專利名稱：一種帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，屬于醫(yī)療輔助設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，影像引導(dǎo)下的經(jīng)皮熱消融治療方法憑借其在腫瘤治療上的微創(chuàng)、安全、腫瘤完全壞死率高、療效好而無化療、放療的毒副作用，對正常組織損傷小，并且能激活增強機(jī)體的抗腫瘤免疫等顯著優(yōu)點，成為現(xiàn)代腫瘤治療方法的重要組成部分。影像引導(dǎo)下的經(jīng)皮腫瘤熱消融是對穿刺精確度要求很高的技術(shù)。其治療的實施需 要在術(shù)前根據(jù)影像學(xué)檢查進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，選擇合適的穿刺入路，同時確定需要形成多少個消融區(qū)才能完全覆蓋整個腫瘤。在術(shù)中則需要依靠影像學(xué)的引導(dǎo)將消融針按照術(shù)前的規(guī)劃植入腫瘤內(nèi)部。術(shù)后需要判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)。無論術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中的穿刺定位還是術(shù)后的效果評估均高度依賴術(shù)者的經(jīng)驗，受到各種人為因素的干擾，直接影響熱消融的療效。因而有必要采用新的技術(shù)和方法克服各種人為因素的干擾，解決術(shù)前科學(xué)規(guī)劃、術(shù)中精確定位，術(shù)后效果評估的難題，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確的基礎(chǔ)上。

發(fā)明內(nèi)容
在此基礎(chǔ)上，我們研發(fā)了一種帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備。這種設(shè)備通過三維影像處理和分析技術(shù)來直觀、清晰、任意角度地顯示空間毗鄰關(guān)系，并通過計算進(jìn)行定量評估進(jìn)行術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃，以及結(jié)合介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行穿刺術(shù)中的精確定位，還能通過判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)進(jìn)行有效的手術(shù)評估。這種設(shè)備的提出有效的解決了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后遇到的各種難題，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在了更加客觀、精確的基礎(chǔ)上。本發(fā)明所述的帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備包括處理器、顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)。顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接，顯示屏作為處理器的輸出設(shè)備，可以直觀地顯示影像，以利于使用者瀏覽、判斷、分析；鍵盤和鼠標(biāo)作為處理器的輸入設(shè)備，可以操縱處理器，使使用者根據(jù)自己的需求和判斷，對影像進(jìn)行加工、處理。處理器是本發(fā)明的核心部件，其內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器，影像采集器用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲，以備使用者隨時調(diào)用。其中，影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置。所述影像三維處理裝置由“體繪制”及“視頻制作”兩部分組成。更進(jìn)一步，所述體繪制可由使用者選擇如下5種中的一種進(jìn)行體繪制GPU光線投射算法、GPU最大密度投影算法、GPU切面算法、GPU光線投射算法和GPU最大密度投影算法。本發(fā)明解決了術(shù)前科學(xué)規(guī)劃、術(shù)中精確定位，術(shù)后效果評估的難題，尤其是解決了三維圖象繪制問題，克服了各種人為因素的干擾，直接提高了熱消融的療效，將影像引導(dǎo)的腫瘤熱消融建立在更加客觀、精確的基礎(chǔ)上。