步骤：S1、获取患者的影像学数据，建立肿瘤与各组织之间的相对位置关系的模型；S2、调用肿瘤与各组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入步骤S3中，如果否，结束；S3、根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面；S4、根据包络面确定切缘面以及边距场。本发明通过建立模型模拟肿瘤在人体内部的相对位置关系，同时降低术中的风险以及降低手术时长。本发明还公开了一种肿瘤切缘边距场的定义方法在肝脏切除手术过程中定位手术刀与肿瘤之间的距离的应用。本发明还公开了一种肿瘤切缘边距场的建立系统。
Description
技术领域
本发明涉及医疗模型技术领域，尤其是涉及一种肿瘤切缘边距场的定义方法、建立系统及应用。
背景技术
肝细胞癌在全球恶性肿瘤发病率排行第6位，在中国每年的肝癌病历和死亡病例都很高，手术切除目前是肝癌治疗的首选方法。虽然肝癌手术的死亡率和手术并发率都已经大幅度降低，但术后的高复发率仍是限制其临床疗效的重要瓶颈。
肝脏肿瘤手术切缘是影响术后复发的重要因素之一，在满足剩余肝体积足够的情况下，≥1cm是多数情况下推荐的手术切缘标准。针对我国大多数肝癌的病历，从根治的彻底性角度考虑，手术切缘越宽越好，保证肿瘤的完全性切除。但由于我国＞85%的肝癌病人同时患有肝硬化或慢性肝病，导致如果切缘宽度太大，无肿瘤的肝组织切除太多，则肝功能代谢就难以保证，明显增加手术的危险性；若切缘宽度太窄，则可能达不到根治的效果，残肝易有微小癌灶残留，术后易复发，影响手术效果，因此选择合理的切缘是手术成功的一块重要法宝。
众所周知，目前腹腔镜下肝肿瘤切除术的难点在于：首先术中大多只是采用超声定位来感知肝内肿瘤的二维图像信息，无法确定肿瘤的深度信息，再者术中医师由于缺乏肝脏内部的三维信息导致无法准确的判断肿瘤和血管的相对位置关系。上述两大难点可能会导致医师切除多余的肝脏或肿瘤切割不完全以及手术刀头切割到一些不必要触碰的血管从而无法保证以最优的轨迹切除肝肿瘤，增加了手术风险、延长手术时间。
发明内容
本发明为解决现有技术中的肝脏肿瘤切除过程中手术风险大以及手术时间长的问题，提供一种肿瘤切缘边距场的定义方法、建立系统及应用，通过建立模型模拟肿瘤在人体内部的相对位置关系，然后通过模型确定切除轨迹，已达到切除最小的肝脏实现肿瘤的完全切除，同时降低术中术后的风险以及降低手术时长。
本发明采用的技术方案是：
一种肿瘤切缘边距场的定义方法，包括以下步骤：
S1、获取患者的影像学数据，建立肿瘤与各组织之间的相对位置关系的模型；
S2、调用肿瘤与各组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入步骤S3中，如果否，结束；
S3、根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面；
S4、根据包络面确定切缘面以及边距场。
可选地，所述步骤S3根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面的具体过程是：
以肿瘤表面外轮廓为基础进行平滑处理得到一凸曲面，该凸曲面即为肿瘤的包络面。
可选地，所述步骤S4根据包络面确定切缘面的具体过程是：
以包络面的外表面为基础向外扩张，得到切缘面，且切缘面上任意一点到肿瘤的最小距离为1cm。
可选地，所述步骤S4根据包络面确定边距场的具体过程是：
以包络面为基础等距向外扩张得到多个逐渐变大的三维曲面，该曲面为肿瘤的边距场，其中每个曲面间隔即每层边距场之间的间距为1cm。
可选地，当所述切缘面到肿瘤表面轮廓的距离为1cm时，所述切缘面为1cm边距场。
一种肿瘤切缘边距场的定义方法在肝脏切除手术过程中测算手术刀与肿瘤之间距离的应用。
一种肿瘤切缘边距场的建立系统，包括：
建立模块，用于获取患者的影像学数据建立各组织之间的相对位置关系的模型；
判断模块，用于调用肿瘤与其他组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入包络面确定，如果否，结束；
包络面创建模块，用于根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面；
确定模块，用于根据肿瘤的包络面确定切缘和边距场。
9.可选地，所述确定模块包括：
切缘面确定子模块，用于根据肿瘤包络面确定肿瘤的切缘面；
边距场确定子模块，用于根据肿瘤包络面确定肿瘤的边距场。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、基于三维模型判断是否可以采取手术切除肿瘤的可行性，降低患者的身体损伤。
