CN116616807A - 肺结节术中定位系统、方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种肺结节术中定位系统及方法，包括：三维重建模块，用于对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，第一三维模型包括肺结节的位置信息；腔镜图像模块，用于对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型；配准模块，用于对第一三维模型和第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域；弹性成像模块，用于根据肺结节位置区域确定肺结节的实际位置。该肺结节术中定位系统及方法能够实现术中无损伤定位，定位速度快且无并发症风险。

Description

肺结节术中定位系统、方法、电子设备及存储介质

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种肺结节术中定位系统、方法、电子设备及存储介质。

背景技术

肺小结节检出率显著提高使胸外科手术量大幅度上升，导致约占胸外科手术量最大的肺结节切除术占用的大量医院手术资源，特别是肺结节楔形切除术，约占全部肺结节切除术三分之一甚至更高比例。由于肺小结节在肺表面难以看到，对于肺小结节的辅助定位尤为重要。

目前常用的肺结节定位方法有：术中手指经微创接口伸入胸腔触摸或通过器械滑行定位结节，这种方法定位成功率较低；计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)引导下经皮穿刺辅助定位，这种方法定位精度较高，但有一定的手术并发症风险，且在手术量较大的医院很难实现；经气管镜下的辅助定位，这种方法除费用较高外，对麻醉的要求较高，操作须由经验非常丰富的医生执行，目前很难在临床推广；采用超声设备的定位，这种方法并不适合肺结节定位，手术中肺叶完全塌陷前，肺泡内存有大量空气，会严重影响超声诊断效果，且通常患者术中肺叶很难快速达到完全塌陷效果，所以超声设备并不适合在肺结节定位中应用。

发明内容

针对上述技术问题，本公开提供一种肺结节术中定位系统、方法、电子设备及存储介质，用于至少部分解决上述技术问题。

基于此，本公开实施例第一方面提供一种肺结节术中定位系统，包括：三维重建模块，用于对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，第一三维模型包括肺结节的位置信息；腔镜图像模块，用于对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型；配准模块，用于对第一三维模型和第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域；弹性成像模块，用于根据肺结节位置区域确定肺结节的实际位置。

根据本公开的实施例，配准模块用于对第一三维模型和第二三维模型进行配准包括：根据组织的塌陷规律，将第一三维模型中肺结节的位置信息映射至第二三维模型，在第二三维模型中生成肺结节位置区域。

根据本公开的实施例，弹性成像模块包括：触诊器械，用于按压患者肺叶中与肺结节位置区域对应区域中的不同位置；压力传感器阵列，设于触诊器械末端，包括阵列排布的传感器单元，不同的传感器单元用于检测不同位置的压力值；信号处理单元，用于根据不同位置的压力值确定结节的实际位置。

根据本公开的实施例，信号处理单元用于根据不同位置的压力值确定结节的实际位置包括：根据不同位置的压力值生成弹性成像图；根据弹性成像图确定肺结节的实际位置，其中，压力值大于预设阈值的位置为肺结节的实际位置。

根据本公开的实施例，还包括：内窥镜，用于采集患者胸腔内的术野图像；图像系统主机，用于对术野图像进行处理；显示设备，用于显示处理后的术野图像；其中，触诊器械还用于基于处理后的术野图像，按压患者肺叶中与肺结节位置区域对应区域中的不同位置。

根据本公开的实施例，还包括：能量工具，用于根据肺结节的实际位置对肺结节进行标记；内窥镜还用于对标记进行视频图像跟踪，结合术前确定的切缘宽度在处理后的术野图像划出理想切缘。

本公开实施例的第二方面提供一种肺结节术中定位方法，包括：对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，第一三维模型包括肺结节的位置信息；对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型；对第一三维模型和第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域；根据肺结节位置区域确定肺结节的实际位置。

本公开实施例第三方面提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，

其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现肺结节术中定位方法。

本公开实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现肺结节术中定位方法。

根据本公开实施例提供的肺结节术中定位系统、方法、电子设备及存储介质，至少包括以下有益效果：

通过CT三维重建、术中三维全景扫描模型映射、传感器触诊多种模式融合定位，多种模式交叉印证，实现术中无损伤定位，定位速度快且无并发症风险。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征图像和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了本公开一些实施例提供的肺结节术中定位系统的组成结构图。

图2示意性示出了本公开另一些实施例提供的肺结节术中定位系统的组成结构图。

图3示意性示出了本公开实施例提供的肺结节术中定位方法流程图。

图4示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征图像、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征图像、步骤、操作或部件。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统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公开的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征图像有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征图像、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征图像、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征图像的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征图像可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征图像。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

图1示意性示出了本公开一实施例提供的肺结节术中定位系统的组成结构图。

如图1所示，该肺结节术中定位系统包括三维重建模块、腔镜图像模块、配准模块和弹性成像模块。

三维重建模块，用于对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，第一三维模型包括肺结节的位置信息。