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為影像裁剪圖；圖4為三維體繪制圖；圖5為腫瘤形狀大小以及到各管道系統(tǒng)最短距離圖；圖6為安全邊界圖；圖7為三維PDF報告圖；圖8為手術(shù)導(dǎo)航示意圖；圖9為消融區(qū)域的顏色編碼分析圖；圖10為腫瘤消融手術(shù)效果評估圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明所述的帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備作進(jìn)一步的說明，但不能以此作為限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。參見圖1、2，本發(fā)明所述的帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備包括處理器I、顯示屏2、鍵盤3和鼠標(biāo)4。其中，處理器I是本發(fā)明的核心部件，其內(nèi)部包括影像采集器5、影像處理器6和影像管理器7，影像采集器5用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器6 ;影像處理器6將由影像采集器5采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示2，同時傳輸至影像管理器7進(jìn)行存儲，以備使用者隨時調(diào)用。顯示屏2、鍵盤3和鼠標(biāo)4都與處理器I連接，顯示屏2作為處理器I的輸出設(shè)備，可以直觀地顯示影像，以利于使用者瀏覽、判斷、分析；鍵盤3和鼠標(biāo)4作為處理器的輸入設(shè)備，可以操縱處理器1，使使用者根據(jù)自己的需求和判斷，對影像進(jìn)行加工、處理。影像處理器6包括影像二維處理裝置8、影像三維處理裝置9、影像測量裝置10、影像配準(zhǔn)裝置11、影像分割裝置12。參見圖3，顯示屏2由三個二維視圖窗口和一個三維視圖窗口組成，三個二維視圖窗口分別為橫斷位窗口、矢狀位窗口、冠狀位窗口。影像二維處理裝置8由影像基本處理裝置及影像裁剪裝置兩部分構(gòu)成。影像基本處理裝置包括針對單幅影像的濾波處理及針對兩幅影像的算術(shù)運算處理。影像裁剪裝置一般會分析所有影像數(shù)據(jù)，為獲得更好的對比度及更加靈活的操作方式，用戶可執(zhí)行裁剪操作來選擇部分區(qū)域數(shù)據(jù)執(zhí)行影像處理操作。影像三維處理裝置由“體繪制”及“視頻制作”兩部分組成。體數(shù)據(jù)當(dāng)中的每一個點都可以分配一個光線的發(fā)射與吸收參數(shù)。這樣，通過模擬、光線在體內(nèi)部的傳播，就能夠?qū)崿F(xiàn)體數(shù)據(jù)在任意視角條件下的顯示。體繪制操作步驟如下(I)在數(shù)據(jù)管理器中選中需要執(zhí)行操作的影像結(jié)點后，點擊“體繪制”左邊的復(fù)選框。執(zhí)行體繪制操作時會占用處理器的大量資源，因此需耐心等待片刻才能夠看到體繪制的執(zhí)行效果。本設(shè)備提供了 5種體繪制算法可供用戶選擇其中的一種進(jìn)行體繪制GPU光線投射算法
GPU最大密度投影算法GPU切面算法GPU光線投射算法
GPU最大密度投影算法(2)選擇“預(yù)設(shè)”標(biāo)簽頁。①點擊“選擇預(yù)設(shè)體繪制轉(zhuǎn)換函數(shù)”按鈕，便可以選擇使用內(nèi)部定義或常用的預(yù)設(shè)值?！癈T Generic”為轉(zhuǎn)換函數(shù)默認(rèn)的首選項。" CT Black&White"，不使用任何色彩，由于有些影像著色后會掩蓋有用信息。" CT Cardiac"，能夠增強心臟CT影像的細(xì)節(jié)。" CT Bone"，突出顯示骨骼，并使其它部位更加透明。" CT Bone(Gradient)"，突出顯示骨骼，但運用階梯的方式顯示其它器官表面。" MR Generic"為讀取核磁影像時采用的默認(rèn)的轉(zhuǎn)換函數(shù)(核磁影像不像CT影像那樣規(guī)則)。②保存與加載常用預(yù)設(shè)值創(chuàng)建或編輯轉(zhuǎn)換函數(shù)后，自定義轉(zhuǎn)換函數(shù)能夠被存儲，并再次應(yīng)用于文件系統(tǒng)。點擊“保存“加載”)按鈕，能夠?qū)㈤撝?、色彩及梯度函?shù)結(jié)合后保存(加載)在*.xml格式文件中。③灰度值區(qū)間調(diào)整通過調(diào)整滑塊來調(diào)整所有函數(shù)發(fā)生器對應(yīng)的灰度值范圍，或放大“灰度值范圍”窗口的范圍值。④不透明度映射函數(shù)發(fā)生器該點的灰度值將被映射到設(shè)定的透明度值。透明度值為O時顯示為全透明，值為I時顯示為全不透明。⑤顏色映射函數(shù)發(fā)生器該點的灰度值將被映射到設(shè)定的顏色。⑥梯度變換函數(shù)發(fā)生器設(shè)置灰度值變換的大小與不透明度之間的映射，用于控制某些特定的灰度值。定制以上三種函數(shù)發(fā)生器時均可包含下列操作點擊鼠標(biāo)左鍵增加調(diào)節(jié)點。點擊鼠標(biāo)右鍵刪除調(diào)節(jié)點。點擊并按住鼠標(biāo)左鍵可用于拖動調(diào)節(jié)已存在的調(diào)節(jié)點。