2、通过肝脏及肝内肿瘤三维模型确定肿瘤的包络面，根据定义包络面为手术刀的切除操作空间提供便利。
3、通过包络面确定至少距离肿瘤1cm的切缘提高手术过程中的安全性。
4、根据距离肿瘤至少为1cm的切缘面，向外等距扩张为1cm、2cm、3cm的等距场，为测算手术刀头与肿瘤之间的距离提供了帮助。
5、通过边距场的定义在肝脏表面找出距离肿瘤最近的一块区域，方便医生选择合理的入刀点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为肿瘤切缘边距场的定义方法的结构示意图。
图2为肿瘤切缘边距场的建立系统的整体结构示意图。
图3为肿瘤切缘边距场的建立系统中切缘确定的结构示意图。
图4为肝脏、肿瘤和血管的三维模型主视结构示意图。
图5为肝脏、肿瘤和血管的三维模型俯视结构示意图。
图6为肝脏、肿瘤和血管的三维模型右视结构示意图。
图7为肿瘤的包络面结构示意图。
图8位肿瘤的切缘面结构示意图。
图9为肿瘤边距场的主视结构示意图。
图10为肿瘤边距场的俯视结构示意图。
图11为肿瘤边距场的左视结构示意图。
图12为手术刀在边距场中的位置示意图。
附图标记：
1、建立模块；2、判断模块；3、包络面创建模块；4、确定模块；41、切缘面确定子模块；42、边距场确定子模块。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种肿瘤切缘边距场的定义方法，包括以下步骤：
S1、获取患者的影像学数据，建立肿瘤与各组织之间(即肝脏、肿瘤、血管)的相对位置关系的模型；
S2、调用肿瘤与各个组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入步骤S3中，如果否，结束；
S3、根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面；
S4、根据包络面确定切缘面以及边距场。
在本实施例中，以肝脏为模型进行进一步说明，通过建立模型判断肿瘤的可切除性，降低患者的身体损伤；若肿瘤可进行手术切除，根据肿瘤的表面轮廓信息建立包络面，根据包络面确定切缘(切缘为手术切除过程中理想的行刀轨迹)，根据切缘确定边距场，然后通过边距场确定肝脏表面距离肿瘤最近的区域。方便在手术时，在该区域内选择手术刀的切入点。
在另外一个实施例中，所述步骤S3根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面：
以肿瘤表面外轮廓为基础进行平滑处理得到一凸曲面，该凸曲面即为肿瘤的包络面。
在另外一个实施例中，所述步骤S4根据包络面确定切缘面：
以包络面的外表面为基础向外扩张，得到切缘面，且切缘面上任意一点到肿瘤的最小距离为1cm。
在另外一个实施例中，在所述步骤S4根据包络面确定边距场：
以包络面为基础等距向外扩张得到多个逐渐变大的三维曲面，该曲面为肿瘤的边距场，其中每个曲面间隔即每层边距场之间的间距为1cm。
在另外一个实施例中，当所述切缘面到肿瘤表面轮廓的距离为1cm时，所述切缘面为1cm边距场。
在另外一个实施例中，以肝脏为例，肝脏的表面距离肿瘤最近的区域为边距场等距外扩过程中最先与肝脏表面相交的一块区域。在实际操作过程中确定肿瘤与肝脏的外表面最近的区域后，将肿瘤切缘面的最大横截面积朝向该区域进行投影，在该区域内得到肿瘤切缘面的投影外轮廓信息，医生可在该投影的外轮廓信息上选取手术刀的切入点。
实施例2：
如图2所示，本发明实施例提供了一种肿瘤切缘边距场的建立系统，包括：建立模块1、判断模块2、包络面创建模块3和确定模块4，建立模块1根据患者的影像学数据建立各组织之间的相对位置关系的模型；判断模块2用于调用已建立的模型中的肿瘤与其他组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入切缘确定，如果否，结束；包络面创建模块3用于根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面；确定模块4用于根据肿瘤的包络面确定切缘和边距场。
根据该系统建立的模型有效的模拟肿瘤在人体内的情况，然后根据肿瘤的位置关系，确定如何以损伤最小的肝脏达到肿瘤的完全切除。
另外一个实施例中，如图3所示，所述确定模块4包括：切缘面确定子模块41和边距场确定子模块42，用于根据肿瘤包络面信息生成肿瘤的切缘面以及边距场，其中距离包络面1cm的曲面为切缘面，且还可定义为1cm边距场。
具体实施工作原理：