腔镜图像模块，用于对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型。

配准模块，用于对第一三维模型和第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域。

弹性成像模块，用于根据肺结节位置区域确定肺结节的实际位置。

应当理解，CT三维重建能够为医生提供包含肺结节精确位置信息的三维可视化静态肺组织模型(塌陷前)，也即第一三维模型，并分割出肺叶、肺段、气管、动静脉、肺结节，可辅助医生了解肺结节所在区域解剖特征以及直观地了解结节所在位置，和结节与周围血管、气管相对位置关系。术中三维扫描生成胸腔内塌陷后的肺组织三维模型(第二三维模型)，将塌陷前肺组织的第一三维模型与塌陷后第二三维模型配准，获得包含带有误差的结节位置信息的塌陷后肺组织三维模型。利用弹性成像原理，并参考塌陷后肺组织三维模型，使用触诊器械在肺结节附近的肺组织出进行触诊按压，生成结节所在区域的弹性成像分布图，确定结节位置。

其中，将塌陷前肺组织的第一三维模型与塌陷后第二三维模型配准包括：根据肺组织的塌陷规律，将第一三维模型中肺结节的位置信息映射至第二三维模型，在第二三维模型中生成肺结节位置区域。

图2示意性示出了本公开另一些实施例提供的肺结节术中定位系统的组成结构图。

如图2所示，该肺结节术中定位系统可以包括系统主控制部、图像系统主机、内窥镜、触诊器械、压力传感器阵列、显示设备等。系统主控制部内可以集成有三维重建软件构成三维重建模块，可以集成有三维扫描软件构成腔镜图像模块、可以集成有配准软件构成配准模块以及可以集成有信号处理软件构成信号处理单元。应当理解，三维重建模块、腔镜图像模块、配准模块以及信号处理单元也可以有硬件实现，本公开不做限制。内窥镜可以是双目内窥镜。

在本公开的实施例中，触诊器械、压力传感器阵列和信号处理模单元构成弹性成像模块。其中，触诊器械，用于按压患者肺叶中与肺结节位置区域对应区域中的不同位置。压力传感器阵列，设于触诊器械末端，包括阵列排布的传感器单元，不同的传感器单元用于检测不同位置的压力值。信号处理单元，用于根据不同位置的压力值确定结节的实际位置。

在本公开的实施例中，内窥镜用于采集患者胸腔内的术野图像。图像系统主机用于对术野图像进行处理。显示设备，用于显示处理后的术野图像。其中，触诊器械基于处理后的术野图像，按压患者肺叶中与所述肺结节位置区域对应区域中的不同位置。

在本公开实施例中，该肺结节术中定位系统还可以包括能量工具，用于根据肺结节的实际位置对肺结节进行标记。内窥镜还用于对标记进行视频图像跟踪，结合术前确定的切缘宽度在所述处理后的术野图像划出理想切缘。

基于上述阐述定位系统，定位过程可以为：

首先，将患者术前的肺组织CT影像导入定位系统，系统主控制部内部的三维重建模块将CT影像生成基于CT影像的肺部第一三维模型，并分割出肺叶、肺段、气管、动静脉、肺结节，其中，第一三维模型包含精确的肺结节位置信息，第一三维模型辅助医生了解患者肺部解剖特征。

接下来，术中开胸后，肺部塌陷，医生持内窥镜进入微创切口，内窥镜采集胸腔内的术野图像，并传输至图像系统主机，腔内术野图像经图像系统主机处理后传输至显示设备，医生通过观察胸腔镜提供的处理后术野图像对患者肺部进行黏连分离、肺叶整理操作。随后医生持内窥镜对肺组织进行三维全景扫描，图像系统主机将全景扫描图像传输至系统主控制部内部的腔镜图像模块，生成胸腔内三维全景图像，并对腔内三维全景图像进行分割，生成塌陷后肺组织第二三维模型。

接下来，配准模块对术前第一三维模型与术中第二三维模型进行配准，依据肺部塌陷规律将术前第一三维模型中的肺结节位置映射至术中第二三维模型，在塌陷后的第一三维模型中生成包含一定误差的肺结节位置区域，并将区域显示在第二三维模型中。

接下来，对照第二三维模型中划定的区域，同时观察内窥镜提供的术野图像，持触诊器械在胸腔内探查，按压肺叶与第二三维模型中划定区域对应的位置，触诊器械末端集成有压力传感器阵列，持触诊器械按压肺叶时，压力传感器阵列采集到的压力变化数据会传输至系统主控制部的信号处理单元，当压力传感器阵列按压到肺结节所在位置时，传感器阵列上不同的传感器单元会反馈不同压力值，有结节位置压力值较高，信号处理单元会按照不同传感器单元反馈的不同压力值生成弹性成像图，医生根据触诊生成的弹性成像图最终确认结节位置。