(3)除直接編輯轉(zhuǎn)換函數(shù)外，影像三維處理裝置還提供了兩種能夠自動產(chǎn)生轉(zhuǎn)換函數(shù)的常用圖形，即閾值圖和鐘形圖。這兩種方式均包含兩個參數(shù)，在點擊十字圖形后上/下且左/右移動鼠標(biāo)，可用于修改參數(shù)值。第一個參數(shù)為“中心”(通過平行移動鼠標(biāo)來控制其大小)，用于指定將被加載的圖形中心的灰度值。第二個參數(shù)是“寬度”(通過垂直移動鼠標(biāo)來控制其大小)，用于指定圖形的寬度(或梯度傾斜度)。①選擇“閾值”標(biāo)簽頁可激活創(chuàng)建閾值圖形的閾值函數(shù)發(fā)生器。閾值圖形起始于零點并提升至“中心”參數(shù)值。寬度值越小，閾值函數(shù)的圖形越陡峭。②點擊“鐘形”標(biāo)簽頁可激活創(chuàng)建鐘形圖形的閾值函數(shù)發(fā)生器。閾值圖形起始于 零點，提升至“中心”參數(shù)值后再降到零點。“寬度”參數(shù)值對應(yīng)于鐘形圖形的寬度。影像處理結(jié)果可以通過制作視頻錄制將視頻或視圖截屏保存下來。影像測量裝置能夠使用戶與二維影像或含有堆棧及平面圖形數(shù)據(jù)類型的三維單張影像面片進(jìn)行交互操作。它可以測量距離、角度、路徑及一些幾何圖形。執(zhí)行測量操作后，可將與所選影像相關(guān)的相同或不同的測量圖形一起進(jìn)行保存，以備將來所用。當(dāng)在影像上畫了多個圖形時，當(dāng)前應(yīng)用圖形顯示為紅色，其余應(yīng)用圖形則顯示為白色，影像上的顯示值為當(dāng)前應(yīng)用圖形的返回值。所有的測量圖形都會各自生成一個影像樹的結(jié)點在數(shù)據(jù)管理器中顯示出來。不再需要的單一的測量圖形或影像能夠在數(shù)據(jù)管理器中逐個進(jìn)行刪除或作為一組整體刪除。影像配準(zhǔn)裝置由“點配準(zhǔn)”、“剛體配準(zhǔn)”及“非剛體配準(zhǔn)”三部分組成。醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)是指將一組醫(yī)學(xué)影像經(jīng)空間變換后，使它與另一組保持不動的醫(yī)學(xué)影像上的對應(yīng)點達(dá)到空間上的一致。保持不動的叫做參考影像，做變換的稱作浮動影像。配準(zhǔn)的結(jié)果應(yīng)用于浮動影像。影像分割裝置能夠在人體的醫(yī)學(xué)影像上為解剖結(jié)構(gòu)及病理結(jié)構(gòu)創(chuàng)建分割。包括交互式分割及血管分割兩部分。以下以肝臟為例，說明影像分割裝置的工作原理。血管分割包括基于閾值的血管分割和基于模型的血管重建兩步。應(yīng)用該設(shè)備可實現(xiàn)如下幾個功能I、術(shù)前規(guī)劃(I)對腫瘤大小、最大徑以及腫瘤表面到各管道系統(tǒng)距離的計算及可視化。參見圖5，腫瘤大小，形狀，最大徑及表面各點到肝靜脈，肝動脈，門脈，膽囊各管道系統(tǒng)的最短距離可通過該設(shè)備精準(zhǔn)的反映與測量出來。(2)對腫瘤消融所劃定的安全邊界的風(fēng)險分析。參見圖6，通過重建后的三維渲染圖，可以清晰看到預(yù)先劃定的消融安全邊界是否存在風(fēng)險，可根據(jù)實際情況，重新劃定安全邊界。(3)將肝臟三維重建模型生成三維PDF報告。參見圖7，規(guī)劃完成后，可實現(xiàn)將肝臟三維重建模型及各項信息導(dǎo)出到PDF軟件，并生成三維PDF報告。2、手術(shù)導(dǎo)航影像引導(dǎo)下的介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)采用多種模態(tài)的醫(yī)學(xué)影像協(xié)助醫(yī)生將手術(shù)器械直接穿刺到腫瘤內(nèi)部進(jìn)行局部治療，進(jìn)而提高手術(shù)質(zhì)量、減少手術(shù)創(chuàng)傷、降低患者痛苦。本系統(tǒng)的功能包括
(I)本系統(tǒng)執(zhí)行了手術(shù)器械頂點與跟蹤工具之間的標(biāo)定。參見圖8，磁定位儀將獲取的跟蹤工具的坐標(biāo)信息與術(shù)中的超聲圖像統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系內(nèi)后，系統(tǒng)將統(tǒng)一的信息映射到影像坐標(biāo)系內(nèi)，實現(xiàn)獲得任意時刻手術(shù)器械頂點在影像坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)信息，并進(jìn)行三維顯示。最終實現(xiàn)了定位儀器、病人/術(shù)中超聲影像、跟蹤工具、手術(shù)器械及術(shù)前CT影像之間的配準(zhǔn)。實現(xiàn)了坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和注冊。(2)本系統(tǒng)能夠?qū)⑿g(shù)前的CT圖像與術(shù)中的超聲圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，并通過立體定位儀器實現(xiàn)術(shù)中的醫(yī)學(xué)圖像、患者、手術(shù)器械之間的精確配準(zhǔn)。(3)術(shù)前進(jìn)針路徑規(guī)劃根據(jù)處理后的醫(yī)學(xué)圖像信息設(shè)計進(jìn)針點距離、進(jìn)針角度和進(jìn)針深度。(4)術(shù)中進(jìn)針引導(dǎo)通過映射將由定位裝置獲取的手術(shù)器械的實時坐標(biāo)信息映射至影像坐標(biāo)系內(nèi)，同時計算手術(shù)器械與規(guī)劃路徑之間的偏差，精確引導(dǎo)手術(shù)按照術(shù)前規(guī)劃進(jìn)行穿刺。