如图4、图5和图6所示，以某一患者的病历为例，首先在医学影像软件Mimics中导入患者CT扫描图像数据，其次在dicom断层切片中以不同颜色分别对每层的肝脏、肿瘤、血管区域行标识后进行三维重构，在三视图中通过降低肝脏的透明度可以得知肿瘤的位置及肿瘤与主要血管的毗邻关系，通过观察三维模型的俯视图以及右视图即可判断出该病例的肿瘤位于肝脏中间的部位并且靠近肝脏表面，肝内主血管大多分布在肿瘤的后端，从而判断肿瘤的可切除性。
结合患者病历如图7和图8所示，对本发明做进一步详细说明。
如图7所示，首先将肿瘤外轮廓曲面上凹陷区域的曲面填充为一个紧致的包络肿瘤的凸曲面，从而得到了肿瘤的包络面。
如图8所示，其次在包络面上随机选取一点A，过点A做包络面的切平面∑，过点A且垂直于该点处的切平面的直线段即为曲面∑在点A处的法线段。以此类推，以肿瘤包络面上所有的点为基准，过每一个点做垂直于每一个该点处切平面的1cm法线段，最终将所有法线段的末端点所组成的曲面定义为距离肿瘤包络面1cm的切缘面。
如图9、10和11所示，定义将肿瘤的包络面以1cm为单位外扩的等距场(即边距场)，等距场从近曲面到远曲面的颜色由深到浅逐级变化。由于肝脏表面距离肿瘤的位置是不等的，等距场相交于肝脏表面时会在肝脏表面形成不同颜色的等距曲线，从而得出肝脏表面颜色越深的区域离肿瘤越近，相反颜色越浅的区域离肿瘤越远。
将距离肿瘤包络面1cm的切缘向肝脏表面的任意方向进行投影，通过计算投影到肝脏表面的通道中是否有主血管的干涉并且比较计算切除肝脏的体积的大小，从而确定出最优的切缘轨迹。
实施例3：
一种肿瘤切缘边距场的定义方法在肝脏切除手术过程中定位手术刀与肿瘤之间的距离的应用。
更具体的是：肿瘤切缘边距场的定义方法在肝脏切除手术过程中测算手术刀与肿瘤之间距离d的应用。如图12所示，在手术过程中测算手术刀头与肝内肿瘤的距离d可以根据边距场来测算，首先我们根据边距场到包络面之间的距离对其进行命名，如1cm边距场、2cm边距场或3cm边距场等。例如图12所示，手术刀头位于2cm～3cm边距场之间，从而我们测算到手术刀头到肿瘤的距离即为2～3cm。基于边距场的定义从而测算出手术刀头与肝内肿瘤的距离，为医师在术中切除肿瘤时提供辅助性引导，避免手术刀触碰到肿瘤。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种肿瘤切缘边距场的定义方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取患者的影像学数据，建立肿瘤与各组织之间的相对位置关系的模型；
S2、调用肿瘤与各组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入步骤S3中，如果否，结束；
S3、根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面，以肿瘤表面外轮廓为基础进行平滑处理得到一凸曲面，该凸曲面即为肿瘤的包络面；
S4、根据包络面确定切缘面以及边距场，根据包络面确定切缘面：以包络面的外表面为基础向外扩张，得到切缘面，且切缘面上任意一点到肿瘤的最小距离为1cm；
以包络面为基础等距向外扩张得到多个逐渐变大的三维曲面，该曲面为肿瘤的边距场，其中每个曲面间隔即每层边距场之间的间距为1cm。
2.根据权利要求1所述的肿瘤切缘边距场的定义方法，其特征在于，当所述切缘面到肿瘤表面轮廓的距离为1cm时，所述切缘面为1cm边距场。
3.根据权利要求1或2所述的肿瘤切缘边距场的定义方法，其特征在于，该方法在肝脏切除手术过程中用于测算手术刀与肿瘤之间的距离。
4.一种肿瘤切缘边距场的建立系统，其特征在于，包括：
建立模块，用于获取患者的影像学数据建立各组织之间的相对位置关系的模型；
判断模块，用于调用肿瘤与其他组织之间的相对位置信息判断肿瘤的可切除性，如果是，进入包络面确定，如果否，结束；
包络面创建模块，用于根据肿瘤表面外轮廓信息建立包络面，以肿瘤表面外轮廓为基础进行平滑处理得到一凸曲面，该凸曲面即为肿瘤的包络面；
确定模块，用于根据肿瘤的包络面确定切缘面和边距场；根据包络面确定切缘面：以包络面的外表面为基础向外扩张，得到切缘面，且切缘面上任意一点到肿瘤的最小距离为1cm；以包络面为基础等距向外扩张得到多个逐渐变大的三维曲面，该曲面为肿瘤的边距场，其中每个曲面间隔即每层边距场之间的间距为1cm。
5.根据权利要求4所述的肿瘤切缘边距场的建立系统，其特征在于，所述确定模块包括：
切缘面确定子模块，用于根据肿瘤包络面信息生成肿瘤的切缘面；
边距场确定子模块，用于根据包络面确定肿瘤的边距场。
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