最后，使用能量工具在结节所在位置肺叶表面灼烧标记，双目内窥镜识别上述标记，并对标记进行视频图像跟踪，依据术前医生诊断确定的切缘宽度，在术野图像中结节标记处划出理想切缘，完成手术任务规划。

基于同一发明构思，本公开实施例还提供一种肺结节术中定位方法。

图3示意性示出了本公开实施例提供的肺结节术中定位方法的流程图。

如图3所示，该肺结节术中定位方法例如可以包括操作S301～操作S304。

在操作S301，对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，第一三维模型包括肺结节的位置信息。

在操作S302，对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型。

在操作S303，对第一三维模型和第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域。

在操作S304，根据肺结节位置区域确定肺结节的实际位置。

需要说明的是，需要说明的是，本公开的实施例中肺结节术中定位方法部分与本公开的实施例中应用运行的肺结节术中定位装置部分是相对应的，其具体实施细节及带来的技术效果也是相同的，在此不再赘述。

图4示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图4示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，根据本公开实施例的电子设备400包括处理器401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储部分408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器401例如可以包括通用微处理器(例如CP∪)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器401还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器401可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 403中，存储有电子设备400操作所需的各种程序和数据。处理器401、ROM402以及RAM403通过总线404彼此相连。处理器401通过执行ROM 402和/或RAM403中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，程序也可以存储在除ROM 402和RAM 403以外的一个或多个存储器中。处理器401也可以通过执行存储在一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。

根据本公开的实施例，电子设备400还可以包括输入/输出(I/O)接口405，输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。电子设备400还可以包括连接至I/O接口405的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分406；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分407；包括硬盘等的存储部分408；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至I/O接口405。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分408。

根据本公开的实施例，根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被处理器401执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM402和/或RAM 403和/或ROM 402和RAM 403以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种肺结节术中定位系统，其特征在于，包括：

三维重建模块，用于对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，所述第一三维模型包括所述肺结节的位置信息；

腔镜图像模块，用于对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对所述三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型；

配准模块，用于对所述第一三维模型和所述第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域；

弹性成像模块，用于根据所述肺结节位置区域确定所述肺结节的实际位置。

2.根据权利要求1所述的肺结节术中定位系统，其特征在于，所述配准模块用于对所述第一三维模型和所述第二三维模型进行配准包括：

根据组织的塌陷规律，将所述第一三维模型中所述肺结节的位置信息映射至所述第二三维模型，在所述第二三维模型中生成所述肺结节位置区域。

3.根据权利要求1所述的肺结节术中定位系统，其特征在于，所述弹性成像模块包括：

触诊器械，用于按压患者肺叶中与所述肺结节位置区域对应区域中的不同位置；

压力传感器阵列，设于所述触诊器械末端，包括阵列排布的传感器单元，不同的传感器单元用于检测不同位置的压力值；

信号处理单元，用于根据不同位置的压力值确定所述结节的实际位置。

4.根据权利要求3所述的肺结节术中定位系统，其特征在于，所述信号处理单元用于根据不同位置的压力值确定所述结节的实际位置包括：

根据不同位置的压力值生成弹性成像图；

根据所述弹性成像图确定所述肺结节的实际位置，其中，所述压力值大于预设阈值的位置为所述肺结节的实际位置。

5.根据权利要求3所述的肺结节术中定位系统，其特征在于，还包括：

内窥镜，用于采集所述患者胸腔内的术野图像；

图像系统主机，用于对所述术野图像进行处理；

显示设备，用于显示处理后的术野图像；

其中，所述触诊器械还用于基于处理后的术野图像，按压患者肺叶中与所述肺结节位置区域对应区域中的不同位置。

6.根据权利要求5所述的肺结节术中定位系统，其特征在于，还包括：

能量工具，用于根据所述肺结节的实际位置对所述肺结节进行标记；

所述内窥镜还用于对所述标记进行视频图像跟踪，结合术前确定的切缘宽度在所述处理后的术野图像划出理想切缘。

7.一种肺结节术中定位方法，其特征在于，包括：

对患者术前的肺组织CT影像进行三维重建，生成塌陷前的肺组织的第一三维模型，其中，所述第一三维模型包括所述肺结节的位置信息；

对患者术中腔内塌陷后的肺组织进行三维全景扫描，得到三维全景图像，对所述三维全景图像进行分割，生成塌陷后的肺组织的第二三维模型；

对所述第一三维模型和所述第二三维模型进行配准，生成包含一定误差的肺结节位置区域；

根据所述肺结节位置区域确定所述肺结节的实际位置。

8.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求7所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现权利要求7所述的方法。