(5)融合導(dǎo)航的三維仿真裝置在手術(shù)進(jìn)行中實現(xiàn)了術(shù)中超聲影像和術(shù)前CT影像的實時融合，并與三維影像重合顯示。計算出術(shù)中超聲影像在三維影像上相應(yīng)的空間切面位置，通過在CT體數(shù)據(jù)上進(jìn)行實時的三維重采樣來顯示與之對應(yīng)的多平面重建，便于醫(yī)生從多角度、多層次進(jìn)行觀察和分析。3、術(shù)后評估該設(shè)備可以判斷腫瘤消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)。(I)清楚顯示消融后的管道系統(tǒng)是否有損傷。(2)應(yīng)用紅黃綠顏色編碼方案表示三維腫瘤模型。應(yīng)用紅黃綠顏色編碼方案來表示評估結(jié)果。即紅色表示不能進(jìn)行消融手術(shù)的區(qū)域，黃色表示未完全消融的區(qū)域，綠色表示已成功消融的區(qū)域。(3)將三維腫瘤模型展開成二維平面圖直觀顯示。參見圖9，將重建后的腫瘤模型展開成二維平面圖，并應(yīng)用顏色編碼方案來清晰、直觀的展示未消融、未完全消融與已完全消融的區(qū)域。(4)對腫瘤消融手術(shù)效果的評估。參見圖10，對腫瘤消融手術(shù)效果評估，即分析是否完全消融并且達(dá)到了消融的安全邊界。通過該設(shè)備，未消融，未完全消融，完全消融區(qū)域占得百分比可以計算出來，平面圖上每點對應(yīng)的腫瘤三維坐標(biāo)以及距消融區(qū)表面的距離都可以計算并顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)；處理器是帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的核心部件；顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接，顯示屏作為處理器的輸出設(shè)備，可以直觀地顯示影像，以利于使用者瀏覽、判斷、分析；鍵盤和鼠標(biāo)作為處理器的輸入設(shè)備，可以操縱處理器，使使用者根據(jù)自己的需求和判斷，對影像進(jìn)行加工、處理；其特征在于所述處理器內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器，影像采集器用于采集影像信息，并將采集到的影像信息傳輸給影像處理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲，以備使用者隨時調(diào)用；其中，所述影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置；所述影像三維處理裝置由“體繪制”及“視頻制作”兩部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，其特征在于，所述體繪制可由使用者選擇如下5種中的一種進(jìn)行體繪制GPU光線投射算法、GPU最大密度投影算法、GPU切面算法、GPU光線投射算法和GPU最大密度投影算法。
全文摘要
一種帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備，包括處理器、顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)；處理器是帶有影像三維處理裝置的消融治療影像引導(dǎo)設(shè)備的核心部件；顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)都與處理器連接；所述處理器內(nèi)部包括影像采集器、影像處理器和影像管理器；影像處理器將由影像采集器采集來的影像信息進(jìn)行加工、處理，以得到使用者需要的影像；經(jīng)過加工、處理的影像直接由顯示屏顯示，同時傳輸至影像管理器進(jìn)行存儲，以備使用者隨時調(diào)用；其中，所述影像處理器包括影像二維處理裝置、影像三維處理裝置、影像測量裝置、影像配準(zhǔn)裝置、影像分割裝置；所述影像三維處理裝置由“體繪制”及“視頻制作”兩部分組成。
文檔編號G06T15/00GK102737158SQ20121003092
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者于曉玲, 于杰, 劉方義, 吳文波, 孫云娜, 李寅巖, 梁萍, 程志剛, 穆夢娟, 類成龍, 薛勁, 韓治宇, 魯通 申請人:中國人民解放軍總醫(yī)院